8.3. Порядок проведения работы

8.3.1. Используя методические указания, плакаты и кинофильм, изучить общее устройство и назначение машин для разработки мёрзлых грунтов.

8.3.2. Определить основные параметры и производительность машины для разработки мёрзлых грунтов по исходным данным (табл. П.7), используя выражение (8.1).

Техническая производительность роторных экскаваторов с резцами для разработки мёрзлых грунтов:

П_Т = 3600·b_Т·h_Т·υ_Р, (8.1)

где b_Т – ширина траншеи, м; h_Т – глубина траншеи (максимальная, по технической характеристике), м; υ_Р – скорость резания (окружная скорость вращения ротора), м/с.

8.4. Форма отчёта

8.4.1. Цель работы.

8.4.2. Описание назначения, устройства и классификации машин и оборудования для разработки мёрзлых грунтов.

8.4.3. Определение основных параметров и производительности по формуле (8.1).

8.4.4. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.

Контрольные вопросы и задания

1. Назовите, какими способами можно разрабатывать мёрзлые грунты.

2. Поясните назначение и принцип работы баровой и фрезерной машин.

3. Объясните вибрационный способ разрушения мёрзлых грунтов и нарисуйте конструктивные схемы вибромашин.

4. В чём отличие виброударных от частоударных машин?

5. Напишите уровнение производительности роторных экскаваторов с резцами.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9

ИЗУЧЕНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И КОНСТРУКЦИИ

МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ

ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

9.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы заключается в изучении студентами рабочего процесса, конструкции и определении производительности машин и оборудования для гидромеханизации земляных работ.

9.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Гидромеханизация – особый вид механизации земляных работ, при котором все операции процесса (разработка, транспортировка и укладка грунта) или некоторые из них выполняют с помощью воды. При этом от забоя к месту укладки подаётся смесь грунта и воды, называемая пульпой. Этот непрерывный процесс обеспечивает комплексную механизацию земляных работ.

Преимущества гидромеханизации земляных работ состоят в высокой производительности оборудования и труда с подачей грунта на большие расстояния, возможности разработки грунта из-под воды, естественного уплотнения укладываемого намывом грунта и в возможности разделения его на фракции. Необходимо, однако, учитывать, что производительность и стоимость гидромеханизированных земляных работ в значительной мере зависят от местных условий. Данный способ применим не для всех групп грунта. Плохо поддаются такой разработке грунты, содержащие большое количество камней, а также плотные глинистые.

Различают два способа гидромеханизации земляных работ – закрытый (подводный) и открытый. При закрытом способе применяют плавучие землесосные установки, снабженные всасывающей трубой, которую опускают на дно водоёма. Водяным потоком, всасываемым землесосом, захватывают со дна грунтовые частицы и образовавшуюся пульпу перекачивают по трубам к месту отвала, где частицы оседают, а вода уходит.

С учётом этих двух способов оборудование для механизации работ тоже подразделяют на две группы: для землесосных и для гидромониторных работ. Особую группу составляет вспомогательное оборудование.

В первую группу входят землесосные снаряды (автономные и с питанием от береговых энергетических систем), во вторую – гидромониторы, насосные и землесосные установки. Водоводы и пульпопроводы, а также перекачивающие землесосные установки включают в обе группы.

Трудоёмкость работ и удельный расход электроэнергии при гидромониторном способе более высокие, чем при землесосном.

Землесосный снаряд (рис. 9.1) представляет собой землеройную машину непрерывного действия, предназначенную для разработки грунта в подводном забое и перемещения его к месту укладки. Это плаву­чий агрегат, оборудованный рядом специальных устройств (рис. 9.2).

Рис. 9.1. Общий вид землесосного снаряда

К ним относятся грунтозаборное устройство, предназначен­ное для непрерывного отделения грунта от массива забоя, грунто­вый насос, всасывающий и перекачивающий пульпу, всасывающий пульпопровод – трубопровод, соединяющий грунтозаборное уст­ройство с грунтовым насосом, напорный пульпопровод, предназна­ченный для соединения грунтового насоса с береговыми пульпопро­водами.

