Тема 3.2. Общие сведения о машинах для земляных работ
Общие сведения о земляных работах и сооружениях
Наиболее распространенным и трудоемким видом строительных работ являются земляные (как правило, занимают около нескольких месяцев). Земляные работы включают в себя: отрывку котлованов и траншей; возведение насыпей и плотин; устройство закрытых проходок в грунте в виде шахт и туннелей под различные подземные сооружения; бурение горизонтальных, наклонных и вертикальных скважин при бестраншейной прокладке трубопроводов, для установки свайных опор в плотных грунтах, для закладки зарядов взрывчатых веществ при разработке грунтов взрывом и др.
Земляным работам в строительстве предшествует подготовка строительной площадки---удаление камней, срезка кустарника, корчевка пней, планировка и засыпка ям и т.п. Большую часть этих работ выполняют землеройными машинами, оборудованными специальными рабочими органами. По этой причине машины для подготовительных работ рассматривают вместе с машинами для земляных работ.
По характеру рабочего процесса, составу операций и последовательности их выполнения земляные сооружения делят на выемки (рис. 3.5) (образуется в результате удаления излишков грунта за ее пределы) и насыпи(рис. 3.6) (образуется путем отсыпки грунта, внесенного извне, с его послойным уплотнением).
Рис. 3.5. Схема разработки выемки экскаватором ЭО-3322В:
H, B, b – параметры выемки; h,B’ – параметры отвала; Rв – радиус выгрузки экскаватора
207
Рис. 3.6. Схема насыпи:
а – ширина насыпи по верху; Вн – ширина насыпи по низу; Нн – высота насыпи
Удаленный из выемок грунт укладывают в отвалы, а для отсыпки насыпей его доставляют из карьеров или резервов, расположенных вблизи сооружаемой насыпи. Для всех технологических схем производства земляных работ (выемкаотвал, резерв-насыпь) характерны операции отделения грунта от массива, его перемещения и отсыпки, а также уплотнения – при возведении насыпи. Общей для насыпей и выемок является планировочная операция для доведения инженерного сооружения до проектных размеров, при которой срезаются выступы и засыпаются впадины
Разрушение является основной операцией отделения грунта от массива процесса его разработки. Наибольшее распространение в строительстве (около 85% от общего объема земляных работ) получил механический способ разрушения грунтов, при котором грунт отделяется от массива вследствие контактного силового воздействия на него землеройного рабочего органа. Прочные грунты и горные породы разрушают взрывом с использованием взрывчатых веществ, которым закладывают в специально пробуренные скважины; грунт отбрасывается в стороны расширяющимися газами. Этот способ наиболее дорогой, но позволяет существенно сократить сроки производства работ. Около 12% грунтов разрабатывают гидромеханическим способом путем отделения грунта от массива струей воды под высоким давлением; грунт переносится к месту намыва потоком воды.
Общие сведения о машинах для земляных работ
В настоящее время создано много типов и размеров машин для земляных работ. Основные машины для земляных работ по характеру рабочего процесса можно разлелить па ряд групп:
-землеройные машины, которые отделяют грунт от массива и перемещают его за счет энергии своего двигателя (напр. экскаваторы различных типов). При этом расстояние, на которое перемещается грунт, определяется размерами конструктивных элементов машин;
-землеройно-транспортные машины, разрабатывающее грунт под действием тягового усилия, т. е. только во время движения (напр.: бульдозеры, скреперы, грейдеры, грейдер-элеваторы). Дальность перемещения грунта, как правило, не зависит от размеров конструкции машин и определяется техникоэкономическими соображениями;
208
-погрузочные машины, соединяющие в себе черты землеройных и землеройно-транспортных машин (напр:фронтальные погрузчики); они могут копать грунт как стоя на месте, так и в движении;
-машины для гидравлической разработки грунта, отрывающие его от массива и транспортирующие с помощью энергии воды (гидромониторы, землесосы, землесосные снаряды);
-грунтоуплотняющие машины (напр: катки, трамбующие и вибрационные);
-вспомогательные машины (служат для обеспечения работы основных машин): 1) машины для подготовки площадки к работе основного оборудования (напр.: корчеватели, кусторезы и др.); 2) машины для подготовки грунта (рыхлители, буровые машины для бурения шпуров при рыхлении плотных и мерзлых грунтов взрывом); 3) машины и оборудование для водопонижения и водоотлива, обеспечивающих работу основных машин при высоком уровне грунтовых вод.
