Землеройно-транспортные машины

 
 
 
Н. Г. Гринчар, П. В. Шепелина 
 
 
 
 
ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫЕ  
МАШИНЫ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 

УДК 621.87 
ББК 38.623 
Г85 
 
 
Рецензент: 
кандидат технических наук, доцент кафедры «Подъёмно-транспортные системы»  
Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана 
(Научно-исследовательский университет) Кузнецов Андрей Алексеевич 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Гринчар, Н. Г. 
Г85   
Землеройно-транспортные машины : учебное пособие / Н. Г. Гринчар, П. В. Шепелина. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 
312 с. : ил., табл.  
 ISBN 978-5-9729-1884-3 
 
Рассмотрены четыре основных типа землеройно-транспортных машин, 
применяемых при строительстве автомобильных и железных дорог, а также в 
коммунальном хозяйстве – бульдозеры, скреперы, автогрейдеры и рыхлители. 
Приведены основы теории проектирования данных типов машин, их конструкции и 
методы расчета основных параметров, а также некоторые вопросы, связанные с  
практическим их применением. 
Для студентов вузов и колледжей по направлениям обучения «Наземные транспортно-технологические комплексы», «Наземные транспортно-технологические средства»,  
а также инженерно-технических работников машиностроительных отраслей, занимающихся разработкой, исследованием, проектированием и эксплуатацией такого типа 
машин. 
 
УДК 621.87 
ББК 38.623 
 
 

 
 
ISBN 978-5-9729-1884-3 
” Гринчар Н. Г., Шепелина П. В., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5 
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГРУНТАХ 
....................................................................... 8 
1.1. Основные физико-механические свойства грунтов ..................................... 8 
1.2. Общие сведения о мерзлых грунтах 
............................................................. 19 
1.3. Классификация грунтов по трудности разработки  
и методы определения их в полевых условиях .................................................. 27 
2. БУЛЬДОЗЕРЫ ....................................................................................................... 37 
2.1. Конструкции бульдозеров ............................................................................. 37 
2.1.1. Назначение и классификация 
................................................................. 37 
2.1.2. Основные конструктивные особенности 
.............................................. 39 
2.1.3. Конструктивные особенности гусеничных тракторов 
........................ 51 
2.2. Основы расчета бульдозерного оборудования............................................ 63 
2.2.1. Определение основных конструктивных параметров 
......................... 63 
2.2.2. Определение сопротивлений при работе бульдозера 
.......................... 71 
2.2.3. Определение нагрузок на бульдозерное оборудование ...................... 76 
2.2.4. Устойчивость бульдозера 
....................................................................... 79 
2.3. Повышение эффективности разработки грунтов машинами  
с отвальными рабочими органами 
....................................................................... 82 
2.3.1. Оборудование бульдозеров отвалами с перекосом  
и выступающим средним ножом ..................................................................... 82 
2.3.2. Оснащение бульдозеров отвалами адаптируемого типа 
..................... 89 
2.3.3. Сдвоенная работа бульдозеров и оснащение их отвалами  
с двухножевой системой копания ................................................................... 92 
2.3.4. Бульдозерное оборудование многоцелевого назначения ................. 103 
2.4. Эксплуатация бульдозеров 
.......................................................................... 108 
2.4.1. Производительность бульдозеров ....................................................... 108 
2.4.2. Технология производства бульдозерных работ ................................. 111 
2.4.3. Основные правила эксплуатации, технического обслуживания  
и ремонта бульдозеров 
.................................................................................... 118 
2.4.4. Особенности эксплуатации машин в экстремальных  
климатических условиях ................................................................................ 124 
3. СКРЕПЕРЫ .......................................................................................................... 129 
3.1. Общие сведения о самоходных скреперах ................................................ 129 
3.1.1. Классификация и конструктивные схемы .......................................... 129 
3.1.2. Основные параметры скреперов 
.......................................................... 136 
3.2. Технико-эксплуатационные характеристики самоходных скреперов 
.... 139 
3.2.1. Условия эксплуатации самоходных скреперов 
.................................. 139 
3.2.2. Эксплуатационная производительность скреперов .......................... 142 
3.3. Тяговый расчет самоходных скреперов 
..................................................... 149 
3.3.1. Тяговый расчет самоходных колёсных скреперов ............................ 149 
3.3.2. Тяговый расчет скреперов с элеваторной загрузкой 
......................... 156 
3.4. Нагрузки, действующие на скрепер ........................................................... 162 
3.4.1. Нагруженность скрепера в разных режимах 
...................................... 162 
3 

