Узлы и детали машин Рабочие органы

Устройство рабочих органов машины определяется прежде всего ее назначением, условиями и характером работы. Все остальные части - двигатели, передаточные механизмы, устройства управления - предназначаются для того, чтобы рабочий орган мог выполнять те движения и передавать те усилия, которые необходимы по роду возложенной на машину работы. Возьмем, например, металлорежущие станки. Рабочие органы токарного станка - шпиндель, на котором установлен патрон для крепления детали, и суппорт, перемещающий резцы во время работы. Шпиндель с фрезой и подвижной стол для крепления и подачи детали - рабочие органы фрезерного станка. Рабочие органы землеройных машин - ковш и ножи, при помощи которых они роют и перемещают землю. У врубовой машины рабочий орган - бар - цепь с резцами; у ткацкого станка - челнок, ведущий поперечную уточную нить, и ремизки, перемещающие нити основы. Рабочими органами турбин - гидравлических, паровых, газовых - служат их рабочие колеса.

31) Как устроены, работают и где применяются разгрузочные машины непрерывного действия? Приведите принципиальные схемы.

Погрузчики применяются для погрузки разнообразных материалов на транспортные устройства и укладки их в штабеля на месте хранения, а также для перемещения материалов на складах в процессе сортировки и в технологическом потоке производства. Во время работы погрузочные машины осуществляют захват материалов, его перемещение и выгрузку. По роду работы погрузчики разделяются на машины цикличного и непрерывного действия.

Погрузочные машины цикличного действия разделяются на универсальные, применяемые для работ с разнообразными сыпучими материалами и штучными грузами, и специальные, приспособленные для работы только с определенным видом материала. Универсальным машинам придается сменное оборудование — разнообразные рабочие органы.

Выпускаются погрузчики с грузоподъемным устройством, расположенным фронтально или установленным на поворотной платформе. Производительность последних выше, так как при погрузке на подвижные средства сокращается холостой ход погрузчика.

Имеются конструкции погрузчиков, у которых грузоподъемное устройство расположено не впереди, а сбоку, в глубоком поперечном проеме, откуда оно может перемещаться вверх, вниз и поперек продольной оси. Такое устройство позволяет поднимать длинномерные грузы и укладывать их на платформу погрузчика параллельно его продольной оси.

Передвижные погрузочные машины отличаются одна от другой ходовым устройством: пневмоколесные, гусеничные.

К погрузочным машинам циклического действия относятся: автопогрузчики, погрузчики на пневмоколесном ходу, тракторные погрузчики на пневмоколесном и гусеничном ходу.

К погрузочно-разгрузочным машинам относятся погрузчики и разгружатели, навесное рабочее оборудование которых смонтировано на самоходных шасси автомобилей, тракторов или тягачей. Различают погрузчики непрерывного и цикличного действия.

Погрузчики непрерывного действия (рис. 62) применяются для погрузки сыпучих, мелкокусковых и штучных грузов из штабелей в транспортные средства. Рабочий орган этих погрузчиков смонтирован на раме и представляет собой ковшовый, ленточный или скребковый конвейер. Подача материала к конвейеру осуществляется с помощью винтового питателя (шнека) (см. рис. 62, а) или подгребающих лопастей (см. рис. 62,6). От погрузчика к транспортному средству материал передается по наклонному лотку. Имеются также погрузчики, в качестве питателя у которых установлен ротор или фреза. Производительность погрузчиков колеблется от 80 до 120 м3/ч. Предусматривается изготовление многоковшовых погрузчиков производительностью до 200 м3/ч.

Рис. 62. Схемы погрузчиков непрерывного действия а — элеваторный с лопастным шнековым питателем; б— скребкозый с подгребающими лопастями

Рис. 63. Основные типы одноковшовых погрузчиков

В соответствии с ГОСТ 12568—67 промышленность осваивает погрузчики грузоподъемностью 2—10 т. Проводятся работы по созданию большегрузных погрузчиков грузоподъемностью 15 и 25 т. Среди одноковшовых погрузчиков важное место занимают фронтальные погрузчики с разгрузкой вперед (см. рис. 63, а, б, в, г, д, з). Выпускаются также погрузчики с разгрузкой в стороны и назад (рис. 63,и). Ходовое оборудование погрузчиков выполняется пневмоколесным и гусеничным. Опорная рама пневмоколесных погрузчиков бывает жесткая и шарнирно-сочлененная (рис. 63,5). Ходовые колеса погрузчиков могут попарно поворачиваться в обе стороны, придавая ему высокую мобильность. Силовой установкой одноковшового погрузчика служат двигатель внутреннего сгорания — дизель или дизель-электрическая установка.

