книги из ГПНТБ / Бородулин, Я. Ф. Дноуглубительный флот и дноуглубительные работы учебник

Рис. 46. Фреза открытого типа

Для определения диаметра фрезы может быть использована также эмпирическая формула Б. М. Шкундина

где k — коэффициент, равный 0,21 для тяжелых грунтов и 0,23 —

Количество ножей фрезы зависит от разрабатываемого грунта и типа фрезы. У фрез открытого типа, разрабатывающих липкие гли­ нистые грунты, количество ножей не более пяти-шести, у фрез закры­ того типа, при разработке песков, — восемь и более.

Р а с ч е т м о щ н о с т и п р и в о д а р а з р ы х л и т е л я . Мощность привода разрыхлителя может быть определена по формуле

(37)

80

ду валопроводом и двигателем разрыхлителя.

Окружное усилие на среднем внешнем диаметре фрезы может быть определено по формуле

£ и — коэффициент использования длины ножей, меньше единицы, не в расчетах часто принимают ka = 1.

Окружная скорость вращения фрезы зависит от разрабатываемого грунта. Она должна быть такой, чтобы грунт, вовлеченный на какое-то время во вращательное движение срезавшим его ножом, не отбрасывал­ ся под влиянием центробежной силы далеко в сторону от сферы всасы­

имеет привод, состоящий из валопровода, редуктора и двигателя. В ка­ честве приводного двигателя применяют: паровой, электрический или гидравлический привод.

На землесосах старой постройки с паровой силовой установкой при­ меняется паровой привод — паровая машина. Привод обычно разме-

81

щается на верхнем поясе рамы разрыхлителя, поэтому при паровом приводе трудность заключается в передаче пара с корпуса землесоса на подвижную раму.

Ыа рис. 42 показан механический разрыхлитель с электрическим приводом.

Наибольшее усилие при работе воспринимает концевой вал, так как, кроме передачи вращающего момента, он воспринимает изгиба­ ющий момент от взаимодействия фрезы с грунтом, поэтому его диаметр значительно больше промежуточных.

Большая часть подшипников валопровода при работе землесоса находится в воде, поэтому они должны иметь надежное уплотнение от попадания взмученной воды в корпус. Как и концевой вал, головной подшипник воспринимает наибольшую нагрузку и работает в абразив­ ной среде. Так как практически невозможно обеспечить надежную герметизацию, то часто его конструкция предусматривает водяную смазку, при которой непрерывно промывается чистой водой зазор между валом и вкладышем подшипника и создается надежная защита этих деталей от абразивного износа частицами грунта. В качестве вклады­ шей головного подшипника применяют слоистые пластики и резину, хорошо работающие на водяной смазке.

Промежуточные подшипники также могут иметь вкладыши из слои­ стого пластика или резины, но часто в качестве промежуточных ис­ пользуют подшипники качения (см. рис. 42), которые имеют большой к. п. д., не требуют ежедневного ухода и при надежной герметизации корпуса долговечны.

В упорном подшипнике применяют шариковые подшипники или подшипники Митчеля, аналогично упорным подшипникам гребных валов.

Необходимость в установке упорного подшипника вызвана тем, что при работе валопровод разрыхлителя находится под углом, поэтому собственный вес его фрезы и валов, а также упор фрезы в грунт пере­ даются вдоль оси валопровода.

Одна из соединительных муфт валопровода, обычно между верх­ ним валом и редуктором, имеет предохранительное устройство, защища­ ющее разрыхлитель от поломки при мгновенной остановке, которая может произойти при столкновении фрезы с различными непреодоли­ мыми препятствиями (валун, скала, свая и т. п.).

Соединительная муфта (рис. 47) состоит из двух полумуфт 1 я 7. Одна из полумуфт соединяется с верхним валом валопровода, а другая с выходным валом редуктора. Полумуфта / с полумуфтой 7 соединена с помощью удерживающего кольца 3, которое крепится на болтах к полу­ муфте 7. Если бы не было каких-либо стопорящих устройств, полумуф­ та / свободно вращалась бы относительно полумуфты 7. Но этого не происходит, так как в обеих полумуфтах имеются отверстия, в кото­ рые вставлены штифты 5 и втулки 4 из твердой стали, закрытые от выпадания пробками 2 и 6. Диаметр штифтов 5 подобран таким образом, чтобы они срезались при достижении некоторого предельного момента. Втулки 4 сохраняют муфту при срезывании пальцев.

82

Электродвигатель привода разрыхлителя имеет значительно боль­ шую частоту вращения, чем фреза, поэтому между ним и валопроводом фрезы устанавливают редуктор с передаточным отношением

стотой вращения 500—1500 об/мин.

Рис. 47. Муфта предохранительная

Количество зубчатых пар в редукторе и, следовательно, к. п. д. ре­ дуктора зависят от передаточного отношения. Считается нормальным, если в редукторе имеется 3—4 зубчатых пары; в этом случае его к. п. д. равен 0,79—0,83.

