Вибропогружатели и вибромолоты
Вибропогружатель (рис.162) представляет собой возбудитель направленных вдоль оси сваи колебаний. Будучи соединенным со сваей посредством наголовника 4, он сообщает ей возмущающее периодическое усилие, которым, вместе с силой тяжести сваи и вибропогружателя, преодолеваются сопротивления погружению сваи в грунт. Эффект погружения достигается благодаря тому, что за счет вибрации сваи относительно защемляющего ее грунта коэффициент трения на контактной поверхности этих тел резко уменьшается. Для увеличения амплитуды возмущающей силы вибропогружатели изготовляют многодебалансными, состоящими из нескольких пар дебалансов 3 (рис.162,а). Обычно дебалансы выполняют заодно с зубчатыми колесами 2, передающими движение от электродвигателя 1. Дебалансы вращаются синхронно навстречу друг другу. Корпус двигателя соединяют с вибровозбудителем жестко (низкочастотые вибропогружатели с частотой колебаний до 10Гц) или через пружинные амортизаторы 5 (рис.162,б) (высокочастотные вибропогружатели с частотой 16,6 Гц и более), снижая этим вредные воздействия вибрации на электродвигатель. Управляют вибропогружателями дистанционно.
Рис.162. Низкочастотный (а) и высокочастотный (б) вибропогружатели |
Рис.163. Принципиальная схема устройства вибромолота |
В пределах своего назначения - погружения свай в песчаные и супесчаные водонасыщенные грунты - вибропогружатели в 2,5-3 раза производительнее свайных молотов. Они удобны в управлении, не разрушают погружаемых ими строительных элементов. К их недостаткам относится ограниченная область применения и сравнительно небольшой срок службы электродвигателей из-за вредного влияния вибрации.
Вибромолоты (рис.163) отличаются от вибропогружателей способом соединения корпуса вибровозбудителя с наголовником 6: через пружинные амортизаторы 5, которые позволяют корпусу вибровозбудителя совершать колебания с большими размахами, отрываясь от наголовника и ударяя бойком 3 по наковальне 4 при обратном движении. Обычно вибромолоты изготавливают бестрансмиссионными, сажая дебалансы 2 непосредственно на валы двух синхронно работающих электродвигателей, статоры которых установлены в едином корпусе 1.
Важной особенностью работы вибромолотов является их способность к самонастройке - повышению энергии удара с увеличением сопротивления погружению сваи, приводящей к увеличению жесткости системы свая-грунт. Выпускаемые отечественной промышленностью вибромолоты характеризуются энергией удара до 3,9 кДж при массе до 2850 кг.
Вибромолоты применяют также для выдергивания свай и шпунтов, для чего используют специальные наголовники, у которых наковальню располагают над ударной частью, а вибромолот переворачивают на 180°.
83. - Классификация экскаваторов непрерывного действия
Классифицируют экскаваторы непрерывного действия (рис.138) по следующим признакам.
Рис.138. Виды экскаваторов непрерывного действия: а - роторный траншейный; б - цепной траншейный; в ‑ скребковый для узких траншей; г ‑ фрезерный; д ‑ роторный для засыпки траншей; е ‑ роторный поперечного копания; ж - цепной поперечного копания |
По назначению или виду выполняемых работ: траншейные - для рытья и засыпки траншей;
карьерные - для добычи строительных материалов в карьерах;
строительно-карьерные - для массовых земляных работ в строительстве.
По типу рабочего органа: роторные и цепные.
По способу копания: продольного, когда относительное и переносное движение совершается в одной плоскости, и поперечного копания — в противном случае.
Остальные классификационные признаки являются общими для строительных машин (по типу привода, ходового устройства и др.).
Траншейными экскаваторами называют землеройные машины непрерывного действия с рабочим органом продольного копания, применяемые для рытья траншей - выемок большой протяженности по сравнению с размерами их поперечных сечений.