По мощности двигателя различают погрузчики: малой мощности — до 100 л. е., средней мощности —до 200 л. е., большой мощности —до 700 л. с. и сверхмощные — свыше 700 л. с. Одноковшовые погрузчики обозначают маркой ТО, что обозначает транспортное оборудование. Тип ходового оборудования обозначается двумя буквами: ПГ — гусеничное; ПК — пневмоколесное. Погрузчики в северном исполнении имеют в индексе буквы ХЛ, а в тропическом —Т.

Конструктивная схема и принцип действия одноковшового погрузчика на пневмоколесном ходу показаны на рис. 64,а. Рабочее оборудование погрузчика смонтировано на тракторе К-702. Шарнирно-сочлененная рама и гидромеханическая трансмиссия обеспечивают погрузчику хорошую маневренность и постоянное сцепление колес с грунтом. На передней раме трактора установлен портал, к которому крепится стрела. Ковш посредством коромысла соединяется со стрелой. Опрокидывание ковша осуществляется гидроцилиндрами. Грузоподъемность погрузчика 4 т.

Схема одноковшового погрузчика на гусеничном ходу грузоподъемностью 2 т показана на рис. 64,6. Подъезжая к штабелю, погрузчик на ходу опускает ковш, врезается в него и зачерпывает материал. Гидроцилиндр, воздействуя на коромысло и шарнирно-рычажную систему, поворачивает ковш в вертикальной плоскости на себя для предотвращения высыпания материала, а гидроцилиндры поднимают стрелу с ковшом в транспортное положение. Стрела и гидроцилиндры крепятся на портале. Управление погрузчиком осуществляется из кабины трактора. Жидкость к гидроцилиндрам подается гибкими рукавами, рассчитанными на давление 13 МПа (130 кгс/см2). Гусеничные погрузчики по сравнению с колесными развивают большие напорные усилия, что способствует лучшему заполнению ковша материалом, особенно слежавшимся.

Автопогрузчики (рис. 65) относятся к числу универсальных погрузочных машин, изготовляемых на базе узлов грузовых автомобилей, и имеют различные виды сменного рабочего оборудования: вилочный захват, безбалочную стрелу с крюком, штырь, ковш и др. Грузоподъемник автопогрузчика (см. рис. 65, д) состоит из телескопической рамы, наружняя часть которой установлена шарнирно впереди погрузчика, а внутренняя (выдвижная) — соединяется с гидроцилиндром. По направляющим выдвижной части рамы перемещается каретка с вилочным захватом. Выдвижение штока гидроцилиндра приводит к подъему выдвижной части рамы. Грузовая каретка с помощью двух пластинчатых цепей, перекинутых через блоки, соединяется с неподвижной рамой. Такой способ закрепления цепи образует двухкратный полиспаст, позволяющий при выдвижении штока гидроцилиндра на 2 м поднять каретку с захватом на высоту 4 м. Наружная рама может при помощи гидроцилиндров и тяг наклоняться вперед на 3—4° и назад на 12—15°. Наклон рамы вперед облегчает захват груза, а отклонение назад увеличивает устойчивость погрузчика. Грузоподъемность автопогрузчиков колеблется в пределах 1,5—7,5 т. Скорость передвижения с грузом составляет 6—15, а без груза — до 40 км/ч.

Рис. 64. Конструктивные схемы погрузчиков а — на пневмоколесном ходу; б — на гусеничном ходу

Рис. 65. Схемы автопогрузчиков а — с вилочным захватом; б —с безбалочной стрелой; в — со штырем; г —с ковшом; д — схема грузоподъемника автопогрузчика

Для выполнения небольших объемов работ, особенно в стесненных условиях, применяют аккумуляторные погрузчики грузоподъемностью 0,5—1,5 т. Они обладают большой маневренностью при скорости передвижения 6—10 км/ч и радиусах поворота 1,6—2,1 м.

