1.5 Машины и механизмы, применяемые при строительстве магистральных трубопроводов, проложенных в особых условиях

Машины для подготовительных работ

Для выполнения подготовительных работ применяют кусторезы, корчеватели-собиратели и рыхлители, являющиеся сменным, навесным оборудованием к мощным гусеничным тракторам или колесным тягачам.

Кусторез

Кусторез предназначен для срезания на уровне земли кустарников и мелких деревьев диаметром до 0,25 м.

Пассивный рабочий орган кустореза выполнен в виде клинообразного отвала, к нижним кромкам которого крепятся сменные гладкие или пилообразные режущие ножи, имеющие в плане вид треугольника. В передней части отвала установлен носовой лист для раскалывания пней и раздвигания сваленных деревьев.

Усилие рабочему органу передается через толкающую раму, шарнирно прикрепленную к ходовым тележкам трактора. Рама с отвалом соединяется сферической головкой: При движении кустореза вперед опущенный в рабочее положение отвал с ножами скользит по поверхности земли и срезает кустарники и мелкие деревья, образуя за собой проход, равный ширине захвата отвала (до 3.6 м). Кусторез снабжен защитным ограждением в виде каркаса из стальных труб, предохраняющим трактор от повреждений при падении срезаемых деревьев. Управление рабочим органом— гидравлическое. Подъем и опускание отвала осуществляется двумя гидроцилиндрами двустороннего действия, работающими от гидросистемы тягача.

Ножи периодически затачивают переносной шлифовальной головкой с абразивным кругом, получающим вращение через длинный гибкий вал от трансмиссии трактора.

Производительность кусторезов с пассивным рабочим органом; 11000—14 000 м2/ч при средней скорости движения машин 3—4 км/ч.

Рисунок 5 - Кусторез

Корчеватели и корчеватели-собиратели

Корчеватели и корчеватели-собиратели применяют для извлечения (корчевания) из грунта и последующей уборки крупных камней, пней диаметром до 450 мм, корневых систем, а также кустарника и поваленных деревьев, оставшихся после прохода кустореза. Кроме того, корчеватели могут производить рыхление плотных грунтов на глубину до 0,3 м.

Рабочий орган корчевателя-собирателя — сменный отвал , в нижней части которого закрепляют от 3 до 8 сменных корчующих зубьев из износостойкой стали. Отвал крепится к универсальной толкающей раме, которая может быть использована для навески рабочих органов кустореза и универсального бульдозера. Поднимают и опускают толкающую раму двумя гидроцилиндрами, управляемыми с помощью гидрораспределителей, трактора. Процесс корчевания крупных камней, пней и корней деревьев производится путем заглубления под них зубьев корчевателя при опускании отвала и одновременном поступательном движении машины вперед. При подъеме отвала камни, корни и пни извлекаются из земли.

Часовая производительность корчевателей-собирателей при корчевании пней составляет до 40-—50 шт., при уборке камней до 15—20 м3, при сгребании срезанных деревьев, выкорчеванных пней и кустарника — до 2500—4000 м2.

Рыхлители

Рыхлители применяют для послойного разрушения плотных каменистых, скальных и мерзлых грунтов перед разработкой их (или погрузкой) землеройными машинами, при отрывке котлованов и широких траншей, а также для взламывания покрытий дорог и улиц при прокладке через них трубопроводов и коммуникаций открытым способом. Рыхлитель (рис. 6) представляет собой навесное оборудование с гидроприводом на мощный гусеничный трактор.

Рабочий орган рыхлителя имеет один или три сменных зуба с литыми наконечниками из износостойкой стали, установленных с шагом 800—1020 мм. Зубья однозубых рыхлителей выполняют обычно неповоротными и жестко закрепляют в кармане несущей рамы. Зубья трехзубых рыхлителей закрепляют в специальных кронштейнах-флюгерах, поворачивающихся в плане на угол 10±15°. Рама, тяга и балка навесного устройства рыхлителя составляют четырехшарнирную параллелограммную систему, обеспечивающую постоянный угол резания зуба при различной глубине рыхления. На средний зуб устанавливается буферное устройство при работе рыхлителя с трактором-толкачом.