В зависимости от типа рабочего органа различают роторные и цепные траншейные экскаваторы. У роторного экскаватора ковши располагают с равным шагом по периферии рабочего органа — ротора, а у цепных — на замкнутой ковшовой цепи. Роторные экскаваторы применяют для разработки траншей ограниченной глубины (до 3 м) в связи с тем, что дальнейшее увеличение этого параметра требует увеличения диаметра ротора и связанной с этим габаритной высоты, предельные значения которой регламентированы условиями безопасного передвижения экскаватора при его перебазировании на новый строительный объект под мостами, эстакадами, линиями электропередач и т. п. Цепные рабочие органы при их переводе в транспортное положение располагаются почти горизонтально без увеличения габаритной высоты. Поэтому цепные экскаваторы могут разрабатывать траншеи любой практической глубины. Отечественная промышленность выпускает цепные экскаваторы для разработки траншей глубиной до 6 м.
Траншейные экскаваторы эффективно применять для разработки однородных грунтов до IV категории включительно. Крупные каменистые включения снижают ресурс этих машин, приводят к частым отказам, простоям и дополнительным затратам на ремонтно-восстановительные работы. Специальные роторные траншейные экскаваторы способны разрабатывать также мерзлые грунты.
Являясь машиной непрерывного действия траншейный экскаватор наиболее полно реализует свои технологические возможности при разработке траншей большой протяженности с возможно меньшим числом пионерных выемок для ввода рабочего органа в траншею, которые обычно дорабатывают до полного профиля одноковшовыми экскаваторами.
Главным параметром траншейного экскаватора является глубина отрываемой траншеи, входящая в его индекс. Например, ЭТР-254 обозначает экскаватор траншейный роторный четвертой модели для разработки траншей глубиной до 2,5 м; ЭТЦ-165 - экскаватор траншейный цепной пятой модели, глубина траншей до 1,6 м. Основными параметрами служат масса экскаватора и мощность двигателя.
Траншейный экскаватор состоит из тягача и рабочего оборудования, соединенных между собой по полуприцепной (большинство роторных экскаваторов) или навесной (малые модели роторных экскаваторов и их облегченные модификации, цепные экскаваторы) схемам.
В качестве базовых тягачей для малых моделей траншейных экскаваторов используют обычно гусеничные или колесные тракторы с необходимым переустройством. Тягачи средних и тяжелых моделей экскаваторов изготавливают преимущественно из тракторных узлов и деталей, сохраняя при этом принципиальную схему тракторного движителя, но по сравнению с базовыми тракторами уширяя колею и удлиняя базу. Вместе с широкими башмаками этим достигается уменьшение давления на грунт (50...80 кПа), что позволяет этим машинам работать в грунтах с пониженной несущей способностью.
Рабочее оборудование траншейного экскаватора обеспечивает отрыв от массива грунта в траншее проектной глубины и ширины с откосами или без них, полный вынос его из траншеи и отсыпку в бруствер (кавальер) рядом с траншеей. Последнюю операцию обычно выполняет ленточный отвальный конвейер, установленный перпендикулярно продольной оси траншеи либо в полости ротора (на роторных экскаваторах), либо на тягаче (на цепных экскаваторах). Для разработки узких траншей (щелей) применяют также безконвейерные скребковые и фрезерные траншейные экскаваторы.
81. - Назначение, устройство и работа штангового и трубчатого дизель-молотов
Дизельные молоты (рис.161), работающие независимо от внешних источников энергии в режиме двухтактного дизеля получили наибольшее распространение в строительстве. Различают дизель-молоты с направляющими штангами (штанговые) и с направляющим цилиндром (трубчатые).
У штанговых дизель-молотов (рис.161,а) две направляющие штанги 4 объединены в нижней части основанием 2, отлитым заодно с поршнем 12. Основание поршневого блока опирается на сферическую пяту 1 и наголовник 15. По штангам перемещается цилиндр 10, являющийся ударной частью молота. В верхней части штанги объединены траверсой захвата («кошки»), свободно перемещающейся по ним и подвешенной к канату 8 лебедки копра. Для запуска молота «кошку» опускают до зацепления подпружиненным крюком 6 пальца 5 ударной части, после чего ударную часть 10 поднимают и рывком нажатием на рычаг 9 через присоединенный к нему канат расцепляют «кошку» с ударной частью. Последняя падает вниз, нанося удар по основанию 2 и сжимая воздух в закрытой поршнем 12 полости цилиндра. Одновременно выступающий на ударной части штырь 11 нажимает на рычаг топливного насоса 14, которым по центральному каналу 13 в поршне топливо подается в цилиндр с некоторым опережением конца хода, распыляется форсункой 3 и смешивается с нагретым вследствие сжатия воздухом. В последней фазе движения ударной части вниз вследствие дополнительного сжатия топливно-воздушной смеси происходит ее воспламенение. Расширяющиеся вследствие сгорания топлива газы отбрасывают ударную часть вверх, откуда она снова падает, повторяя процесс. Молот выключают прекращением подачи топлива.