Разгружатели (разгрузчики), применяемые в путевом и дорожном строительства, разделяются на механические и пневматические. Механические разгрузчики применяют для разгрузки мелкосыпучих и кусковых материалов с открытых железнодорожных платформ, а пневматические— для разгрузки пылевидных (цемента и др.) из крытых вагонов. В качестве разгрузчиков инертных материалов (песка, гравия, щебня и др.) с железнодорожных платформ могут быть использованы тракторные отвалы, разгрузчики с винтовым питателем, скребковым конвейером или в виде скребкового толкателя, совершающего возвратно-поступательные движения и удаляющего материал в приемный бункер, Производительность их достигает 200—300 т/ч.

Скребковый разгрузчик (рис. 66,а) стационарного типа сталкивает материал (песок, гравий, шлак) с железнодорожных платформ скребком, перемещаемым вперед и назад толкателем. Материал с платформы попадает в бункер, а оттуда на ленточный конвейер. Платформы поочередно протаскивают перед разгрузчиком с помощью канатной лебедки. Для разгрузки смерзшихся материалов их предварительно рыхлят фрезами, установленными на мосту, перемещающемуся по стоикам. При опускании вращающихся фрез смерзшийся материал не только разрыхляется, но и частично сталкивается в бункер. Оставшийся на платформе материал сталкивается в бункер скребком разгрузчика.

Элеваторный разгрузчик (см. рис. 66,6) самоходного типа служит для выгрузки песка, гравия и шлака из полувагонов. Разгрузчик состоит из портала, на который подвешена передвижная рама с двумя ковшовыми элеваторами, ленточный поперечный конвейер и отвальный конвейер. Портал опирается на рельсовый путь и может перемешаться вдоль состава. При необходимости полувагоны могут передвигаться под порталом по своему рельсовому пути. При разгрузке полувагона элеваторы сначала опускаются вниз у одного торца полувагона, а затем перемещением портала элеваторы выбирают материал до другого торца полувагона. Материал из ковшей элеваторов разгружается на поперечный конвейер, а с него — на отвальный конвейер. Последний может поворачиваться в плане на угол до 20°, что~позволяет отсыпать штабель высотой 8—9 м. Производительность разгрузчика достигает 300—450 т/ч.

Пневматический разгрузчик всасывающего действия (рис. 67, а) предназначен для разгрузки цемента из крытых вагонов и состоит из вакуум-насоса, осадительной камеры, заборного устройства и приводного электродвигателя. Насос создает разрежение в осади-тельной камере, рукавах, и во всасывающем сопле самоходного заборного устройства. Заборное устройство состоит из сопла для всасывания цемента, подгребающих дисков, механизма передвижения, электродвигателей и ходовых колес. Сверху к фланцу сопла привинчен стакан, на котором свободно насажен поворотный патрубок, соединенный хомутами с гибким рукавом цемёнтовода. Осадительная камера служит для отделения цемента от воздушного потока, очистки воздуха и выгрузки цемента в приемное устройство склада.

Рис. 66. Разгрузчики сыпучих материалов  а — с открытых железнодорожных платформ; б — из полувагонов

Рис. 67. Вакуумная установка для разгрузки цемента а —общий вид; б — принципиальная схема

Выгрузка цемента из осадительной камеры осуществляется шнеком, приводимым в движение электродвигателем. Во избежание попадания частиц цемента в вакуум-насос в осадительной камере устанавливают матерчатый фильтр (см. рис. 67,6), который в целях очистки периодически встряхивается и продувается. Производительность вакуумных установок при диаметре це-менТопровода 152 мм составляет 50—90 т/ч. Вакуум в системе поддерживается на уровне 0,04—0,06 МПа (0,4— 0,6 кгс/см2). Мощность установленных электродвигателей составляет 105 кВт, дальность подачи материала 12—50 м, Для разгрузки цемента из крытых вагонов используются также пневматические разгрузчики всасыва-юще-нагнетательного типа, за разгрузочным шнеком осадительной камеры которых установлена смесительная камера. Сжатый воздух, поступающий в смесительную камеру через микропористую перегородку, аэрирует цемент и ускоряет перемещение его по трубопроводу в бункер.

