Механизации. Механизация-и-автоматизация-строительства. Учебное пособие Табаков С. В
 Скачать 1.16 Mb.
|
|
Раздел VIII Машины и оборудования для земляных работ Виды земляных сооружений и способы их возведения. Рабочие органы землеройных машин и их классификация Земляные сооружения - это устройство в грунте, полученные в результате его удаления за пределы сооружений, или из грунта, внесенного в сооружения из вне. Это: 1- выемки; 2-насыпи. Различают выемки: котлованы, траншеи, канавы, кюветы, ямы, скважины и шпуры, каналы. Грунт из выемок укладывают рядом в КАВАЛЬЕРЫ для обратных засыпок. Для насыпей грунт доставляют из боковых РЕЗЕРВОВ. Различают временные и длительного пользования земляные сооружения. 1-траншеи; 2-дорожные насыпи, дамбы, плотины. О способах разработки грунтов. Наиболее энергоθмкая операция - отделение грунта от массива (разрушение грунта). Способы разделяют в зависимости от способа разрушения. Наибольшее применение - это механическое разрушение грунтов (резание). Различают статистическое (2-2,5 м/с) и динамическое (ударное и вибро) разрушение грунтов (зависит от скорости и характера воздействия режущего инструмента (рабочего органа). Энергоθмкость механического разрушения грунта равна 0,05-0,5 кВтч/м3. Им выполняют 85% всего объθма земляных работ в строительстве. Есть комбинированные способы: 1-газомеханический; 2-гидравлический (гидромониторы, землесосные товары); 3- гидромеханические, Э= 4квтч/м3 (50-60 метров виды на 1 м. 3 гр.); 4- взрывной (термомеханический и термопневматический, электрогидравлический). Реже применяют физические способы разрушения грунтов (прожигания, оттаивания, токи высокой частоты, ультразвук, электромагнитной и инфракрасной энергии). Выбор способа зависит от прочности грунта, мерзлоты (сезонного промерзания). Немного о свойствах грунта. Это выветрившийся горные породы, образующие кору земли. Различают скальные (граниты, песчаники, известняки и т.п.), полускальные (мергели , гипсоносные конгломераты, окаменевшие глины), крупнообломочные, песчаные, глинистые. По грансоставу: глинистые, пылеватые, песчаные, гравийные, галечные и щебеночные, валуны, камни, глины, суглинки, супеси, пески чаще всего в строительстве. Классификация грунтов на 8 категорий по профессору А. Н. Зеленину: катег ория грунт а плотн ость, т/куб. м число ударов плотно мера ДорНИ И коэффи циент разрыхл ения удельное сопротивление, кПа резан ию: копанию при работе: прямы ми, обратн ыми лопатк ами драглай нами экскаваторами непрерывного действия поперечного копания траншей ными роторн ыми цепн ыми I 1,2-1.5 1-4 1,08- 1,17 12-65 18-80 30-120 40-130 50- 180 70-230 II 1,4-1,9 5-8 1,14- 1,28 58- 130 70-180 120-150 120- 250 150- 300 210-400 III 1,6-2 9-16 1,24-1,3 120- 200 160- 280 220-400 200- 380 240- 450 380-660 IV 1,9-2,2 17-35 1,26- 1,37 180- 300 220- 400 280-490 300- 550 370- 650 650-800 V 2,2-2,5 36-70 1,3-1,42 280- 500 330- 650 400-750 520- 760 580- 850 700-1200 VI 2,2-2,6 71-140 1,4-1,45 400- 800 450- 950 550- 1000 700- 1200 750- 1500 1000- 2200 VII 2,3-2,6 141- 280 1,4-1,45 1000- 3500 1200- 4000 1400- 4500 1800- 5000 2200- 5500 2000- 6000 VIII 2,5-2,8 281- 560 1,4-1,6 - 220- 250 230-310 - - - Рис.7.1. Конструкция плотномера (ДорНИИ): 1-металлический стержень; 2-шайба-упор (нижняя); 3-груз, массой 2,5т; 4-шайба-упор (верхняя). Груз совершает работу в 1 Дж. Плотность грунта оценивают числом ударов, соответствующим внедрению в грунт стержня до упора в нижнюю шайбу. Вот характеристики грунтов, влияющие на процесс их взаимодействия с землеройными и грунтоуплотняющими рабочими органами. 1 - Влажность (оптимальная - пески - 8 - 14%, глина 20-30%); 2 – Коэффициент разрыхления - пески - 1, 0,8-1,15- мерзлый грунт 1,45 - 1,6; 3 - Коэффициент остаточного разрыхления -пески - 1,02- 1,05; скальные 1,2 - 1,3 и суглинки; 4 - Уплотняемость - коэффициент уплотнения 0,9- 0,1; 5 - Прочность и деформируемость; 6 - Силы внутреннего и внешнего трения - коэффициенты: внутреннее трение-0,18-0,7 внешнее трение 0,15-0,55; 7 - Изнашивание (абразивность); 8 – Липкость. По трудности разработки грунты делят на 8 категорий: I - категория - песок, супесь, мягкий суглинок средний крепости влажный и разрыхленный без включений; II - суглинок, без включений, мелкий и средний гравий, мягкой влажности или разрыхления глины; III - крепкий суглинок, глина средний крепости влажности или разрыхления, аргиллиты и алевролиты; IV - крепкий суглинок, крепкая влажность, глина, сланцы, конгломераты; V - сланцы, конгломераты отвердевшие глина и лесс, очень крепкий мел, гипс, песчаники, мягкие известняки, скальные и мерзлые породы; VI - ракушечники, конгломераты, крупные сланцы, известняки, песчаники средней крепости, мел, гипс, очень крепкий. Опоки и Мергель; VII - известняки, мерзлый грунт средней крепости; VIII - скальные и мерзлые грунты (породы), очень хорошо взорванные (куски не более 1/3 ширины ковша). Кратко о рабочих органах машин и их взаимодействий с грунтом. Рабочие органы, с помощью которых грунт отделяют от массива (ковши, отвалы, зубья) называют землеройными. Землеройные рабочие органы называют ковшовыми, отвальными, зубья рыхлители. Отвалы оснащают в нижней части ножами - ножевые овалы. Режущая часть земляных работ органа имеет форму заостренного клина, ограниченного передней 1 и задней, 2 гранями, линию пересечения которых называют режущей кромкой. Угол б, образуемый с направлением движения клина его передней