CC BY
39
УДК 69.059.62.002.5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ БУЛЬДОЗЕРОВ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ
БЕДСТВИЙ И ТЕХНОГЕННЫХ АВАРИЙ
Л. А. Хмара, д.т.н., профессор; С. В. Шатов, к.т.н., доцент
Проблема. Стихийные бедствия (землетрясения, оползни, ураганы) и техногенные аварии (взрывы) сопровождаются значительным разрушением сооружений и коммуникаций, человеческими жертвами и поисками пострадавших под завалами зданий. Для оказания помощи потерпевшим, а затем для восстановительных работ используют спасательные отряды, оснащенные разнообразной строительной техникой и средствами механизации [1—6]. Однако их технические характеристики (масса, габаритные размеры, производительность) не всегда отвечают условиям таких работ.
Анализ публикаций. Опыт ликвидации последствий землетрясения в Армении и взрыва газа в жилом доме (г. Днепропетровск) показал, что на всех этапах ведения спасательных и восстановительных работ использовались строительные и дорожные машины, ручной механизированный инструмент [2-4].
Для поиска и освобождения пострадавших из-под завалов нужна разнообразная строительная техника: самоходные стреловые краны, лебедки, экскаваторы, бульдозеры, фронтальные погрузчики, оборудование для разрушения бетонов и резания арматуры.
Обрушение неустойчивых элементов зданий осуществляется с помощью бульдозерных лебедок и экскаваторным оборудованием, а укрепление элементов зданий - специально подготовленными конструкциями или подручными средствами.
Для ведения спасательных работ в зоне сплошного разрушения необходимо иметь проезды. При завалах значительной протяжности и высоте больше 0,5 м делают проезд поверх завала. При малой протяжности завалов и высоте не больше 0,5 м рекомендуется расчищать завалы бульдозерами и фронтальными погрузчиками.
Результаты исследований. Работа по разборке завалов разрушенных зданий и сооружений с использованием бульдозеров может выполняться по нескольким технологическим схемам в зависимости от вида операций, которые требуется выполнять на разборке завалов:
- перемещение всех обломков завала (массовая уборка обломков) бульдозером с традиционной конструкцией рабочего оборудования для расчистки территории разрушенного здания или сооружения;
- перемещение отдельных обломков завала, когда требуется освободить от них какой-либо участок территории завала; при использовании традиционного рабочего оборудования это связано со значительными затратами времени на маневрирование бульдозера для отделения от завала конкретных обломков;
- обрушение конструктивных элементов зданий и сооружений, которые под действием стихийных бедствий или техногенных аварий остались в своем первоначальном положении, но требуют разборки; для этих целей бульдозеры оснащают тяговыми лебедками с канатами и приспособлениями для строповки канатов на необходимых конструкциях разбираемых зданий.
В настоящее время из перечисленных технологических схем наименее эффективно применение бульдозеров с традиционным рабочим оборудованием на операциях по перемещению конкретных обломков из зон завалов, когда значительны потери времени на подход, отделение этих обломков от массива завала и их транспортирование к заданному месту.
Перечисленные недостатки могут быть устранены совершенствованием конструкции рабочего органа бульдозера [7-11]. На кафедре "Строительные и дорожные машин" Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры разработана конструкция бульдозера, оснащенного гидроуправляемыми захватами (рис. 1). На верхней части полусферического отвала 1 с помощью кронштейнов 5 шарнирно установлены захваты 6. Плечо ^ каждого из захватов связано с гидроцилиндрами управления 8, корпусы которых закреплены на соответствующих толкающих брусьях бульдозера с тыльной поверхности отвала 1. Рабочая часть захвата (участки 12 и 13 на рис. 1 а) в нижней части примыкает к режущему ножу 3 отвала 1 (рис. 1 в). Отвал 1 также оснащен и боковыми ножами 4. В процессе работы с помощью гидроцилиндров 8 захваты 6 могут подниматься над режущими ножами 3 для захвата груза 11.
