Машины для земляных работ

 
 
 
 
 
В. А. Нилов, В. А. Жулай 
 
 
 
 
 
 
МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 
1 
 

УДК 624.132.3 
ББК 38.58 
Н66 
 
 
 
Рецензенты: 
кафедра производства, ремонта и эксплуатации машин Воронежского государственного  
лесотехнического университета; 
директор Воронежского филиала АП ЦНИИОМТП (г. Воронеж) В. В. Кандалинцев 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Нилов, В. А. 
Н66   
Машины для земляных работ : учебное пособие / В. А. Нилов, 
В. А. Жулай. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 220 с. : ил., 
табл. 
ISBN 978-5-9729-1819-5 
 
Приведены общие сведения о машинах для земляных работ, их устройстве, методах расчета, взаимодействии рабочих органов машин с грунтом, о приводах и ходовом 
оборудовании. Рассмотрены конструкции и особенности работы экскаваторов, бульдозеров, скреперов, автогрейдеров.  
Для студентов специальности 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические 
средства», специализация «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства 
и оборудование», может быть полезно студентам всех механических специальностей. 
 
УДК 624.132.3 
ББК  38.58 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1819-5 
” Нилов В. А., Жулай В. А., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 
 

ʽʧʸʤʦʸʫʻʰʫ 
 
Введение ....................................................................................................................... 4 
 
Лекция 1. Цель и задачи дисциплины ....................................................................... 5 
Лекция 2. Рабочие органы машин для земляных работ ........................................ 15 
Лекция 3. Землеройно-транспортные машины ...................................................... 26 
Лекция 4. Бульдозеры ............................................................................................... 37 
Лекция 5. Скреперы .................................................................................................. 47 
Лекция 6. Автогрейдеры 
........................................................................................... 60 
Лекция 7. Грейдер-элеваторы .................................................................................. 74 
Лекция 8. Машины для подготовительных работ 
.................................................. 81 
Лекция 9. Машины и оборудование для гидромеханизации земляных работ 
.... 88 
Лекция 10. Машины для разработки мерзлых грунтов 
......................................... 93 
Лекция 11. Назначение, классификация, общее устройство строительных       
экскаваторов 
............................................................................................................. 107 
Лекция 12. Одноковшовые канатные экскаваторы 
.............................................. 114 
Лекция 13. Кинетостатика прямой лопаты канатного экскаватора ................... 124 
Лекция 14. Одноковшовые гидравлические экскаваторы .................................. 131 
Лекция 15. Кинетостатика обратной лопаты гидравлического экскаватора .... 136 
Лекция 16. Общий расчет одноковшового экскаватора 
...................................... 142 
Лекция 17. Поворотный механизм одноковшового экскаватора ....................... 150 
Лекция 18. Ходовой механизм одноковшового экскаватора 
.............................. 158 
Лекция 19. Статический расчет одноковшового экскаватора ............................ 165 
Лекция 20. Основы теории производительности одноковшового                      
экскаватора 
............................................................................................................... 174 
Лекция 21. Многоковшовые экскаваторы непрерывного действия 
................... 178 
Лекция 22. Экскаваторы траншейные роторные (ЭТР) ...................................... 184 
Лекция 23. Экскаваторы многоковшовые поперечного копания (ЭМ) 
............. 190 
Лекция 24. Роторные поворотные экскаваторы (ЭР) .......................................... 196 
 
Заключение 
............................................................................................................... 200 
 
Приложение 1 .......................................................................................................... 201 
Приложение 2 .......................................................................................................... 208 
 
Библиографический список 
.................................................................................... 217 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 

