Разработка грунта землеройными машинами

К землеройным машинам относят одноковшовые экскаваторы цикличного и непрерывного действия. Наибольшее применение имеют одноковшовые экскаваторы, которыми выполняется около 45% всего объема земляных работ.

Для разработки фунта одноковшовыми экскаваторами в промышленном и фажданском строительстве используют экскаваторы с ковшом вместимостью 0,15...2м3, реже до 4 м3.

Процесс разработки фунта экскаватором с любым видом рабочего оборудования складывается из чередующихся в определенной последовательности операций в одном цикле: резание фунта и заполнение ковша, подъем ковша с фунтом, поворот экскаватора вокруг оси к месту выфузки, выфузка фунта из ковша, обратный поворот экскаватора, опускание ковша и подача его в исходное положение.

Предельные размеры выемок, которые могут быть выполнены одноковшовым экскаватором с одной стоянки, зависят от его рабочих параметров.

Основными рабочими параметрами одноковшовых экскаваторов при разработке выемок являются максимально возможная высота копания +Н, глубина копания (резания) - Н, наибольший и наименьший радиусы копания на уровне стоянки экскаватора Rmax и Rmin, радиус выгрузки Rв, высота выфузки Нв.

Разработку грунта одноковшовыми экскаваторами ведут позиционно. Зону, в которой действует экскаватор на данной позиции, называют забоем. В нее входят площадка, на которой находится экскаватор, часть массива фунта, разрабатываемого с одной стоянки, и площадка, на которой устанавливается транспорт под пофузкуили размещается отвал грунта. По окончании разработки фунта в данном забое экскаватор перемещается на новую позицию.

Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены в забое таким образом, чтобы средняя величина угла поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки была минимальной, так как на время поворота стрелы может расходоваться до 70% рабочего времени цикла экскаватора.

Экскаватор с прямой лопатой используют для разработки фунтов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора, преимущественно с погрузкой на транспорт. Процесс выемки фунта осуществляется лобовыми и боковым забоями.

В лобовом забое экскаватор разрабатывает фунт впереди себя и отфужает его на транспортные средства, которые подают к экскаватору по дну забоя. В зависимости от ширины проходки лобовые забои подразделяют на узкие (ширина проходки менее 1,5 размера оптимального радиуса резания Ro, Во = 0,9Лпах), нормальные [ширина (1,5... 1,9) Ro] и уширенные [ширина (2... 2,5) Rо].

При узких забоях самосвалы подают с одной сторбны сзади экскаватора, а при нормальных - с обеих сторон экскаватора попеременно, что исключает простои экскаватора при смене транспортных единиц. Экскаватор перемещается прямолинейно по оси забоя.

В некоторых случаях разработку грунта ведут уширенным забоем с перемещением экскаватора по зигзагу. В уширенных забоях сокращаются холостые проходы экскаватора и облегчаются условия маневрирования автосамосвалов.

Ширина лобовых проходок,

для лобовой прямолинейной

B = 2 ( (R0) ^ 2 – (lп) ^ 2 ) ^ (1/2)

для зигзагообразной

B = 2 ( (R0) ^ 2 – (lп) ^ 2 ) ^ (?) + 2 Rc

где R0 - оптимальный радиус резания экскаватора, lп - длина рабочей передвижки экскаватора (разность между максимальным и минимальным радиусами резания), Rс —радиус резания на уровне стоянки.

Разработка выемок способом лобового забоя затрудняет работу транспорта. Кроме того, средний угол поворота платформы экскаватора для погрузки грунта в транспортные средства, особенно при работе в узких забоях, может достичь 180°, что увеличивает времярабочего цикла и снижает производительность экскаватора. Поэтому способ лобового забоя используют офаниченно.

Более эффективным является разработка фунта способом бокового забоя, когда экскаватор черпает фунт преимущественно с одной стороны перемещения и частично впереди себя. По этой схеме транспорт подается под пофузку сбоку выработки, чем достигается значительное уменьшение угла поворота стрелы экскаватора при пофузке фунта в транспортные средства. В боковых забоях транспортные пути проходят параллельно оси перемещения экскаватора и, как правило, на уровне его стоянки.

Ширина боковой проходки

B = 2 ( (R0) ^ 2 – (lп) ^ 2 ) ^ (?) + 0,7 R0

Выемки, глубина которых превышает максимальную высоту забоя для данного типа экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов.