51) Какие виды оборудования применяются для разработки мерзлых грунтов? Приведите принципиальные схемы.

Непосредственная разработка мерзлого грунта (без предварительного рыхления) ведется двумя методами: блочным и механическим.

При блочном методе монолит мерзлого грунта разрезается на блоки баровыми машинами (по взаимно перпендикулярным направлениям), после чего блоки удаляют экскаватором, строительным краном или трактором (рис. 3.13). При глубине промерзания до 0,6 м достаточно сделать только продольные прорезы. Глубина прорезаемых щелей в мерзлом слое состав­ляет 0,8h_пр (h_пр — глубина промерзания), так как ослабленный слой на гра­нице мерзлой и талой зон не препятствует отрыву блоков от массива. Рас­стояние между нарезанными щелями зависит от размеров кромки ковша экскаватора (размеры блоков должны быть на 10-15 % меньше ширины зева ковша экскаватора). Для отгрузки блоков применяют экскаваторы с ковшами вместимостью 0,5 м³ и выше, оборудованные преимущественно обратной лопатой, так как выгрузка блоков из ковша прямой лопатой силь­но затруднена.

Механический метод основан на силовом (иногда в сочетании с удар­ным или вибрационным) воздействии на массив мерзлого грунта. Реализу­ется применением как обычных землеройных и землеройно-транспортных машин, так и машин, оборудованных специальными рабочими органами.

Обычные машины применяют при небольшой глубине промерзания грун­та: экскаваторы с прямой и обратной лопатой с ковшом вместимостью до 0,65 м³ — при промерзании 0,25 м; то же с ковшом вместимостью до 1,6 м³ — 0,4 м; экскаваторы-драглайны — до 0,15 м; бульдозеры и скреперы — 0,05-0,1 м.

Расширение использования в зимнее время одноковшовых экскавато­ров возможно при применении специального оборудования — ковшей с виброударными активными зубьями (рис.3.14 а) и ковшей с захватно-клещевым устройством (рис. 3.14 6). За счет избыточного режущего усилия одноковшовые экскаваторы могут послойно разрабатывать массив мерзлого грунта, объединяя процессы рыхления и экскавации.

Послойную разработку грунта также можно осуществлять специализи­рованной землеройно-фрезерной машиной, которая снимает слой толщиной до 0,3 м и шириной 2,6 м (рис. 3.14 в). Перемещение разработанного мерз­лого грунта производят бульдозерным оборудованием, входящим в ком­плект машины.

Предохранение грунта от промерзания

Грунты, подлежащие разработке в зимнее время, предохраняют от промерзания следующими способами: вспахиванием, в том числе с после­дующим боронованием и снегозадержанием; глубоким рыхлением; утепле­нием теплоизоляционными материалами; покрытием быстротвердеющей пеной (пенопластом); введением в грунт химических реагентов (солевых растворов).

Мероприятия по предохранению грунтов от промерзания осуществляют поздней осенью, перед наступлением заморозков, а по предохранению осно­ваний траншей и котлованов — немедленно после выемки из них грунта.

Вспахивание и снегозадержание применяют в средней полосе России для утепления участков грунта, подлежащих разработке в первой трети зимы. Вспашку ведут тракторными плугами или рыхлителями на глубину 20-35 см с последующим боронованием на глубину 15—20 см в одном направлении (или в перекрестных направлениях), что повышает термоизоляционный эффектна 18-30%.

Одним из эффективных способов предохранения грунтов от промерза­ния является их предварительное глубокое (до 1,5 м) рыхление. Образую­щаяся при рыхлении гребенчатая поверхность задерживает снег, который, в свою очередь, также защищает грунт от промерзания. Глубокое рыхление рекомендуется применять для малосвязных (супеси) и гравелистых грунтов на участках, разрабатываемых в последнюю треть зимы.

В результате вспахивания и рыхления верхний слой грунта приобрета­ет высокопористую структуру с замкнутыми пустотами, заполненными воздухом, которая обладает достаточными термоизоляционными свойства­ми, из-за чего глубина промерзания такого слоя, даже в суровую зиму, зна­чительно меньше глубины промерзания грунта в естественном состоянии.