Рис. 1. Схема бульдозерного оборудования с захватами: а - захваты примкнуты к режущему ножу отвала; б - то же, вид спереди; в - сечение I; г - захват груза; д - захват груза ребристыми накладками; 1 - отвал; 2 - козырек;
3 - основной нож; 4 - боковой нож; 5 - кронштейны; 6 - захваты; 7 - подкосы;
8 - гидроцилиндры управления захватами; 9 — толкающие брусья;
10 - захватываемый груз; 11 - ребристые накладки.
Усилие прижатия груза 11 к отвалу 1 обеспечивается вначале тяговым усилием базового трактора, на котором смонтировано бульдозерное оборудование, а затем усилием гидроцилиндров 8. Прижатый груз вместе с рабочим оборудованием поднимается в транспортное положение и бульдозер совершает технологические операции. Индивидуальное управление каждым из захватом 6 позволяет захватывать грузы 10 (обломки) различной конфигурации и размеров по длине и в поперечном сечении О.
Рис. 2. Схема параметрического ряда бульдозерного оборудования с захватами: а - тяговый класс Т=3; б - тяговый класс Т=10; в - тяговый класс Т=25;
г - тяговый класс Т=35.
Для надежного удержания обломков при транспортировке и для замены изношенной внутренней части захватов последние целесообразно оснащать ребристыми сменными накладками 11 (рис. 1 д).
Основные параметры захватов на бульдозере представлены на рисунке 1 а, б. Разработаны рациональные параметры захватов (табл. 1) и параметрический ряд бульдозерного оборудования с захватами применительно к базовым тракторам различного тягового класса (Т=3; 10; 25; 35), которые наиболее часто используются на разборке завалов разрушенных зданий (рис. 2).
Эффективности работы бульдозеров при разборке завалов оценивалась показателями: эксплуатационной производительностью П_ продолжительностью рабочего цикла Тц, удельной производительностью бульдозеров,
Пэ_
приходящейся на единицу массы бульдозеров Мб , и удельным фактором времени, характеризующимся отношением
П_
производительности к фактору времени ТФ предельного нахождения людей под завалами Мб (Тф=8 часов).
Изменяемыми параметрами являлись: масса бульдозеров традиционной конструкции МБ и масса бульдозеров с захватами МЗ; дальность транспортирования обломков 1^; тяговый класс бульдозера Т.
Таблица 1
Значения рациональных параметров бульдозерного оборудования с захватами
№п/п Параметр, размерность Обозначение Расчетная формула
1 Длина рычагов управления захватами, м 11 11=(0,14н-0,16)Бот
2 Длина средней части захватов, м 12 12=(0,36-0,38)Бот
3 Длина рабочей части захватов, м 13 13=(0,16^0,18)Бот
4 Высота захватов, м Нэ Н3=(1,1^1,2)Нот
5 Расстояние между захватами, м Вэ В3=(0,6-0,8)Вот
6 Толщина захвата, м в в=(0,02-0,03)Вот
7 Длина боковых ножей отвала, м ВБН ВБН=(0,1^0,15)Вот
8 Угол наклона рабочей части захватов, град «31 «31=75?-80?
9 Угол резания нижней части захватов, град «32 «32«45?-47?
10 Угол захвата, град «33 «33«120?-125?
11 Задний угол резания нижней части захватов, град «34 «34«15?-17?
12 Угол резания ножа отвала, град «от1 «от1«52?^55?
13 Угол резания боковых ножей отвала, град «от2 «от2«45?-47?
14 Угол скоса боковых ножей отвала, град У У«8?^10?
15 Диаметр захватываемого груза, м в 0=(0,05н-0,15)Б<т
Примечание: Вот - длина отвала бульдозера, м; Нот - высота отвала бульдозера, м.