ʦʦʫʪʫʻʰʫ 
 
Машины для земляных работ являются одним из основных видов машин, 
с помощью которых осуществляется комплексная механизация в строительстве, 
на открытых горных разработках полезных ископаемых, в промышленности строительных материалов, горной и цветной металлургии, угольной промышленности, 
мелиорации сельского хозяйства и других областях. Объем земляных работ в общем объеме строительных работ в зависимости от сооружаемых объектов колеблется от 3…5 до 80…90 %. 
Для скорейшего выполнения все возрастающего объема земляных работ необходима их комплексная механизация, заключающаяся в первую очередь в том, 
что она является одним из главных средств повышения производительности труда в строительстве. 
Для выполнения наиболее трудоемких работ по разработке грунта в строительстве широко применяются экскаваторы, как канатные, так и гидравлические, 
бульдозеры, автогрейдеры, скреперы, многоковшовые экскаваторы и другие машины. Для конструирования, освоения производства и организации надлежащей 
эксплуатации машин для разработки грунта требуется большое количество инженерных кадров, подготовка которых базируется на научных основах, созданных такими отечественными учеными, как академик В. П. Горячкин, профессора Н. Г. Домбровский, А. Н. Зеленин, Д. П. Волков, Д. И. Федоров, А. М. Холодов, В. И. Баловнев, Н. А. Ульянов, Н. Я. Хархута, Е. М. Кудрявцев и другие. 
В настоящем конспекте лекций в краткой форме изложены материалы по 
изучению конструкций, области применения, выбору основных параметров машин для земляных работ и подготовке данных для выполнения их общего расчета. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 

ʸʫʶˉʰ˔ϭ͘ˉʫʸːʰʯʤʪʤˋʰʪʰˁˉʰʿʸʰʻˏ 
 
 
ϭ͘ϭ͘ ˉ̸̶̛̛̛̛̛̖̣̭̪̣̦̼̽̌̔̌̔̚͘ 
ϭ͘Ϯ͘ʻ̸̴̶̵̡̡̨̛̛̛̛̛̛̦̖̦̖̣̭̭̥̹̦̣̖̥̣̦̼̬̯̌̌̌̌́̌̔́́̌̍̚̚͘ 
ϭ͘ϯ͘ʽ̵̨̡̨̛̭̦̦̼̖̯̖̦̏-̸̡̨̨̡̨̡̛̛̛̦̥̖̭̖̪̯̖̣̾̌̌̚ʺʯˀ͘ 
ϭ͘ϰ͘ʽ̨̛̛̛̭̦̦̼̖̦̪̬̣̖̦̬̯̏̌̌̏́̌̏́̚ʺʯˀ͘ 
ϭ͘ϱ͘ʦ̛̖̱̺̖̔ ̸̨̛̱̖̦̼̖̯̬̭̣̌͘ 
 
 
ϭ͘ϭ͘ˉ̸̶̛̛̛̛̛̖̣̭̪̣̦̼̽̌̔̌̔̚ 
 
Целью дисциплины «Машины для земляных работ» является: приобретение студентами знаний по теоретическим основам создания машин для разработок грунтов, а именно, изучение конструкций и основ расчета конкретных машин – рыхлителей, бульдозеров, автогрейдеров, грейдер-элеваторов, скреперов, 
одноковшовых и многоковшовых экскаваторов непрерывного действия.  
Задачами освоения дисциплины «Машины для земляных работ» (МЗР) являются:  
1) общие вопросы создания машин для разработки грунтов;  
2) конструкции и основы расчета рыхлителей, бульдозеров, автогрейдеров, 
грейдер-элеваторов, скреперов, одноковшовых и многоковшовых экскаваторов 
непрерывного действия.  
МЗР являются одним из основных видов машин, с помощью которых осуществляется комплексная механизация в строительстве, на открытых разработках полезных ископаемых, в промышленности строительных материалов и других отраслях народного хозяйства. Объем земляных работ в общем объеме строительных работ в зависимости от сооружаемого объекта составляет от 3…5 до 
80…90 %. 
 