3.4.2. Общая схема сил, действующих на скрепер ...................................... 168 
3.4.3. Выбор расчетных положений .............................................................. 178 
3.4.4. Оценка устойчивости самоходного скрепера .................................... 181 
3.4.5. Определение усилий в механизме подъема заслонки  
и в механизме разгрузки ковша скрепера 
..................................................... 186 
3.5. Разработка грунта скреперами 
.................................................................... 189 
4. АВТОГРЕЙДЕРЫ ............................................................................................... 193 
4.1. Назначение, конструкция и основные параметры автогрейдеров .......... 193 
4.1.1. Основные конструктивные узлы автогрейдеров ............................... 193 
4.1.2. Основные параметры автогрейдеров .................................................. 202 
4.1.3. Тяговый расчет автогрейдера .............................................................. 207 
4.1.4. Силы, действующие на автогрейдер ................................................... 213 
4.1.5. Поперечная устойчивость автогрейдера 
............................................. 216 
4.2. Расчет механизмов автогрейдеров ............................................................. 218 
4.2.1. Механизм подъема отвала 
.................................................................... 218 
4.2.2. Механизмы поворота ножа в горизонтальной плоскости................. 221 
4.2.3. Механизм наклона колес автогрейдера .............................................. 223 
4.3. Основные положения общего расчета элементов конструкции  
автогрейдера на прочность 
..................................................................................... 225 
4.3.1. Расчет основной рамы .......................................................................... 225 
4.3.2. Расчет тяговой рамы ............................................................................. 231 
4.3.3. Расчет ходового оборудования ............................................................ 234 
4.4. Эксплуатация и применение автогрейдеров ............................................. 236 
4.4.1. Производительность автогрейдера 
...................................................... 236 
4.4.2. Основные работы с применением автогрейдеров ............................. 237 
4.4.3. Устройство и отделка насыпей и выемок ............................................... 241 
5. РЫХЛИТЕЛИ ...................................................................................................... 248 
5.1. Назначение и классификация 
...................................................................... 248 
5.2. Конструкция отечественных рыхлителей 
.................................................. 251 
5.3. Конструктивные особенности зарубежных рыхлителей ......................... 264 
5.4. Основные направления развития и совершенствования рыхлителей .... 271 
5.5. Выбор основных параметров рыхлителей 
................................................. 296 
5.6. Расчет рыхлительного оборудования 
......................................................... 302 
ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................................... 308 
 
 
 