Небольшие поверхности грунта защищают от промерзания утеплением теплоизоляционными материалами. В качестве теплоизоляционных мате­риалов применяют, как правило, местные дешевые материалы: древесные опилки, стружку, листья, соломенные маты, сено, камышит, шлак, торфя­ную мелочь, сухой мох и т. д. Толщина слоя утеплителя составляет в сред­нем от 20 до 40 см.

Покрытие быстротвердеющей пеной, заключается в ее нанесении на поверхность грунта с наступлением устойчивой отрицательной тем­пературы воздуха. Быстротвердеющая пена (Пенопласт) обладает высокой пористостью и в замерзшем виде хорошо предохраняет грунт от промерза­ния. Слой пены толщиной 30-50 см отдаляет начало замерзания грунта на полтора-два месяца. Толщину пенопласта можно принимать из расчета 10-15 см на 1000 градусо-дней отрицательной температуры. Пену приго­товляют и наносят с помощью пеногенерирующих установок. Недостаток данного метода заключается в его дороговизне.

Химический способ предохранения грунта применяется в условиях средней и южной полосы страны, где температура на поверхности грунта под слоем снега не опускается ниже —15°С. Осенью соль (технический хлористый натрий или хлористый калий) укладывают на очищенную по­верхность грунта или вносят в грунт на глубину 10…25 см инфильтрацией соляного раствора с поверхности, а также инъецированием его в грунт (при наличии тяжелых глинистых грунтов). Требуемое количество водного рас­твора солей и их концентрацию определяют расчетом.

Агрессивное воздействие солей на строительные конструкции и повы­шенная электропроводимость пропитанных солями грунтов, усиливающая влияние блуждающих токов на подземные сооружения, ограничивают при­менение химического способа предохранения грунтов от промерзания (и оттаивания).

Оттаивание мерзлого грунта

Оттаивание мерзлого грунта осуществляют тепловыми способами, характеризующимися значительной трудоемкостью и энергоемкостью. По­этому их применяют только в тех случаях, когда другие эффективные мето­ды недопустимы или неприемлемы, а именно: вблизи действующих под­земных коммуникаций и кабелей; при необходимости оттаивания промерз­шего основания; при аварийных и ремонтных работах; в стесненных усло­виях (особенно при техническом перевооружении и реконструкции пред­приятий).

Способы оттаивания мерзлого грунта классифицируют как по направ­лению распространения теплоты в грунте, так и по применяемому виду те­плоносителя.

По направлению распространения теплоты в грунте применяются сле­дующие способы оттаивания:

поверхностное оттаивание (по поверхности грунта от нагревателя, раз­мещенного на ней);

глубинное оттаивание снизу вверх (к поверхности грунта от нагревате­ля, размещенного ниже слоя мерзлого грунта);

радиальное оттаивание (в радиальном направлении от нагревателя, размещенного в шпуре в мерзлом слое грунта);

комбинированное оттаивание (в нескольких направлениях от нагре­вателей, расположенных в любой зоне мерзлого грунта или на поверхно­сти).

Способ поверхностного оттаивания достаточно легок и прост в при­менении, так как требует минимальных подготовительных работ, но мало­эффективен, так как источник теплоты размещается в зоне холодного воз­духа, что приводит к большим потерям тепла.

Главный недостаток способа глубинного оттаивания — необходимость выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограничивает область его применения, но расход энергии минимален, так как оттаивание происходит под защитой льдоземляной корки и теплопотери при этом практически исключаются.

Способ радиального оттаивания по своим экономическим показателям занимает промежуточное положение между двумя ранее описанными, а для осуществления требует значительных подготовительных работ.

По виду теплоносителя различают следующие основные способы от­таивания мерзлых грунтов.