ϭ͘Ϯ͘ʻ̸̴̶̵̡̡̨̛̛̛̛̛̛̦̖̦̖̣̭̭̥̹̦̣̖̥̣̦̼̬̯̌̌̌̌́̌̔́́̌̍̚̚ 
 
Земляные работы являются важнейшей составной частью строительного 
комплекса. 
Машины и оборудование для разработки грунтов классифицируют по виду выполняемых работ; по режиму и характеру действий рабочего оборудования; по мощности и др. признакам.  
По выполняемым работам различают основные и вспомогательные машины. 
В зависимости от характера рабочего процесса основные машины бывают: 
землеройные (экскаваторы), отрывающие грунт и перемещающие его на небольшие расстояния, землеройно-транспортные (бульдозеры, скреперы, автогрейдеры и грейдер-элеваторы), разрабатывающие грунт в процессе движения 
5 
 

и перемещающие его на большие расстояния (20…2000 м), погрузочные (одноковшовые погрузчики), машины для гидравлической разработки грунтов 
(земснаряды и гидромониторы), грунтоуплотняющие машины (катки трамбовки и виброплиты). 
К вспомогательным машинам относят: машины для подготовительных 
работ (кусторезы, корчеватели, древовалы, камнеуборочные машины, рыхлители), машины и оборудование для бурения и проходки скважин (буровые станки, пневмопробойники и др.), машины и оборудование для водопонижения и 
отлива воды (насосы). 
По характеру и режиму действия рабочего органа машины различают на 
циклические и непрерывного действия. 
По мощности силовых установок различают машины малой мощности    
(до 100…150 кВт), средней (150…400 кВт) и большой мощности (более 400 кВт). 
По степени подвижности МЗР бывают: самоходные, прицепные и полуприцепные. 
 
ϭ͘ϯ͘ʽ̵̨̡̨̛̭̦̦̼̖̯̖̦̏-̸̡̨̨̡̨̡̛̛̛̦̥̖̭̖̪̯̖̣̾̌̌̚ʺʯˀ 
 
Это показатели, характеризующие эксплуатационные свойства машин: 
x эксплуатационная производительность (выработка машины в единицу 
времени); 
x ресурсоспособность (затраты ресурсов на выполнение определенного 
объема работ); 
x возможность достижения определенного качества работ; 
x социальная приспособленность (обеспечение благоприятных условий труда работающих); 
x ремонтопригодность (приспособленность к ремонту и ТО); 
x сохраняемость и транспортабельность (приспособленность к хранению 
и транспортированию). 
В соответствии с основными свойствами качество работ оценивается показателями: единичными (для характеристики одного свойства), комплексными (для характеристики нескольких свойств), определяющими (основными для 
оценки свойств), обобщенными (комплексными и определяющими), интегральными (наиболее общими). 
 
Единые показатели 
 
1. Масса машины, М (т).  
2. Мощность силовой установки, N (кВт).  
3. Производительность, Пт (м3/ч).  
4. Расход энергоносителя, G (кг/ч).  
5. Средняя наработка на отказ, Т0 (ч). 
6. Среднее время восстановления, Тв (ч). 
 
6 
 

Комплексные показатели 
 
1. Материалоемкость, Муд (М/Пт); ĺ min.  
2. Энергоемкость, Эуд (N/П); ĺ min.  
3. Удельный расход энергоносителя, Gт (Gт/N); ĺ min. 
4. Коэффициент готовности машины, Кг = Т0/(Т0 + Тв). 
5. Коэффициент технического использования машины. 
 
Кти = Т0//(Т0ТвТт.о); ĺ 1,0. 
 
6. Удельная производительность, Пуд (П/М); ĺ max. 
7. Выработка на одного рабочего, nуд = П/nр, ĺ max, где nр – число работающих, занятых на машине. 
В качестве интегрального показателя наиболее часто используют приведенные удельные затраты: 
 
Zуд = Z/ПЭ ĺ min, 
 
где     Z – приведенные затраты; 
ПЭ – годовая эксплуатационная производительность машины. 
 
Z = С ЕНКĺ min, 
 
где     С – текущие затраты (себестоимость годового объема продукции машины); 
ЕН – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, 
устанавливаемый соответствующими методиками (ЕН = 0,15); 
К – единовременные капитальные вложения. 
Эффективность работы машины характеризуется минимальными значениями приведенных удельных затрат. Для этого необходимо, чтобы производительность машины была максимальной; расход энергии, эксплуатационных материалов, инструмента при работе машины, а также затраты времени и ресурсов на 
ремонт, ТО, перебазирование и др. – минимальными. 
 
