книги из ГПНТБ / Экскаваторные ковши активного действия. Устройство, эксплуатация, ремонт

В последние годы на транспортном строительстве по­ лучил распространение метод защиты карьеров и вые­ мок от сезонного промерзания пенопластом.

Однако эти способы, к сожалению, имеют еще огра­ ниченное применение, так как требуют организационноподготовительных работ. Утепление пенопластом имеет ряд технологических ограничений: оно должно выпол­

и не ниже 0°; в районах с периодически повторяющимися скоростями ветра более 30 м/сек применение пеноплас­ та вообще не рекомендуется.

В тех случаях, когда слой пенопласта в период, пред­ шествующий наступлению отрицательных температур наружного воздуха, может быть увлажнен дождевыми осадками, толщину его необходимо увеличивать в 1,3-г-1,4 раза, что удорожает этот способ защиты грунта от промерзания.

Снижение прочности мерзлого слоя. Р а з м о р а ж и ­

варенной соли), введенный в грунт, растворяет кристал­ лы льда, цементирующие минеральный скелет мерзлого грунта, нарушая этим сцепление частиц.

Раствор заливают в шпуры диаметром около 100 мм, глубиной 2/з слоя промерзшего грунта, пробуренные че­ рез 80—90 см в шахматном порядке.

О т т а и в а н и е м е р з л о г о г р у н т а произво­ дится паром, горячей водой, электрическим током,теп­ лом от сжигания различного топлива или химическим способом.

Выбор способа зависит от наличия на строительстве того или иного источника тепла.

Существенными недостатками всех способов оттаива­ ния являются довольно значительная энергоемкость, длительность процесса (несколько суток), вследствие ко­ торой простаивают механизмы, а также необходимость в утеплении грунта различными материалами.

Все это заставило в последнее время обратить осо­ бое внимание на механические способы разработки мерзлых грунтов. В настоящее время на объектах стро­ ительства достаточно распространены методы разруше­ ния мерзлых и скальных грунтов при помощи взрывов.

9

и скальных грунтов, выполненные на базе мощных гусе­ ничных тракторов.

Из отечественных машин для рыхления мерзлых грунтов наиболее эффективны навесные тракторные ры­ хлители типа Д-652А челябинского завода им. Колющенко. Достоинством этих машин является простота конструкции рабочего органа.

Производительность навесных тракторных рыхлите­ лей в значительной мере зависит от условий их примене­ ния. Высокие технико-экономические показатели рых­ лителей типа Д-652А могут быть полностью реализова­ ны лишь при наличии большого фронта работ.

Анализ экономических показателей строительства канала Иртыш — Караганда показал, что при глубине промерзания грунта 2 м стоимость рыхления 1 м3 грунта рыхлителем Д-652А составила 10—12 коп., а взрывани­ ем —75 коп.

В условиях гражданского строительства стоимость рыхления 1 м3 мерзлого грунта рыхлителем Д-652А в среднем составляет 20—30 коп.

Важным достоинством машины Д-652А является воз­ можность ее круглогодичной эксплуатации, например, как бульдозера, если временно отсутствует необходи­ мость в применении рыхлящего оборудования.

Машинами с различными ударными исполнительны­ ми органами разрабатывается около 2/з всего объема мерзлых грунтов, подлежащих выемке.

Разработка мерзлых грунтов резанием без предва­ рительного рыхления или оттаивания. Р е з а н и е — наи­ более, энергоемкий процесс из всех способов механиче­ ской разработки мерзлых грунтов, так как при этом весь разрабатываемый грунт измельчается.

Существующие конструкции машин для разработки мерзлых грунтов резанием условно можно подразделить на две группы: машины для рытья траншей шириной 0,5-т-0,85 м и баровые для прорезания узких щелей до

0,15 м.

К первой группе относятся различные фрезерные траншеекопатели и дисковые фрезерные машины кон­ струкций Горьковского политехнического института, эк­ скаваторы ЭТУ-353 и ЭТР-131 с различным навесным оборудованием конструкции ВНИИЗеммаша и Дмит­ ровского экскаваторного завода.

11

Из роторных машин наиболее распространены тран­ шейные экскаваторы конструкции СКВ «Газстроймашина» типов ЭР-4, ЭР-5, ЭР-10.

Машины второй группы выполнены на базе тракто­ ров или многоковшовых экскаваторов, рабочими орга­ нами которых служат бары от врубовых машин.

Опыт создания баровых установок на базе тракторов показал, что базовая машина требует существенных пе­ ределок, заключающихся в установке ходоуменьшителя и гидросистемы управления баром. В результате переде­ лок базовая машина способна работать только в зим­ нее время.