4 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Машины для земляных работ являются одними из основных видов машин, 
с помощью которых осуществляется комплексная механизация в строительстве, 
на открытых разработках полезных ископаемых, в промышленности строительных материалов, горной и цветной металлургии, угольной промышленности, мелиорации сельского хозяйства и других отраслях народного хозяйства. Объем 
земляных работ в общем объеме строительных работ в зависимости от сооружаемых объектов колеблется от 3–5 до 80–90 %. 
Повышение эффективности строительно-дорожной техники обеспечивается 
путем улучшения качества изготовления, надежности и технического уровня машин, обеспечения комфорта и безопасной работы машинистов-операторов в любых климатических условиях. Ряды и комплекты машин для комплексной механизации работ создаются с увязкой машин между собой по производительности 
и эффективности с учетом перспективной технологии строительства, добычи полезных ископаемых и максимального исключения ручного труда. При этом целесообразным является создание высокоэффективных машины повышенной 
единичной мощности, особенно для работы при низких температурах, с одной 
стороны и легких малогабаритных машин – для снижения доли и исключения 
ручного труда. Совершенствование парка машин обеспечивается путем повышения средних удельных показателей, применения гидропривода и автоматизации 
управления. 
Конструкции машин для земляных работ претерпели большие и слож- 
ные изменения одновременно с общим развитием техники и машиностроения. 
Одними из первых машин для земляных работ в России были созданные  
в 1806–1812 гг. Бухтеевым и А. Бетанкуром многоковшовые паровые землечерпалки для дноуглубительных работ на Днепре и в Кронштадте. В 1836 г.  
в США Д. Отис создал первый одноковшовый паровой экскаватор на железнодорожном ходу. Экскаватор имел оборудование прямая лопата с ковшом вместимостью 1,14 м3. Производительность этого экскаватора, использованного впервые в России в 1842 г. при строительстве железной дороги Петербург – Москва, 
составляла 15–80 м3/ч. В 70-х годах XIX века в США были созданы первые грейдеры на конной тяге. Первые скреперы с конной тягой были известны с 1773 г. 
Бурное строительство железных дорог способствовало развитию мобильных машин для земляных работ, а также гусеничных и пневмоколесных дви- 
жителей. Первые гусеничные и пневмоколесные машины были построены  
в 1910–1915 гг. В 20-е годы XX века в качестве привода машин стали применять 
электродвигатели, а в машинах небольшой и средней мощности – двигатели 
внутреннего сгорания. В 30–40 годы в трансмиссиях машин появляются гидромуфты и гидротрансформаторы. К этому же времени относятся первые попытки 
применения объемного гидропривода на тракторах, неполноповоротных экскаваторах небольшой мощности. 
Особое место при механизации земляных работ занимают бульдозеры, автогрейдеры, скреперы и рыхлители. На них приходится подавляющая (по количеству единиц) часть парка землеройных машин. Несмотря на быстрое развитие 
5 

новых методов разработки грунтов и специализированных машин, механический 
способ их разрушения, копания и перемещения в ближайшем будущем останется 
наиболее эффективным в большинстве эксплуатационных условий, что объясняется относительной простотой конструкции бульдозеров, автогрейдеров, скреперов и рыхлителей, широкой сферой и универсальностью применения, высокой 
производительностью и низкой стоимостью единицы продукции. 
Помимо общих тенденций развития строительно-дорожных машин при создании и совершенствовании бульдозеров, автогрейдеров, скреперов и рыхлителей учитывают специфические особенности их применения и эксплуатации.  
В частности, с целью расширения области применения при различных климатических и грунтовых условиях широко применяют их различные исполнения (тропическое, умеренное и северное) и модификации (для специальных условий работ. С помощью сменного дополнительного оборудования – уширителей,  
откосников, открылков, наставок и ножей для сплошного рыхления, уширителей 
с жестким и шарнирным креплением к зубьям и других частных усовершенствований – существенно повышается их использование по времени и расширяется 
область применения. Этому же способствует, например, использование для различных грунтовых условий и скальных пород прямого, полусферического, 
угольного и других типов бульдозерных отвалов; прямых и изогнутых зубьев 
рыхлителей. 
Широкое применение гидропривода в землеройных машинах с 50-х годов 
значительно преобразило их конструкцию, позволило на 20–50 % снизить их 
удельные материало- и энергоемкость, существенно повысить производительность и универсальность и перейти к автоматизации управления отдельными машинами, созданию манипуляторов и робототехнических комплексов. Следует 
отметить, что широкое применение индивидуального гидропривода, а также 
электропривода в тяжелых машинах позволяет более широко использовать агрегатно-модульный принцип их проектирования и создания. Одни и те же агрегаты 
и узлы широко используются для создания и производства многих видов этих 
машин, а сами узлы и агрегаты создаются по модульному принципу из отдельных унифицированных элементов и сборок. Этот принцип позволяет в 1,5–3 раза 
ускорить создание новых машин; резко поднять серийность изготовления многих элементов, узлов и агрегатов конструкций; существенно улучшить их качество и снизить стоимость производства; упростить системы обслуживания, снабжения запчастями и ремонта машин в процессе их эксплуатации. 
Применение объемного гидропривода для операций подъема-опускания, перекоса, наклона, поворота в плане рабочего оборудования, обеспечивает максимальное приспособление рабочих органов землеройных машин к условиям выполняемой работы, что существенно повышает их эффективность. Этому же способствует улучшение параметров рабочих органов и оборудования, а также автоматизация унификация и стандартизация управления машинами. 
С целью облегчения эксплуатации и удешевления производства целесообразно широко использовать единые, конструктивно подобные решения навесного оборудования во всех типоразмерных рядах землеройных машин, создают 
семейства машин в смежных типоразмерах.  
6 