Огневой способ представляет из себя оттаивание грунта сжиганием твердого или жидкого топлива в агрегате звеньевого типа, состоящего из ряда металлических коробов в форме разрезанных по продольной оси усе­ченных конусов, из которых собирают сплошную галерею (рис. 3.15). Этот способ применяется для отрывки зимой небольших траншей. Первый из коробов представляет собой камеру сгорания, в которой сжигают топливо. Вытяжная труба последнего короба обеспечивает тягу, благодаря которой продукты сгорания проходят вдоль галереи и прогревают расположенный под ней грунт. Для уменьшения теплопотерь галерею обсыпают слоем та­лого грунта или шлака. После оттаивания участка на глубину 20-30 см, ус­тановка перемещается на соседний участок, а на поверхность полосы оттаяв­шего грунта насыпают опилки слоем до 30 см. За счет аккумулированной в грунте теплоты происходит его дальнейшее оттаивание на глубину до 1 м.

Для оттаивания 1 м грунта расходуется 120-140 кг торфа, 30-60 кг угля, 0,15м³ дров. Расход жидкого топлива составляет 4-5 кг на 1 м³ грунта.

Способ электропрогрева основан на оттаивание грунта электродами и нагревателями.

При применении электродов электрический ток пропускают через ра­зогреваемый материал, в результате чего он приобретает положительную температуру. Основными техническими средствами являются горизонталь­ные или вертикальные электроды.

Горизонтальные электроды представляют собой металлические эле­менты из полосовой или круглой стали, укладываемые по поверхности от­таиваемого грунта, концы которых отгибают на 15-20 см для подключения к проводам (рис. 3.16 а). Поверхность отогреваемого участка покрывается слоем опилок толщиной 15-20 см, смоченных солевым раствором концен­трации 0,2-0,5 % с таким расчетом, чтобы его масса была не менее массы опилок. Так как замерзший грунт не является проводником, то смоченные опилки вначале служат токопроводящим элементом. Температура в опилках может достигать 80-90 С. В результате нагрева опилок происходит оттаивание верхнего слоя грунта, который превращается в проводник тока. После этого начинает оттаивать следующий слой грунта, затем нижележа­щие. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего его покрывают толем или щитами. Этот способ применяют при глубине промерзания грунта до 0,7 м, расход электроэнергии на отогрев 1 м³ грунта колеблется от 150 до 300 МДж.

Вертикальные электроды изготавливают из круглой арматурной стали диаметром 16-20 мм или труб диаметром 25-50 мм, заостренных с одного конца. Электроды вставляют в пробуренные скважины или забивают от­бойными пневматическими или электрическими молотками.

При оттаивании сверху вниз (глубина промерзания 0,7 м) их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20-25 см и устраивают на поверх­ности грунта опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором. По мере оттаивания верхних слоев грунта электроды погружают на большую глубину (рис.3.16 б). После отключения электроэнергии в течение 1-2 дней глубина оттаивания’ продолжает увеличиваться за счет аккумулированной в грунте теплоты под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе несколько ниже, чем при способе горизонтальных электродов.

При прогреве снизу вверх электроды вставляются или забиваются на глубину 5-10 см ниже мерзлого слоя. Электрический ток, пройдя под мерз­лым слоем (мерзлый грунт плохо пропускает ток) по незамерзшему грунту, выделяет тепло, которое аккумулируется и оттаивает вышележащие слои мерзлого грунта (рис. 3.16 в). Расстояние между рядами электродов b =0,86а, где а = 0,4-0,8 м — расстояние между электродами в ряду. Расход энергии при отогреве снизу вверх существенно снижается, составляя 50-150 МДж на 1 м³, и применения опилок не требуется.

При комбинированном способе стержневые электроды заглубляют в подстилающий талый грунт и одновременно устраивают на поверхности грунта опционную засыпку, пропитанную солевым раствором. Оттаивание грунта происходит в направлении как сверху вниз, так и снизу вверх. Этот способ применяется лишь в исключительных случаях, когда необходимо экстренно осуществить оттаивание грунта. Трудоемкость подготовитель­ных работ при комбинированном способе значительно выше, чем в первых двух вариантах.

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) и коаксиальные нагреватели обычно используются при радиальном оттаивании. ТЭНы изготовляются из стальных бесшовных трубок диаметром 8-2 мм, внутри которых находится спираль из нихромовой проволоки диаметром 0,6 мм и длиной 20 м. Про­странство между трубкой и спиралью заполняется прессованным перикла-зом, обладающим хорошей теплопроводностью. ТЭНы отличаются не­сложностью конструкции и быстротой оттаивания грунта, но при их ис­пользовании необходимо укрывать поверхность.

