Экскаватор с прямой лопатой

Короткая стрела и размещение экскаватора на дне забоя исключают его применение для работы в отвал. Прямую лопату используют при работе с погрузкой в транспортные средства

Ковш прямой лопаты заполняется грунтом при движении вверх вдоль откоса забоя.

Радиус резания прямой лопаты - расстояние от зубьев ковша до оси поворота экскаватора – величина, переменная по высоте.

Наиболее характерные радиусы резания - наибольший и на уровне стояния. Каждый имеет два значения: минимальное и при втянутом положении рукояти до отказа назад и максимальное и при выдвижении рукояти вперед напорным механизмом.

Наибольший радиус резания экскаватора измеряют на уровне расположения напорного вала. При этом рукоять должна быть поднята в такое положение, чтобы зубья ковша находились также на уровне напорного механизма.

Минимальный радиус резания на уровне стояния прямой лопаты определяется расстоянием от оси экскаватора до точки касания земли зубьями ковша. Точка касания находится, примерно, на вертикали, проходящей через ось напорного вала.

Высота забоя прямой лопаты имеет три характерные значения: минимальное, нормальное и максимальное.

Минимальная высота забоя прямой лопаты соответствует глубине выемки, при которой достигается заполнение ковша за одно черпание и определяется по формуле:

г де: g - вместимость ковша, м3;

kH, kp - коэффициент наполнения ковша и разрыхления грунта.

h - толщина снимаемой стружки, м;

вk - ширина ковша, м.

Нормальная высота забоя прямой лопаты равна высоте напорного вала hН.В. над уровнем стояния экскаватора.

Максимальная высота забоя соответствует наибольшей возможной высоте подъема ковша над уровнем стояния экскаватора.

Если высота забоя превышает наибольшую высоту резания грунта то сверху образуется козырек который при обрушении может нанести повреждения как механизмам так и обслуживающему персоналу.

Наибольший радиус выгрузки RВ max так же как и радиус резания, измеряют при положении зубьев ковша на уровне оси напорного вала. Этому же положению соответствует нормальная высота выгрузки НВ , измеряемая от уровня стояния экскаватора до нижней кромки открытого свободно висящего днища ковша.

Если проектная глубина выемки значительно превышает максимальную глубину резания экскаватора, то разработку ведут в несколько ярусов, число которых определяется так:

г де: Н - глубина выемки;

Нр max - максимальная глубина резания принятым экскаватором;

nя - число ярусов разработки с округлением до большего целого.

Число полных лент разработки в каждом ярусе, не считая пионерной траншеи

nл = (В – Вп)/Влр.

где: В - ширина выемки в каждом ярусе поверху;

Вп - ширина пионерной траншеи;

Влр. - принятая ширина одной ленты разработки;

nл - число полных лент в одном ярусе с округлением до большего целого.

Вход экскаватора в каждый ярус осуществляется прокладкой пионерных траншей, глубина которых определяется условиями погрузки грунта.

Основные рабочие параметры одноковшовых экскаваторов следующие:

- радиус резания Rр;

- радиус выгрузки Rв;

- высота выгрузки Нв;

- глубина резания Нр.

Эти параметры зависят от размеров рабочего оборудования, его вида и особенностей.

Радиус резания (Rр) - это расстояние от оси вращения экскаватора до зубьев ковша: при врезании его в грунт;

Радиус выгрузки (Rв) - расстояние от оси вращения экскаватора до центра тяжести ковша в момент выгрузки грунта;

Высота выгрузки (Нв) - расстояние от уровня стояния экскаватора до нижней части ковша в момент выгрузки грунта;

Глубина резания (копания) (Нр) - наибольшая глубина выемки, которая может быть образована экскаватором с одной стоянки.

Бульдозерными комплектами можно возводить насыпи из боковых резервов, разрабатывать короткие выемки с перемещением грунта в насыпи. При этом область эффективного использования бульдозерных комплектов ограничена. При поперечной схеме работ в грунтах I, II групп высота насыпи должна быть не более 1 м, в грунтах III группы – не более 1,5 м. При продольной схеме работ область эффективного применения бульдозерного комплекта ограничивается дальностью возки 50…100 м (под уклон до 100…150 м).