Разрушение грунтов и пород происходит при поступательном движении машины и одновременном принудительном заглублении зубьев до заданной отметки. Опускание, принудительное заглубление и фиксирование рыхлителя в определенном рабочем положении, а также подъем его при переводе в транспортное положение производится двумя гидроцилиндрами двустороннего действия, работающими от гидросистемы трактора.

Трехзубый рыхлитель может производить рыхление одним средним зубом, двумя симметрично; поставленными (или всеми тремя) в зависимости от физико-механических свойств грунта и заданной ширины и глубины рыхления.

Рабочую скорость движения и величину заглубления рыхлителя в грунт выбирают такими, чтобы- обеспечивалась наибольшая выработка машины для данных конкретных грунтовых условий при наиболее полном использовании мощности двигателя.

Рыхление грунта на каком-либо участке может осуществляться за один или несколько проходов. Послойное рыхление может производиться параллельными резами в двух взаимно перпендикулярных направлениях или под углом к первоначальным проходам (перекрестное рыхление). Для перемещения разрыхленного грунта, засыпки траншей и выполнения различных планировочных работ спереди трактора навешивается бульдозерный отвал, управляемый двумя гидроцилиндрами, работающими от гидросистемы базового тягача.

Рисунок 6 - Рыхлитель

Установки для рытья траншеи

Канатно-скреперные установки

Канатно-скреперные установки оборудуются ковшами емкостью от 0,5 до 2,5 м3. Действуют они следующим образом. При пуске холостого хода лебедки натягивается трос , и ковш оттискивается за его тыльную часть к противоположному берегу. Затем лебедка переключается на рабочий ход, и благодаря натяжению троса ковш двигается , набирая грунт. Наполненный ковш втягивается на эстакаду по наклонной плоскости до колосниковой решетки, где он разгружается в бункер. Далее циклы повторяются до тех пор, пока траншея будет вырыта на проектную глубину. Из бункера грунт отвозится автосамосвалами или вагонетками, которые подъезжают под эстакаду для загрузки. Кроме рытья траншей канатно-скреперные установки используются для разработки песчаных и гравийных карьеров с небольшой толщиной пласта, на складах сыпучих материалов, при подземных разработках и т.д.

Экскаваторы с сильно развитой опорной поверхностью

Для рытья траншей на заболоченных и обводненных участках трассы применяются машины, специально

оборудованные для работы в этих условиях. Их можно разделить на две основные группы. К первой группе относятся машины, располагающиеся при работе вне заболоченного участка (или внутри его, но поставленные на специальный настил из бревен, понтон и т.п.) и оснащенные рабочим органом, вынесенным в зону этого участка. Эту группу представляют канатно–скреперные установки различной конструкции. Ко второй группе относятся машины,

оказывающие на грунт малое удельное давление и вследствие этого свободно перемещающиеся в процессе работы по заболоченному участку. Эту группу представляют экскаваторы с сильно развитой опорной поверхностью.

Разработка траншей на заболоченной местности часто производится при помощи одноковшовых экскаваторов, под гусеницы которых подкладывают бревенчатые щиты, последовательно перекладываемые в процессе копания. Щиты являются, таким образом, дополнением к ходовой части землеройных машин, увеличивая их опорную поверхность и снижая тем самым удельное давление на грунт. Однако применение щитов сильно усложняет производство работ и снижает производительность экскаваторов. Для увеличения производительности и маневренности землеройных машин, работающих на грунтах с низкой несущей способностью, необходимо значительно увеличить опорную поверхность их собственной ходовой части, отказавшись от применения дополнительных громоздких приспособлений в виде щитов.

Выполнение этой задачи осложнено тем, что экскаваторы должны перемещаться не только по ровной, но и пересеченной местности как с мягким, так и с твердым поверхностным слоем.