гранью, называется углом резанья. Угол Q, образующий с тем же направлением задней гранью - задним углом. Усилие Р, с которым клин воздействует на грунт называют усилием капания, а равные ему по модулю, но противоположно направленные усилия Ро- сопротивления грунта копанию. Рис.7.2. Параметры режущего клина: 1-передняя грань; 2-задняя грань; б – угол резания; θ – задний угол; 3-линия пересечения граней или режущая кромка; 4-заостренный клин; v – угол заострения. Запишем другие составляющие сопротивления грунта копанию: 1- Сила трения между рабочим органам и грунтом; 2- Сопротивления перемещению призмы грунта перед рабочими органам (призма волочения); 3- Сопротивления перемещения грунта в ковш (при ковшевом рабочем органе); 4– Сопротивления перемещения грунта по отвалу (при овальном раб органе). По методу Н.Г.Долебровского - В.П. Горячкина сопротивления грунта резанию равно - ,(кН) (1) К1 - удельное сопротивления грунта резанью, кПа (см. табл); b - ширина стружки (размер поперечного сечения грунтового среза); c - толщина стружки. Разберём общую классификацию машины и оборудованию для разборки грунтов. Их классифицируют по назначению: 1 - землеройные 2 - землеройно-транспортные 3 - бурильные 4 - оборудование гидромеханизации По режиму работы: цикличного и непрерывного действия. По степени подвижности: к передвижным самоходным, прицепным стационарным и полустационарным. Землеройные машины для отрывки и перемещения грунта в пределах зоны досягаемости рабочего органа в отвал либо в транспорт( одно-, многоковшовые и роторные экскаваторы). Землеройно-транспортные - для послойной разработки грунта и перемещения его на большее расстояния (бульдозеры, скреперы, грейдеры, грейдеры - элеваторы) Бурильные машины - для бурения скважин, шпуров. Они позиционного действия. Средства гидромеханизации - для разрезки гр. с использованием скоростного напора струи, воды или водяного потока. Машины и оборудования для уплотнения грунтов, для разработки мёрзлых грунтов. Общая классификация одноковшовых экскаваторов (назначение, устройство, рабочие процессы, технологические возможности, производительность, область применения). Прямая и обратная лопата, драглайн, грейфер Сменное рабочее оборудование. (О.Э.) Одноковшовыми экскаваторами называют позиционные землеройные машины цикличного действия, оборудованные ковшовым рабочим органом. Рабочий цикл О.Э. состоит из последовательно выполняемых операций копания грунта, его перемещения в ковше к месту отсыпки, разгрузки ковша с отсыпкой грунта в отвал или транспортное средство и возвращения ковша на позицию начала следующего рабочего цикла. Это называют экскавацией. После отработки элемента забоя экскаватор перемещают на новую позицию. О.Э.классифицируют: 1-по назначению: строительные, строительно-карьерные, карьерные, вскрышные, туннельные, шахтные; 2-по виду рабочего оборудования: прямая и обратная лопата, драглайн, грейфер, планировщик; 3-по исполнению рабочего оборудования: канатные, гидравлические 4-по виду ходовых устройств: пневмоколесные (автомобильные и тракторные базы), гусеничные, шагающие; 5-по возможности вращения поворотной части: полноповоротные и неполноповоротные; 6- по числу установленных двигателей: одно- и многомоторные. О.Э. Могут иметь крановое, сваебойное, трамбовочное и другое сменное оборудование. С одним видом рабочего оборудования – специальные, а укомплектованные сменными видами рабочего оборудования – универсальными. Строительные экспедиторы предназначены для разработки грунта до IV категории без предварительного разрыхления, мерзлые и скальные после их разрыхления. Гидравлические экскаваторы используются в 80% в общем объеме производства. Главным параметром ОЭ является его масса. В зависимости от массы они подразделяются на размерные группы. Размерные группы характеризируются набором основных параметров: 1)- мощность силовой установки; 2)- вместимость ковша; 3)- усилие на его зубьях; 4)- размеры рабочей зоны; 5)- продолжительность рабочего цикла; 6)- скорости передвижения; 7)- частота вращения поворотной платформы; 8)- преодолеваемые уклоны; 9)- удельное давление на грунт; 10)- нагрузка на ось; 11)- габаритные размеры и другие. размерная группа масса унив-х О.Э., т О. Э. свыше до 1 2 3 4 - 6,3 10 18 6,3 10 18 32 5 6 32 50 50 71 Индексы. О. Э. – ЭО-0000: 1цифра – размерная группа; 2цифра – тип ходового устройства(1. гусеничные, 2. гусеничные с увеличенной опорной поверхностью, 3. пневмоколесные, 4. спец шасси автомобильного типа, 5. шасси грузового автомобиля, 6. на базе трактора); 3цифра тип подвески рабочего оборудования (1 и 2 – с гибкой и жесткой подвеской, 3 – телескопическое рабочее оборудование); 4цифра – номер модели экскаватора. Например ЭО-4123: Экскаватор одноковшовой, строительный, универсальный, 4 размерной группы с гусеничным ходовым устройством, с увеличенной опорной поверхностью, жесткой подвеской рабочего оборудования, третьей модели. Буквами далее – очередная модернизация и климатическое исполнение. .