Привод разрыхлителя должен обеспечивать возможность изменения скорости фрезы в 1,5—2 раза по сравнению с номинальной. Это необ­ ходимо для установления оптимального режима работы разрыхли­ теля в зависимости от разрабатываемого грунта, толщины срезки и ско­ рости подачи (папильонирования).

При электродвигателе привода на постоянном токе для изменения числа оборотов применяют систему генератор — двигатель, а при перемен­ ном токе устанавливают многоскоростные двигатели.

Иногда применяют гидравлический привод разрыхлительного ус­ тройства, который благодаря малым габаритам и герметичности может быть установлен под водой на нижнем конце разрыхлительной рамы. Такое расположение привода сокращает длину валопровода, а следо­ вательно, вес вращающихся и неподвижных частей разрыхлительной установки.

Гидропривод позволяет плавно изменять число оборотов фрезы в широком диапазоне, причем при уменьшении числа оборотов возраста­ ет вращающий фрезу момент, что необходимо при разработке тяжелых грунтов или при большой толщине снимаемого грунта.

83

§ 25. Гидравлические разрыхлители грунта

Для повышения производительности землесосов, работающих тран­ шейным способом на песчаных грунтах, применяют гидравлические разрыхлители грунта.

Гидравлический разрыхлитель грунта (рис. 48), установленный на щелевидном грунтоприемнике 2, состоит из коллектора 4 с соплами 3. По трубопроводу 5 в коллектор специальным насосом, установленным на землесосе, нагнетается забортная вода, которая выходит из сопел

5

Рис. 48. Схема устройства и действия гидроразрыхлителя

с большой скоростью и размывает грунт; образующаяся при этом пуль­ па засасывается грунтоприемником и входит в сосун / .

Коллектор разрыхлителя представляет собой трубу, концы кото­ рой заглушены. В средней части трубы вварен патрубок, которым он соединяется с трубопроводом, подающим в нее воду. На трубе имеют­

Вытекающая из сопла струя воды постепенно расширяется и на не­ котором расстоянии s от сопла пересекается со струями соседних сопел, образуя фронт сплошного размыва (ФСР). Так как сопла располагают­ ся по всей ширине грунтоприемника, то ширина ФСР В равна ширине грунтоприемника.

Расстояние s (глубина ФСР) обычно не превышает 0,5—0,8 м. При меньшей глубине струи гидроразрыхлителя мешают всасыванию грун­ та, а при большей — размытый водой грунт рассеивается в стороны и значительная часть его не попадает в зев грунтоприемника.

84

скорость струи соответственно снижается от v0 до vs.

Если пренебречь потерями на трение и считать давление в расширя­ ющейся струе постоянным, то из равенства кинетической энергии у вы­ хода из сопла и на фронте сплошного размыва можно написать

nds

(42)

откуда d0v0 = dsvs.

В этой формуле скорость vs должна быть достаточной для размыва разрабатываемого грунта. Если же она будет меньше, то землесос, перемещаясь вперед, будет остав­ лять за собой неразработанные участки.

Размывная скорость для ила составляет 0,1 м/сек, для песка— 0,6 м/сек и для гравия — 1,2 м/сек. При расчете гидроразрыхлителя принимают vs = 1,5 м/сек.

На рис. 49 показан выход воды из сопла. Для установления зави­ симости между углом а, характе­

ризующим конусность струи, и диаметром струи в различных сече- ниях из треугольника aob найдем, чему равен тангенс угла у

ds — d0

, a. ab

откуда

-d0

а

2 t g y

2tg-

s---.-m{ds-d0). (43)

Результаты опытов, проведенных в СССР и США, показали, что угол а, характеризующий конусность струи, не зависит от давления при истечении из сопел и их диаметров. Он изменяется в небольших пределах от 14 до 19°, 5. Обычно в расчетах принимают а = 19°. Поэ­ тому величина m получается равной:

85

Количество сопел, необходимых для установки, можно определить

Известно, что грунт по краям щелевидного грунтоприемника за­ сасывается слабо. Для устранения этого недостатка П. П. Пухов пред­ ложил по ширине грунтоприемника устанавливать сопла различного диаметра, увеличивающегося от середины грунтоприемника к его кра­ ям. Такие разрыхлители называются гидравлическими разрыхлителя­ ми с криволинейным фронтом размыва.

Р а с ч е т г и д р а в л и ч е с к о г о р а з р ы х л и т е л я . Он сво­ дится к выбору диаметра и количества сопел, производительности и на­ пора гидроразрыхлительного насоса.

Для определения диаметра сопел d0 совместно решим равенства (42)

где 2Л — сумма потерь напора, затрачиваемого на преодоление всех потерь в трубопроводе, подводящем воду к соплам. Обычно, 2/i не пре­ вышает 20—25 м вод. ст. Напор, необходимый для получения скорости vQ, определяем по формуле

Напор Нг гидроразрыхлительного насоса определяется по выра­

Производительность гидроразрыхлительного насоса определяется по формуле

где количество сопел i определяется по формуле (45), а диаметр ds, необходимый для определения i, по формуле (43).