Первым опытом в этой области было создание экскаватора на понтонно–гусеничном ходу. Катки–понтоны охватывались специальной широкой и легкой гусеницей (ширина 1,5 м), обеспечивающей экскаватору малое удельное давление на грунт (0,1 кгс/см2 при весе экскаватора 19 т). Гусеница выполнена из четырех ядов пластинчатых втулочно–роликовых цепей, на которые опирались бандажи катков. При движении по воде нижние ветви гусениц выполняли роль гребных лопаток, благодаря чему экскаватор перемещался вплавь со скоростью до 2,2 км/ч. Скорость передвижения машины по суше составляла 0,7–3,1 км/ч.

Вследствие сильно развитой опорной поверхности и при наличии полых катков–понтонов экскаватор способен передвигаться по любым болотам и даже открытым водоемам, обладал хорошей устойчивостью и

работает в сильно заболоченной местности и даже на плаву (в расчаленном состоянии), т. е. в условиях, в которых любой другой экскаватор (даже с применением щитов) неработоспособен.

Однако недостаточная прочность гусениц и катков–понтонов в сочетании с жесткой подвеской, широкой и длинной ходовой частью не позволяла перегонять экскаватор своим ходом по твердому грунту и пересеченной

местности, требовала разборку экскаватора при транспортировке его другими средствами, не обеспечивала отрытие широких траншей и разработку перемычек.

В силу этих обстоятельств экскаватор не получил широкого распространения на строительстве магистральных трубопроводов. Нужен был другой, имеющий все преимущества экскаватора , но лишенный

большинства его недостатков.

Рисунок 7

а – экскаватор с резинометаллической гусеницей МТП–71

(ЭО–4221), б – современный плавающий экскаватор ТТМ–6901Э

Экскаваторы с сильно развитой опорной поверхностью

Создан экскаватор одноковшовый гидравлический полноповоротный на гусеничном ходу являющийся универсальной машиной, которая может использоваться как для работы на слабых грунтах и болотистой местности, так и в промышленном, гражданском, сельском и транспортном строительстве, благодаря сменным тракам шириной от 600 до 960 мм с использованием сменных рабочих органов (8 видов). Рабочее оборудование циклического

действия состоит из стрелы длиной 4,5 м, рукоятей длиной 1,8 – 4,5 м и ковшей экскавационных или очистных емкостью 0,4; 0,5; 0,63; 0,8 м3 разной ширины. Комбинируя стрелу с различными рукоятями и ковшами, можно

получить различные глубины, радиусы резания и производительность экскаватора.

Для работы на участках с малой несущей способностью изготавливались одноковшовые экскаваторы МТП–71,

МТП–72, имеющие поворотную часть от экскаватора ЭО–4121 и специальный гусеничный ход с широкими гусеницами

(рис., а). Экскаватор торфяной одноковшовый универсальный с гидравлическим приводом на уширенно–удлиненном

гусеничном ходу предназначен для выполнения земляных работ в грунтах I – III категорий со слабой несущей

способностью.

В условиях болот он может использоваться при рытье и ремонте валовых и картовых канав, магистральных

каналов, при рытье котлованов и траншей, при погрузочно–разгрузочных работах, а также при аналогичных работах в мелиорации и сельском хозяйстве. На поворотной платформе смонтированы силовая установка, механизм поворота,

стрела с гидроцилиндрами, гидросистема, электрооборудование, кабина и механизмы управления.

Экскаватор комплектуется рабочим оборудованием – обратной лопатой с профильными ковшами емкостью 0,65 – 1,25 м3. Опорной базой экскаватора является уширенно–удлиненный гусеничный ход с цевочным зацеплением, он

же служит для передвижения экскаватора. На гусеничном ходу через опорно–поворотное устройство смонтирована поворотная платформа, вращение которой осуществляется механизмом поворота.

О надежности узлов и механизмов, а также об удачной конструкции экскаватора в целом говорят до сих пор работающие машины этой модели.

