Практическое занятие №1.

Экскаватор – землеройная машина.

Рис.1. Строительные полноповоротные экскаваторы с механическим приводом и гибкой подвеской рабочего оборудования:

а - пневмоколесный третьей размерной группы; б – гусеничный четвертой размерной группы; 1 – пневмоколесное ходовое устройство; 2 – поворотная платформа; 3 – двуногая стойка; 4 – стрелоподъемный канат; 5 – передняя стойка; 7 – подъемный канат; 8 – стрела; 9 – рукоять; 10 – ковш обратной лопаты; 11 – тяговый канал; 12- опорно-поворотное устройство;

13 – гусеничное ходовое устройство

Длину стрелы [м] одноковшевого экскаватора, оборудованного прямой механической лопатой, рассчитывают по эмпирической формуле:

ℓ_с = k³* (1.1)

G- масса экскаватора, [т];

k- коэффициент, зависящий от типа экскаватора:

универсальный - k=1,9÷2,1;

карьерный – k=1,85.

Теоретическая производительность одноковшевого экскаватора является условной, и равна объему грунта, который экскаватор смог бы добывать за 1 час непрерывной работы при расчетной продолжительности цикла и соответствии объема каждой порции грунта, добытой за 1 цикл, геометрической емкости ковша, [м³/час]

П₀=60*q*n₀ , (1.2)

где q- геометрическая емкость ковша, [м³];

n₀ – теоретическое число циклов в минуту при углах поворота платформы на разгрузку и забой на 90⁰ и высоте забоя, равной высоте расположения напорного вала экскаватора.

n₀ = 60/τ_п.ц. , (1.3)

где τ_п.ц – время продолжительности цикла, [с].

Теоретическая производительность учитывает реальные условия работы, т. е. свойства разрабатываемого грунта, его разрыхляемость, степень заполнения ковша, особенности забоя, но не учитывает простой экскаватора. Следовательно, это максимальная производительность, возможная в данных условиях при непрерывной работе.

Эксплуатационная производительность – учитывает особенности работы за какой-либо период в конкретных условиях, в том числе и простои работ, допустимые по проекту.

Фактическая эксплуатационная производительность одноковшевых экскаваторов определяется по формуле:

П_э= , [м³/час] (1.4)

q- геометрическая емкость ковша, [м³];

n- фактическое значение количества циклов в 1 минуту:

n=2÷4 для строительных и карьерных экскаваторов;

k_н – коэффициент наполнения ковша (k_н = 0,55÷1,5);

k_и – коэффициент использования экскаватора во времени, равный отношению числа часов чистой работы экскаватора к продолжительности рабочих смен отсчетного периода (k_и = 0,7÷0,8);

k_р – коэффициент разрыхления грунта – это отношение объема разрыхляемого грунта к объему грунта такой же массы в естественно-плотном состоянии (табл.1.)

Эксплуатационная производительность:

П_э= , [м³/с] (1.5)

где q= – геометрическая емкость ковша, [м³];

с – коэффициент, учитывающий форму днища и закругление стенок ковша:

с=0,9 для ковша с зубьями,

с=0,75 для ковша с полукруглой режущей кромкой;

B, H, L – ширина, высота и длина ковша, [м];

, (1.6)

где τ_к – продолжительность копания, [с];

τ_в – продолжительность выгрузки ковша, [с];

τ_п – полное время поворота на выгрузку, [с];

τ_в^| - полное время поворота для возвращения ковща в забой, [с].

Задание 1. Рассчитать длину стрелы одноковшового экскаватора Э-801, оборудованного прямой механической лопатой (Ответ: 6,2 м.)

Задание 2. Длина стрелы одноковшового экскаватора ℓ_с = 8,6 м. Рассчитать массу и определить марку экскаватора ( Ответ: Э-2005, G=79,5 т.)

Задание 3. Рассчитать теоретическую производительность экскаватора Э-652. (Ответ: П₀= 180 м³/час.)