ϭ͘ϰ͘ʽ̨̛̛̛̭̦̦̼̖̦̪̬̣̖̦̬̯̏̌̌̏́̌̏́̚ʺʯˀ 
 
Конструкции МЗР претерпевают изменения одновременно с развитием машиностроения, науки и технологий. 
Одной из важнейших задач совершенствования конструкции МРГ является 
снижение их материалоемкости при одновременном повышении надежности. 
Важной задачей новых МЗР является снижение их энергоемкости (энергопотребления). 
Важной задачей является улучшение социальной приспособленности, повышение основных эргономических, эстетических и экологических качеств. 
7 
 

Большое внимание также уделяется автоматизации управления машиной. Широко применяются микропроцессоры, бортовые ЭВМ, лазерная техника, 
дистанционные системы управления МЗР. 
 
ϭ͘ϱ͘ʦ̛̖̱̺̖̔ ̸̨̛̱̖̦̼̖̯̬̭̣̌ 
 
Н. Г. Домбровский, А. Н. Зеленин, Ю. А. Ветров, К. А. Артемьев, И. А. Недорезов, В. И. Баловнев, Н. А. Ульянов, Е. М. Кудрявцев, А. М. Холодов. 
 
Домбровский Николай Григорьевич (1898–1987) 
 
Основоположник научной школы в области горного и строительного экскаваторостроения. В 1929 год окончил ЛИИПС; 1940 год – доктор технических 
наук; 1941 год – получил звание профессора; с 1946 года работал заведующим 
кафедрой «Строительные машины» МИСИ имени В. В. Куйбышева; Член-корреспондент АСА СССР; Почетный доктор Дрезденского технического университета. 
Н. Г. Домбровским и возглавляемой им кафедрой Механизации Ленинградского индустриального института (ЛИИ) в 1936 г. были начаты широкие исследования процессов работы экскаваторов, их сущности, параметров и непосредственных зависимостей между конструктивными данными и производительностью машины. Проведенные исследования позволили создать методики определения внешних нагрузок экскаватора в соответствии с условиями его работы, 
определения основных параметров экскаваторов, расчета экскаватора на прочность и устойчивость, определения необходимой мощности двигателей, а так- 
же теорию рабочего процесса и производительности экскаваторов. В 1946 году 
Н. Г. Домбровский возглавил кафедру Строительных машин Московского инженерно-строительного института (МИСИ), а в 1947 г. по совместительству и 
кафедру Дорожно-строительных машин Московского автомобильно-дорожного 
института (МАДИ). Профессором Н. Г. Домбровским были разработаны научнообоснованные положения по созданию, производству и применению в народном хозяйстве страны мощных и сверхмощных экскаваторов. Также он известен как создатель научных основ механизации строительных работ, структуры 
парков машин, режимов и нормирования работы экскаваторов. В область его исследований входили научные основы унификации, агрегатирования, стандартизации, надежности и долговечности строительных машин и их узлов. 
В учебно-издательской деятельности его заслугой является подготовка и 
издание вместе с преподавателями кафедры МГСУ первого учебника по строительным машинам, а также ряда монографий и учебных пособий по теории, 
устройству и рабочим процессам одноковшовых и многоковшовых экскаваторов 
и землеройных машин. Основным научным трудом проф. Н. Г. Домбровского 
была монография «Экскаваторы» (1969 г.), которая стала классическим трудом 
по экскаваторам, широко известной и используемой не только в нашей стране, 
но и за рубежом. 
8 
 

Ветров Юрий Александрович (1916–1983) 
 
Доктор технических наук (1964), член Комитета по Государственным премиям СССР в области науки и техники (с 1977), член-корреспондент Академии 
строительства и архитектуры УССР (с 1979). Член-корреспондент НАН Украины. 
Родился 4 ноября 1916 года в Могилеве. Участник Великой Отечественной войны; весть о начале войны он получил во время тренировки по гребле на 
р. Днепр. 
С 1949 года Юрий Александрович работал в КИСИ, а с 1961 по 1983 год 
(до самой смерти) – на должности ректора. В 1964 году получил звание профессора. 
 