Число автомобилей или автопоездов, необходимых для обеспечения бесперебойной работы экскаватора,

N = (Тус.н. + Тн + Тпр + Тус.р. + Тр + Тм) / (Тус.н. + Тн)=

= 1 + (Тпр + Тус.р. + Тр + Тм) / (Тус.н. + Тн),

где Тус.н, Тн, Тпр - продолжительности соответственно установки машины под пофузку, пофузки фунта в машины экскаватором, пробега машины в оба конца при заданном расстоянии, мин,Тус.р, Тр, Тм - продолжительности соответственно установки машины под разфузку, разфузку машины, технологических перерывов, возникающих во время рейса, мин.

При расстоянии L (км) и средней скорости v (км/ч) время самосвала в пути (мин) определяют по формуле

Тпр = 2 х 60 х L/v.

Продолжительность загрузки автосамосвала колеблется в широких пределах в зависимости от числа ковшей с грунтом, погружаемым в кузов, рода фунта, среднего угла поворота машины при загрузке и типа экскаватора

Тн = nк Тц,

где nк - число ковшей грунта, погружаемого в кузов, Тц - продолжительность одного цикла экскавации, мин, Тц = 1 / n, n - число циклов экскаватора за 1 мин при работе с погрузкой в транспортные средства.

Экскаватор с обратной лопатой используют при разработке фунтов, которые находятся ниже уровня стоянки экскаватора, и преимущественно при рытье небольших котлованов и траншей.

Поярусная разработка выемки при этом виде оборудования, как правило, не практикуется. Разработку фунта ведут ниже уровня стоянки экскаватора лобовым или боковым забоем с погрузкой грунта в транспортные средства или укладкой в отвал.

Наименьшую глубину забоя определяют из условия наполнения ковша с «шапкой» (для несвязных грунтов —1... 1,7 м, а для связных - 1,5...2,3м). Ширина проходки зависит от наибольшего радиуса: ее принимают в размере В = (1,2... 1,5)Rо при погрузке в транспорт и В= (0,5...0,8)Rо при укладке в отвал.

Отрывку котлована шириной 12... 14 м обычно осуществляют лобовой проходкой при перемещении экскаватора по зигзагу, а при большей ширине - поперечно-торцовой.

Экскаватор-драглайн применяют для разработки фунтов, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора: для рытья глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей, разработки фунта из-под воды и т. п. Их применяют также для отделочных земляных работ при планировке площадей и зачистке откосов. Преимуществами драглайна являются большие радиусы действия (до 10 м) и глубина копания (до 12 м). Особенно эффективно разрабатывать драглайном мягкие и плотные фунты, в том числе обводненные.

Разработку фунта драглайном осуществляют лобовыми и боковыми проходками аналогично экскаватору «обратная лопата». Драглайн обычно передвигается между очередными стоянками на 1/5 длины стрелы. В зависимости от ширины выемки, способа разфузки фунта (в отвал или в фанспортные средства) и особенностей земляного сооружения в практике используют разнообразные схемы лобового и бокового способов разработки фунта.

Так как ковш драглайна гибко подвешен, весьма эффективными являются челночные способы работы - поперечно-челночный и продольно-челночный. При поперечно-челночном способе автосамосвал по дну выемки подходит к месту загрузки и загружается попеременным черпанием ковша по обе стороны от кузова. При продольно-челночном способе грунт набирают перед задней стенкой кузова автосамосвала и, подняв ковш, разгружают его над кузовом. Угол поворота экскаватора при погрузке по продольно-челночной схеме приближается к 0°, а при поперечно-челночной - к 15... 20°.

Экскаватор-грейфер применяют для рытья колодцев, узких глубоких котлованов, траншей и других сооружений, особенно в условиях разработки грунтов ниже уровня грунтовых вод.

Одноковшовыми экскаваторами отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называемый «недобор» слоем 5... 10 см для того, чтобы избежать повреждения основания и не допускать переборов фунта. Для повышения эффективности работы экскаваторов применяют скребковый нож, насаженный на ковш экскаватора. Это приспособление позволяет механизировать операцию по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с точностью до 2 см, что исключает необходимость ручных доработок.

В промышленном и фажданском строительстве для разработки траншей наибольшее распространение получили многоковшовые экскаваторы непрерывного действия.

Рабочим органом в многоковшовых траншейных экскаваторах является ковшовая цепь или ковшовый ротор. Экскаваторы с ковшовой цепью обеспечивают разработку траншей глубиной до 3,0 м в основном с вертикальными стенками, а роторные - глубиной до2,5 м, преимущественно с откосами. В последнем случае на ковши ротора устанавливают откосники. Ковши наполняют фунтом при движении их вверх по наклонной или криволинейной поверхности разрабатываемой выемки. Опорожняются ковши в момент достижения ими наивысшей точки их траектории, где они опрокидываются. Высыпающийся из них фунт попадает на ленточный конвейер, доставляющий его на пофузку в транспортные средства или в отвал.