Зимняя эксплуатация землеройных машин с нормированием режущего инструмента

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего образования 

«Томский государственный архитектурно-строительный университет» 

 
 

Серия «Учебники ТГАСУ» 

 
 

С.М. Кравченко, В.А. Слепченко 

 
 

ЗИМНЯЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ 
ЗЕМЛЕРОЙНЫХ МАШИН  

С НОРМИРОВАНИЕМ  

РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 

 

Рекомендовано Учебно-методическим советом ТГАСУ  

в качестве учебного пособия для студентов вузов,  

обучающихся по направлению подготовки специалистов  
«Наземные транспортно-технологические средства»  

по специализации «Подъемно-транспортные, строительные,  

дорожные средства и оборудование»  
и направлению подготовки бакалавров  

«Наземные транспортно-технологические комплексы»  
по профилям подготовки: «Подъемно-транспортные,  
строительные, дорожные машины и оборудование»  

и «Механизация строительства и обустройства  

нефтегазовых объектов» 

 
 

Томск 

Издательство ТГАСУ 

2019 

 

УДК 624.132.3:624.139 (075.8) 
ББК 38.623я73 
 

Серия «Учебники ТГАСУ» основана в 2013 году 

 

Кравченко, С.М. Зимняя эксплуатация землеройных ма-

шин с нормированием режущего инструмента [Текст] : учебное 
пособие / С.М. Кравченко, В.А. Слепченко. – Томск : Изд-во Том. 
гос. архит.-строит. ун-та, 2019. – 204 с. 

ISBN 978-5-93057-875-1 

 

В учебном пособии рассмотрены особенности зимней эксплуатации земле-

ройных машин в условиях Сибири и Крайнего Севера, вопросы обеспечения работоспособности 
и надежности машин в условиях низких температур. Представлены краткие 
характеристики применяемости топливо-смазочных материалов в зимнее время. 
Даны характеристики мерзлых и вечномерзлых грунтов с районированием территории 
России по условиям промерзания, изнашивающей способности и расходу режущего 
инструмента землеройных машин. Изложена методика нормирования расхода режущего 
инструмента траншейных экскаваторов. Представлены основные требования по 
охране труда и обеспечению экологической безопасности при зимней эксплуатации 
землеройных машин. 

Пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обуча-

ющихся по дисциплинам «Эксплуатация ПТСДМ», «Машины для земляных работ», 
«Машины и оборудование для земляных работ при строительстве нефтегазопрово-
дов» и «Надежность машин и механических систем», а также для инженерно-
технических и научных работников, связанных с эксплуатацией землеройных машин 
для разработки мерзлых грунтов. 

 

УДК 624.132.3:624.139 (075.8)

ББК 38.623я73

 

Рецензенты: 
Л.А. Саруев, докт. техн. наук, профессор кафедры «Теоретическая 
и прикладная механика» Национального исследовательского 
Томского политехнического университета; 
Ю.А. Власов, докт. техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «
Автомобили и тракторы», декан механико-технологического 
факультета Томского государственного архитектурно-строительного 
университета. 

 

ISBN 978-5-93057-875-1
© Томский государственный

архитектурно-строительный
университет, 2019

© Кравченко С.М.,

Слепченко В.А., 2019

К772

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие ......................................................................................... 5 
Введение ................................................................................................ 6 
1. Особенности эксплуатации землеройных машин 
в зимних условиях ............................................................................. 10 
Контрольные вопросы ........................................................................ 19 
2. Средства по обеспечению работоспособности 
и надежности машин при низких температурах ......................... 21 
Контрольные вопросы ........................................................................ 36 
3. Характеристика мерзлых и вечномерзлых грунтов .............. 38 
Контрольные вопросы ........................................................................ 49 
4. Влияние условий промерзания грунтов на трудность 
их разработки землеройными машинами .................................... 50 
Контрольные вопросы ........................................................................ 59 
5. Районирование территории России по воздействию 
климатических факторов и их краткая характеристика ......... 60 
Контрольные вопросы ........................................................................ 72 
6. Машины и оборудование для разработки мерзлых 
и вечномерзлых грунтов .................................................................. 73 
Контрольные вопросы ........................................................................ 76 
7. Повышение долговечности наконечников тракторных 
рыхлителей ......................................................................................... 78 