Коаксиальные нагреватели состоят из двух труб, помещенных соосно одна в другую и заваренных с одного конца. Зазор между трубами заполня­ется кварцевым или речным просушенным песком и заливается жидким стеклом. Напряжение подводится к трубам через контактные пластины. Коаксиальные нагреватели конструктивно просты, безопасны и несложны в эксплуатации, но скорость и радиус оттаивания ими грунта меньше, чем ТЭНами.

Оттаивание следует чередовать с термосным выдерживанием. В част­ности, продолжительность первого периода прогрева составляет 6-12 ч, термосное выдерживание — 3-6 ч. Такой цикл (прогрев и термос) в зависи­мости от глубины промерзания и физико-механических свойств грунта по­вторяют 2-3 раза.

При производстве работ по оттаиванию мерзлых грунтов рационально между нагревателями оставлять некоторые зоны непрогретого грунта с толщиной стенок, позволяющей их разработку непосредственно экскавато­рами. Это дает возможность сократить энергоемкость оттаивания на 40-50 %. При ручной разработке необходимо, чтобы грунт оттаял полностью.

Оттаивание грунта паровыми, водяными и электрическими иглами. Паровые иглы, представляют собой металлические трубы длиной до 2 м, диаметром 25-50 мм (рис. 3.17 а), на нижнюю часть которых насажены ко­нусные перфорированные наконечники с нижним отверстием для выхода пара. Иглы устанавливают в пробуренные скважины на площади будущего котлована, в шахматном порядке, с расстоянием между рядами 1-1,5 м на глубину равную 0,8 глубины промерзания. Скважины закрывают защитны­ми теплоизолирующими колпаками, снабженными сальниками для пропус­ка паровой иглы. Для уменьшения теплопотерь в атмосферу прогреваемую поверхность покрывают сверху слоем термоизолирующего материала (на­пример, опилок). На строительную площадку пар поступает по магист­ральному паропроводу от передвижной котельной установки (если отсутст­вует централизованное снабжение паром). Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами, пар подают под давлением 0,06-0,07 МПа. По мере оттаивания мерзлого грунта рабочий, поворачивая паро­вую иглу с помощью рукояток, разрабатывает резцами талый грунт и по­гружает иглу на нужную глубину. Оттаивание мерзлого грунта паровыми иглами ведут от 2-3 ч (песчаные грунты) до 4-6 ч (глинистые грунты) с перерывами 1-2 ч, после чего вновь пускают пар. Недостатки способа: до­роговизна; большой расход пара (50-100 кг на 1 м³ грунта); пар, конденси­руясь в затрубном пространстве скважины, увлажняет грунт; необходимо иметь паровой котел с утепленными паропроводами; трудоемкость (при монтаже, демонтаже и утеплении трубопроводов), металлоемкость и гро­моздкость. Этот метод требует расхода теплоты примерно в 2 раза больше, чем метод глубинных электродов.

Водяные иглы (рис. 3.17 б) размещают по площади будущего котлована аналогично паровым на расстоянии друг от друга 0,75-1,5 м, что зависит от вида грунта и требуемой скорости его оттаивания. Водяная циркуляционная игла состоит из двух труб: наружной с заостренным наконечником и внут­ренней. По наружной трубе подается вода с температурой 70 °С а по внут­ренней отводится охлажденная вода к передвижной котельной установке. Горячая вода, циркулируя между стенками наружной и В1гутренней трубы, отдает теплоту промерзшему грунту. Для уменьшения тепловых потерь э атмосферу поверхность оттаиваемого грунта покрывают слоем опилок. Достоинства способа: грунт не увлажняется как при оттаивании с помощью паровых игл; КПД несколько выше по сравнению с предыдущим способом, поскольку вода, пройдя циркуляционные иглы, возвращается в котел с по­ложительной температурой. Недостатки те же, что и при использовании паровых игл.