Эксплуатационная производительность бульдозеров традиционной конструкции при массовом перемещении
всех обломков из завалов определялась выражением [12]:
, т/ч (1)
где Кп - коэффициент потерь призмы перемещаемых обломков, Кп=0,95; уоб - объемная масса обломков завала; по данным [3] уоб=1,5 т/м3;
КУ - коэффициент, учитывающий влияние уклона поверхности транспортирования; принята работа бульдозера на
горизонтальной поверхности, Ку=1,0; КН - коэффициент наполнения призмы перемещаемых обломков, Кд=0,85^1,05; КВ - коэффициент использования бульдозера по времени, КВ =0,8^0,85; принято КВ=0,85; р - угол естественного откоса перемещаемых обломков;р = 357^45?;
Кр - коэффициент разрыхления разрабатываемой среды; так как среда представляет совокупность обломков зданий, то Кр=1,15-1,3;
1зап - расстояние заполнения призмы перемещения обломками, м; 1тр - дальность транспортирования обломков от завала, м;
4.x - расстояние возврата бульдозера от места складирования обломков к завалу, м;
изап, иоб, ихх. - скорости движения бульдозера соответственно при заполнении призмы обломков, транспортирования и возврата бульдозера назад к завалу, км/ч. Эти скорости в расчетах приняты: изап=2,5 км/ч; иоб-скорость на первой передаче бульдозеров, км/ч; ихх - максимальная скорость передвижения бульдозеров, км/ч; tn - время при переключении передач, ^=10 с; tпов - время на развороты бульдозера, tпов=10 с; t0 - время опускания и подъема отвала, t0=2 с.
Данные для расчета принимались в соответствии с техническими характеристиками наиболее распространенных бульдозеров тягового класса Т=3; 10; 25 и 35, которые приведены в таблице 2.
Таблица 2
Техническая характеристика бульдозеров
Параметр Ед. изм Бульдозер
ДЗ-162 ДЗ-171.1 ДЗ-118 ДЗ-59ХЛ
Тяговый класс, Т 3 10 25 35
Базовый трактор ДТ-75НР Т-170 ДЭТ-250М Т-330
Длина отвала, Вот м 2,52 3,22 4,31 4,73
Высота отвала, Нот м 1 1,15 1,55 1,75
Масса будьдозера, МБ кг 7080 16300 36440 46650
Масса бульдозера с захватами, МЗ кг 7360 16720 37300 47630
Скорость передвижения, и км/ч 5,3? 11,2 3,7?12,2 2,3?19 4,7?16,4
ПБО
Эксплуатационная производительность бульдозеров Э при перемещении отдельных обломков определялась выражением:
ПБО = _3,6 • т0б ■ КГ ■ КВ _
э т/ч (2)
где Мб - масса перемещаемого обломка, принята в соответствии с данными таблицы 3;
Кг - коэффициент использования оборудования по грузоподъемности; принято в расчетах Кг=0,8; о(б1 - скорость движения бульдозера на 1-й передаче, км/ч; км - коэффициент маневрирования бульдозера; км=0,2^0,25. Остальные параметры такие, как в выражении (1).
Таблица 3
Масса обломков, перемещаемых бульдозерами
Параметр Ед.изм Бульдозер
ДЗ-162 ДЗ-171.1 ДЗ-118 ДЗ-59ХЛ
Масса поднимаемого обломка, МОБ кг 500 1500 4000 5000
Эксплуатационная производительность бульдозера с захватами ПЗЭ при перемещении отдельных обломков.
, т/ч (3)
где иобср. - средняя скорость бульдозера при транспортировании обломков, км/ч; tзах - время захвата обломка, t= 10 с; tразг - время освобождения обломка из захватов, tразг=3 с.
В таблице 3 и на графиках (рисунки 3-7) приведены результаты теоретических расчетов формул (2), (3), (5), (6), (8) и
(9), а также показателей ,,,,,. Анализ изменения производительностей П^М, ПЭБО и П ЗЭ от массы бульдозеров МБ и от массы бульдозеров с захватами МЗ (рис. 3) показывает, что с увеличением размера бульдозера для обоих видов оборудования наблюдается рост производительности в 4?5 раз при изменении массы бульдозеров от 104 кг до 4?104 кг.
