Введение в инженерное образование

Рис. 4.57. Экскаваторы предприятия «Святовит»

160

Рабочим оборудованием называется часть экскаватора, предна­ значенная для выполнения определенной работы: копания грунта, подъема и переноски грузов или сыпучих материалов, забивки свай, планировки и т. д.

Действующая система индексации (рис. 4.58) одноковшовых универсальных экскаваторов (ЭО) посредством четырех цифр ин­ декса классифицирует экскаваторы по размерным группам (первая цифра), типам ходового устройства (вторая цифра) и исполнению рабочего оборудования (третья цифра). Четвертая цифра - порядко­ вый номер модели. Буквы (А, Б, В,..., Е) обозначают очередную мо­ дернизацию, а специальное климатическое исполнение машины обозначается: ХЛ - северное исполнение, Т - тропическое, ТВ - для влажных тропиков. Например, ЭО-3311Г - экскаватор одноковшо­ вый 3-й размерной группы, вместимость ковша 0,4... 1,0 м^ (в зави­ симости от грунта и вида рабочего оборудования), на пневмоколесном ходу с канатной подвеской рабочего оборудования, первой мо­ дели, четвертой модернизации.

Рис. 4.58. Структура индекса экскаватора

161

Эксплуатационная производительность одноковшового экскаватора

Т и - К ,

где g - вместимость ковша, м^;

Ка - коэффициент наполнения ковша; Кр - коэффициент разрыхления грунта;

Гц - продолжительность одного рабочего цшспа, с. Экскаваторы, непрерывно работающие и одновременно транс­

портирующие грунт в отвал или транспортные средства, называют

экскаваторами непрерывного действия.

Для обеспечения непрерьшной работы машины рабочий орган должен непрерывно перемещаться. Характер этого перемещения в сочетании с типом рабочего органа является основным признаком, по которому классифицируют экскаваторы непрерывного действия. У экскаваторов продольного копания плоскости перемещения рабо­ чего органа и движения ковшей или скребков совпадают; попереч­ ного копания - плоскость движения ковшей перпендикулярна плос­ кости движения рабочего органа; радиального копания - ковши движутся в вертикальной плоскости, а сам рабочий орган совершает поворотное движение относительно вертикальной оси.

Экскаваторы непрерывного действия классифицируют также по следующим основным признакам:

типу привода - с механическим, гидравлическим, электрическим и комбинированным приводам;

типуходовогоустройства-па гусеничном и пневмоколесном ходах;

способу соединения рабочего оборудования с тягачом - навес­ ные (рабочий орган задней дополнительной опоры не имеет), полуприцепные (рабочий орган спереди опирается на тягач, а сзади на дополнительную пневмоколесную тележку) и прицепные;

типу рабочего органа —цепной и роторный.

Экскаваторам продольного копания присваивается индекс ЭТР (экс­ каватор траншейный роторный) или ЭТЦ (экскаватор траншейный цеп­ ной); экскаваторы поперечного копания имеют индекс ЭМ, роторные стреловые экскаваторы - ЭР. После буквенного индекса следует цифро­ вое обозначение, которое содержит следующую информацию;

162

для экскаваторов продольного копания (ЭТР и ЭТЦ) первые две цифры - глубина копания (в дм), третья - порядковый номер модели; для экскаваторов роторных стреловых первые три цифры - вме­

стимость ковша (в л), а четвертая - порядковый номер модели; для экскаваторов поперечного копания первые две цифры - вме­

стимость ковша (в л), третья - порядковый номер модели. При мо­ дернизации после цифрового обозначения добавляют буквы по по­ рядку русского алфавита. Например, индекс ЭТР-206А обозначает: экскаватор траншейный роторный, глубина копания в дециметрах - 20, шестая модель - б, первая модификация - А.

Цепные траншейные экскаваторы выпускаются на базе колесных тракторов с конструктивной доработкой их трансмиссии и на базе шасси гусеничных тракторов.

Экскаваторы на базе колесных тракторов (МТЗ-82) используют на минеральных грунтах I...Ш категории для рьггья траншей под укпадку кабелей различного назначения и трубопроводов неболь­ шого диаметра. Они оборудованы (рис. 4.59) скребковым рабочим органом для рьггья траншей и бульдозерным отвалом для планиро­ вочных работ небольшого объема и засыпки траншей.