Эксплуатируется в сложных природно– климатических условиях, включая снежную целину и болота всех категорий, а также на дорогах с твердым покрытием без их разрушения. Наличие экскаваторной установки с полноповоротным ковшом на конце телескопической стрелы обеспечивает возможность выемки грунта из–под трубы.

Хорошая проходимость и маневренность машины обеспечиваются за счет низкого среднего давления на грунт, достаточно высокой мощностью, большим дорожным просветом, использованием при повороте принципа складывания

звеньев в плане без изменения тягового усилия и скорости. Система принудительного складывания звеньев в вертикальной плоскости расширяет возможности машины при преодолении различных препятствий. Предусмотрена

блокировка межсекционного и межосевых дифференциалов, а для обеспечения переезда через траншеи – блокировка силовых гидроцилиндров.

По дорогам с твердым покрытием расстояния до 100 км целесообразно преодолевать своим ходом в общем транспортном потоке. Резиновые пневмоэлементы гусениц не повреждают покрытие дороги.

Оборудование для сварки трубопровода

Оборудование для сварки под флюсом поворотных стыков на трубосварочных базах

При строительстве магистральных трубопроводов используют две типовые схемы трубосварочных баз (рис.8)

Рисунок 8 - трубосварочная база.

для односторонней автоматической сварки под флюсом по ручной подварке типа ССТ-ПАУ и БНС (полумеханизированные базы);

для двусторонней автоматической сварки под флюсом типа БТС (механизированные базы).

В зависимости от диаметра труб на полумеханизированных базах применяют различное оборудование, выпускаемое промышленностью.

Механизированные трубосварочные базы (типа БТС) позволяют

полностью механизировать выполнение сварочно-монтажных работ при изготовлении секций труб. В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются базы БТС-142В, предназначенные для двусторонней автоматической сварки под флюсом кольцевых стыков труб диаметром 1020— 1420 мм в двух - и трехтрубные секции.

Оборудование для стыковой контактной сварки

В состав полустационарных и передвижных

установок входят: сварочная машина с аппаратурой управления и контроля процесса сварки, наружный и внутренний гратосниматели, агрегат зачистки концов труб под контактные башмаки сварочной машины, транспортный рольганг электростанции,транспортное средство (для передвижных установок).

Сварочные машины предназначены для центровки свариваемых труб, подвода к ним электроэнергии и перемещения навстречу друг другу в процессе оплавления и осадки, удаления грата.

В зависимости от диаметра свариваемых труб сварочные машины изготавливают в соответствии с типовым рядом. По конструктивному исполнению их делят на наружные и внутритрубные. Машины для сварки труб диаметром до 530 мм изготавливают в наружном варианте, а для сварки труб диаметром 720— 1420 мм — внутритрубные.

Машины наружного типа К-584М и К-805 разъемные и могут перемещаться от стыка к стыку независимо от труб. Машины внутреннего типа К-700,

К-755, К-800 перемещаются от стыка

к стыку по внутренней поверхности трубы с помощью привода, встроенного в машину. Для выполнения основных функций все сварочные машины имеют следующие узлы: понижающий трансформатор, силовой корпус с центрирующим и зажимным устройствами, механизм перемещения свариваемых труб, включающие и отключающие устройства, аппаратуру управления и регистрации основных параметров процесса сварки. Важнейший узел сварочной машины — сварочный трансформатор. Он предназначен для преобразования электрической энергии стандартного (промышленного) напряжения 380 В в сварочное с низким (4 —8 В) вторичным напряжением и большим током. Необходимость такого преобразования связана с физической сущностью процесса оплавления. В стыковых сварочных машинах непрерывным оплавлением в основном применяют трансформаторы броневого и кольцевого типов. Кольцевой трансформатор состоит из кольцевого магнитопровода, первичной и вторичной обмоток. Первичная обмотка представляет собой катушки, равномерно расположенные на магни-топроводе и соединенные параллельно, вторичная обмотка состоит из одного витка.