Рис. 3. Зависимость произво-дительностей бульдозеров ПэБ и ПэЗ от их массы МБ, МЗ: 1 - бульдозер при массовой уборке обломков; 2 - бульдозер при перемещении отдельных обломков; 3 - бульдозер с
захватами.
Изменение продолжительности рабочего цикла бульдозера Тцбм и Тцбо от массы бульдозеров и дальности транспортирования обломков 1тр (рис. 4 а, б) первоначально носит возрастающий характер, а затем наблюдается снижение продолжительности рабочего цикла для бульдозеров массой (45^46) ?103 кг. Это объясняется высокими скоростями перемещения обломков на первой передаче для бульдозера ДЗ-59ХЛ. Для бульдозеров с захватами продолжительность рабочего цикла ТЦ с увеличением массы бульдозеров снижается (рис. 4 в).
На рисунках 5 и 6 представлены изменения эксплуатационной производительности ПЭБМ и ПЭЗ в зависимости от дальности перемещения обломков !тр для различных бульдозеров. Как для бульдозеров традиционного исполнения, так и для бульдозеров с захватами, с увеличением дальности транспортирования обломков от завала производительности этих машин снижаются.
Изменение удельных производительностей бульдозеров, приходящихся на единицу массы бульдозеров показателей ПБ ПЗ
Мб и М3 от тягового класса бульдозера (рис. 6) показывает, что для бульдозеров с захватами целесообразно применение на разборке завалов бульдозеров тяжелого тягового класса Т=25; 35.
б
а
в
Рис. 4. Зависимость продолжительности рабочего цикла ТцБМ, ТцБО, Тц3 от массы бульдозеров МБ, М3: а - бульдозер при массовой уборке обломков; б - бульдозер при перемещении отдельных обломков; в - бульдозер с захватами.
Дальность транспортирования обломков: 1 - 60 м; 2 - 100 м; 3 - 140 м; 4 - 180 м; 5 - 220 м.
б
а
Рис. 5. Зависимость производительности бульдозеров ПЭБ и ПЭ3 от дальности транспортирования обломков 1тр: а - бульдозеры при массовой уборке обломков; б - бульдозеры с захватами; 1 - бульдозер ДЗ-162; 2 - бульдозер ДЗ-171.1; 3 - бульдозер ДЗ-118; 4 - бульдозер Д3-59ХЛ.
При использовании бульдозеров с традиционным отвальным оборудованием целесообразно применение бульдозеров
легкого класса Т=3 и тяжелого Т=35. У них показатель в 1,5-2,5 раза выше этого показателя, чем у бульдозеров
среднего тягового класса Т=10.
Изменение удельного фактора времени и от тягового класса бульдозеров Т показывает (рис. 7), что на
разборке завалов, когда эти работы связаны с освобождением пострадавших из завалов, целесообразно применение
тяжелых высокопроизводительных машин. Причем в целях безопасности ведения работ предпочтение следует отдавать поэлементному разбору обломков завала за счет использования бульдозеров с захватами.
Рис. 6. Зависимость показателей П^/МБ и ПЭЗ /МЗ от тягового класса бульдозеров Т:
1 - бульдозер при массовой разработке завала; 2 - бульдозер при перемещении отдельных обломков; 3 - бульдозер с захватами.
Рис. 7. Зависимость показателей П^/Тфи ПЭЗ.
Т
ф от тягового класса бульдозеров Т: - бульдозер при массовой разработке завала; 2 - бульдозер при перемещении отдельных обломков; 3 - бульдозер с захватами.
1
Выводы
1. Для разборки завалов разрушенных зданий и сооружений в зависимости от характера и объема разрушений целесообразно применение бульдозеров определенного типоразмера с традиционным бульдозерным оборудованием или бульдозеров с захватами.