Скреперными комплектами возводят насыпи из резервов и разрабатывают выемки, перемещая грунт в кавальеры при рабочих отметках до 6 м. Выемки с перемещением грунта в насыпь (продольная схема работ) разрабатывают при любых рабочих отметках. Целесообразная дальность транспортирования грунта прицепными скреперами до 500 м, самоходными (полуприцепными) – до 3000 м.

Самоходные скреперы с объемом ковша свыше 15 м3 можно применять для перевозки грунта на расстояния более 3000 м, если это обосновано технико-экономическими расчетами.

Стоимость работы большегрузных самоходных скреперов ниже стоимости работы скреперов малой вместимости, а также прицепных скреперов. Чаще всего использование скреперов при расстоянии перемещения грунта до 1,5 км более экономично, чем транспортирование его в автомобилях, нагружаемых экскаватором.

Экскаваторные комплекты могут быть двух типов: экскаваторно-отвальные и экскаваторно-транспортные. Экскаваторно-отвальные комплекты создают на базе драглайна для возведения из боковых резервов насыпей (высотой до 4 м) и разработки в кавальеры выемок (глубиной не более 12 м). При этом предполагается совместная работа драглайнов с бульдозерами, которые перемещают грунт за пределы зоны действия рабочего оборудования драглайна и укладывают грунт (разравнивают) в насыпи.

Экскаваторно-транспортные комплекты формируют как на базе прямой лопаты, так и с использованием в качестве ведущей машины обратной лопаты или драглайна.

Э тими комплектами разрабатывают выемки, карьеры, резервы с перевозкой грунта в насыпи при любых рабочих отметках и дальности возки до 5 км, а при отсутствии местных грунтов и на более дальние расстояния. Эти комплекты (с использованием различных транспортных средств) могут быть сформированы на базе многоковшовых экскаваторов радиального копания, фронтальных одноковшовых погрузчиков, грейдеров-элеваторов и бульдозеров. Бульдозером транспортные средства загружаются с помощью специально сооружаемых в карьерах погрузочных эстакад [10]. В качестве транспортных средств можно использовать автосамосвалы, землевозные тележки (думперы), землевозные железнодорожные вагоны (думпкары), а также прицепные и самоходные скреперы.

Применяются для разработки грунта в не широких каналах, в небольших котлованах, траншеях с крутыми откосами. Разработка грунта ведется ниже уровня стояния. Разрабатываемый грунт чаще всего отсыпают в отвал. При необходимости грунт может быть погружен в транспортные средства.

Рис. 9.1. Рабочие размеры экскаватора, оборудованного обратной лопатой:

1 - ковш; 2 - рукоять; 3, 5 - канаты; 4 - стрела; 6 - стойка.

Основные рабочие параметры экскаваторов обратная лопата характеризуются такими величинами:

Радиусом резания Rр, измеряемым на уровне поверхности земли от оси экскаватора до зубьев ковша;

Радиусом резания Rрн при наибольшей глубине резания измеряемым на уровне наибольшей глубины резания;

Наибольшей глубиной резания Нp max от поверхности земли до дна забоя, имеющей два значения:

большее - при разработке траншей ширина которых меньше расстояния между гусеницами в свету;

меньшее - при разработке более широких выемок (мешают гусеницы).

Разработка грунта обратными лопатами можно вести продольным и поперечным способами.

При продольной разработке экскаватор перемещается по оси выемки и отсыпает грунт на одну или две стороны . Такой способ применяют для разработки траншей, нешироких каналов и котлованов.

Выемки большой ширины разрабатывают поперечным способом, при котором обратная лопата размещается и передвигается сбоку от выемки отсыпая грунт в односторонний отвал или транспортные средства.

Грейфер - рабочее оборудование для разработки грунтов ниже и выше уровня стоянки экскаватора, для погрузки и разгрузки сыпучих материалов, а также для некоторых видов земляных работ в мягких грунтах (рытья глубоких котлованов, очистки прудов и каналов).

Грейферы бывают одно- и двухканатные. На экскаваторах обычно применяют двух-канатные грейферы. Для грейфера используют решетчатую стрелу драглайна.

Применяют грейферы двухчелюстные и с большим числом челюстей. Число и форма челюстей зависят от вида перегружаемого материала. Однако принципиальная схема их работы не отличается от схемы двухчелюстного грейфера.

