5.2. Разработка выемки экскаватором, оборудованным прямой лопатой

5.2.1. Модель и техническая характеристика экскаватора

Экскаваторы, оборудованные прямой лопатой? являются наиболее распространенными машинами при разработке грунта в выемках и карьерах. Главным размерным параметром экскаватора является вместимость ковша. Она определяет производственные возможности машины и, в первую очередь, нормативную производительность. Однако экскаваторы различаются не только по емкости ковша, но и по другим конструктивным характеристикам: ходовому оборудованию, приводу, системе управления и т. д. Поэтому машины, относящиеся по емкости ковша к одной размерной группе, обладают разными технико-эконо­ми­чес­кими показателями и имеют различные области эффективного применения. Следовательно, выбору модели экскаватора должно предшествовать изучение технических характеристик машин.

Технические характеристики одноковшовых экскаваторов, как и других строительных машин, приводятся в справочной литературе [20, 21]. В прил. 3 дана техническая характеристика некоторых отечественных моделей одноковшовых экскаваторов, оборудованных прямой лопатой.

Для выбранной модели экскаватора в пояснительной записке к курсовому проекту следует составить техническую характеристику в виде таблицы.

При выборе модели одноковшового экскаватора предпочтение следует отдавать гидравлическим модификациям с гусеничным ходовым оборудованием как наиболее отвечающим условиям дорожного строительства.

5.2.2. Модель и техническая характеристика автомобиля-самосвала

Выбор модели автомобиля-самосвала осуществляется по технологическим параметрам автомобиля и экскаватора:

• грузоподъемность и вместимость кузова автомобиля-самосвала должны обеспечивать погрузку грунта от 3 до 6 ковшей для нормальной работы экскаватора;

• высота борта кузова автомобиля-самосвала и его размеры в плане должны соответствовать размерной группе экскаватора.

Число ковшей грунта, загружаемых в кузов автосамосвала, определяется (с округлением) по формуле

(5.1)

где Р_ас – грузоподъемность автомобиля-самосвала, т (по паспорту); Р_кэ – масса грунта, набираемого в ковш, т.

Величину Р_кэ можно определить из выражения

(5.2)

где q – емкость ковша, м³;  – плотность грунта, т/м³; К_н – коэффициент наполнения ковша; К_р – коэффициент первоначального разрыхления грунта.

Кроме того, необходимо проверить как используется емкость кузова автосамосвала:

(5.3)

где Q_АС – объем кузова автосамосвала, м³.

Если условия (5.1) и (5.3) не выполняются, следует повторить расчеты при других значениях А или назначить другую модель автомобиля.

Для выбранной марки автомобиля-самосвала составляется его техническая характеристика в виде таблицы (прил. 3).

5.2.3. Проектирование экскаваторного забоя

При разработке выемок экскаватором, оборудованным прямой лопатой, преимущественно применяется боковой тип забоев; лобовые забои и проходки применяются здесь в крайнем случае (небольшие выемки, пионерные траншеи, устройство съездов и т.д.).

Разработка боковым забоем предпочтительна, так как обеспечиваются лучшие условия для подъезда и погрузки транспортных средств, уменьшается угол поворота экскаватора, что способствует более производительной работе машин.

Параметры проходок и забоев должны обеспечивать возможность работы ковшом с наименьшими затратами времени на выполнение рабочего цикла экскавации. Для обеспечения указанных требований при определении параметров забоя используют не паспортные характеристики рабочего оборудования экскаватора, а так называемые оптимальные, уменьшенные на 10…15 %.

Проектирование бокового забоя (рис. 5.1) осуществляют в следующей последовательности.

1. Определение наибольшего расстояния от оси движения экскаватора до подошвы борта ранее отработанной проходки d_б, при котором средний угол поворота на разгрузку не будет превышать 70,

(5.4)

где R_ст – наибольший радиус копания экскаватора на уровне стоянки, м.

2. Назначение расстояния от оси движения экскаватора до подошвы бокового откоса забоя,

(5.5)

и расстояние до бровки бокового откоса забоя d_в

(5.6)

где 0,2 и 0,45 – ограничения по ширине проходки, м; R_кн – наибольший радиус копания экскаватора, м.

3. Определение длины передвижки экскаватора l_п

(5.7)

4. Определение высоты забоя экскаватора. Основным вопросом при этом является установление оптимальной высоты забоя. Последняя зависит от рабочих параметров экскаватора, физико-механических свойств разрабатываемого грунта, конструктивных параметров выемки. В технической характеристике экскаватора приводится значение наибольшей высоты копания Н_кн. Однако, как правило, фактическая высота подъема ковша несколько меньше (на 25…30 % – это так называемая кинематическая высота). Поэтому максимальную высоту забоя рекомендуется назначать не более 0,7 Н_кн.

Рис. 5.1. План бокового забоя экскаватора прямая лопата

По условиям производства работ на многих участках выемки экскаватор работает при минимальной высоте забоя, например, вблизи нулевых мест, где небольшие рабочие отметки. В табл. 5.1 приведены данные по выбору высоты копания в зависимости от размерной группы экскаватора и типа привода.

Таблица 5.1

Рекомендуемая высота копания грунта прямой лопатой

Объем ковша, м3	Механический привод		Гидравлический привод
	Высота копания, м
	наибольшая	наименьшая		наибольшая	наименьшая
0,65 1…1,25 1,6 2,5	4,4 5,2 5,3 7,2	2,8 3,2 3,3 4,5		4,6 5,6 5,9 7,5	0,7…1,5 0,7…1,7 0,9…2 1,5…2,5

5. Определение высоты погрузочного пути (рис. 5.2).

Превышение погрузочного пути над уровнем стоянки экскаватора ƒ_опт определяется исходя из возможной высоты выгрузки грунта из ковша экскаватора совместным решением следующих двух пар уравнений:

(5.8)

(5.9)

где ƒ_max – высота погрузочного пути при наибольшей высоте выгрузки, м; ƒ_min – то же при наибольшем радиусе выгрузки, м; Н_вн – наибольшая высота выгрузки грунта из ковша, м; Н_тс – погрузочная высота транспортного средства, м; R_х – радиус, описываемый хвостовой частью экскаватора, м; Н_R – высота выгрузки грунта из ковша при наибольшем радиусе выгрузки, м; S – ширина подъездной дороги; 0,5 – запас высоты над бортом автосамосвала, учитывающий неровности пути и возвышение погруженного грунта над бортом кузова, м; 1 – расстояние от бровки откоса погрузочного пути до колеса автомобиля, необходимое для предотвращения обрушения откоса, м.

Рис. 5.2. К определению высоты погрузочного пути

В табл. 5.2 приведены рекомендуемые размеры забоев экскаваторов, оборудованных прямой лопатой.

Таблица 5.2

Рекомендуемые размеры забоев и проходок экскаваторов, оборудованных прямой лопатой

Показатель	Объем ковша, м3
	0,65…0,8	1…1,25	1,6…2,5
1. При погрузочном пути, расположенном на уровне подошвы забоя
расстояние, м, от оси пути экскаватора:
до стенки забоя	4,5	5	6,3
до оси пути транспортного средства	3	3,6	4,5
2. При погрузочном пути, расположенном выше уровня подошвы забоя
расстояние, м, от оси пути экскаватора:
до стенки забоя	4,5	5	6,3
до оси пути транспортного средства	2,5	2,5	3,5
Предельная высота верхней кромки борта кузова транспортного средства над уровнем подошвы забоя	5,5	6	6,5