7.1. Общие сведения о наконечниках тракторных 
рыхлителей ....................................................................................... 78 
7.2 Обоснование выбора материалов элементов 
наконечника ..................................................................................... 85 
7.3. Обоснование выбора конструктивных параметров 
наконечника ..................................................................................... 99 

7.3.1. Расчетные положения и нагрузки, действующие 
на зуб рыхлителя ...................................................................... 99 
7.3.2. Определение нормальных напряжений 
от действия усилия на переднюю грань ............................... 102 
7.3.3. Определение результирующих нормальных 
напряжений от сопротивления грунта заглублению .......... 106 

Контрольные вопросы ...................................................................... 108 

8. Нормирование расхода режущего инструмента 
траншейных экскаваторов при разработке мерзлых 
грунтов .............................................................................................. 110 

8.1. Обоснование метода нормирования расхода режущего 
инструмента ................................................................................... 110 
8.2. Методика нормирования расхода режущего 
инструмента траншейных экскаваторов ..................................... 149 
8.3. Районирование территории Сибири и Крайнего Севера 
по расходу режущего инструмента ............................................. 153 

Контрольные вопросы ...................................................................... 161 
9. Применяемость топливо-смазочных материалов 
при зимней эксплуатации машин ................................................ 163 
Контрольные вопросы ...................................................................... 179 
10. Организация, управление и техника безопасности 
при зимней эксплуатации землеройных машин ....................... 180 

10.1. Организация работ по подготовке землеройных 
машин к зимней эксплуатации ..................................................... 180 
10.2. Подготовительные работы к выполнению сезонного 
обслуживания землеройных машин и их составных частей 
к зимней эксплуатации .............................................................................. 181 
10.3. Основные требования к пуску дизелей в условиях 
низких температур ........................................................................ 189 
10.4. Особенности управления землеройными машинами 
в зимних условиях ......................................................................... 192 
10.5. Основные требования по охране труда при 
эксплуатации землеройных машин в зимнее время .................. 193 
10.6. Основные требования по обеспечению экологической 
безопасности при эксплуатации землеройных машин 
в зимнее время ............................................................................... 195 

Контрольные вопросы ...................................................................... 196 
Заключение ....................................................................................... 198 
Список литературы ........................................................................ 201 
 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

В учебном пособии рассмотрены особенности зимней экс-

плуатации землеройных машин в районах с холодным климатом 
на территории Сибири и Крайнего Севера. Приведены основные 
средства по обеспечению работоспособности и надежности машин 
в условиях низких температур. Дана характеристика мерзлых 
и вечномерзлых грунтов. Приведены подготовительные работы 
к сезонному обслуживанию, даны краткие характеристики 
применяемости топливо-смазочных материалов в зимнее время. 
Изложены основные требования по охране труда и обеспечению 
экологической безопасности при зимней эксплуатации землеройных 
машин. 

В пособии освещены вопросы, связанные с повышением 

долговечности наконечников тракторных рыхлителей. Изложена 
методика нормирования расхода режущего инструмента траншейных 
экскаваторов. Приведено районирование территории 
России по условиям промерзания, изнашивающей способности 
и расходу режущего инструмента землеройных машин. 

Результаты повышения долговечности наконечников трак-

торных рыхлителей, методика нормирования режущего инструмента 
траншеекопателей и методические указания по зимней 
эксплуатации машин, приведенные в пособии, будут полезны 
для инженерно-технических и научных работников, связанных 
с эксплуатацией землеройных машин для разработки мерзлых 
грунтов, а также для студентов высших учебных заведений соответствующих 
специальностей. 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Холодный период года, сопровождающийся отрицательны-

ми температурами воздуха, имеет в нашей стране значительную 
продолжительность. При этом грунты промерзают на определенную 
глубину, содержат лед и характеризуются криогенными 
структурными связями. В теплое время года грунт оттаивает. Это 
явление называется сезонным промерзанием. Глубина сезонного 
промерзания грунтов зависит от климатических особенностей 
рассматриваемого района, состава пород, мощности снегового 
покрова и колеблется от долей до нескольких метров. 