Землесосный снаряд имеет также устройство для рабочих пере­мещений, обеспечивающее непрерывный контакт грунтозаборного устройства с разрабатываемым грунтом (оперативные лебедки и свайное оборудование). Силовые установки снаряда используют для приведения в действие грунтового насоса (главная машина), дизель-электрические установки – для приведения в действие ме­ханизмов рабочих перемещений, для освещения, водоснабжения и бытовых нужд.

Грунтозаборные устройства могут быть двух типов: для непосредственного всасывания без предварительного разрых­ления грунта и с каким-либо рыхлителем, повышающим интенсив­ность грунтозабора. Основной частью этого устройства является наконечник, в зев которого при работе грунтового насоса поступа­ет вода. Скорость движения воды возрастает с приближением к зе­ву наконечника, достигая в его плоскости 1,5…2 м/с. Струи воды, попадающие на грунт, размывают его и увлекают во всасывающее отверстие; в грунте образуются фильтрационные потоки, увлекаю­щие частицы грунта.

Рис. 9.2. Схема землесосного снаряда:

1 – грунтозаборное устройство; 2 – лебедка; 3 – напорный пульпопровод; 4 – свайное устройство; 5 – плавучий пульпопровод; 6 – грунтовой насос;

7 – всасывающий пульпопровод; 8 – корпус

Способ непосредственного всасывания грунта из-под воды достаточно эффективен при разработке не слежавшихся песков. Поэтому грунтозаборные устройства большинства земснарядов, предназначенных для работы в плотных и связных грунтах, оснащают разрыхлителями, которые разрушают грунт непосредственно перед всасывающим отверстием. По принципу действия разрыхлители можно разделить на два класса – гидравлические (рис. 9.3) и механические (рис. 9.4).

Рис. 9.3. Схема всасывающего наконечника:

1 – всасывающая труба; 2 – всасывающий патрубок; 3 – сопла;

4 – коллектор; 5 – труба для подачи воды

Водогрунтовую смесь всасывает грунтовый насос или, как его называют, землесос (рис. 9.5). В результате вращения рабочего колеса пульпа, заполняющая внутреннюю полость корпуса, отбрасывается от центра насоса к концам лопастей и направляется в отливной канал. Вследствие этого в центральной части насоса образуется зона пониженного давления, в которую под влиянием атмосферного давления устремляется пульпа от всасывающего патрубка.

Рис. 9.4. Схема фрезерного рыхлителя:

1 – фреза; 2 – всасывающее отверстие; 3 – всасывающая труба; 4 – ножи;

5 – рёбра ступицы; 6 – направление перемещения фрезы

Рис. 9.5. Грунтовой насос:

1 – лопасти; 2 – всасывающий патрубок; 3, 5 – диски рабочего колеса;

4 – корпус; 6 – трубка для подачи воды; 7 – ступица; 8 – вал; 9 – сальниковое уплот­нение; 10 – крышка корпуса; 11 – отливной канал. Стрелками показаны направления движения пульпы

Рабочие перемещения землесосных снарядов должны обеспечи­вать движение грунтозаборного устройства в горизонтальной пло­скости. При этом движение должно осуществляться по заданным траекториям с регулируемой скоростью, без холостых ходов, т. е. движения грунтозаборного устройства по выработанным участкам забоя.

В последние годы применяют три способа рабочих перемещений земляных снарядов: канатный, свайно-канатный и свайный. Каждый способ может осуществляться по нескольким схемам в зависимости от характера работ, выполняемых земснарядом. В соответствии с этими схемами земснаряд с грунтозаборным устройством может перемещаться поступательно вдоль своей продольной оси или попе­рек нее; может совершать веерное движение, поворачиваясь относи­тельно неподвижной точки или, оставаясь на месте, поворачивать в горизонтальной плоскости грунтозаборное устройство и т. д. Боль­шая часть землесосных снарядов с грунтозаборным устройством в процессе работы движется по дугам окружностей. Их центрами служат сваи, опущенные в грунт.

В состав свайного устройства входят две сваи, расположенные в кормовой части снаряда, и лебедки, с помощью которых он со­вершает повороты. Сваи поднимают и опускают в грунт поперемен­но, что дает возможность поворачивать землесосный снаряд отно­сительно их поочередно.