Изготовляют грейферы трех типов: легкого, среднего и тяжелого, причем масса применяемого грейфера должна быть тем больше, чем плотнее грунт. Однако чем тяжелее грейфер, тем меньше грунта он может поднять при данной устойчивости экскаватора. Следовательно, производительность оборудования при этом уменьшается.

На экскаваторах с гидравлическим приводом устанавливают жестко подвешенные грейферы, которые крепят на рукояти обратной лопаты вместо ковша. Основное преимущество жестко подвешенного грейфера заключается в том, что им можно создавать необходимое давление на грунт при врезании, т. е. независимо от массы грейфера разрабатывать плотные грунты

В ковш грейфера набирается грунт с площади равной размерам раскрытого ковша в плане, без перемещения ковша по поверхности забоя.

Стрела у грейферов та же, что и у драглайнов. Глубина резания зависит от длины троса. Наибольшая высота выгрузки определяется как и у драглайнов - от уровня стояния экскаватора до зубьев ковша предельно поднятого вверх.

Для возведения насыпей и засыпки траншей в зимний период нужно применять талый грунт, завершая уплотнение до смерзания грунтовых агрегатов, но при круглогодичном строительстве приходится иногда разрабатывать и мерзлые грунты. При возведении насыпей или обратных засыпок траншей допустимое Содержание мерзлых комьев не должно превышать количество, указанное в п. 14.1.

При выборе длины захватки помимо температуры воздуха, свойств грунта и содержания мерзлых комьев, а также наличия землеройной техники необходимо учитывать и скорость ветра: чем выше скорость, тем быстрее смерзаются грунтовые агрегаты, поэтому продолжительность уплотнения грунта назначают с учетом норм [11] (табл. 14.4).

Наибольшую длину захватки l, м, уплотнения грунта определяют по формуле

l =П(Т—Ттр—Тр)60bh,

где П — производительность комплекта уплотняющих машин, м3/ч; Т — время, в течение которого грунт после разработки еще пригоден к уплотнению, мин; Ттр — время перевозки грунта одним автомобилем—самосвалом, мин; Тр —продолжительность его разгрузки, мин; b и h — соответственно ширина и толщина уплотняемого слоя.

Дальность возки грунта устанавливают из условия неизбежных теплопотерь, но когда его еще можно уплотнять на захватке минимальной длины.

Насыпи из связных грунтов возводят с учетом их уплотнения и осадки после оттаивания из расчета 5 % их высоты в суровых природных условиях и 3 % высоты в годы с мягкими зимами.

При механических способах разработки мерзлого грунта длину захватки определяют с учетом часовой производительности рыхлителей, температуры воздуха и скорости ветра. Зимой для перевозки грунта применяют автомобили-самосвалы с металлическими кузовами. Чем ниже температура воздуха, тем тяжелее разгружать их кузова вследствие смерзания грунтов с металлом. В районах со среднемесячной температурой января не ниже —10 °С при перевозке грунтов, содержащих глинистых частиц до 10 %, следует обогревать кузова отработанными газами. Под более низкой температуре воздуха и особенно при сыпучих материалах с влажностью выше оптимального значения, находящихся в контакте с металлической поверхностью до 5 ч, внутреннюю поверхность кузова надо смазывать растворами хлористых солей, обсыпать шлаком, формовочными песками или другими сыпучими материалами при каждом рейсе.

Если температура приближается к —50 °С, то кузов нуждается в смазывании маслянистыми профилактическими жидкостями (отработанными автолом, нигролом и другими противоморозными реагентами) через 3—7 рейсов. При температуре до - 20 °С можно применять азотнокислый натрий, натриевую или кальциевую селитру, мочевину и многие другие реагенты с концентрацией от 30 до 50 %. При засыпке траншей или возведении верхней части насыпей зимой применяют, как уже говорилось, преимущественно песчаные грунты, легче разрабатываемые зимой, чем связные, вследствие меньшей их влажности. Пески при отрицательной температуре, но не ниже —0,5°С уплотняются хорошо. Таким образом, упрощается технология работ при использовании песчаных грунтов. Если насыпь возведена из песков, не надо устраивать подстилающий слой.