В северных и восточных районах России широкое распро-

странение получили многолетнемерзлые или вечномерзлые 
грунты. Специфичность их заключается в том, что в них постоянно 
содержится лед. При повышении температуры в весенне-
летний период (выше 0 °C) мерзлый грунт оттаивает на определенную 
глубину, и его прочность резко снижается, качественно 
изменяются и другие свойства, особенно в пылевато-глинистых 
грунтах. Происхождение вечной мерзлоты связано с оледенением 
поверхности нашей планеты в четвертичном периоде. Зона 
распространения многолетней мерзлоты на территории Сибири 
и Крайнего Севера составляет боле 50 % территории страны. 

Высокий уровень промышленно-энергетического потенциа-

ла нашей страны позволил перейти к интенсивному освоению 
нефтегазоносных районов за последние несколько десятков лет 
на территории Сибири и Крайнего Севера, представленных в основном 
по вертикали вечномерзлыми грунтами от дневной поверхности 
на глубину нескольких километров. Промышленное 
освоение новых нефтегазоносных районов Сибири и Крайнего 
Севера невозможно без строительства и обустройства автомобильных 
дорог в этих регионах. Многолетняя мерзлота создает 
множество проблем, связанных с разработкой вечномерзлых 
грунтов землеройными машинами. Суровые зимние природно-
климатические условия в северных нефтегазоносных районах на 

территории Сибири и Крайнего Севера (низкие отрицательные 
температуры до –60 °C, высокая скорость ветра до 25 м/с, продолжительные 
зимы 7–9 месяцев) и залегающие близко к поверхности 
вечномерзлые грунты затрудняют эксплуатацию техники. 

В основу учебного пособия положены строительные пра-

вила СП 12-104–2002 [1]. Данный документ был создан с целью 
установления рекомендуемых требований, способствующих 
снижению трудоемких затрат и обеспечению работоспособности 
строительных машин в условиях эксплуатации в зимний период. 

Низкая температура окружающей среды приводит к увели-

чению механических нагрузок на системы и агрегаты машин 
и механизмов. При снижении температуры горюче-смазочные материалы, 
металлы, резины и пластики приобретают иные свойства, 
и это негативно сказывается на функционировании агрегатов, узлов 
и механизмов землеройных машин. С понижением температуры 
ниже 0 оС нормальный тепловой режим работы дизелей нарушается, 
ухудшается работа систем охлаждения, питания и смазки, 
а также затрудняется запуск дизеля. В случае повышения вязкости 
топлива и снижения температуры воздушного заряда в цилиндрах 
дизеля нарушаются условия смесеобразования и ухудшается самовоспламенение 
дизельного топлива. Переохлаждение дизеля 
в процессе его работы приводит к ухудшению смесеобразования 
и усилению конденсации горючего, в результате чего увеличивается 
его расход и снижается мощность. Конденсат горючего смывает 
масляную пленку со стен цилиндров и разжижает масло в картере, 
что приводит к резкому возрастанию износа деталей дизеля и сокращению 
срока его службы. Особенно сильно изнашиваются детали 
при пуске холодных дизелей. Повышение вязкости моторного 
масла при низких температурах окружающего воздуха вызывает 
резкое увеличение сопротивления вращению коленчатого вала, что 
соответственно затрудняет достижение требуемой частоты его 
вращения для нормального запуска дизеля. 

В зимний период эксплуатации значительно ухудшаются 

условия движения пневмоколесных машин в результате дей-

ствия сильных ветров, снегопадов и метелей, резко снижается 
видимость, затрудняется управление машиной, особенно на 
скользких и разбитых дорогах. В результате снижается скорость 
движения и производительность пневмоколесных машин. 

Чтобы обеспечить эксплуатационную надежность и посто-

янную работоспособность землеройных машин в зимний период 
на территории Сибири и Крайнего Севера, необходимо выполнять 
установленные рекомендации, указания и положения по 
зимней эксплуатации землеройной техники в этих регионах, изложенные 
в соответствующих разделах настоящей работы. 