Штанговые дизель-молоты не имеют принудительного охлаждения, в связи с чем в летнее время при температуре окружающего воздуха 25 °С они работают с получасовыми перерывами после каждого часа работы. Эти молоты обладают малой энергией удара - 3,2 и 65 кДж при частоте 50...55 мин-1 и массе ударной части 240 и 2500 кг соответственно. Их применяют для забивки легких железобетонных и деревянных свай в слабые и средние грунты, а также для погружения шпунта при ограждении траншей, котлованов и т. п.
В трубчатом, дизель-молоте (рис.161,б) ударной частью служит поршень 22, перемещающийся в
Рис.161. Дизель-молоты: а ‑ штанговый; б - трубчатый |
Трубчатые дизель-молоты охлаждаются внешним воздухом или принудительно - водой. Они работают без перегрева при температуре окружающего воздуха до 30 °С в первом и до 40 °С - во втором случаях. Отечественная промышленность выпускает трубчатые дизель-молоты массой ударной части 500...5000 кг с энергией удара 15...150 кДж при частоте ударов 43...45 мин-1, в том числе для работы в условиях низких температур (до -60 °С). Эти молоты применяют для забивки железобетонных свай в любые нескальные грунты.
80. - Назначение, устройство и работа гидравлических и гидропневматических молотов
Гидравлические молоты навешиваются на экскаваторы 2...5-й размерных групп вместо ковша обратной лопаты и соединяются с рукоятью посредством быстросъемного крепления. Экскаватор, оборудованный гидромолотом с рабочим инструментом в виде клина, пики и трамбовки, можно применять при рыхлении мерзлого грунта, дроблении негабаритов твердых и горных пород, взламывании мерзлого грунта и дорожных покрытий, кирпичных и бетонных фундаментов и других работах, а также для уплотнения грунта. При разработке грунта можно изменять угол наклона гидромолота к поверхности грунта. В комплект оборудования гидромолота (рис.131) входят: стрела 1, рукоять 4, гидромолот 5 и гидроцилиндры 2, 3. 6 подъема .стрелы, поворота рукояти и молота.
Гидромолоты приводятся в действие от насосов гидросистемы базового экскаватора, что обеспечивает лучшее использование установленной мощности и снижение эксплуатационных затрат. По принципу работы гидромолоты аналогичны паровоздушным. Гидромолоты создают значительные импульсы силы направленного действия, и обеспечивают наименьшую энергоемкость процесса разработки мерзлых грунтов и разрушения твердых покрытий. Различают гидромолоты простого и двойного действия. В гидромолотах двойного действия подъем ударной части (холостой ход) осуществляется под давлением рабочей жидкости, а разгон ее вниз при рабочем ходе - под действием собственного веса и энергии рабочей жидкости или сжатого газа, накопленной во время холостого хода в гидравлическом или пневматическом аккумуляторе. Молоты с пневмоаккумулятором называют также гидропневматическими. В конструкцию молота с гидроаккумулятором (рис.132) входят: рабочий цилиндр 6 с распределительным золотником 10, гидроаккумулятором 13 и насосом 12, корпус с направляющей трубой 2, ударная часть 3 и сменный рабочий инструмент 1.
