Строительные машины

Экскаваторы, оборудованные драглайном, могут разрабатывать грунт в отвал или с погрузкой в транспортное средство. В том и другом случае применяют лобовую или боковую проходку.

Радиус копания и высота разгрузки у оборудования драглайна выше, чем у обратной лопаты, что позволяет применять его при выполнении работ на крупных объектах.

Наибольшее распространение получили варианты бестранспортных схем работы драглайном: выполнение работ одной продольной проходкой с односторонним размещением отвалов, четырьмя продольными проходками с двухсторонним размещением отвалов.

Экскаваторы с грейферным ковшом применяют для погрузки и разгрузки сыпучих грунтов (песка, шлака, щебня, гравия), а также для рытья колодцев, котлованов под фундаменты отдельно стоящих сооружений, опор линий электропередачи, силосных башен, зачистке траншей при строительстве магистральных трубопроводов, для рытья различных углублений, котлованов сложного профиля и для обратной засыпки.

Производство земляных работ характеризуется большой подвижностью фронта работ, разнообразием форм и размеров земляных сооружений, а также условиями работы машины.

Перемещение грунта производится различными транспортными средствами, каждое из которых имеет свою рациональную дальность транспортирования.

Основными преимуществами использования на перевозке грунта автомобилей-самосвалов являются: малая трудоемкость устройства землевозных дорог, возможность работы на дорогах сложного профиля с достаточно большими подъемами и спусками, а также работа в стесненных условиях. Ширину земляного полотна дороги определяют числом и шириной полос движения и обочин.

Производительность экскаватора зависит от правильности выбора грузоподъемности транспортных средств. Ориентировочно грузоподъемность можно определить из следующего выражения:

GÒ 4 6 q,

ãäå GÒ — грузоподъемность транспортного средства;

q— вместимость ковша экскаватора, м3;

— плотность грунта в ковше, т/м3.

151

Ориентировочно грузоподъемность транспортных средств в зависимости от вместимости ковша экскаватора и дальности транспортирования грунта приведена в табл. 17. Экономическая целесообразность применения того или иного автотранспортного средства в каждом отдельном случае определяется расчетом стоимости перевозки 1 т груза.

Ò à á ë è ö à 1 7

Рациональная грузоподъемность автосамосвалов, т

Требуемое количество автотранспорта для обслуживания одного экскаватора определяют по формуле

Уменьшение полученного значения N вызывает простои экскаватора и снижение его производительности. Увеличение же количества автотранспорта против расчетного приводит к простоям последнего.

152

В табл. 18 приведены нормы простоя автосамосвалов под погруз- кой-разгрузкой сыпучих материалов (грунт, песок, щебень, гравий и т. д.).

Рабочий цикл экскаватора в значительной степени зависит от угла поворота до места выгрузки грунта.

Целесообразно использовать поперечно-челночный или продоль- но-челночный способы погрузки грунта экскаватором-драглайном в транспортные средства, которые подаются под погрузку по дну выемки (ниже уровня стоянки экскаватора).

Поперечно-челночный способ заключается в том, что грунт выбирают поочередно с каждой стороны автосамосвала. При этом ковш разгружают без остановки поворота стрелы в момент его нахождения над кузовом автомашины.

При продольно-челночном способе грунт выбирают перед задней стенкой кузова автосамосвала и, приподняв ковш, разгружают его над кузовом. При этом способе поворотные движения экскаватора факти- чески отсутствуют, а при поперечно-челночном не превышают 15° (рис. 34).

Использование этих способов погрузки значительно сокращает рабочий цикл экскаватора и повышает его производительность. Сокращение цикла происходит не только за счет уменьшения угла поворота стрелы, но и за счет сокращения времени на подъем ковша на разгрузку, так как высота подъема ковша определяется не высотой забоя, а погрузоч- ной высотой автосамосвала.

При работе экскаватора-драглайна на укладке грунта непосредственно в земляное сооружение угол поворота стрелы принимают равным

153

Рис. 34. Схема работы экскаватора с ковшом драглайна при загрузке транспортных средств грунтом челночно-продольным способом: 1 è 5 — произведено копание (ковш опущен в забой, а затем заполнен грунтом); 2 è 4 — ковш поднят на высоту разгрузки; 3 è 6 — разгрузка ковша в момент прохождения стрелы над кузовом транспортного средства; Â — ширина забоя

90–120°. При погрузке в транспортные средства, подаваемые в одном с ним уровне, угол поворота составляет 70–180°.

Сократить время, затрачиваемое на маневрирование автомобилей, можно путем их установки с двух сторон экскаватора. Благодаря этому при загрузке одного автосамосвала второй производит необходимый маневр и становится под загрузку в заранее отмеченном месте.

154

Рациональной следует считать такую организацию кольцевого движения автомобилей, когда они перемещаются по замкнутой трассе и отпадает необходимость в маневрировании задним ходом.