Разработка песчано-глинистых грунтов в зимних условиях 

в основном осуществляется механическим способом с помощью 
цепных и роторных многоковшовых траншейных экскаваторов, 
баровых и дискофрезерных машин для разработки мерзлых 
грунтов блочным методом, а также рыхлением мерзлой породы 
тракторными рыхлителями с последующей разработкой землеройными 
и землеройно-транспортными машинами. 

Наибольшее распространение для разработки вечномерз-

лых грунтов получили мощные гусеничные тракторные рыхлители 
с силовой установкой не менее 300 кВт. 

Эффективность работы землеройных машин при разработке 

мерзлых и вечномерзлых грунтов в значительной степени зависит 
от износостойкости режущего инструмента траншеекопателей 
и наконечников для зубьев тракторных рыхлителей. Абразивность 
мерзлых грунтов, особенно представленных песчаными породами, 
в несколько десятков раз выше, чем талых грунтов при 
положительных температурах. Недостаточная износостойкость 
режущего инструмента снижает производительность землеройных 
машин, увеличивает нагрузки на рабочие узлы, приводя их 
к преждевременному выходу из строя. Поэтому все сказанное 
свидетельствует об актуальности повышения долговечности 
и работоспособности наконечников для зубьев тракторных рыхлителей. 
Решению этой важной задачи и посвящена часть данной 
работы. Кроме этого, в пособии приведена методика нормирова-

ния расхода режущего инструмента траншейных экскаваторов 
при разработке мерзлых грунтов. Данная методика применима 
к режущему инструменту, армированному твердыми сплавами 
группы ВК при работе с однородными песчано-глинистыми 
грунтами (без крупных включений галечника), основным минералом 
песчаной фракции которых является кварц. В пособии 
приведено районирование территории России по условиям промерзания, 
изнашивающей способности и расходу режущего инструмента 
траншеекопателей. 

Изложенная методика, приведенное районирование и по-

лученные результаты позволяют обоснованно нормировать расход 
режущего инструмента траншеекопателей, производить 
планирование его производства и распределения по различным 
районам нашей страны в зависимости от условий промерзания 
и типов разрабатываемых грунтов, определять затраты на производительность 
землеройных машин и потребность в них. 

В учебном пособии дана общая характеристика мерзлых 

и вечномерзлых грунтах, приведены средства по обеспечению 
работоспособности землеройных машин в условиях низких температур, 
даны сведения о зимних сортах применяемых топливо-
смазочных материалов, указаны подготовительные работы для 
осенне-зимнего обслуживания землеройных машин, изложены 
основные требования по охране труда и экологической безопасности 
окружающей среды. 
 
 

1. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ  

ЗЕМЛЕРОЙНЫХ МАШИН В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ 

Сложность механизации земляных работ в зимнее время 

при освоении и развитии нефтегазоносных районов нашей страны 
обусловлена в основном суровым климатом и тяжелыми горно-
геологическими условиями. В тяжелых климатических условиях, 
особенно при температуре воздуха зимой до tв = –60 °C, скорости 
ветра свыше 15 м/с и преобладающем распространении вечномерзлых 
грунтов и скальных пород, эксплуатация машин затруднена 
и малоэффективна. 

Землеройные машины обычного исполнения, предназна-

ченные для работы в районах с умеренным климатом, могут 
эксплуатироваться при температуре до tв = –40 °C, а для районов 
с холодным климатом, где температура опускается ниже 
tв = –40 °C, создаются машины в северном исполнении ХЛ. 
Зимний период является наиболее сложным для эксплуатации 
землеройных машин. В это время затрудняется запуск силовой 
установки, снижаются смазывающие свойства масел, повышается 
вязкость рабочей жидкости, снижаются прочностные свойства 
металлоконструкций и увеличиваются нагрузки на них, повышается 
хрупкость резинотехнических изделий, возрастает 
число отказов сборочных единиц, увеличивается расход топлива, 
усложняются условия труда машинистов. 