2. Разработан параметрический ряд бульдозеров с захватами применительно к бульдозерам тягового класса 3, 10, 25 и 35. Для оборудования с захватами даны аналитические зависимости для расчета их конструктивных элементов.
ПБ ПБ
3. Анализ влияния параметров бульдозеров на производительность оборудования и на показатели Б , ф показывает, что на разборке завалов целесообразно применение бульдозеров тяжелого класса Т=25, 35, оснащенных захватами для поэлементного разбирания завалов.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Казаков Б., Чадов Е. Оргашзацш та проведення аваршно-рятувальних робгг на житлових будшлях { спорудах // Надзвичайна ситуацш. - 2007. - № 6. - С. 44-49.
2. Савинов Н. А., Поляков В. И., Бакин В. П. Строительная техника на спасательно-восстановительных работах: извлечь уроки из стихийного бедствия в Армении // Механизация строительства. - 1989. - № 7. - С. 2-4.
3. Бакин В. П. Механизация на разборке завалов // Механизация строительства. - 1989. - № 5. - С. 7-8.
4. М1рошниченко М. Вибух газу - "це урок, який повинна засвогги держава" // Надзвичайна ситуащя. - 2007. - № 10. -С. 8-15.
5. Колосков В. Н., Олейник П. П., Тихонов Ф. Разборка жилых зданий и переработка их конструкций и материалов для повторного использования. - М.: Изд-во Ассоциации строит. вузов. - 2004. - 200 с.
6. Корт Д. и др. Организация работ по сносу зданий /Пер. с нем. - М.: Стройиздат. - 1985. - 115 с.
7. Баловнев В. И., Хмара Л. А. Интенсификация разработки грунтов в дорожном строительстве. - М.: Транспорт, 1993. -383 с.
8. Модернизация и повышение производительности строительных машин / Хмара Л. А., Колесник Н. П., Станевский В. П. - К.: Будiвельник, 1992. - 152 с.
9. Баловнев В. И. Многоцелевые дорожно-строительные и технологические машины /Учебное пособие для вузов по дисциплине "Дорожные машины" для специальностей 170900, 230100, 150600 и 291800. - Омск - Москва. ОАО "Омский дом печати", 2006. - 320 с.
10. Хмара Л. А., Соколов И. А., Шатов С. В. /Блок-пакет высокоэффективных машин и оборудования для жилищно-коммунального хозяйства //Сб. науч. труд.: Строительство. Материаловедение. Машиностроение. -Вып. № 19. - Днепропетровск, ПГАСА. - 2002. - С. 50-57.
11. Хмара Л. А., Шатов С. В. Механизация работ и расчет потребности в грузоподъемных средствах при разборке разрушенных сооружений // Механизация строительства. - 2007. - № 2. - С. 22-27.
12. Добронравов С. С. Строительные машины. Справочник. - М.: Высшая школа, 1993. - 540 с.
УДК 69.059.62.002.5
Определение параметров бульдозеров для ликвидации последствий стихийных бедствий и техногенных аварий /Л. А. Хмара, С. В. Шатов //Шсник ПридншровськоТ державноТ академп будiвництва та арх^ектури. — Дншропетровськ: ПДАБА, 2008. - № 1-2. - С. 81-89. - рис. 7. - табл. 3. - Бiблiогр.: (12 назв.).
Изложены сведения об организации спасательных и восстановительных работ при ликвидации последствий стихийных бедствий и аварий. Рассмотрено применение бульдозерной техники для выполнения работ по разборке завалов разрушенных зданий и сооружений. Разработана конструкция бульдозерного оборудования с захватами. Предложены зависимости для расчета основных конструктивных элементов бульдозерного оборудования с захватами для бульдозеров различного тягового класса. Рассмотрено влияние параметров бульдозеров с захватами на показатели их работы.