Для режущих элементов и металлоконструкций все большее применение 
находят легированные и низколегированные стали повышенной прочности. Технологичность, ремонтопригодность, снижение потерь времени на техническое 
обслуживание являются основными факторами создания новых конструкций. 
 
 
 
7 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГРУНТАХ 
 
1.1. Основные физико-механические свойства грунтов 
 
При выполнении земляных работ объектом разработки являются грунты,  
к которым относят любые горные породы или почвы, слагающие верхние слои 
земной коры, а также твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, используемые в строительно-технических целях.  
Грунты представляют собой сложные многокомпонентные среды, трудность разработки которых землеройными машинами зависит в первую очередь 
от характера структурных связей, происхождения, условий образования, гранулометрического состава, пластичности, структуры, текстуры, наличия влаги, 
льда, газов, солей. По совокупности основных свойств и физическому состоянию 
грунты дифференцируют на скальные – с жесткими кристаллизационными или 
цементационными связями и нескальные – без жестких структурных связей. 
Грунты являются сложными дисперсными телами, состоящими при положительной температуре из трех или двух фаз: твердой, жидкой и газообразной 
или твердой и жидкой. Грунты, состоящие из твердой и газообразной фаз, в природных условиях встречаются редко. При отрицательной температуре в состав 
грунта входят не только минеральные зерна, вода и газы, а также и лед. 
Свойства каждой из фаз, количественные соотношения и взаимодействие 
между ними определяют специфическую физическую и химическую природу 
грунтов и их строительные свойства. 
Для оценки фазового состава грунтов применяются характеристики, которыми выражают количественные отношения между объемами твердых минеральных частиц, воды и газа. 
 К скальным относят магматические, метаморфические, осадочные сцементированные, а также искусственные грунты, закреплённые цементными растворами, битумами, жидкими силикатами и т. п. 
К нескальным относят: песок, супесь, суглинок, глину, лесс (без примесей и 
с примесями щебня, гальки, гравия или строительного мусора); грунты растительного слоя, черноземы и торфяные грунты (органогенные породы, представляющие собой скопление остатков растений, подвергшихся неполному разложению в условиях избыточной влажности и затрудненного доступа воздуха); солончаки и солонцы (грунты, содержащие растворы солей); гравийно-галечные, 
щебенистые грунты, а также шлаки. 
Глины обладают большой связностью, плотностью и пластичностью. Практически водонепроницаемы. 
Глины, суглинки и супеси относятся к группе глинистых грунтов. 
Супесь, суглинок и глину относят к глинистым грунтам, которые характеризуются содержанием более 3 % глинистых частиц; размером до 0,005 мм. 
Пески характеризуются преобладанием частиц размером 0,05–2 мм (количест- 
во глинистых частиц в них не превышает 3 %). Для лесса характерно высокое 
(более 50 %) содержание пылеватых частиц размером 0,05–0,005 мм и небольшое 
количество глинистых частиц. В составе щебенистых или гравийно-галечных 
8 

грунтов преобладают соответственно угловатые или окатанные обломки горных 
пород размером 4–20 мм. 
В зависимости от температуры и наличия льда грунты подразделяют на немерзлые, морозные (охлажденные) и мерзлые. Немерзлые – не содержат лед и 
имеют положительную температуру; морозные – не содержат лед при отрицательной температуре. В них отсутствуют льдоцементные связи. Мерзлые грунты 
имеют отрицательную или нулевую температуру и содержат лед, цементирующий минеральные частицы. По продолжительности непрерывного пребывания  
в мерзлом состоянии их делят на кратковременно-мерзлые (часы, сутки), сезонно-мерзлые (месяцы), перелетки (от одного до двух лет) и многолетнемерзлые (от трех лет и выше). 
Прочностные характеристики грунтов во многом зависят от состава грунта, 
т. е. от относительного содержания в нем частиц различной крупности, а также 
от плотности и влажности (табл. 1.1). 
 