Основными климатическими факторами, влияющими на 

трудность разработки мерзлых грунтов и усложняющими эксплуатацию 
землеройных машин в зимний период, являются: 

– низкая температура окружающего воздуха и ее резкие 

колебания; 

– наличие снежного покрова; 
– сильные ветры и метели; 
– существование мерзлых и вечномерзлых грунтов. 
Эти факторы по-разному влияют на работоспособность, 

надежность и производительность землеройных машин. Одни 

резко повышают эксплуатационные расходы и увеличивают износ 
элементов машин, а другие вызывают разрушение узлов 
и агрегатов машин, снижают их производительность и увеличивают 
затраты на ремонт. В результате неблагоприятного воздействия 
климатических факторов в районах холодного климата 
происходит изменение следующих особенностей эксплуатации 
землеройных машин в зимний период [1]: 

– повышается сопротивление разрушению и копанию мерз-

лых грунтов и смерзшихся сыпучих материалов, а также возникает 
необходимость в отрыве примерзших к грунту грузов, строительных 
изделий и конструкций; 

– снижается прочность металлоконструкций, а также пнев-

матических шин и других деталей из неметаллических материалов; 

– ухудшаются дорожные условия передвижения машин; 
– затрудняется пуск дизелей и поддержание их нормально-

го теплового режима в условиях холодного климата; 

– увеличиваются внутренние сопротивления в гидропри-

водах и механических трансмиссиях вследствие увеличения вязкости 
рабочих жидкостей и смазочных материалов, а также 
снижаются тяговые усилия и скорость передвижения в процессе 
выполнения рабочих операций; 

– происходит накапливание и замерзание конденсата влаги 

в гидравлических и пневматических системах, снижающее надежность 
систем управления машинами; 

– ухудшается физическое состояние и работоспособность 

людей, обслуживающих машины; 

– снижается производительность машин, увеличиваются 

затраты энергоносителей и повышается общая стоимость зимней 
эксплуатации машин. 

Влияние климатических факторов на зимнюю эксплуата-

цию землеройных машин вызывает ряд определенных трудностей 
в процессе их работы. Например, особые трудности вызывает 
разработка мерзлых грунтов при глубине промерзания свыше 1 м 
вследствие того, что у мерзлых грунтов сопротивление разруше-

нию и копанию в десятки раз выше, чем у талых. Это приводит 
к необходимости применения специального рабочего оборудования 
или специализированной техники для разработки мерзлых 
грунтов, что ведет к удорожанию земляных работ. 

При низких температурах окружающего воздуха возрастает 

опасность хрупкого разрушения элементов металлоконструкций 
рабочего оборудования, ковшей, отвалов, а также тележек ходового 
оборудования, опорных рам и корпусных деталей. Основной 
причиной хрупкого разрушения является хладноломкость конструкционных 
материалов и сварных швов. Опасность разрушения 
еще более возрастает в случае приложения динамических 
нагрузок (ударов, толчков, вибрации), в особенности при наличии 
трещин, надрезов и других концентраторов напряжений. Наиболее 
часто такие случаи имеют место у землеройных машин. 

Хрупкому разрушению подвержены также детали из пласт-

масс и резины. Под воздействием низких температур детали из 
резины теряют упругость, а на их поверхности образуются трещины. 
При температуре окружающего воздуха tв = –48–50 °C 
снижается пластичность неморозостойкой резины, повышается 
хрупкость и ломкость полимерных материалов. 

Под действием низких температур работоспособность шин 

снижается. На пневматических шинах при длительной стоянке 
машин возникает остаточная деформация, которая устраняется 
только при разогреве шин до температуры 10 °C и выше в процессе 
движения. Замороженные пневматические шины могут 
разрушиться при наезде на камень или неровность дороги. 
В случае примерзания к грунту в момент движения машины 
может произойти повреждение участка шины в зоне контакта. 

Основные мероприятия по борьбе с хладноломкостью ме-

таллов можно подразделить на два вида: конструкционные 
и эксплуатационные. Конструкционные мероприятия выполняются 
в заводских условиях. Для машин, предназначенных для 
эксплуатации в районах с холодным климатом, используют специальные 
хладостойкие низколегированные стали с соответству-