Задание 4. В карьере для типа тяжелого суглинка используют экскаватор марки Э-801 оборудованный прямой лопатой. По условиям работы угол поворота платформы равен 135⁰ . Рассчитать производительность экскаватора. (Ответ: П₀= 163,8 м³/час, П_э=55,44 м³/час.)

Задание 5:

Задания для самостоятельной работы.

Таблица 1.1

№ варианта	Тип экскаватора	Тип грунта	Вид ковша	Угол поворота платформы, град
1	Э-257	Глина тяжелая	1	90
2	Э-303	Глина влажная	3	90
3	Э-652	Щебень	2	135
4	Э-801	Плохо взорванные скальные породы	4	135
5	Э-1252	Глина		180
6	Э-2005	Плохо взорванные скальные породы	2	180
7	Э-758	Хорошо взорванные скальные породы	1	90
8	Э-257	Гравий влажный	3	135
9	Э-303	Суглинок легкий	2	180
10	Э-652	Щебень	1	90
11	Э-801	Глина	3	180
12	Э-1252	Гравий влажный	1	90
13	Э-2005	Хорошо взорванные скальные породы	2	135
14	Э-758	Суглинок тяжелый влажный	4	180

_{Практическое занятие №2.}

Машины для подготовительных земляных работ.

Рис. 2. Бульдозер ДЗ – 42 Г: 1 – нож; 2 – отвал; 3 – козырек; 4 – кронштейн; 5 – гидроцилиндр подъема-опускания; 6 – базовый трактор; 7 – рычаг управления гидрораспределителем; 8 – поперечная балка с цапфами; 9 – толкающий брус

Для выполнения подготовительных работ применяют кусторезы, корчеватели, корчеватели-собиратели и рыхлители, являющиеся сменным, навесным оборудованием к мощным гусеничным тракторам или колесным тягачам.

Кусторез предназначен для срезания на уровне земли кустарников и мелких деревьев диаметром до 0,25 м. Пассивный рабочий орган кустореза выполнен в виде клинообразного отвала, к нижним кромкам которого крепятся сменные гладкие или пилообразные режущие ножи, имеющие в плане вид треугольника. В передней части отвала установлен носовой лист для раскалывания пней и раздвигания сваленных деревьев.

Производительность кусторезов, [м³/час]:

П= (2.1)

где В – ширина отвала (проекция длины ножей на плоскость, перпендикулярную к направлению движения), [м]; в – ширина перекрытия отвала очищенной полосы при смежном проходе, [м] (в=0,2÷0,5м);

L – длина обрабатываемого участка, [м]; - средняя скорость движения трактора, [м/с]; - время на разворот трактора, [с] (60÷120 с); - число проходов по одному и тому же месту (1-2 прохода).

Корчеватели и корчеватели-собиратели применяют для извлечения (корчевания) из грунта и последующей уборки крупных камней, пней диаметром до 450 мм, корневых систем, а также кустарника и поваленных деревьев, оставшихся после прохода кустореза. Кроме того, корчеватели могут производить рыхление плотных грунтов на глубину до 0,3 м.

Рабочий орган корчевателя-собирателя – сменный отвал, в нижней части которого закрепляют от 3 до 8 сменных корчующих зубьев из износостойкой стали. Отвал крепится к универсальной толкающей раме, которая может быть использована для навески рабочих органов кустореза и универсального бульдозера.

Часовая производительность корчевателей-собирателей при корчевании пней составляет до 50 шт., при уборке камней – до 20 м³ , при сгребании срезанных деревьев, выкорчеванных пней и кустарника до 4000 м² .

Для предварительного рыхления плотных грунтов, что обеспечивает более эффективную работу землеройно-транспортных машин, применяют рыхлители.

Производительность рыхлителей, [м³/час]:

П= (2.2)

где В – рабочая ширина рыхления (расстояния между наружными поверхностями крайних зубьев), [м]; в – ширина перекрытия разрыхленной полосы при смежном проходе, [м] (в=0,1÷0,2м);

L – длина обрабатываемого участка, [м]; - средняя скорость движения трактора, [м/с]; - время на разворот трактора, [с] (30÷60 с); - число проходов по одному и тому же месту (1-3 прохода); h – полная глубина рыхления, h=0,2÷0,3 м.