Электрические иглы, представляют собой металлические трубы длиной около 1 м, диаметром 50-60 мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент (нихромовая спираль). Для большей аккумуляции теплоты и луч­шей теплоотдачи пространство между стенками трубы и спиралью (намо­танной, на диэлектрический сердечник) засыпано мелким песком. Электри­ческие иглы подключают к электрической сети переменного тока напряже­нием 220 В. Электроиглы устанавливают на глубину 0,8 от величины про­мерзания грунта на расстоянии друг от друга до 1,2 м.

Рыхление мерзлого грунта

Рыхление мерзлого грунта осуществляют взрывным или механически­ми способами с последующей разработкой землеройными или землеройно-транспортными машинами.

Рыхление взрывом является экономичным, его целесообразно приме­нять при больших объемах работ и глубине промерзания более 1,5 м в но­вых районах застройки, где вблизи нет зданий и сооружений. На застроен­ных участках данный способ применяют ограниченно с использованием укрытий и локализаторов взрыва (тяжелых пригрузочных плит). При рых­лении на глубину до 1,5 м применяют шпуровой и щелевой методы, а при больших глубинах — скважинный или щелевой.

Шпуры диаметром 50-70 мм, располагают в шахматном порядке на расстоянии друг от друга не более 1 м, глубиной 0,8-0,9 толщины мерзлого слоя. Щели шириной 6-25 см нарезают щеленарезными машинами фрезер­ного типа или баровыми машинами на расстоянии 0,9-1,2 м одна от другой (рис. 3.18 а). Глубина щели делается на 15-20 см выше линии промерзания грунта, чтобы повысить КПД взрыва и исключить образование «котлов» -вдавливания грунта. Из трех соседних щелей заряжается одна средняя; крайние и промежуточные щели служат для компенсации сдвига мерзлого грунта во время взрыва и для снижения сейсмического эффекта. Заряжают щели удлиненными или сосредоточенными зарядами, после чего их зали­вают песком. При взрыве мерзлый грунт полностью дробится, не повреж­дая стенок котлована или траншеи (рис. 3.18 6).

Механические способы рыхления базируются на резании, раскалывании или сколе слоя мерзлого грунта статическим или динамическим воздейст­вием. Способ рыхления резанием основан на непрерывном воздействии режущего усилия в мерзлом грунте, создаваемого специальным рабочим органом — зубом.

Для этого применяют оборудование, у которого непрерывное режущее усилие зуба создается за счет тягового усилия трактора-тягача. Машины этого типа рыхлят грунт на глубину 0,3-0,4 м, параллельными (примерно через 0,5 м) проходками с последующими поперечными проходками под углом 60-90° к предыдущим. Разработка грунта производится послойно (рис. 3.19 а), производительность рыхлителя составляет 15-20 м³/ч в смену. В качестве статических рыхлителей применяют также гидравлические экс­каваторы с рабочим органом — зубом-рыхлителем (рис. 3.19 б). Возмож­ность послойной разработки мерзлого грунта позволяет применять статиче­ские рыхлители при любой глубине промерзания.

Динамическое воздействие основано на создании ударных нагрузок на открытой поверхности мерзлого грунта. Грунт разрушают молотами сво­бодного падения (рыхление раскалыванием) либо молотами направленного действия (рыхление сколом). Молот может иметь форму шара или клина (рис. 3.20 а) массой до 5 т, подвешиваемого на канате к стреле экскаватора и сбрасываемого с высоты 5-8 м. Шары рекомендуется применять при рых­лении песчаных и супесчаных грунтов, а клинья — глинистых (при глубине промерзания 0,5-0,7 м). Производительность экскаватора, работающего с клин- или шар-молотом, не превышает 60 м³ мерзлого грунта за смену. Не­достатком рыхления грунтов этим способом является чрезмерный расход тальных канатов и повышенные нежелательные динамические нагрузки на узлы экскаватора.

В качестве молота направленного действия широко применяют дизель-молоты и гидромолоты (рис. 3.20 б, в), которые используются в качестве навесного оборудования к экскаватору или трактору. Дизель-молоты позво­ляют разрушать грунт на глубину до 1,3 м. Гидромолотами можно рыхлить не только мерзлые, но и скальные грунты, асфальтобетонные покрытия и т.п. Мерзлый грунт разрабатывается слоями толщиной 40-60 см при про­изводительности от 5-6 до 20-25 м³/ч в зависимости от типа гидромолота.

Литература.