На рис. 9.6 сплошными линиями показано первоначальное по­ложение снаряда П у правой бровки разрабатываемого участка.

Рис. 9.6. Способ папильонирования с рабо­чим свайным ходом:

а – план; б – положение напорной сваи в проре­зи корпуса; П, Л – положение земснаряда соот­ветственно у правой и левой бровок; С – среднее положение снаряда; I … VII – папильонажные лен­ты; I …IV – положения

напорной сваи; 2В – ши­рина разрабатываемого участка; 1 – напорная свая; 2 – прикольная свая

Снаряд поворачивается вокруг сваи с помощью натягиваемых тро­сов, соединенных с якорями. В это время фреза разрабатывает грунт на площади ленты, после чего снаряд переходит в положение Л (у левой бровки). Затем при помощи напорного механизма зем­лесосный снаряд оттал­кивается от сваи, про­двигается вперед на шири­ну одной ленты и совер­шает рабочий ход в обрат­ном направлении. Такие веерные перемещения грунтозаборного устройст­ва или землесосного снаряда называют папильонированием (в переводе с французского — порхание бабочки).

Основным оборудованием для выполнения гидромониторных ра­бот служат гидромониторы – устройства, предназначенные для формирования компактной водяной струи. Они превращают потен­циальную энергию воды, подаваемой по напорному трубопроводу, в кинетическую энергию струи и направляют ее в нужную точку за­боя. В результате действия струи грунт разрушается и, смешиваясь с водой, образует пульпу.

Гидромонитор (рис. 9.7) состоит из неподвижного нижнего ко­лена и верхнего, которое можно поворачивать вокруг вертикальной оси благодаря вертикальному шарнирному устройству. Подвижное колено с помощью шарового шарнира соединено со стволом, несу­щим на конце насадку. Оси шарниров взаимно перпендикулярны. Шаровой шарнир дает возможность поворачивать ствол гидромо­нитора в вертикальной плоскости на угол около 25° вниз и около 50° вверх от горизонтального положения. Воду подводят к нижне­му колену, из которого она поступает в верхнее колено, а через ствол и насадку в виде компактной струи выбрасывается наружу.

Рис. 9.7. Гидромонитор:

а – общий вид гидромонитора; б – вертикальный шарнир гидромонитора; 1 – нижнее колено; 2 – обойма; 3 – шарикоподшипник; 4 – кольцо; 5 – крышка сальника; 6, 9 – стяжные болты; 7 – фланец верхнего колена; 8 – верхнее колено; 10 – шарнирное устройство; 11 – шаровой шарнир; 12 – ствол;

13 – насадка; 14 – сальник

Гидромониторы питают водой с помощью насосных установок. Обычно насосную станцию компонуют из двух или больше центро­бежных насосов. Проточную часть гидромониторов (нижнее и верх­нее колена, ствол, насадка) проектируют так, чтобы компактную струю воды можно было создать с наименьшими гидравлическими потерями. С этой целью внутренней полости ствола придают конус­ность в 3…5° в направлении движения потока. Кроме того, внутри ствола устанавливают ребра-успокоители параллельные его оси. Эти ребра служат для гашения вращательного движения воды и уменьшения вихревых потоков в струе.

Гидромониторы монтируют обычно на металлических салазках (сварных или штампованных) или на самоходных шасси (гусенич­ных или шагающих). В зависимости от этого их подразделяют на переставные и самоходные. В строительстве наиболее широко ис­пользуют переставные гидромониторы, которые перемещают в пре­делах площадки тракторами или переставляют грузоподъемными кранами.

Грунт, размытый гидромонитором, может подаваться к месту укладки по канавам и лоткам. Такое безнапорное самотечное тран­спортирование можно применять лишь в тех случаях, когда мест­ность имеет уклон в сторону нужного направления движения пуль­пы. Такой способ транспортировки применяется довольно редко.

При напорном транспорте, применяемом наиболее широко, пуль­па самотеком поступает в приямок, называемый зумпфом, который устраивают у места стоянки гидромонитора. Из приямка пульпа засасывается грунтовым насосом (землесосом), подается в напор­ный пульпопровод, по которому транспортируется к месту укладки.