Сменная производительность одноковшовых экскаваторов определяется так же, как производительность циклического действия:

ãäå Tñì — продолжительность рабочей смены, ч; q — геометрическая вместимость ковша, м3;

Kí — коэффициент наполнения ковша;

Kâ — коэффициент использования машины во времени;

Kó — коэффициент, учитывающий утомляемость машиниста в зави-

симости от качества системы управления экскаватором (K ó 0,7–0,95);

tö — продолжительность рабочего цикла экскаватора, с; K ð — коэффициент разрыхления грунта в ковше.

Повысить коэффициент использования экскаватора во времени Kâ можно своевременной подготовкой фронта работ, разработкой способов производства экскаваторных работ и маршрутов движения автомобилей. Значительное внимание необходимо уделять освещенности забоя.

Отсыпка грунта автосамосвалами

При транспортировании грунта от экскаваторов и разгрузке его в насыпь требуется соблюдение определенного порядка выгрузки его для последующего разравнивания и уплотнения.

Движение автосамосвалов может быть тупиковым (рис. 35, à) или кольцевым (рис. 35, á). Тупиковую систему применяют при высоте насыпи более 5 м и на подходах к мостам, а также на участках, где движение автосамосвалов за пределами насыпи затруднительно. При этом фронт отсыпки перемещается противоположно движению груженых автомобилей. Отсыпка начинается с дальнего конца насыпи и постепенно приближается к ее началу.

Перед разгрузкой автосамосвалы разворачиваются и задним ходом подаются под разгрузку. При этом они двигаются по насыпи в двух направлениях. Для разворота самосвалов требуется площадка шириной не менее 11–12 м.

155

Рис. 35. Технология отсыпки насыпи автосамосвалами при тупиковой (à) и кольцевой (á) схемах движения

Кольцевую схему движения применяют при передвижении транспорта по отсыпному слою в одном направлении: от карьера с грузом, а обратно — за пределами насыпи. С этой целью на насыпи выполняют временный съезд.

Насыпь делят на захватки не только по длине, но и по ширине. Одну половину полосы используют для проезда, причем автосамосвалы проходят ее насквозь задним ходом на разгрузку. Затем следуют вперед до съезда. На второй половине грунт разравнивают бульдозером и уплотняют. После того как слой будет отсыпан, выровнен и уплотнен, ее используют для проезда, а на первой полосе начинают отсыпку. Фронт отсыпки

156

насыпи при кольцевой езде перемещается в направлении движения груженых автомобилей от карьера.

Технологическая схема производства земляных работ складывается из четырех основных рабочих процессов: разработка и выемка грунта, транспортирование его к месту укладки, укладка грунта в насыпь или отвал, отделка земляного сооружения, т. е. доведение выемки и насыпи до проектного профиля. При разработке котлованов, траншей, устройстве выемок для дорог и каналов и т. д. транспортирование и укладку грунта в отвал производят одноковшовыми экскаваторами.

При разработке крупных котлованов, выемок для дорог и каналов, карьеров и др., когда грунт транспортируют на расстояния, превышающие возможности рабочего оборудования экскаваторов, применяют комплект машин, которые выбирают с учетом вместимости ковша экскаватора.

7.2. Системы управления строительными одноковшовыми экскаваторами «Topcon»

Ни для кого не секрет, что строительство является крупнейшей отраслью. Но, несмотря на это, большинство земляных работ до сих пор используют технологии прошлого века. Тем не менее современные про- граммно-аппаратные средства, позволяющие автоматизировать строительную технику, уже существуют и теперь доступны российским потребителям.

Среди всего многообразия строительной техники экскаваторы занимают особое место. В первую очередь это связано с тем, что ни одна другая машина не может подготавливать столь сложные поверхности, выполнять локальную выемку грунта. Экскаватор сродни точному хирургическому инструменту, которому под силу такие виды земляных работ, с которыми не справится никакой другой вид техники. Как ни странно, до последнего момента экскаваторы считались самыми «ущербными» с точки зрения оснащения их системами управления. Угловые и линейные датчики были чрезвычайно громоздкими, требовали много времени на установку и нуждались в постоянной калибровке. И только совсем недавно стало возможным принять экскаваторы в ряды достойных обладателей тр¸хмерных систем управления. Одной из таких систем является комплекс 3Dxi, разработанный компанией «Topcon».

157

С его помощью возможен полный планово-высотный контроль положения ковша экскаватора относительно проектной поверхности.

Достоинством 3Dxi является возможность быстрого монтажа и настройки компонентов системы на любой одноковшовый экскаватор.

Как и любая другая «спутниковая» система управления, 3Dxi требует для работы наличия базовой станции, передающий в эфир информацию, корректирующую координаты всех подвижных при¸мников на рабочем объекте. Классический состав базовой станции: при¸мник Topcon GPS+ со встроенной (серии HiPer) или внешней (серии GB) при¸мной антенной, передающий радиомодем с антенной, соединительные кабели и необходимые крепления для установки над опорной точкой.

Бортовой комплект состоит из бортового компьютера GX-60, при¸м- ника GPS+ MC 2.5 с двумя антеннами PG-A3, четыр¸х датчиков-акселе- рометров TS-1, монтажных кронштейнов и соединительных кабелей (рис. 36).