Бульдозеры – землеройно-транспортные машины с пассивным ножевым рабочим органом, выполняющие одновременно послойное резание и перемещение грунта к месту укладки.

Бульдозер является навесным оборудованием, обычно к трактору, состоящим из плоского отвала с ножами, толкающих брусьев (или рамы) и системы управления отвалом, смонтированным на гусеничном тракторе или двухосном пневмоколесном тягаче.

Эксплуатационная производительность при резании и перемещении грунта, [м³/час]:

П= , (2.3)

где - геометрический объем призмы волочения грунта (в полном теле) впереди отвала, м³ :

, (2.4)

b, h – длина и высота отвала, [м]; φ – угол естественного откоса грунта в движении (φ=20-50⁰); - коэффициент наполнения геометрического объема призмы волочения грунтом ( =0,85÷1,05); - коэффициент разрыхления грунта ( =1,1-1,3); - коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировке ( =1 – 0,005ℓ_п); - коэффициент использования бульдозера по времени ( =0,8-0,9);

- продолжительность цикла, [с]:

, (2.5)

где , и = - длины соответственно участка резания, перемещения грунта и обратного хода бульдозера, [м];

, (2.6)

F= – площадь срезаемого слоя грунта, [м²]; с – средняя толщина срезаемого слоя, [м]; , , - скорости трактора при резании, перемещении грунта и обратном ходе, [м/с]; - время на переключение передач в течение цикла ( =15-20 с).

Обычно тракторные бульдозеры производят резание грунта на I или II скорости (2,5-4,5 км/ч), перемещение на II или III скорости (4,5 – 6 км/ч), а возвращаются для нового цикла задним ходом.

Скрепер – самоходная или прицепная (к гусеничному трактору или колесному тягачу) землеройно-транспортная машина, рабочим органом которой является ковш на пневмоколесах, снабженный в нижней части ножом для срезания слоя грунта.

Скреперы предназначенные для послойного срезания, перемещения, послойной отсыпки, разравнивания и частичного уплотнения грунтов I – III групп с каменистыми включениями до 300-600 мм при возведении насыпей, планировании строительных площадок, полей орошения или фильтрации, разработке траншей, выемок под резервуары, отстойники, аэротенки и другие сооружения.

Рабочий цикл скрепера включает ряд последовательно повторяющихся операций: резание грунта и наполнение ковша – при движении вперед ножи опущенного на грунт ковша срезают слой грунта, который поступает в ковш при поднятой заслонке; транспортирование грунта к месту укладки.

Эксплуатационная производительность скреперов в плотном теле, [м³/час]:

, (2.7)

где q – вместимость ковша скрепера, [м³]; - коэффициент наполнения ковша грунтом ( =0,6-1,1); =q/q₁ (где q₁ – объем рыхлого грунта в ковше скрепера); - коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера ( =1,1-1,3); - коэффициент использования машины по времени ( =0,8-0,9); n – число циклов в час: n=3600/ , где - продолжительность одного рабочего цикла скрепера, [с]:

, (2.8)

Здесь , , , - длины участков заполнения ковша, транспортировка грунта, разгрузки ковша, порожнего хода скрепера, [м]; , , , - скорости скрепера при заполнении ковша, транспортировке грунта, разгрузке и порожнем ходе, [м/с]; - время на переключение передач тягача; - время на один поворот ( =15-20 с).

Грейдер – это планировочно-профилировочная землеройно-транспортная машина, основным рабочим органом которой служит полноповоротный отвал с ножами, размещенный между передним и задним мостами ходового оборудования.

Все рассмотренные выше машины могут использоваться как для подготовки площадок к строительству различных зданий и технических сооружений, так и при разработке карьеров при добыче полезных ископаемых открытым способом.