Техническая производительность О. Э.: , (2) где q - емкость ковша; - коэффициент наполнения; - коэффициент разрыхления грунта; - продолжительность рабочего цикла; - продолжительность одной передвижки на новую позицию; - число рабочих циклов на одной позиции. Эксплуатационная производительность: , (3) где - продолжительность периода работы экскаватора; - коэффициент использования во времени (при односменной работе Кв=0,2-0,25). Основные рабочие органы гидравлических экскаваторов являются ковш обратной и прямой лопат, погрузчика и грейфера. Сменные рабочие органы: бульдозерные отвалы, однозубые и многозубые рыхлители, гидромолоты, крановые подвески, разные модификации грейферов и захватов, шнековые буры. Экскаватор состоит из базовой части и рабочего оборудования. Базовая часть: состоит из ходовой тележки с нижней рамой, опорно-поворотного устройства, поворотной платформы с насосно-силовой установкой, узлов гидравлической системы привода и кабины машиниста. Рабочее оборудование – обратная лопата включает последовательно соединенные между собой шарнирами стрелу, рукоять и ковш. Оно предназначено для разработки грунтов в основном ниже уровня стоянки экскаватора. Рабочая зона полноповоротного экскаватора – это часть пространства, ограниченного тороидальной поверхностью, радиальное сечение которой, называется осевым продольным профилем рабочей зоны. По нему определяют рабочие размеры: H max – максимальную глубину копания; R kcmax – радиус копания на уровне стоянки экскаватора; H вmax – высоту выгрузки. Рабочее оборудование – прямая лопата – для разработки грунта выше уровня стоянки экскаватора состоит из стрелы, рукояти и ковша. Стрела короче, чем у обратной лопаты. Привод стрелы обеспечивается двумя гидроцилиндрами, а рукояти одним. Относительно рукояти ковши могут быть поворотными и неповоротными. Такой экскаватор разрабатывает грунт движением ковша снизу (от уровня стоянки экскаватора) вверх (до верхнего обреза забоя). Рабочее оборудование – грейфер – используют для отрывки рабочих котлованов, очистки водоемов и каналов, для разгрузки и погрузки сыпучих материалов. Оно состоит из двухчелюстного ковша, установленного на нижнем конце штанги, подвешенной к рукояти обратной лопаты на двух цилиндрических шарнирах, позволяющих ковшу занять отвесное положение. Челюсти раскрываются гидроцилиндрами. Для начала работы ковш с раскрытыми челюстями опускают на захватываемый материал, затем их замыкают. Ковш внедряется в материал и заполняется им. Затем его поднимают рукоятью из выемки С поворотом платформы на разгрузку. Ковш разгружают размыканием челюстей. Для рыхления прочных и мерзлых грунтов экскаваторы комплектуют оборудованием: однозубым рыхлителем, гидромолотом (разрушение скальных пород, взламывание асфальта при ремонте дорог). Драглайном называют рабочее оборудование О. Э. с ковшом, подвешенным к стреле на подъемном канате и перемещаемым при копании грунта тяговым канатом. Строительные драглайны с ковшами 0,3 до 3 куб.м для разгрузки грунта ниже уровня стоянки при отрывке котлованов и траншей, при подводной разработке выемок, погрузки и разгрузки сыпучих и дробленных материалов. Они работают преимущественно с разгрузкой в отвал. Сменные рабочие органы (гидромолоты, гидротрамповки, рыхлители, вилочные захваты, грейферы, клещевые захваты, планировочные отвалы и др.) Экскаваторы – планировщики, неполноповоротные экскаваторы, мини экскаваторы (qк=0,03-0,2куб.м) в стесненных и труднодоступных местах, внутри зданий, при ремонтных работах, микро- экскаваторы (b=1м, qк=0,02куб.м) Классификация экскаваторов непрерывного действия (Э.Н.Д.). Назначение, область применения, устройство, рабочий процесс, технологические возможности и производительность траншейных и цепных экскаваторов Э. Н. Д. – это землеройные машины, непрерывно разрабатывающие грунт с одновременной погрузкой его в транспорт или в отвал. Рабочий орган оборудован несколькими ковшами, скребками, резцами, поочередно отделяющими грунт от массива. Их крепят на едином рабочем органе – роторе или замкнутой цепи. Их классифицируют по: назначению или виду выполняемых работ: а) траншейные; б) карьерные; в) строительно-карьерные; по типу рабочего органа: а) роторные; б) цепные (скребковый, фрезерный); по способу копания: а) продольного; б) поперечного. Роторы применяют для разработки траншей ограниченной глубины (до 3 м). Цепные глубиной до 6м и более. Их применяют для разработки однородных грунтов до IV категории. Крупные каменистые включения снижают ресурс этих машин. Для мерзлых грунтов главный параметр траншейных экскаваторов глубина отрываемой траншеи, масса и мощность двигателя. ЭТР-254 – экскаватор траншейный роторный четвертой модели для разработки траншей глубиной 2,5м. ЭТЦ-165 – экскаватор траншейный цепной пятой модели для разработки траншей глубиной до 1,6м. Траншейный экскаватор состоит из двух частей – тягача и рабочего оборудования, соединенных между собой полуприцепной или навесной схемами. Рабочее оборудование траншейного экскаватора обеспечивает отрыв от массива грунта в траншее проектной глубины и ширины с откосами или без них, полный вынос его из траншеи и отсыпку в бруствер (кавальер) рядом с траншеей. Последнюю операцию выполняет ленточный отвальный конвейер, установленный перпендикулярно продольной оси траншеи в полости ротора (на роторных экскаваторах) или на тягаче (на цепных). Для разработки узких траншей (щелей) применяют бесконвейерные скребковые фрезерные траншейные экскаваторы. Техническая производительность: , (4) где - площадь поперечного сечения; - скорость подачи. Рабочее оборудование траншейного экскаватора состоит из: 1)- рабочего колеса (ротора), установленного на поддерживающих и направляющих роликах рабочей рамы; 2)- закрепленной на раме обечайки; 3)- ножевых откосников; 4)- зачистного щита; 5)- задней опоры; 6)- отвального конвейера. Его техническая