4.3Разработка грунта рабочим оборудованием прямая лопата

Экскаваторы с прямой лопатой (рисунок 5а) отличаются наиболее высокой производительностью. Они имеют более короткую стрелу, примерно вдвое меньшую, чем при драглайне с такой же вместимостью ковша. В этой связи, несмотря на наличие рукояти, радиус копания у них меньше, чем у экскаваторов-драглайнов. Экскаватор с прямой лопатой размещается на дне выемки и работает, как правило, с выгрузкой на транспорт. Ковш прямой лопаты заполняется грунтом при движении снизу вверх вдоль откоса забоя, так что поверхность откоса получается криволинейной. Это видно, в частности, из рисунка 5а.

Минимальная высота забоя прямой лопаты соответствует глубине выемки, при которой достигается заполнение ковша за одно черпание. Очевидно, что в относительно слабых грунтах (с низким сопротивлением резанию) толщина стружки срезаемого грунта будет большей, чем в прочных грунтах. По этой причине ковш в слабых грунтах будет наполняться быстрее, т.е. при меньшей длине набора грунта. Соответственно и минимальная глубина забоя в слабых грунтах будет меньшей, чем в прочных. В таблице 3 приведены наименьшие высоты забоя для прямых лопат в грунтах I–III групп.

Таблица 3 Наименьшие высоты забоя для прямых лопат в м

Группа грунта	Вместимость ковша, м3
	0,25	0,5	1,0	2,0	3,0
I	1,3	1,5	2,0	3,0	3,5
II	1,8	2,0	2,5	3,5	4,0
III	2,2	2,5	3,0	4,0	5,0

Как уже отмечалось, при использовании прямой лопаты экскаватор располагается на дне забоя и выгружает грунт на транспорт, который тоже находится на дне забоя (подъезжает к экскаватору сзади по ходу движения). В отдельных случаях, при разработке выемок уступами, транспорт может располагаться несколько выше уровня стоянки экскаватора – на ближайшем уступе. Ось движения транспорта обычно располагается параллельно оси хода экскаватора.

Как и при использовании драглайна, откопка выемок может производиться двумя способами (рисунок 9). При небольшой ширине выемки применяют лобовую (торцовую, продольную) разработку, при значительной ширине – боковую (поперечную).

При лобовой разработке экскаватор срезает грунт впереди себя и по бокам обычно с обеих сторон от оси своего хода (рисунок 9а,б,в). Иногда при продольной разработке экскаватор движется не по прямой линии, а по зигзагу

Рисунок 9 Способы разработки грунта экскаватором с прямой лопатой:

а – лобовая (продольная) разработка с подъездом транспорта в один ряд; б – то же в два ряда; в – то же при перемещении экскаватора по зигзагу (уширенный забой); д – боковая (поперечная) разработка; 1 – экскаватор, 2 – положение транспортных средств; В –ширина выемки, В_л –ширина проходки (ленты), R_р – радиус резания

(рисунок 9в). Это позволяет разрабатывать выемки в основном на 20…25% шире, чем при прямолинейном движении, но несколько усложняет работу машиниста.

При боковой (поперечной) разработке экскаватор черпает грунт преимущественно сбоку, по одну сторону от оси своего движения, как показано на рисунке 9г. При выгрузке на транспорт такой способ позволяет машинисту работать с несколько меньшими углами поворота стрелы по сравнению с лобовой разработкой, что сокращает время рабочего цикла и повышает производительность.

При ширине выемки, требующей работы во много проходок, и значительной глубине откопку ведут уступами. В этом случае число ярусов n_я определяется в зависимости от глубины выемки Н и максимальной высоты забоя Н_{р max}

_, (2)

Число проходок (лент) в каждом ярусе, не считая первой (пионерной) ленты, которая может иметь другую ширину, будет равно

, (3 )

где n_п – число проходок,

В_n – ширина первой (пионерной) ленты,

В_л – принятая ширина лент.

При проектировании работ по откопке больших, глубоких выемок очень важно удачно выбрать конфигурацию и последовательность проходок экскаватора, места его стоянок и места расположения транспортных средств под загрузкой. На рисунке 10 в качестве примера представлена возможная схема разработки котлована в пять проходок с двумя ярусами

Некоторые типы экскаваторов с прямой лопатой способны копать до 1.5…2,8м ниже своей стоянки. При использовании экскаватора такого типа заглубление происходит с постепенным продвижением вперед и созданием уклона 1:8…1:10, как это показано на рисунке 11. Образовавшаяся траншея дает возможность пройти следующую ленту (проходку) с большей производительностью.

III

II

I

Д остоинство такого способа в том, что экскаватор сам делает для себя въезд в котлован, т.е. может обходиться без других землеройных машин. Тем не менее этот способ имеет свой недостаток: значительные затраты времени, большая длина спуска (для заглубления лишь на 2м она уже составляет около 20м).

Для большинства экскаваторов спуск в котлован приходится делается бульдозером или даже другим экскаватором с обратной лопатой.

В связи с выгрузкой грунта на транспорт большое значение приобретает высота подъема ковша и соответственно высота выгрузки. Максимальная высота забоя должна соответствовать наибольшей высоте подъема ковша над уровнем стоянки (рисунок 12). Если высота забоя будет несколько выше, сверху откоса образуется «козырек» (рисунок 12б), возможность обрушения которого создает опасность для находящихся в выемке людей и механизмов. Очевидно, что этого допускать не следует.

В ыбор параметров оборудования прямая лопата основывается на таких же показателях, как и оборудования драглайн. Если намечается лобовая разработка, то наибольший рабочий радиус резания R_р должен быть не менее половины ширины выемки В, т.е. В2 R_р. При этом когда В = (0,8…1,5)R_р, автотранспорт может подходить только с одной стороны от оси движения экскаватора (рисунок 9а), при В = (1,5…2,0)R_р появляется возможность у транспорта подъезжать с обеих сторон (рисунок 9б), что позволяет машинисту работать с меньшими углами поворота стрелы.

Требования к ширине и длине ковша, учитываемые при выборе параметров драглайна, при прямой лопате удовлетворяются автоматически, так как ширина выемки в этом случае должна превышать не только размеры ковша, но и самого экскаватора.

Шаг экскаватора принимается не более Ш = (0,75…0.8)l_н, где l_н – горизонтальная проекция напорного хода ковша. Это соответствует разности между максимальным и минимальным радиусами резания (рисунок 12а):

Ш = R_{р. max} – R_{р. min} , (4)

где R_{р max} и R_{р min} – соответственно максимальный и минимальный радиусы резания.

Чтобы уменьшить недоборы целесообразно, как уже отмечалось, не допускать работы экскаватора с предельными значениями радиусов резания, оптимальное рабочее значение R_р составляет 90% от максимальной паспортной величины.

При ширине выемки, равной В = (2,0…2,5)R_р иногда применяют уширенную лобовую разработку, при которой экскаватор движется по зигзагу (рисунок 9 в), но в основном в таких случаях используется боковая разработка (рисунок 9 г). При В2,5R_р всегда применяется боковая разработка.