Машины для укладки трубопровода

Возьмём отдельную машину используемую в настоящее время трубоукладчик KOMATSU D355C-3

Силовая передача лебедки: мокрого типа, с приводом от шестерни для максимального срока службы. Единая система силовой передачи обеспечивает эффективное управление автономным перемещением стрелы и крюка. Это означает, что обе функции можно выполнять без корректировки по отношению к любой другой функции. Простая система управления лебедкой: компактная и легкая лебедка с простым в эксплуатации механизмом управления и рычагом механизма блокировки, рычаги управление крюком и стрелой переходят в заблокированное положение при установке рычага переключения высокой/низкой скорости в нейтральное положение. Кроме того, в целях максимальной безопасности рычаг переключения высокой/низкой скорости не перемещается, если крюк или стрела находятся в поднятом или опущенном положении.

Во избежание чрезмерного поворота трубы или повреждения труб при резкой остановке опускание крюка производится с помощью гидропривода. Управление осуществляется с помощью всего трех рычагов: одного для коробки передач, одного для крюка и одного для стрелы. Для обеспечения легкого управления все рычаги приводятся в действие гидроприводом. В результате производится быстрое и скоординированное перемещение.

Клапан РРС регулирует усилие действия рычага пропорционально ходу рычагов, что способствует точному управлению. Прочная ходовая часть бульдозера: в трубоукладчике KOMATSU D355C-3 используется та же ходовая часть, которая применяется в высокопроизводительном трубоукладчике KOMATSU D355C-3 фирмы Комацу. В результате достигается плавное передвижение м и звеньями башмака гусеницы. Плавающие уплотнения с канавкой обеспечивают эффективное смазывание опорных катков и направляющих колес и не допускают попадания пыли внутрь.

Машины для засыпки траншеи

Роторные траншеезасыпатели

Роторные траншеезасыпатели по компоновке близки к роторным экскаваторам и состоят из базовой машины и рабочего органа, навешиваемого спереди. Рабочий орган включает широкий роторный землеройный механизм и расположенный внутри него ленточный транспортер. В качестве дополнительных механизмов рабочий орган может иметь откосники и транспортер-метатель. При засыпке траншеи из отвала роторные траншеезасыпатели своей ходовой частью перемещаются по дну разрабатываемой выемки и резание грунта, как правило, осуществляют на себя - при встрече с прочным препятствием передняя часть машины с рабочим органом приподнимается. Такая разработка грунта снижает эффективность резания мерзлых грунтов, но. Резание грунта в этом случае также осуществляется на себя, но в отличие от работы на дне выемки вертикальная составляющая вектора усилия резания направлена снизу вверх и обеспечивает дополнительную нагрузку на ходовую часть, увеличивая сцепление ее с грунтом и, следовательно, тяговые возможности тягача.

При засыпке траншеи бульдозером на трубу падают большие глыбы смерзшегося грунта, которые повреждают изоляцию и создают в траншее большие пустоты. Валик, образуемый над траншеей, также не имеет определенных форм. Полностью промерзший бруствер не поддается разработке бульдозером. Поэтому для засыпки траншей зимой можно широко применять роторный траншеезасыпатель. При его работе не требуется расширять полосы отчуждения, так как он передвигается по следу разрабатываемого им бруствера. При этом траншея засыпается разрыхленным грунтом непрерывно, а уложенный в траншею трубопровод можно присыпать разрыхленным грунтом со стороны траншеи, противоположной брустверу.

При их отсутствии применяются бульдозеры с навесным рыхлителем или в комплексе со специальными рыхлителями на базе трактора. При глубине смерзания грунта отвала до 0 4 - 0 5 м весьма эффективно использовать для обратной засыпки роторные траншеезасыпатели. Качество засыпки при этом значительно улучшается благодаря возможности измельчения грунта. При засыпке трубопроводов больших диаметров ввиду резкого увеличения объема обратной засыпки присыпка трубопровода осуществляется роторным траншеезасыпателем, а оставшаяся часть отвала грунта перемещается в траншею бульдозером. При полном смерзании грунта отвала засыпка трубопровода может выполняться после разрыхления мерзлого грунта взрывами мелкошпуровых зарядов или специальными рыхлителями.