производительность: , (5) где q - емкость ковша; z - количество ковшей; n - частота вращения ротора; - 0,8-0,9 – коэффициент наполнения ковшей; - коэффициент разрыхления грунта. Рабочее оборудование цепного траншейного экскаватора состоит из рамы, двух ведущих звездочек или приводного граненого барабана, установленных в верхней части рамы, двух натяжных колес и огибающей их опирающейся на ролики замкнутой длиннозвенной цепи, на которой с определенным шагом закреплены ковши. Техническая производительность: , (6) где - скорость рабочей зоны; t - шаг рабочих органов. Роторные экскаваторы поперечного копания – на вскрышных работах, карьерной добычи строительных материалов, в разработке больших котлованов, для возведения насыпей, дамб, плотин, на складах сыпучих материалов. Цепные экскаваторы поперечного копания – для добычи строительных материалов (глины в карьерах кирпичных заводов). Производительность 45куб.м/ч при глубине карьера до 8,5м. Энергоемкость – 0,39-1,33кВт/куб.м. Классификация землеройно-транспортных машин. Виды рабочих органов (бульдозер, скреперы, автогрейдеры, грейдер-элеватор, кусторезы, корчеватели, рыхлители) Назначение, устройство, рабочий процесс, производительность бульдозеров Землеройно-транспортными (ЗТМ) называют строительные машины, отделяющие грунт от массива тяговым усилием с последующим его перемещением к месту отсыпки собственным ходом. Основные рабочие операции: послойная разработка грунта, его транспортировка, укладка в основание строительного объекта или отвал, планировка земляных поверхностей. В зависимости от вида рабочего органа различают: 1- ковшевые ЗТМ (скреперы); 2- отвальные ЗТМ (бульдозеры, автогрейдеры). Рабочий процесс включает 2 характерных режима: тяговой и транспортный. Бульдозер – это ЗТМ с отвальным рабочим органом. Основное назначение: послойная разработка грунта с последующим его перемещением перед отвалом по поверхности земли на небольшие расстояния (150м). Для: 1- снятия плодородного поверхностного слоя грунта при подготовке строительных площадок; 2- перемещения грунта в зону действия О. Э. при погрузке его в транспорт или отвал; 3- разработки неглубоких каналов; 4- зачистки пологих откосов; 5- при сооружении насыпей из резервов; 6- на планированных работах при зачистке оснований под фундаменты зданий и сооружений, планировке площадей и трасс; 7- устройстве и содержании в исправности подъездных дорог, выездов на насыпи и выезды из выемок; 8- на косогорах; 9- при обратной засыпке траншей и пазух фундаментов; 10- разравнивания грунта в отвалах; 11- штабелирования и перемещения сыпучих материалов; 12- на подготовительных работах ( валка деревьев, среза кустарника, корчевка пней, удаление камней, расчистка от мусора (снега)); 13- на вскрышных работах; 14- в качестве толкачей скреперов. Различают бульдозеры: 1- малогабаритные с силой тягой до 25кН и мощностью до 45кВт; 2- легкие – 25-135кН, 45-120кВт; 3- средние – 135-200кН, 120-150кВт; 4- тяжелые – 200-300кН, 150-225кВт; 5- сверхтяжелые – более 300кН, более 225кВт. Он состоит: 1- базового трактора; 2- навесного рабочего органа (отвала) с ножами, с шарнирами и с 2 толкающими брусьями; 3- гидросистемы управления отвалом. Рабочий цикл (с неповоротным отвалом) бульдозера состоит: 1- копание грунта (образование призмы волочения); 2- транспортирование грунта волоком перед отвалом к месту укладки; 3- разгрузка отвала; 4- возвращение на исходную позицию. Грунт разрабатывают двумя способами: 1- клиновой 2- гребенчатый Потери зависят от вида грунта и дальности транспортировки. Дополнительные устройства к отвалам: лобовые щитки, уширители, открылки – производительность увеличивается в 1,7-1,8 раза. Работы нескольких бульдозеров, провальный выбор трассы транспортировки грунта, траншейный способ, устройство промежуточных валиков, работа под уклон. Техническая производительность: 1. При разработке выемок равна приведенному к плотному состоянию объему грунта, вынутого из выемки за 1 ч. непрерывной работы. (1) , (2) где - объем призмы волочения в конце копания в разрыхленном состоянии, ; - продолжительность цикла, с; - коэффициент разработки грунта; В – ширина; Н – высота отвала, м; - коэффициент пропорциональности (зависит от крутизны откоса в призме и отношения Н/В); Н/В=0,15-0,45- =0,65 (глины, суглинки) =0,35-0,45 (пески, супеси). При движении передним ходом с разворотами в конце: ; (3) При возвратном движении задним ходом: , (4) где , - длины участков копания и транспортирования, м; , , , - скорости рабочего, транспортного, возвратного вперед и назад ходов, км/ч; , - время на повороты и управление машиной за 1 рабочий цикл, с. 2. При возведении насыпей (учитывают потери при транспортировке через края отвала в боковые валики): , где - коэффициент потери грунта (3-6% от текущего объема призмы волочения). 