Рис.131. Рабочее оборудование гидромолота |
Рис.132. Гидромолот с гидроаккумулятором |
Цикл
работы гидромоло
та
состоит из разгона ударной части вверх,
торможения ее перед верхней мертвой
точкой, разгона вниз и удара по хвостовику
инструмента. Ударная часть не имеет
участков установившегося движения. При
разгоне вверх рабочая жидкость от насоса
12
через золотник 10
поступает в штоковую полость 4
рабочего цилиндра 6 и в гидроаккумулятор
13,
где
происходит ее накапливание. В конце
разгона золотник соединяет поршневую
полость 8
рабочего цилиндра с напорной линией 9,
в результате чего происходит торможение
ударной части и рабочая жидкость
вытесняется в гидроаккумулятор. После
остановки ударной части в верхней
мертвой точке начинается ее разгон вниз
под действием собственного веса и
давления рабочей жидкости, действующего
на поршень 5.
Когда ударная часть достигает скорости,
которую она имела бы при установившемся
движении, аккумулятор начинает
разряжаться, отдавая накопленную
жидкость в рабочий цилиндр 6.
В конце хода вниз ударная часть наносит
удар по хвостовику сменного рабочего
инструмента 1.
Перед нанесением удара через обратный
клапан 7
жидкость из поршневой полости 9 поступает
в сливную магистраль 11.
Далее цикл повторяется.
Молоты с гидроаккумулятором просты в управлении и обслуживании, имеют довольно высокий КПД (0,55...0,65). Они издают при работе слабый шум, поэтому их можно использовать в густонаселенных местах. Гидравлические молоты развивают энергию удара 1800... 9000 Дж, имеют частоту ударов 2,2...5 Гц, массу ударной части 100...600 кг, рабочее давление в гидросистеме 10...16 мПа.
У гидропневматических молотов (рис.133) давление рабочей жидкости воздействует на боек при рабочем и холостом ходах. Одновременное воздействие на боек давления жидкости и энергии газа аккумулятора при рабочем ходе позволяет повысить коэффициент использования мощности насосной установки, снизить пульсацию давления рабочей жидкости, улучшить технико-эксплуатационные показатели молотов. Основными элементами гидропневматического молота являются: ударный блок 6,
Рис.133. Гидропневматический молот |
пневмоаккумулятор 9, управляющая камера 7, распределитель 1, сменный рабочий инструмент 17.
Принцип работы молота заключается в следующем. В исходном положении (рис.133,а) рабочая жидкость под напорным давлением подается в полость а распределителя 1 и одновременно в камеру взвода 3, управляющую камеру 7 ударного блока 6 и через каналы 6 и в полость 12 золотника 14. Напорное давление действует на ступень 13 золотника, перемещая его в крайнее нижнее положение, и на ступень 4 бойка 5, который начинает двигаться вверх (холостой ход), сжимая газ в аккумуляторе 9. При этом рабочая жидкость из камеры рабочего хода 8 вытесняется через камеру 10 золотника в слив.
В верхнем положении бойка (рис.133,б) управляющая камера соединяет каналы виг между собой и одновременно полость 12 со сливом. Под действием давления рабочей жидкости на нижнюю ступень 2 золотника последний перемещается вверх, верхней своей частью входит в проточку 11 корпуса распределителя, перекрывает сливную гидролинию и через центральное отверстие 16 соединяет напорную гидролинию с камерой взвода 3 и камерой рабочего хода 8. Боек начинает движение вниз (рабочий ход) под одновременным воздействием давления газа аккумулятора и рабочей жидкости (площадь ступени 15 больше площади ступени 13); рабочая жидкость переливается из полости взвода в камеру рабочего хода. Разгоняясь, боек наносит удар по инструменту 17 управляющая полость соединяет каналы б и в с напорной гидролинией, и золотник перебрасывается вниз. Далее цикл повторяется.
Гидромолоты могут быть использованы по двум технологическим схемам: 1) экскаватор с молотом работает непрерывно, а выемка грунта осуществляется другим экскаватором; 2) экскаватор с молотом выполняет заданную часть работы, а затем производится замена молота ковшом.
При работе с молотами стрела экскаватора устанавливается в плавающее положение, что обеспечивает полную виброизоляцию рабочего места машиниста. Молоты комплектуются широкой номенклатурой легко сменяемых рыхлительных, дробящих, сваебойных, трамбующих инструментов и запускаются в работу автоматически при опирании с определенным усилием рабочего инструмента на разрушаемый (забиваемый) объект.