По режиму работы МЗР бывают цикличного действия---периодическое чередование рабочих операций–копание, перемещение грунта, холостой ход и т.д. (напр.: одноковшовые экскаваторы, фронтальные погрузчики, бульдозеры и др.) и непрерывного действия - машины, работающие в установившемся режиме (многоковшовые экскаваторы, оборудование для гидромеханической разработки
идр.)
По степени подвижности:1) самоходные (чаще всего); 2) прицепные; 3) полуприцепные; 4) полустационарные (оборудование для гидромеханизации, бурения скважин и др).
По типу ходового оборудования:
-автомобильного типа; специальным пневмоколесным; гусеничным, шагающим; плавучим.
По типу трансмиссий: механические, гидравлические, пневматические, электрические, комбинированные.
По типу систем управления: с ручным и автоматическим управлением. Каждая машина состоит из пяти групп элементов (рис. 3.7). К этим эле-
ментам относят: рабочее оборудование, непосредственно выполняющее технологическую операцию (например, разработку грунта); силовое оборудование (двигатель), являющееся источником энергии для приведения в движение элементов машин; базовое н ходовое оборудование, позволяющее объединить все элементы машин в единое целое (рама), передвигать ее и передавать давление на опорную поверхность; передаточные механизмы (трансмиссии), передающие энергию двигатели рабочему и ходовому оборудованию; система управления, служащая для включения и выключения отдельных механизмов машины и ее двигателя.
209
Рис. 3.7. Структурная схема машины при передаче движения рабочему органу через трансмиссию непосредственно (а) и с помощью исполнительных
механизмов (б)
Рабочие органы, с помощью которых грунт отделяется от массива (зубья ковшей, бульдозерных отвалов, рыхлителей), называют землеройными. В конструкциях землеройных и землеройно-транспортных машин землеройные рабочие органы совмещают с транспортирующими - ковшами (экскаваторы, скреперы) или отвалами (бульдозеры, грейдеры. Ковшовый рабочий орган представляет собой емкость с режущей кромкой, оснащенной зубьями или без них. Ковши с режущими кромками без зубьев чаще применяют для разработки малосвязных песков и супесей, а ковши с зубьями - в основном для разработки суглинков, глин и прочных скальных грунтов. В режиме разработки грунта ковш перемещается так, что его режущая кромка или зубья внедряются в грунт, отделяя его от массива. Разрыхленный грунт поступает в ковш для последующего перемещения в нем к месту разгрузки.
Отвальные рабочие органы оборудуют в нижней части ножами в этом случае их называют ножевыми. Для разрушения более прочны: грунтов на ножи дополнительно устанавливают зубья.
Определение производительности МЗР
Важнейшим технико-экономическим показателем является производительность.
Под производительностью понимается продукция, выдаваемая машиной за 1ч работы. Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность.
Теоретическая (расчетная) производительность представляет собой максимально возможную производительность машины при условии непрерывной ее работы. При этом не учитываются потери времени, а также те потери, которые имеют место ввиду различия действительных и расчетных параметров машины, например скоростей движения. Теоретическая производительность Пр определяется применительно к каждому виду машин с учетом специфики технологического процесса и в реальных условиях работы машины никогда не может быть достигнута.
Техническая производительность представляет собой максимально возможную производительность, в данных конкретных условиях работы в течение часа. При расчете технической производительности учитываются
210