Баловнев Владилен Иванович (1926–2022) 
 
Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, Заслуженный инженер РФ, доктор технических наук, профессор, действительный член 
Российской академии транспорта, почетный профессор Сианьского университета транспорта и коммуникаций (КНР). Профессор кафедры Дорожно-строительные машины МАДИ. 
Родился 27 июля 1926 года в г. Смоленске. В 1950 году окончил Московский автомобильно-дорожный институт по специальности инженер-механик. Прослушал курс вечернего отделения инженерного факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, стажер Корнельского университета (США). В 1972 году становится 
первым заведующим кафедрой эксплуатации дорожных машин МАДИ. С 1973 
по 1995 является заведующим кафедрой дорожно-строительных машин МАДИ. 
С 1975 года член ВАК СССР. В период 1977–1990 – член пленума ВАК СССР. 
Последователь научной школы докторов технических наук, профессоров 
А. Н. Зеленина, Н. Г. Домбровского и А. А. Бромберга. 
Научная деятельность Баловнева Владилена Ивановича связана с решением проблем моделирования, интенсификации технологических процессов и 
расчета дорожно-строительной техники, оценки и оптимального использования 
машин. 
Профессор В. И. Баловнев – основатель отечественной научной школы моделирования рабочих процессов строительных и технологических машин, взаимодействующих с многофазными средами. При финансовой поддержке Министерства строительного и дорожного машиностроения СССР в 1968 на кафед- 
ре дорожно-строительных машин МАДИ под руководством В. И. Баловнева создана первая в СССР лаборатория физического моделирования. 
Автор более 50 учебников, учебных пособий и монографий, ряд из которых изданы в США. Имеет свыше 360 публикаций и 395 изобретений. 
Под научным руководством В. И. Баловнева защищены 5 докторских и 
свыше 50 кандидатских диссертаций. Его ученики работают в ведущих университетах России, Украины, Беларуси и Казахстана, на ведущих предприятиях 
отрасли, в том числе ОАО «Стройдормаш», ГП «Экомтех», ФГУП «НАМИ», 
Концерн «Тракторные заводы». В. И. Баловнев вел научно-общественную деятельность с ведущими вузами и кафедрами РФ: Омской дорожно-строительной 
9 
 

академией (СибАДИ), Тихоокеанским государственным университетом (г. Хабаровск),  Дальневосточным техническим университетом (г. Владивосток), Самарским техническим университетом, Белгородским государственным технологическим университетом им. В. Г. Шухова, Белорусско-Российским техническим 
университетом (Республика Беларусь) и др. Международную деятельность профессора В. И. Баловнева характеризуют широкие научные связи с зарубежны- 
ми университетами: Германским технологическим строительным университетом в г. Вемар, Сианьским университетом транспорта и коммуникаций (Китай), 
Сайгонским строительным университетом (Вьетнам), а также вузами Болгарии, 
Венгрии, Польши. 
 
Выдающиеся ученые ВГАСУ и ВГТУ 
 
Троицкий Николай Владимирович (1900–1984) 
 
 
 
Рис. 1.1. Башня управления ЮВЖД [1] 
 
В истории Воронежа Н. В. Троицкий остался одним из тех воронежских 
зодчих, чьи имена запечатлены на мемориальных досках, которые украшают 
стены спроектированных ими зданий. Имя Н. В. Троицкого носит одна из воронежских улиц. И целых два памятника воздвигнуто в Воронеже в его честь. 
В одном из них – скульптурной группе «Профессор и студент», установленной 
в 2015 году напротив основного корпуса ВГАСУ – Н. В. Троицкий представлен, 
как прототип собирательного образа «профессора». 
А во втором, что был открыт в 2018 году на площади Троицкого в новом 
жилом квартале «Троицкий», бронзовый Н. В. Троицкий предстал в собственном облике – главного архитектора Воронежа XX века. Был главным архитектором Воронежа, руководил его послевоенным восстановлением (1945–1955 гг.). 
За три десятилетия практической работы выполнил более 70 проектов зданий и сооружений различного назначения, значительная часть из которых реализована, вошел в историю Воронежа не только как архитектор-строитель, но и 
как общественный деятель, опытный педагог и краевед. Автор проектов зданий 
10