В США производительность Qr гидроразрыхлительного насоса определяют в зависимости от производительности Q r p землесоса по грун­ ту, исходя из выражения

86

§ 26. Авантово-папильонажное устройство

Авантово-папильонажное устройство обеспечивает рабочие пере­ мещения землесоса во время грунтозабора в заданном направлении (траншейным или папильонажным способом) и с необходимой ско­ ростью.

Для обеспечения рабочих перемещений на землесосе применяют ра­ бочие якоря, канаты и оперативные лебедки.

На месте производства дноуглубительных работ рабочие якоря с

ря, завозимые в сторону от^землесоса, называются папильонажными, причем якоря 5 и 10 называются правыми папильонажными, а 3 и 12—• левыми папильонажными.

Папильонажные якоря завозят за бровки канала и несколько впе­ ред по ходу работы землесоса.

Свободные концы якорных канатов закрепляют на барабанах опе­ ративных лебедок; барабаны лебедок и якорные канаты носят название рабочих якорей, с которыми они соединены.

Применяются различные схемы расположения оперативных лебе­ док на палубе землесоса. При этом должна быть обеспечена хорошая видимость лебедок из поста управления (при централизованном уп­ равлении), должны отсутствовать крутые изгибы и перекрещивание рабочих канатов, обеспечена свободная площадь вокруг лебедок для их обслуживания и ремонта. На расположение оказывает большое вли­ яние применение многобарабанных лебедок (двух-, трех- и четырехбарабанных) и наличие центрального поста управления. Для прохождения рабочих канатов без перекрещивания папильонажные лебедки (или папильонажные барабаны у многобарабанных лебедок) устанавливают ближе к бортам, а авантовую и становую — ближе к диаметральной плоскости землесоса.

Авантово-папильонажное устройство самоходного якорного земле­ соса (рис. 50) характерно тем, что на землесосе установлены однобарабанные электроприводные оперативные лебедки, расположенные таким образом, что из центрального поста управления — багермейстерской рубки — видны все лебедки, за исключением задней становой 7.

Передние 22 и задние 21 папильонажные лебедки расположены по бортам судна, а авантовая 6 — на площадке, соединенной с копром.

87

Передние папильонажные канаты от лебедок проходят через бло­ ки 23, подвешенные к копру, и далее идут за борт к рабочим якорям.

Задние папильонажные канаты 15 проходят вдоль продольной стен­ ки рубки к носовой части судна и через направляющие блоки 12 и 16, установленные у борта на палубе, идут за борт к якорям. Для того чтобы задние папильонажные канаты не терлись о палубу, на ней установлены поддерживающие 19 и направляющие 18 и 17 ролики. Сверху канаты защищены легкосъемными кожухами 20.

Задний становой канат / / от лебедки проходит через клюз 10, уста­ новленный в носу судна. Клюз состоит из горизонтального или вер­ тикального основного блока, установленного в корпусе, и двух на­ правляющих роликов, препятствующих спаданию каната с блока.

Для повышения к. п. д. блоки и направляющие ролики вращаются вокруг своих осей на подшипниках качения. Для уменьшения износа канатов желательно иметь блоки и ролики большого диаметра.

При погрузке извлекаемого грунта в грунтоотвозные шаланды па­ пильонажные, становой и авантовый канаты мешают шаландам швар­ товаться к землесосу, так как могут быть намотаны на гребные винты шаланды, а при погрузке шаланда может днищем «сесть» на них.

Чтобы избежать этого, применяют различные устройства для за­ глубления канатов ниже осадки грунтоотвозных шаланд.

Передние папильонажные канаты от барабанов лебедок для этого пропускают через направляющие блоки 12 на копре, затем через направляющие блоки 13 на раме разрыхлителя и блоки 3, расположен­ ные в нижней части рамы.

Задние папильонажные канаты заглубляют с помощью специаль­ ного устройства 8, состоящего из пустотелой балки, в верхней и ниж­ ней части которой имеются направляющие блоки. Балки на лапах кре­ пятся в прорези на борту судна. Канат проходит через верхний направ­ ляющий блок, опускается внутри балки и проходит через нижний блок к якорю. Обычно нижний блок может поворачиваться относительно вертикальной оси балки.

Для заглубления заднего станового каната в корпусе судна делают сквозную шахту, в которую опускают пустотелую балку с нижним по­ воротным блоком. Верхний блок 9 устанавливают на палубе судна на фундаменте.

В положении по-походному рабочие якоря 14 укладывают на палубу на специальные подставки и закрепляют на них хомутами.

На рис. 51 показана принципиальная схема авантово-папильонаж- ного устройства, в которой применены многобарабанные лебедки. По этой схеме в носовой части судна установлена одна трехбарабанная

89