3. На планировочных работах: , ( ) (5) где L – длина планируемого участка, м; B – ширина захвата, м; n – число полос планировки; b – ширина полосы перекрытия между смежными; - суммарная продолжительность планировки, с. , (6) при движении для последующих проходок с разворотами машины; , (7) при холостом заднем ходе (челночная схема); где z – число повторных проходок по одному следу. По челночной схеме работа производительнее, чем с разворотами, но при условии Назначение, область применения, устройство, рабочий процесс, производительность скреперов. Скрепер – это ЗТМ с ковшом для послойной разработки грунта, его транспортирования и отсыпки в земляные сооружения. Ими разрабатывают грунты I и II категории, а III и IV – после рыхления. Не рекомендуется применять для разработки заболоченных, несвязных переувлажненных грунтов, с большими каменистыми включениями. Дальность возки грунта: гусеничные тягочи 100-800м; колесные – 300-3000м. Рабочий цикл – копание (заполнение ковша ( , удельный расход энергии 3,2-6 )), транспортировка грунта к месту укладки, его отсыпка и возврат на исходную позицию. Главные параметры скрепера – вместимость ковша. От него различают: 1- скреперы малой вместимости (до 4 куб. м); 2- скреперы средней вместимости (5-12 куб. м); 3- скреперы большой вместимости (15 и более куб. м). Скрепер состоит из тягача и рабочего оборудования. По способу соединения различают: 1. прицепные; 2. полуприцепные; 3. самоходные. Первые колесные скреперы с конной тягой созданы в 70-е годы XVIIIв. 1970г. Т. Шмайзером. Создан скрепер (5,4 куб. м) с гидроуправляемым ковшом от колес трактора. Массовое применение в России в 20-е годы XX века на Туркестано- Сибирской дороге. После 50-х годов емкость ковша составляет 46 куб. м при мощности тягача 440 кВт. Устройство и принцип работы скрепера. Тягач соединен с рабочим органом сцепляемым устройством в виде 2-х шарниров, что позволяет тягачу поворачиваться и перекашиваться относительно рабочего оборудования. Оно включает ковш (опирается задней частью на колеса, а передняя через тяговую раму опирается на тягач). Ковш ограничен днищем и боковыми стенками. Впереди он закрывается заслонкой гидроцилиндрами, сзади выдвижной стенкой, перемещаемой при разгрузке. Наиболее энергоемкая операция копания грунта. Ковш наполняется грунтом = 6-15 куб.м на длине 9-15 метров при средней толщине стружки 0,09-0,16м (глины) и 0,02-0,35м (пески). Применяют клиновой, гребенчатый и клевковый способы. Предельная крутизна спусков для груженых скреперов – 20-25%, порожних – 25-30%. Меньше для самоходных, больше для прицепных. Техническая производительность скреперов: , (8) где q – геометрическая емкость ковша; К н – коэффициент наполнения (пески – 0,6-0,9; глины – 1-1,1; супеси, суглинки – 1,1- 1,2; черноземы – 1,1-1,25); t ц – продолжительность рабочего цикла; К р – коэффициент разрыхленности. грунта. , (9) где l к , l тг , l р , l тп – длина пути копания, передвижения груженого, разгрузки, передвижение порожнего; Vк, Vтг, Vр, Vтп – скорости передвижения на этих путях; t п – продолжительность одного поворота (средняя 12-15 сек); n – число поворотов за рабочий цикл. , ( длина пути копания) (10) , ( длина пути разгрузки) (11) где В – ширина ковша; С ср – средняя толщина грунтовой стружки; h – толщина слоя отсыпки грунта; Длины lтг. lтп , n определяются в соответствие со схемой передвижения скрепера. , (12) где V – паспортная скорость тягача на первой передаче. . (13) Эксплуатационная производительность: , (14) где - коэффициент использования скрепера во времени ( =0,8-0,9 – при сменной, 0,5-0,65 – месячной, 0,4-0,5 – годовой производительности). Назначение, область применения, устройство, рабочий процесс и производительность автогрейдеров и грейдер- элеваторов. Автогрейдер – это ЗТМ на пневмоколесном ходу с отвальным рабочим органом, предназначенная для послойной разработки грунтов I и II категорий и планировки земляных поверхностей при строительстве и содержании автомобильных и железных дорог, аэродромов, при ПГС, ГТС и ирригационном строительстве. Ими профилируют и планируют поверхности при возведении насыпей высотой до 0,6м, отрывают и очищают кюветы и каналы, сооружают корыта для дорожных оснований, перемешивают и разравнивают грунт, щебень, гравий и вяжущие материалы, разрушают дорожные покрытия при ремонте дорог, расчищают от снега дороги и площади. В зависимости от массы и мощности их разделяют на: 1. легкие (до 9т, 50кВт); 2. средние (до 13т, 75кВт); 3. тяжелые (до 19т,150кВт); 4. особо тяжелые (более 19т, более 150кВт). Бывают 2-х и 3-х основные. Особенности конструкций ходовых устройств – это колесная формула – A*B*C, где A, B, C – число осей соответственно управляемых, ведущих и общее. Наиболее распространен в строительстве 3-х основный автогрейдер с двумя ведущими задними осями и передней осью с управляемыми колесами – 1*2*3. Различают с механической (легкие) и гидромеханической системами привода. Рабочий орган – отвал, находящийся в середине машины между передними и задними колесами на поворотном круге на тяговой раме. Отвал может быть дооборудован специальными приставками (специальные откосники): для одновременной планировки подошвы и откоса насыпи, бровки и откоса выемки, профилирования придорожных канав и т.