Для выполнения оперативного контроля производимых экскаватором работ может использоваться мобильный геодезический комплект, состоящий из GPS-при¸мника со встроенным радиомодемом, вешки и полевого контроллера, на экране которого графически отображаются отклонения действительной поверхности от проекта. Кроме того, дан-

Рис. 36. Схема расположения устройств системы управления Topcon 3Dxi одноковшовым экскаватором: 1 — бортовой компьютер GX-60; 2 — ïðè¸ìíèê GPS MC 2.5; 3 — антенны PG-A3; 4 — радиоантенна; 5 — акселерометры TS-1

158

ный комплект может быть использован для выполнения съ¸мки, выноса в натуру и локализации.

GX-60 — святая святых системы, полноценный бортовой компьютер, имеющий массу функций. С его помощью оператор может самостоятельно выполнить настройку каждого модуля 3Dxi, загрузить цифровой проект, видеть во время земляных работ положение экскаватора на объекте и ковша относительно проектной поверхности. Он представляет собой обычный персональный компьютер со встроенной операционной системой Windows XP, лиш¸нный клавиатуры. Управление GX-60 осуществляется посредством сенсорного экрана. Встроенное программное обеспечение 3D-MC поддерживает работу только с индикаторными системами для экскаваторов, но очень похоже на программы, идущие в комплектах систем 3D для грейдеров и бульдозеров. Бортовой компьютер оснащ¸н единственным интерфейсным портом USB, через который возможен обмен данными с помощью классических модулей памяти USB Flash drive. GX-60 размещается в кабине оператора.

При¸мник GPS+ MC 2.5 служит для определения координат и ориентации экскаватора на рабочем объекте. Магнитные крепления позволяют установить при¸мник в кабине в любом удобном для оператора месте. При расч¸те координат могут быть задействованы сигналы спутников только GPS (США) или двух систем (GPS и Глонасс) одновременно. В последнем случае обеспечивается более высокая точность определения высоты. Корпус при¸мника имеет герметичную конструкцию и на- д¸жно защищ¸н от вибрации. При включении бортового компьютера при¸мник запускается автоматически. MC 2.5 лиш¸н каких-либо органов управления, на его панели присутствуют лишь два световых индикатора, отображающих текущее рабочее состояние. Более полная информация о статусе при¸мника в процессе работы выводится на экран бортового компьютера.

Антенны размещаются на задней части кузова экскаватора так, чтобы водительская кабина и рабочие органы машины не являлись препятствиями для при¸ма спутниковых сигналов. Для этого антенны фиксируются на специальных штангах или мачтах длиной около метра. В некоторых случаях штанги заменяют регулируемой рамой. Конструкция кронштейнов для мачт предусматривает их быструю установку и демонтаж вместе с антеннами в конце рабочего дня. Одна из антенн используется в качестве главной, участвующей в расч¸те координат экскаватора,

159

другая предназначена для вычисления ориентации корпуса машины относительно сторон света.

С помощью акселерометров TS-1 измеряемые координаты редуцируются непосредственно на зубья ковша. Таким образом, на экране бортового компьютера графически отображается точное положение режущей кромки ковша относительно проектной поверхности. В состав системы входят четыре одинаковых датчика TS-1. При установке системы на экскаватор каждый из них фиксируется в любом месте — соответственно на кузове, стреле, рукояти, ковше — и измеряет продольный угол наклона соответствующей части экскаватора. Если конструкция экскаватора предусматривает возможность задания поперечного наклона ковша, то в систему может быть включ¸н ещ¸ один дополнительный акселерометр. Все датчики соединяются последовательно кабелями, образуя единый информационно-измерительный комплекс с использованием интерфейса CAN.

Технология работ

В отличие от классической технологии реализации любого проекта, состоящей из пяти фаз (съ¸мка, проектирование, вынос в натуру, земляные работы, контроль), использование системы 3Dxi позволяет свести е¸ всего к тр¸м, объединив фазы выноса в натуру, земляных работ и контроля в одну. После загрузки цифрового проекта в бортовой компьютер оператор экскаватора видит на экране изображение цифрового проекта, положение машины на н¸м и высотное отклонение ковша от нулевой отметки в графическом и цифровом виде. Таким образом, нет никакой необходимости в выносе в натуру.

Использование экскаваторной системы 3Dxi требует наличия на рабочем объекте нескольких закрепл¸нных (опорных) точек с известными координатами в системе координат проекта. Как правило, эти точки располагаются по периметру строительной площадки. Изначально система 3Dxi работает в общеземной системе координат WGS-84. Для того чтобы сделать возможной работу системы в местных координатах, выполняют так называемую локализацию.

Первым делом на объекте или вблизи него выбирают место для установки базовой станции. При выборе места базы учитывают отсутствие вблизи высоких препятствий и источников радиопомех. Основное требование — обеспечение неизменного положения при¸мной антенны во время работ. Для выполнения локализации антенну подвижного при¸м-

160