Таблица 1.1 
Характеристики грунтов 
Содержание фракций по весу в % 
Название грунта 
песчаных  
с частицами  
диаметром  
от 2,0 до 0,05 мм 
пылеватых  
с частицами  
диаметром  
от 0,05 до 0,005 мм 
глинистых  
с частицами  
диаметром  
менее 0,005 мм 
Песчаный 
– 
< 15 
< 3 
Песчаный 
пылеватый 
– 
15–20 
< 3 
Меньше,  
чем песчаный 
3–12 
Супесчаный 
Больше 50 % 
(частицы диаметром 
от 2,0 до 0,25 мм) 
Супесчаный мелкий 
Меньше 50 % 
(частицы диаметром 
от 2,0 до 0,25 мм) 
То же 
3–12 
Пылеватый 
– 
Больше,  
чем песчаных 
< 12 
Суглинистый 
Больше,  
чем пылеватых 
– 
12–18 
Тяжелый суглинистый 
То же 
– 
18–25 
Суглинистый пылеватый 
– 
Больше, чем 
песчаных 
12–25 
Глинистый 
– 
– 
> 25 
 
Супесчаные мелкие грунты содержат большое количество пылеватых частиц, что делает их неустойчивыми в увлажненном состоянии. Эти грунты малопластичны и при увлажнении легко деформируются. 
Пылеватые грунты при увлажнении переходят в состояние плывунов и 
резко снижают сопротивление нагрузкам. Легко размываются водой, склонны к 
пучинообразованию. 
9 

Суглинистые грунты пластичны, обладают большой связностью в сухом состоянии, но быстро теряют ее при увлажнении. 
Тяжелые суглинистые грунты. Свойства связности, пластичности, сжимаемости и низкой водопроницаемости выражены сильнее, чем у суглинистых грунтов. 
В природных условиях грунты могут иметь различное физическое состояние: песчаные – от плотного до весьма рыхлого, глинистые – от твердого до текучего. 
Для оценки грунтов, как среды для земляных работ, необходимо знать их 
свойства и состояние. 
Пористостью грунтов называется объем пор (занятых водой и воздухом), 
выраженный в процентах от общего объема грунта: 
ଵାH 100 %, 
݊ൌቂ1 െ
Jˆ
'ሺଵା଴,଴ଵZሻቃ100 ൌ
H
где   ǻ – удельный вес твердых частиц в Г/см3; 
Ȗг – объемный вес влажного грунта в Г/см3; 
Ȧ – весовая влажность в %; 
İ – коэффициент пористости. 
 
Коэффициент пористости – отношение объема пор (занятых водой и воздухом) к объему твердых частиц грунта: 
Весовая влажность – отношение веса воды g2 к весу сухого грунта g1: 
H ൌ
௡
ଵ଴଴ି௡ൌ
'ሺଵା଴,଴ଵZሻ
Jˆ
െ1. 
Z ൌ
௚మ
௚భ100 %. 
Объемный вес – отношение веса грунта при естественной влажности g0 к 
его объему V: 
Jˆ ൌ
௚బ
௏. 
Объемный вес грунтов обычно колеблется в пределах 1,5–2,0 т/м3 в зависимости от минералогического состава, пористости и влажности. Объемный вес 
оказывает существенное влияние на затрату энергии при подъеме и транспортировании грунта. 
Объемный вес скелета грунта: 
. 
G଴ൌ
Jˆ
ଵାZ
భబబ
Объемным весом скелета обычно пользуются при определении степени 
уплотнения грунта. 
Наибольшая плотность грунта, полученная методом стандартного уплотнения, называется максимальной стандартной плотностью įmax, а соответствующая 
ей влажность – оптимальной влажностью Ȧoпт.  
10