Рис. 4,59. Общий вид многоковшового экскаватора на базе колесного трактора: 1 - механизм подъема и опускания рабочего органа; 2 - приводной вал;

3 - дополнительная рама рабочих органов; 4 - рабочий орган; 5 - зачистной башмак; 6 - рабочая цепь; 7 - шнек; 8 - редуктор привода

рабочего органа; 9 - ходоуменьшитель; 1 0 - трактор; 1 1 - бульдозерный отвал

163

Эти экскаваторы мобильны и маневренны, что дает возможность использовать их в городских условиях, а также на небольших строительных объектах, где требуются частые переброски машины.

Рабочий орган включает раму, на противоположных концах ко­ торой установлены две звездочки, верхняя из которых выполняется приводной. Звездочки огибаются рабочей цепью, поддерживаемой опорными роликами. На цепи установлены режущие зубья или скребки, разрабатывающие и перемещающие грунт вверх, где он подхватывается шнеком и перемещается в поперечном движению машины направлении. Привод рабочего органа - механический или гидравлический. Зачистку для траншеи и придание ей опреде­ ленного профиля осуществляет зачистной башмак. Подъем рабоче­ го оборудования в транспортное положение обеспечивается при помощи гидроцилиндров.

Экскаваторы на гусеничном ходу устанавливают на базе промыш­ ленного трактора Т-170. Эти экскаваторы предназначены для рытья траншей под укладку водопроводных и канализационных труб, кабеля и других коммуникаций, а также могут работать на грунтах I...Ш кате­ гории с каменистыми включениями размером до 200 мм.

Рабочий орган таких экскаваторов представляет собой раму со звездочками и поддерживающими роликами и цепью, на которой установлены ковши, вырезающие грунт и транспортирующие его вверх, где он при опрокидывании ковша разгружается и попадает на транспортер, который ссыпает его вдоль траншеи. Подъем рабочего органа осуществляется при помощи гидроцилиндров. В передней части экскаватора для улучшения устойчивости может ус­ танавливаться противовес.

Роторные траншейные экскаваторы предназначены для рьггья траншей (под газопроводы, нефтепроводы, водопроводы, кабели связи, трубопроводы канализации, теплофикации, дренажа и других коммуникаций) большой протяженности с большим объемом зем­ ляных выемок, преимущественно вне населенных пунктов, когда не требуется частой переброски машин с одного участка на другой.

Роторный траншейный экскаватор состоит из тягача, в качестве которого обычно используют гусеничный переоборудованный трактор и рабочий орган.

Рабочий орган представляет собой жесткий ротор, вращающийся относительно внутренней рамы от механического или гидравличе­

164

ского привода. По наружному периметру ротора закреплены ковши, обеспечивающие вырезание и перемещение грунта, который, высы­ паясь в верхней части ротора, попадает на направляющие желоба и далее на конвейер, который укладывает его вдоль траншеи. Подъем иопускание рабочего органа осуществляется при помощи гидровд!- линдрюв и системы рычагов.

В зависимости от характера нагружений меняются максимальное значение достигаемого напряжения, скорость его изменения и вре­ мя действия нагрузки, т. е. основные факторы, определяющие эф­ фективность уплотнения.

Характер изменения напряженного состояния под рабочим орга­ ном определяет проявление тех или иньк свойств грунта. Поэтому в зависимости от вида нагружения различают статические и динами­ ческие воздействия на грунт. Статическое воздействие характеризу­ ется сравнительно небольпшми скоростями изменения напряженно­ го состояния грунта, и оно происходит под действием постоянной или плавно изменяющейся нагрузки. Такое воздействие реализуется обычно давлением массивного колеса или барабана, перекатывае­ мого по поверхности уплотняемого грунта.

При динамическом воздействии на грунт резко изменяется его напряженное состояние под ударами массивного элемента рабочего органа вследствие прохождения через гр)тгг ударных волн, вибра­ ционного воздействия и т. п.

В соответствии с различными воздействиями на уплотняемый грунт выпускают машины статического (прессование, укатка) и ди­ намического действия (удар, вибрация, удар совместно с вибравд!- ей). Гранищ>1 между указанными типами машин часто оказываются довольно расплывчатыми. Так, при работе машин статического действия наблюдаются динамические эффекты, которые в зависи­ мости от конструктивного исполнения машины и режима ее работы могут быть выражены в большей или меньшей степени. Трудно ус­ тановить также четкую границу между ударно-вибрационными и вибрационными машинами. Еще сложнее разграничить ударно­ вибрационные и ударные машины.

Вместе с тем, несмотря на некоторую неопределенность в грани­ цах, подобная классификация машин дает возможность достаточно точно оценивать основные факторы воздействия на грунт.