п. Рабочий процесс включает: копание грунта, его перемещение и укладку с разравниванием в земляном сооружении. Отвал устанавливают режущей кромкой параллельно его поверхности и наклонно 10-15°. Угол резания – 35-45°, угол захвата – 35-50°. Схемы движения: круговые, челночные. Опирание на все 6 колес независимо от рельефа местности. Техническая производительность автогрейдера определяется как для бульдозера: . (15) Грейдер-элеватор – это ЗТМ непрерывного действия. Предназначен для послойной разработки грунта и возведений насыпи высотой до 1,5м для гидромелиоративных сооружений. Они могут быть выполнены навесные, прицепные или полуприцепные, технологические орудия к гусеничным или колесным тягачам и тракторам, и как самоходные ЗТМ. Рабочий орган в виде дискового ножа, полукруглого ножа или системы плоских ножей, а для его перемещения к месту отсыпки – один или два ленточных конвейера с неизменной ориентацией относительно рамы машины или с возможностью поворота в зависимости от направления отсыпки (разгрузки) грунта. Рабочий процесс состоит из последовательных проходов машины по обрабатываемому участку с разворотами на его концах. Эксплуатационная производительность: , (16) где S– площадь поперечного сечения вырезаемой стружки; L – длина захватки; - коэффициент, учитывающий потери грунта (0,85-0,95); - коэффициент использованного рабочего времени; - средняя скорость передвижения машины; - продолжительность разворота в конце захватки. Назначение, область применения, устройство, рабочие процессы и производительность машин для подготовительных работ (кусторезы, корчеватели-собиратели, шар-молоты, клин- молоты, рыхлители, баровые машины). Подготовительные работы включают очистку будущей строительной площадки от леса, кустарника, вывозку древесины, корчевку и уборку пней, удаление валунов, устройство временных дорог и мостов через естественные и искусственные препятствия, понижение УГВ и т.п. Здесь применяют общестроительные, специальные машины. Используют разные сменные рабочие органы, навешиваемые на О.Э. и бульдозеры. Относят сюда и предварительное рыхление прочных и мерзлых грунтов. Кусторезы – это навесное рабочее оборудование на гусеничные тракторы для расчистки площадок от кустарников и мелких деревьев. Корчеватели-собиратели – для корчевки пней диаметром до 50 см, расчистки участков от крупных камней, сваленных деревьев и кустарников, для рыхления плотных грунтов. Рабочее оборудование кустореза состоит из закрепленного на универсальной раме отвала клинообразной формы с гладкими или пилообразными ножами в его нижней части (подъем и опускание – гидроцилиндры). Корчеватель собиратель снабжен отвалом с зубьями в его нижней части. Отвал погружают на грунт, перемещаясь вперед на рабочей скорости одновременно погружают отвал и средние зубья под пень, выдергивая его из земли целиком или частично после нескольких попыток. Сопротивление пней корчеванию составляет от 18-20 до 180-210кН при диаметре от 0,1 до 0,5м.Производительность считают по формуле как для бульдозеров. Мерзлые грунту и рыхлители. От 3 до 7 месяцев зимнего периода грунт промерзает на глубину 1-2,5м. Многолетнемерзлые грунты и грунты сезонного промерзания покрывают более 90% территории России. Для их разработки применяют однозубые рыхлители, гидромолоты, землеройно-фрезерные машины. Для разрушения мерзлых грунтов с промерзанием глубины до 0,5-0,7м применяются специальные снаряды в виде шар-молотов, массой 0,5т и более, и клин-молотов, массой 2- 3т, подвешиваемые на канатах грузовых лебедок гусеничных кранов и экскаваторов. Их поднимают на высоту 6-8м и сбрасывают на грунт. Этот способ наиболее прост, но мало производителен (4-10куб. м/ч). Больше применяют навесные рыхлители и щеленарезные машины. Различают рыхлители основные и вспомогательные. Это навесное оборудование на тракторы. Его оборудуют одним или несколькими стойками – зубьями, устанавливаемыми на поперечной балке жестко или шарнирно. Техническая производительность рыхлителя: (17) где В – средняя ширина полосы рыхления за один проход многозубого рыхлителя; - эффективная глубина рыхления; L – длина пути рыхления; - продолжительность 1 цикла. Из щеленарезных машин наибольшее распространение в строительстве получили баровые машины. Рабочее оборудование состоит из одного или двух цепных баров врубовых машин. В рабочее положение и обратно бары переводятся гидроцилиндрами. Баровые цепи, оснащенные резцами, прорезают в грунте щели шириной 0,14м, глубиной до 2 м. Оконтуренные с двух сторон прорезанными щелями полосы грунта разрабатывают потом экскаваторами. Скорость движения баровых машин при глубине промерзания до 1м – около 60м/ч. Бурильные машины Назначение, область применения и классификация бурильных машин. Общие схемы устройства и принципа работы бурильных машин (БМ) Бурение – это процесс разрушения грунта с образованием в грунтовом массиве цилиндрических полостей с выносом из них продуктов разрушения на поверхность. При диаметре до 75мм и глубине до 9 м полости называют шпурами, при больших размерах – скважинами. В строительстве бурение производят для инженерно-геологических изысканий, при разработке грунта взрывом, при водоснабжении и водопонижении, для установки столбов, дорожных знаков, надолб, устройства буронабивных свай, анкеров (опоры ЛЭП) и т.п. Различают механические и физические способы бурения. У многих машин реализованы механические способы с вращательно-поступательным, ударно-вращательным и ударным движениями рабочего инструмента. Рабочие органы: 1- лопастные, шнековые и ковшовые буры; 2- буры-расширители; 3- трехшарошечные и ударные долота. Лопастной бур состоит из трубчатого остова с 2-мя копающими лопастями в виде двухзаходного винта, забурника и заслонок. Забурник направляет и удерживает бур на оси бурения. Заслонки не дают просыпаться грунту при его извлечение из скважины. Бур крепят к концу граненой штанги. Для прочности лопасти и забурник оснащают резцами из твердосплавных пластин. У шнекового бура остов длиннее, чем у лопастного . К нему приварена спираль из полосовой стали, образующая шнек. В нижней части остова закреплены копающие лопасти и забурник. Применяют также ковшовой бур, бур-расширитель, шарошочное долото, зубильное долото, крестовая, ударная