Гидропневматические молоты развивают энергию удара 500...9000 Дж, имеют частоту ударов 3,5...12 Гц. Давление зарядки газового аккумулятора 0,6...1,2 мПа, рабочее давление в гидросистеме 10...16 мПа.
79. - Принципы автоматизации работ при проходке тоннелей
Строительство тоннелей метрополитена, автотранспортных и водоотводных тоннелей, а также специальных тоннелей и штреков, особенно при встречной их разработке и на криволинейных участках, требует абсолютной точности заданного направления проходки. При этом существенное значение имеют современные высокопроизводительные механизированные проходческие щитовые комплексы, реализующие повышенные скорости проходки. Однако, так как традиционные методы маркшейдерского обеспечения сдерживают опережающие темпы строительства, появилась необходимость в эффективном непрерывном контроле за положением, проходческого оборудования и его движением. Решекие этой задачи осуществляется различными методами, использующими лазерные приборы.
Наибольшее применение в тоннельном строительстве нашел метод установки лазерного прибора 1 и контрольных марок 3 на столбах или на стенах построенного участка тоннеля (рис.215). В этом случае лазерный пучок 2 проецируется на приемное устройство 5, закрепленное на проходческом щите 4. При этом он проходит две диафрагмы в контрольных марках, одна из которых расположена на стене, а другая на ближайшем к излучателю конце проходческого щита. Перед началом работы лазерный пучок проходит через две диафрагмы, положение которых определено геодезическим путем и соответствует продольной оси щита, и наводится на центр приемного устройства, находящегося на машине. При перемещении проходческого щита во время работы в заданном направлении пучок Должен попадать в центр приемного экрана, а при изменении направления подаются световые и звуковые сигналы и осуществляется корректировка работы машины. Возвращение движения машины на заданный курс производится либо машинистом путем включения корректирующего устройства, либо автоматически с помощью управляющей микро-ЭВМ.
Работа лазерного излучателя с приемным устройством возможна на расстоянии до 600 м. После перемещения проходческого щита на определенное расстояние происходит перестановка контрольные марок, а затем и лазерного прибора.
При проходке криволинейных участков тоннелей дополнительно используются усилитель излучения и призмы развертки луча, обеспечивающие отклонение его на заданный угол поворота тоннеля.
Рис.215.
Управление работой проходческого щита
по лазерному лучу
78. - Назначение, устройство и работа дизельного свайного молота
Дизельные молоты (рис.161), работающие независимо от внешних источников энергии в режиме двухтактного дизеля получили наибольшее распространение в строительстве. Различают дизель-молоты с направляющими штангами (штанговые) и с направляющим цилиндром (трубчатые).
У штанговых дизель-молотов (рис.161,а) две направляющие штанги 4 объединены в нижней части основанием 2, отлитым заодно с поршнем 12. Основание поршневого блока опирается на сферическую пяту 1 и наголовник 15. По штангам перемещается цилиндр 10, являющийся ударной частью молота. В верхней части штанги объединены траверсой захвата («кошки»), свободно перемещающейся по ним и подвешенной к канату 8 лебедки копра. Для запуска молота «кошку» опускают до зацепления подпружиненным крюком 6 пальца 5 ударной части, после чего ударную часть 10 поднимают и рывком нажатием на рычаг 9 через присоединенный к нему канат расцепляют «кошку» с ударной частью. Последняя падает вниз, нанося удар по основанию 2 и сжимая воздух в закрытой поршнем 12 полости цилиндра. Одновременно выступающий на ударной части штырь 11 нажимает на рычаг топливного насоса 14, которым по центральному каналу 13 в поршне топливо подается в цилиндр с некоторым опережением конца хода, распыляется форсункой 3 и смешивается с нагретым вследствие сжатия воздухом. В последней фазе движения ударной части вниз вследствие дополнительного сжатия топливно-воздушной смеси происходит ее воспламенение. Расширяющиеся вследствие сгорания топлива газы отбрасывают ударную часть вверх, откуда она снова падает, повторяя процесс. Молот выключают прекращением подачи топлива.