165

к машинам для уплотнения грунтов относят прежде всего прицеп­ ные, полуприцепные и самоходные катки статического действия. Ра­ бочими органами катков являются металлические вальцы (гладкие, кулачковые, решетчатые) или колеса с пневматическими шинами, Вследствие простых и экономичных средств уплотнения грунтов эти­ ми машинами последние получили наибольшее распространение.

Катки с гладкими вальцами применяют давно, начиная со сред­ них веков, главным образом для уплотнения несвязных грунтов. Однако в настоящее время вследствие малой глубины уплотнения (до 20 см) эти катки применяют в основном в качестве рабочих ор­ ганов вибрационных машин.

Рабочий процесс катков с гладкими вальцами состоит из много­ кратного перекатывания вальцов по поверхности уплотняемого грунта, т. е. цикличного воздействия на него. Деформации и связан­ ное с ними уплотнение происходят в результате давления, созда­ ваемого силой тяжести вальцев.

Эффективным средством уплотнения связных грунтов являются кулачковые катки. В отличие от катков с гладкими вальцами на их поверхности имеются бандажи с укрепленными на них кулачками. Каждый бандаж состоит из 2-3 частей, соединяемых болтами. Ку­ лачки размещают на поверхности катка в шахматном порядке.

В начале работы кулачки полностью погружаются в грунт, в свя­ зи с чем в контакт с его поверхностью может входить и валец катка. При погружении кулачков под каждым из них образуется уплот­ ненное ядро, упирающееся в плотное основание.

При последующих проходах катка грунт уплотняется в проме­ жутках между ядрами. При каждом проходе кулачки погружаются в грунт на меньшую глубину и между поверхностью грунтового слоя и вальцем катка образуется увеличивающийся просвет, указываю­ щий на уплотнение укатьшаемого слоя. Характерные углубления, создаваемые кулачками по поверхности грунта, способствуют сдав­ ливанию укатываемых слоев в единый массив и повышают качество его уплотнения.

Прицепные кулачковые катки используют как одиночные, так и в сцепе из нескольких. При сцепе из двух катков иногда первым устанавливают кулачковый, а вторым - гладкий. Для достижения необходимого утшотнения грунта кулачковые катки перемещаются по одному месту обычно до шестивосьми раз.

166

Кулачковыми катками уплотняют только связные грунты. Для уплотнения как связных, так и несвязных грунтов используют катки на пневматических шинах, имеющие несколько колес, установлен­ ных в один ряд.

Используют жесткие и независимые подвески колес. У катков с жесткой подвеской ось колес укрепляют на продольных балках ра­ мы, которую обычно размещают над колесами. На раме устанавли­ вают кузов для балласта. Основной недостаток катков такой конструкщш - перегрузка отдельных колес при движении катков по неров­ ной поверхности. В результате укатьюаемая полоса неравномерно уплотняется по ширине, а отдельные элементы катка перегружаются. Этих недостатков не имеют катки с независимой подвеской колес, при которой каждое колесо может перемещаться в вертикальной плоскости независимо от остальных. Каждая секция таких катков жестко связана с балластным ящиком или платформой. Балластом могут служить грунт или бетонные блоки.

Контактные давления на поверхности грунта, а следовательно, и характер напряженного состояния под колесами определяются раз­ мерами шин, давлением воздуха в них и нагрузкой на колесо. Эти параметры и являются главными.

Пневматические шины имеют сравнительно небольшую ширину, поэтому при уплотнении грунт под ними отжимается в сторону. Воспрепятствовать отжатию может боковая пригрузка, которую создают соседние колеса, причем тем эффективнее, чем меньше за­ зор между ними. Поэтому колеса нужно ставить ближе друг к дру­ гу. Однако при слишком частом расположении колес увеличивается их число при постоянной ширине полосы уплотнения. Это, в свою очередь, снижает нагрузку на каждое колесо.

Основным недостатком катков статического действия является их большая масса, потребная для нормальной работы. Эту массу можно значительно снизить при том же уплотняющем эффекте, ес­ лирабочие органы машин выполнить вибрирующими.