штанга, желонка (буровой инструмент – другие виды долов и элементов буровых рабочих органов). Грунт удаляют из скважины специальными инструментами, промывкой водой, продувкой (насосные и компрессорные станции). Необходимо много воды. Пыльно, грязно и вредно. К физическим способам бурения относятся термический, ультразвуковой, электрогидравлический, высокочастотный и гидравлический. Бурильные машины с вращательно поступательным движением бурового инструмента изготавливают на базе грузовых автомобилей, гусеничных и пневмоколесных тракторов. Буровое оборудование монтируют в качестве сменного рабочего оборудования на одноковшовых эксковаторах, на малогабаритных погрузчиках и других машинах. Главный параметр Б. М. – глубину бурения (h,м) различают на: 1-легкие Б. М. до 5 м; 2- средние – до 20м; 3-тяжелые Б. М. с глубиной бурения более 20м. Рабочее оборудование Б. М. состоит из: 1-базового автомобиля; 2-полой бурильной штанги с гидроцилиндром внутри; 3-вращателя через механическую трансмиссию от двигателя; 4-граненой штанги; 5-рабочего инструмента – лопастного (шнекового) бура сзади; 6-выносной опоры. Для бурения скважины Б. М., устанавливают на выносные опоры, опускают бур на поверхность земли и включением вращателя с одновременным напором гидроцилиндра производят бурение. По мере заглубления бура в грунт и накопления его на лопастях, бур извлекают из скважины и на повышенной скорости, вращения, освобождают бур от продуктов разрушения. После чего бур снова опускают в скважину и продолжают процесс до требуемой глубины. О шпурах. Рабочим органом Б. М. для бурения шпуров при разработке прочных грунтов взрывом служат одна или две буровые штанги с резцами или шарошечными долотами на конце. Это одно или двухшпиндельные буровые машины. Состоит из: 1-ректоров вращения; 2-приводные гидродвигатели; 3-подвижная каретка; 4-рамы и ее направляющие; 5-центральный гидроцилиндр; 6-выносные опоры. Горизонтальные скважины под шоссейными и железными дорогами для прокладки в них трубопроводов, подземных кабельных линий связи и электроснабжения бурят из открытого перед насыпью приямка – траншеи. Скважины обсаживают обсадными трубами. Длина скважины – 60м, диаметр до 1720мм – скорость проходки скважины 1,4м/ч; диаметр до 630мм – скорость проходки скважины 15 м/ч. Усилия подачи от 480 до 7200 кН. Ударно-вращательное бурение. Грунт здесь разрушается в скважине последовательными ударами инструмента с одновременным его вращением. Станки оборудованы погружными пневмоударниками. Применяют их для бурения скважин диаметром 150мм и глубиной 80м. Назначение, устройство, рабочие процессы, классификация, производительность машин и оборудования для уплотнения грунтов Уплотнение грунта – процесс его необратимого деформирования путем внешнего силового воздействия. Масса грунта уменьшается в объеме за счет удаления из его пор свободной воды и воздуха, а его плотность повышается. Степень уплотнения грунта оценивают коэффициентом уплотнения, равному отношению фактической плотности к ее максимальному стандартному значению (определенному прибором). В зависимости от ответственности сооружения К упл назначают от 0,9 до1. Все процессы уплотнения грунтов в строительстве полностью механизированы. Их выполняют с помощью машин и оборудования. Его классифицируют по: 1- характеру силового воздействия на грунт; 2- способу перемещения рабочего органа относительно уплотненной зоны грунта. По первому признаку различают машины: 1-статического действия (укатка); 2- динамического действия (трамбование и вибротрамбование); 3-комбинированного действия. По второму признаку: самоходные, прицепные и полуприцепные орудия, перемещаемые тягачем; машины с навесными рабочими органами; оборудование, перемещаемое за счет импульсивных реактивных сил в результате наклонного силового воздействия на грунт (виброплиты). Рекомендуется 2-х стадийное уплотнение. Предварительное – легкой машиной и окончательное – тяжелой. Общее число проходов или ударов по 1 месту может быть уменьшено на 25% с сокращением стоимости работ до 30%. Для уплотнения грунта укаткой применяют: 1-прицепные; 2-полуприцепные; 3- самоходные катки с гладкими, кулачковыми, решетчатыми вальцами, пневмокатки. Рис.9.1. Прицепной каток с металлическими вальцами: 1-пустотелый валец цилиндрической формы; 2-рамы; 3-дышла; 4-сцепное устройство; 5-торцевые щипы (валец соединен с рамой через подшипники на торцевых щипах); 6-люк с балластом (песком) для массы; 7-скребок для очистки вальца от налипшего грунта. Вальцы бывают гладкими или с кулачками в шахматном порядке. Для укатки грунта на больших площадях используют сцепы из двух-пяти и более катков, объединенных траверсами: Рис.9.2. Сцепы катков с трактором - тягочом Гладкие катки уплотняют грунты слоями 0,15-0,2м. Скорости проходки 1,5-2,5км/ч на первом и двух последних проходах, 8-10км/ч на промежуточных. Кулачковые катки эффективны только для уплотнения рыхлых связных грунтов. Решетчатые катки – для колековатых переувлажненных связных грунтов, разрыхленных мерзлых и скальных крупнообломочных. Прицепной пневмоколесный каток состоит из: 1- рамы с дышлом и сцепным устройством, соединенных с тягачом; 2- четырех и пяти пневматических колес, соединенных с рамой одной осью или через балансиры; 3- балластных ящиков. Их применяют для уплотнения грунтов, а так же гравийных и щебеночных оснований, черных смесей асфальтобетона. 