Применение большинства машин первой и второй групп, за исключением роторных экскаваторов, требует довольно высоких энергетических затрат (до 5—6 квт-ч/м3), но в ряде случаев они дают значительный эф­ фект, а иногда вообще незаменимы, например, на рабо­ тах по прокладке кабелей или других коммуникаций. Достаточно эффективным оказывается сочетание этого типа машин с одноковшовыми экскаваторами при нарез­ ке слоя мерзлого грунта на блоки, если размеры блоков меньше размеров ковша, а также с бульдозерами.

Однако указанный комплект машин (баровая уста­ новка с экскаватором или с бульдозером) можно при­ менять только в том случае, когда глубина промерзания грунта несколько меньше, чем та, которую может про­ резать бар, так как в противном случае блоки грунта невозможно отделить от массива.

Эффективны на разработке мерзлых грунтов и ро­ торные траншейные экскаваторы. Минимальная стои­ мость разработки мерзлого грунта этими машинами со­ ставляет приблизительно 15 коп/м3.

Высокие технико-экономические показатели этих ма­ шин обусловлены сочетанием принципа непрерывного действия рабочего органа с высоким к. п. д. и крупным сколом мерзлого грунта.

Технико-экономические показатели по приведенным способам разработки мерзлых грунтов даны в табл. 1.

Способ разработки мерзлого грунта в каждом кон­ кретном случае следует выбирать с учетом реальных условий ведения работ.

Из табл. 1 следует, что по средней стоимости разра­ ботки грунта наиболее экономичным является способ

12

2

РАБОЧИЕ ОРГАНЫ

1. Активизация рабочих органов

Применение ударного разрушения для хрупких тел, не обладающих высокой пластичностью (к которым в большинстве случаев можно отнести и мерзлый грунт), благодаря практически мгновенному протеканию про­ цесса перехода энергии в разрушаемое тело позволяет развить в момент удара на лезвии инструмента большие силы и получить значительные мощности. Положитель­ ной характеристикой ударного способа разработки мерз­ лого грунта следует признать также возникающую при этом более выгодную по сравнению с резанием силовую схему.

Дело в том, что в процессе обычного резания ре­ акция породы, достигающая весьма большой величины, должна восприниматься конструкцией машины, что, бе­ зусловно, приводит к увеличению ее веса и прочности. В агрегатах, осуществляющих ударное разрушение, реак-. ция, возникающая в момент удара, замыкается в систе­ ме порода-инструмент-ударник машины и лишь в незна-. чительный мере передается на узлы основной конструк­ ции.

Механизмы, основанные на ударном воздействии, обладают большей компактностью и меньшим весом при прочих равных условиях.

Преимущества ударного способа воздействия на мер­ злый грунт доказаны и значительным числом экспери­ ментальных исследований, выполненных рядом авторов. Это прежде всего работы, выполненные под руководст­ вом проф. А. Н. Зеленина, С. С. Музгиным, А. И. Степа­ новым, Г. М. Веселовым, а также В. П. Баландиным, М. И. Ровинским, Б. А. Николаевым, Л. И. Сергеевым, В. И. Черняевым и другими. Однако все эти исследова-

14

ния проводились преимущественно на копровых установ­ ках, осуществляющих единичный скол мерзлого грунта путем нанесения по хвостовику зуба одного или несколь­ ких ударов.

Общими недостатками всех машин, производящих рыхле-ние мерзлых грунтов ударом, являются низкая производительность, непригодность для рытья траншей, частая поломка отдельных узлов навесного оборудова­ ния вследствие передачи на конструкцию больших дина­ мических нагрузок, непригодность для рыхления вблизи сооружений действующих путей и подземных коммуника­ ций.

Существенным недостатком большинства механичес­ ких способов разработки мерзлых грунтов является так­ же необходимость иметь две машины — одну для реза­ ния или рыхления, а другую для уборки грунта.

Машиной, способной осуществлять весь процесс раз­ работки скальных и мерзлых грунтов, т. е. рыхление и экскавацию, становится обычный экскаватор цикличес­ кого действия с ковшом, снабженным ударными зубья­ ми.

Попытки создания подобной машины предпринима­ лись и ранее. Так, в 1938 г. Ю. С. Берниковским была сделана заявка и получено авторское свидетельство на ковш экскаватора со сменными подвижными зубьями с приводом «от сжатой среды». В 1945 г. В. Н. Липец заявил конструкцию ковша, внутри которого предпола­ галось установить отбойные молотки. Группа авторов, в составе А. Н. Зеленина, Г. Б. Родионова, Б. В. Суднишникова, Б. С. Таныгина и В. Т. Федорова, получила авторское свидетельство на одноковшовый экскаватор с ковшом, снабженным вибрирующими зубьями. В опыт­ ном экземпляре эта конструкция ковша была изготов­ лена и испытана в 1952 г.