Технологический процесс механического бурения складывается из операций по разрушению породы, подаче ее на поверхность, обеспечению устойчивости стенок буровых выработок и вспомогательных операций. Грунт в забое разрушают резанием, истиранием, ударами, сколом и комбинированным воздействием (например, истиранием и ударом).

Измельченный грунт транспортируют на поверхность двумя методами: гидравлическим, при котором грунт удаляют путем вымывания его водой, направляемой в выработку под давлением, и сухим, когда измельченный грунт удаляют сжатым воздухом или винтовым конвейером.

Механическое бурение ведут тремя основными способами: вращательным, ударным и вибрационным.

При вращательном способе бурения грунт забоя разрушают вращением бурового инструмента, при ударном способе — нанося удары по грунту буровым снарядом, при вибрационном — воздействием колебаний высокой частоты (до 2500 колебаний в 1 мин). В некоторых случаях для получения наибольшей эффективности при бурении пользуются комбинированными способами — ударно-вращательным или вибровращательным.

М еханическое бурение выполняют буровыми станками и машинами. Ручное бурение ведут при незначительных объемах работ, в мягких грунтах с глубиной бурения не более 5 м.

Вращательный способ бурения характеризуется высокой производительностью (в 3...5 раз превышающей производительность ударного бурения), более низкой стоимостью буровых работ, возможностью бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин. При вращательном способе бурения порода забоя истирается, ее режут или скалывают буровым инструментом, жестко закрепленным на нижнем конце вращающейся штанги.

Рис. 3. Схема ударного бурения:

1 - долото; 2 - ударная штанга; 3 - канатный замок;

4 - канат; 5 - блок; 6 - буровой станок.

Основные виды вращательного способа бурения — шнековое, колонковое и роторное, выполняемые с помощью самоходных установок или станков.

Шнековое бурение применяют для скважин диаметром 110 ...125 мм и глубиной до 30 м в мягких и мерзлых грунтах. Шнековые буровые станки имеют металлическую раму, состоящую из двух направляющих стоек, установленных на передвижной платформе или на полозьях. По (направляющим стойкам рамы перемещается электродвигатель с редуктором, в шпиндель которого вставлены рабочие буровые штанги. Рабочие штанги длиной 2 м представляют собой трубы, на поверхности которых по винтовой линии наварены стальные полосы — реборды. Извлекают штанги с помощью ручной лебедки. По мере углубления скважины штанги наращивают, соединяя их между собой специальными патронами. Звенья заканчиваются рабочей частью в виде долота или лопастного резца, которые при вращении штанг врезаются в породу. Выбуренная порода с помощью винтового конвейера выдается на поверхность.

Колонковое бурение применяют для проходки скважин диаметром 45... 130 мм и глубиной до 200 м. Колонковые установки или станки имеют лебедку подъема трубчатых штанг и механизм для их вращения.

Роторное бурение чаще всего используют для устройства скважин значительных диаметров (300...400 мм) и большой глубины (150...1200 ад). Роторная бурильная установка состоит из вращателя— ротора, сборной вышки и оборудования для промывки скважины глинистым раствором

Электрическими сверлильными машинами бурят шпуры в мягких и средней твердости породах, а также в мерзлых грунтах. Различают электрические сверлильные машины легкие (с ручной подачей) и тяжелые (колонковые). В ручной электросверлильной машине осевое давление создается за счет мускульной энергии бурильщика. Колонковые электросверлильные машины имеют автоматическую подачу. Буровую штангу сверл закрепляют в патроне шпинделя. К нижнему концу электрической ручной сверлильной машины с помощью замка присоединяют резец из твердого сплава. Буровые штанги подбирают комплектно в соответствии с глубиной шпура. При бурении ручной электрической сверлильной машиной шлам или буровую мелочь удаляют из шпура путем быстрого извлечения сверла, без прекращения его вращения. При работе колонковыми сверлильными машинами шлам удаляют промывкой.

При ударном способе бурения разработку ведут сплошным забоем на полное сечение скважин глубиной до 250 м (с начальным диаметром 300 и конечным 150 мм). Сплошной забой применяют при бурении скважин для водоснабжения, детальной разведки каменных материалов, иженерно-геологических исследований, при замораживании грунта, устройстве набивных свай и т. п.