5-10 проходов при V=11-15 км/ч. Автомобильные шины – малосвязные и среднесвязные грунты, авиационные шины – для тяжелых суглинков и глин высокой связности. Полуприцепные катки массой 15±3;30±6; 45±9тонн. Самоходные пневмоколесные катки: 1-легкие (10-15т); 2-средние (20-30т); 3-тяжелые (40-50т). Разберем группу грунтоуплотняющих машин и оборудования динамического действия. Это трамбовочные, вибротрамбовочные машины, виброплиты и виброкатки. Трамбующие рабочие органы: чугунные, ж/б плиты (круглые, квадратные) навешивают на другие одноковшовые эксковаторы и другие машины. Масса 1,5-0,8т, опорная поверхность – 1 м 2 , высота подъема – 1,2-2м; сбрасывают 3-6 ударов, глубина уплотнения – 0,8-1,5м. Продолжительность рабочего цикла 12-20 секунд. Невысокая производительность. Ограничено применяется в труднодоступных местах. Самоходные трамбовочные машины на базе трактора. 2 чугунные плиты массой 1,3т каждая. За 3-6 ударов по 1 месту уплотнение на глубину 1,2м при V=160-320м/ч. Виброплиты – для несвязных и слабо связных грунтов на ограниченных поверхностях. Рис.9.3. Одномассная (а), двухмассная (б) виброплиты. Грунт уплотняют плитой-поддоном 1, которому сообщаются колебания от двухбалластного вибратора 2. Его устанавливают на поддон, а двигатель 5 на поддоне, или на специальном подрамнике 4; опирающемся на поддон через пружины (резиновые амортизаторы) 3. Первую схему называют одномассной (а), вторую – двухмассной (б). Производительность 300-900 м 3 /ч, массой 0,15-1,4т на глубине 0,3-1м. Ударно-вибрационный способ. Вибротрамбовочное оборудование на базе гусеничного трактора. Вибрационные катки с гладкими решетчатыми вальцами, внутри которых вмонтирован вибратор направленных колебаний для уплотнения малосвязных грунтов. Эффективность вибрационного воздействия снижается с увеличением содержания в грунте глинистых частиц. Производительность: а) грунтоуплотняющих машин и оборудования непрерывного действия: , (1) где В – ширина полосы уплотнения (катка, сцепа, виброплиты, трамбовочной машины); b – ширина перекрытия смежных полос (0,1-0,15м); h – толщина слоя уплотнения (в характеристике оборудования); – скорость движения; z – необходимое число проходов по 1 месту (от вида грунта). б) для трамбующей плиты: , (2) где n – число ударов плиты за 1 мин.; a – размер опорной поверхности плиты (сторона квадрата, диаметр); z – необходимое число ударов плиты по одному и тому же месту. Технические средства гидромеханизации (состав оборудования, устройство и принцип работы гидромониторов, землесосов, земснарядов) Гидромеханизация – это способ механизации земляных работ, при котором все технологические процессы выполняются за счет энергии потока воды. Этим способом возводят плотины, дамбы, насыпи, разрабатывают котлованы, каналы, углубляют водоемы, добывают и транспортируют песчано-гравийные материалы. В оборудовании используют устройства для разрушения грунтов: 1. струей воды; 2. механическим путем с последующим транспортированием и укладкой продуктов разрушения в потоке воды в сооружение. Рис.9.4. Схема разработки грунта гидромонитором: 1-гидромонитор; 2-забой; 3-ЗУМПФ; 4-землесос; 5-пульповод; 6-дамба обвалования; 7-пульпа; 8-тело сооружения или штабель песка, гравия, песчано-гравийной смеси. Струя воды под давлением направляется на забой гидромонитором. Размытый грунт вместе с отработавшей водой (пульпа) стекает в специальное углубление (ЗУМПФ), откуда грунтовым насосом (землесос) нагнетается в трубопровод (пульповод) и перемещается по нему к месту укладки. После дренажа воды с зоны, ограниченной дамбой обвалования, грунт образует тело сооружения или штабель песка и т.д. Плотные подводные грунты разрабатывают механическим способом – рыхлителями. Агрегат, включающий понтон, плавучие установки, грунтовый насос и грунтозаборное устройство, называемое землесосным снарядом (землеснарядом). Энергоемкость = 2- 5кВтч/м 3 . Этот способ эффективен при больших объемах земляных работ при большом количестве воды вблизи водоемов, с береговых урезов и со дна водоемов. Используют также гидроэлеваторы (струйные насосы) – аппараты для перекачивания пульпы за счет энергии водяной струи, подаваемой внешним водяным насосом. Недостаток – низкий КПД, расстояние только 25-35м. Производительность гидромонитора по воде определяют через расход: , (3) где =0,9-0,93 – коэффициент расхода; - площадь поперечного сечения насадки; g – ускорение свободного падения; H – напор воды у насадки; Производительность землеснаряда по пульпе определяют по подаче грунтового насоса. Производительность по грунту: , (4) где - подача грунтового насоса по объему пульпы; К – средний коэфф , (5) где С – консистенция пульпы, С≈0,1…0,12 К=0,1 – гравийно-галечные грунты, К=0,25 – песчаные грунты. Основные параметры земснаряда: 1- производительность по грунту; 2- дальность транспортирования пульпы; 3- максимальная глубина забора пульпы; 4- размеры корпуса судна (плавучей установки); 5- его водоизмещение и осадка; 6- ширина полосы разработки грунта; 7- общая потребляемая мощность; 8- тяговое усилие; 9- скорости папильонирования (перемещения). Физический смысл папильонирования заключается в том, что в процессе разработки грунта землеснарядом нижний конец грунтозаборного устройства непрерывно перемещается по дну водоема, оставляя после себя выработку в виде узкой полосы. Пример: Индекс землеснаряда 500-60: - производительность по грунту 500 м 3 /ч -производительность по пульпе 5000 м 3 /ч при давлении до 0,6Мпа. |