Вибращюнные катки вьшолняют прицепными и самоходными. Чаще всего в виброкатках применяют центробежные вибровозбуди­ тели с круговой вынуждающей силой. Их приводят в действие от двигателя внутреннего сгорания самоходного катка или специально установленного на раме прицепного катка двигателя привода воз­ будителя,

167

у самоходных виброкатков вибрируюнщми вьтолняют обычно ве­ дущие вальцы. Металлоемкость виброкатков в 3-4 раза меньшая, чем катков статического действия. При этом нужное уплотнение слоя груша достигается меньшим числом проходов, так как виброкатки наряду со статическим оказьшают на грунт и вибрационное воздействие.

Сущность его заключается в том, что периодические возмуще­ ния, передаваемые от вибратора в грунт рабочим органом, интен­ сифицируют перестройку сложившейся структуры грунта, в резуль­ тате чего получается более плотная упаковка грунтовых частиц.

Дги уплотнения несвязных грунтов и гравийно-песчаных материалов в стесненных или недоступных для других машин местах применяют вибрационные плшы. Кроме плит в ксмплекг оборудования входят виб­ ратор, двигатель, система подвески и механизм управления. Для гфивода вибраторов на вибрационных плрпах чаще всего используют двигатеш внутреннего сгорания - дизельные или карбюраторные. По принципи­ альной схеме эти устройства могут быть одно- и двухмассными. В пер­ вом случае вибратор и двигатель установлены непосредственно на плите. Во втором случае на плите монтируют лишь вибратор, а двигатель уста­ навливают на специальную раму, соединенную с плитой упругими эле­ ментами. В этом случае в колебательное движение приводится лишь нижняя часть, тогда как верхняя, подрессоренная, не колеблется, но воз­ действует на грунт общей массой статического давления.

Как уже отмечалось выше, к машинам для земляных работ отно­ сят оборудование для гидромеханизации. Гидромеханизация - спо­ соб производства земляных работ, при котором разработка, транс­ портирование и укладка грунта осуществляются при помощи воды. Гидромеханизация основана на свойстве быстро движущейся воды размывать грунт и переносить его во взвешенном состоянии к месту укладки, где вследствие уменьшения скорости вода теряет несущую способность и частицы грунта оседают.

Разработка грунта осуществляется его размывом высоканапорной струей воды, направляемой в забой гидромонитором или при помощи землесосного снаряда. Для интенсификации размыва грунт обычно предварительно разрыхляют.

Образующаяся в забое водно-грунтовая смесь - пульпа - транс­ портируется по трубам при помощи специальных грунтовых насо­ сов, а при благоприятном рельефе местности - самотеком в откры­ тых каналах.

168

грунт закладывается в отвал или намываемое сооружение сбро­ сом пульпы на предварительно обвалованные участки - карты. Вследствие падения скорости движения пульпы взвешенные часгиць1 грунта оседают, а осветленная вода отводится для сброса или повторного использования (при гидромониторной разработке).

Укладка грунта может сопровождаться сортировкой его по круп­ ности частиц, что имеет большое значение при намыве плотин и обо­ гащениинерудных полезных ископаемых (песка, гравия и т. п.).

Гидромеханизация отличается высокими эффективностью и производительностью труда (до 300 тыс. м^ грунта в сутки) при от­ носительно простом оборудовании и ограниченном фронте работ. Особенно широко этот способ производства работ применяется в гвдротехническом строительстве. На крупных гидротехнических стройках им выполняется до 70...80 % общего объема земляных работ. Кроме того, гидромеханизация применяется в специальных областях строительства и горных работ (для добычи и обогащения песка и гравия, при кессонных работах, вскрьггии месторождений полезных ископаемых, намыве площадок под строительство граж­ данских и промышленных объектов, добыче угля, торфа).

Гидромониторы. К оборудованию для гидромеханизации отно­ сят гидромониторы, грунтовые насосы, землесосные установки и снаряды. Гидромонитор - устройство для образования и направле­ ния высоконапорной струи воды при производстве земляных работ способом гидромеханизации.

Общие требования к гидромониторам заключаются в создании компактной струи воды, не расчленяющейся до достижения грунто­ вого массива; в надежности конструкции, простоте разработки и замены узлов и деталей; минимальных потерях напоров; в легкой управляемости и безопасности.

Гидромониторы различают по способу управления (ручные и дистанционные), по подвижности (переставные и самоходные), по дальности действия (дальнего и ближнего действия); по напору во­ ды (низконапорные с давлением до 1,2 МПа и высоконапорные с давлением более 1,2 МПа).

Основной тенденцией развития гидромониторной разработки грунта является создание и все более широкое применение новых эффективньгх конструкций самоходных и дистанционно управляе­ мых гидромониторов. Вместе с тем большое распространение имеют

169