Работы по созданию ковша активного действия ве­ лись с 1950 г. По материалам этих работ был создан и испытан ковш, зубья которого имели привод от пневма­ тических машин ударного действия, а также виброковш с приводом от электродвигателей.

Ударные устройства в большинстве созданных конст­ рукций закладывались без достаточного научного обос­ нования их параметров, отличались малой энергией еди­ ничного удара и низкой надежностью в работе.

15

2. Конструирование ударных блоков для ковшей активного действия

Высокий уровень энергии удара, нужный для успеш­ ного разрушения крепких материалов, вызвал необхо­ димость создания машин, обладающих значительной ударной мощностью. При их разработке следовало уста­ новить конструктивный тип устройства и энергоноситель, который наиболее удачно позволил бы получить потреб­ ные мощности. Известно несколько типов привода удар­ ной части, а именно — механический, электрический, с применением принципа двигателя внутреннего сгорания и пневматический.

Характеристика энергоносителей для машин ударно­ го действия. Машины ударного действия с механическим приводом создавались чаще всего на небольшие энергии удара. При попытках повышения энергии удара машины оказывались недолговечными вследствие значительных динамических нагрузок на звенья их механизмов. Кроме того, ударные машины большой мощности, как правило, обладают значительными габаритами и весом. В связи с изложенным этот тип ударных устройств находит в прак­ тике весьма ограниченное применение.

Конструирование машин ударного действия'на осно­ ве использования электрической энергии шло по не­ скольким направлениям.

Первые такие машины (электропневматические мо­ лотки, 1882 г.) были основаны на конструктивном объе­ динении пневматического ударного механизма с поршне­ вым компрессором.

Дальнейшие поиски в области конструирования ма­ шин ударного действия с электрическим приводом осу­ ществлялись главным образом в двух направлениях: с использованием электрических двигателей возвратно­ поступательного движения (соленоидных) и с при­ менением электродвигателей с вращательным движе­ нием.

В 1889 г. был выдан патент на молот, имеющий два соленоида с механическим переключателем тока. В 1924 г. был создан первый в мире кузнечный электри­ ческий молот, основанный на магнитофугальном принци­ пе. В дальнейшем над этими проблемами плодотворно работали П. М. 'Алабужев, особенно Н. П. Ряшенцев.

16

Конструкции различных типов пневматических ма­ шин ударного действия до недавнего времени имели се-, рьезные технические недостатки. Во многом это объяс­ нялось общим низким уровнем развития этой отрасли техники и состоянием теории расчета и проектирования этих машин.

Существенный вклад в развитие теории пневмати­ ческих машин ударного действия сделала группа науч­ ных сотрудников ИГД СО АН СССР под руководством лауреата Ленинской премии д-ра техн. наук, проф. Б. В. Суднишникова. Именно им была разработана ос­ новополагающая теорема о перемещении массы за вре­ мя действия силы. Эта теорема послужила основой для создания теории пневматических машин ударного дей­ ствия, включающей теорию рабочего цикла и воздухораспределительных устройств. Две последние теории позволили разработать принципиально новые рабочие циклы машин, повысить их мощность и снизить отдачу.

Методика расчета подобных машин дала возмож­ ность уверенно и с достаточно высокой степенью точно­ сти определять конструктивные параметры машин уда­ рного действия, а методика снятия индикаторных диа­ грамм— экспериментально осуществлять стендовую до­ водку машин до расчетных параметров.

Благодаря использованию теории Б. В. Суднишни­ кова ряд мощных пневматических машин ударного дей­ ствия был разработан и экспериментально доведен до расчетных параметров на специальном стенде.

Схема пневмомашины ударного действия. Принципи­ альная схема мощной пневмомашины ударного дейст­ вия представлена на рис. 2.

Рабочая часть этой машины состоит из цилиндричес­ кого корпуса 1, в котором перемещается под действием сжатого воздуха ударник 2, воздействующий на инстру­ мент 3 и приводящийся в движение золотниковым меха­ низмом 4.

При создании пневматических машин ударного дей­ ствия применяются клапанные и золотниковые воздухораспределительные устройства.

Клапанные устройства более просты по конструкции, отличаются высокой надежностью в работе. Но маши­ ны, снабженные ими, в большинстве случаев требуют повышенного расхода воздуха на единицу ударной мощ­

18