Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами

Основные способы разработки грунта и применяемые механизмы

Грунты можно разрабатывать механическим, гидромеханиче­ским и взрывным способами. Основным способом является меха­нический.

Механический способ разработки заключается в отделении грунта от массива резанием с помощью землеройных машин (эк­скаваторов) или землеройно-транспортных машин (бульдозеров, скреперов, грейдеров).

Гидромеханический способ основан на размывании грун­та водяной струей гидромонитора или всасывании разжиженного грунта земснарядом.

Взрывным способом в основном разрабатывают грунты, находящиеся за городом. Для этого в земляном массиве бурят сква­жины, в которые закладываются взрывчатые вещества (ВВ).

Основные процессы механической разработки грунта — рых­ление, разработка, транспортирование, отсыпка, разравнивание, уплотнение, планирование откосов и площадей.

Механизмы для разработки грунта приведены в прил. 1.

Общие положения.Примерно 97 % всех работ при устройстве земляных сооружений комплексно механизированы, т. е. при вы­полнении процесса полностью исключается ручной труд. На рис. 5.11 приведены схемы комплексной механизации работ при отсыпке тела земляной плотины. Грунт разрабатывается в карь­ере экскаватором с погрузкой в автосамосвалы (рис. 5.11, а), транспортируется на расстояние L, разгружается после подъе­ма кузова, разравнивается бульдозерами и уплотняется катка­ми (рис. 5.11, б, в).

В промышленном и гражданском строительстве наиболее рас­пространены следующие машины для земляных работ: землерой­ные (экскаваторы); землеройно-транспортные (бульдозеры, скре­перы, грейдеры); рыхлительные (бульдозеры-рыхлители, дизель - молоты); транспортирующие (автосамосвалы); грунтоуплотняющие (катки, вибрационные трамбующие плиты и пр.); специальные машины (буровые установки, копры и т.д.). Наибольший объем земляных работ в строительстве (45 %) вы­полняется одноковшовыми экскаваторами: на пневмоколесном ходу (вместимость стандартного ковша 0,15... 0,65 м³), на гусе­ничном ходу (вместимость стандартного ковша 0,25... 2,5, реже до 4 м³). Кроме стандартных ковшей при разработке легких грунтов могут устанавливаться ковши повышенной вместимости.

Рис. 5.11. Схемы комплексной механизации земляных работ: а— разработка и транспортирование; б — разгрузка и разравнивание; в — уплотнение

Индекс (марка) отечественного экскаватора, выпущенного до 1968 г., означает вместимость стандартного ковша, например, Э-652А — экскаватор с ковшом вместимостью 0,65 м³, модель 2, первая модернизация. В индексе современного экскаватора содер­жатся сведения о его основных характеристиках (рис. 5.12). Напри­мер, ЭО-3322 AT — экскаватор одноковшовый, универсальный, третьей размерной группы, на пневмоколесном ходу, с жесткой подвеской оборудования, модель 2, прошедшая первую модер­низацию в тропическом исполнении.

С канат­ной под­веской	С жест­кой под­веской	Теле­скопи­ческое	Резерв
Исполнение рабочего оборудования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вместимость ковша, м3 (отклонение 5 %)	0,15		Размерная группа
0,25
0,4
0,65
1,0
1,6
2,5
4,0

 

Ходовое устройство
Г	ГУ	П	СШ	А	ТР	Пр	Пл	Ре­зерв

Рис. 5.12. Схема маркировки одноковшовых универсальных экскаваторов: ЭО — экскаватор одноковшовый универсальный; С — северное исполнение; Т — тропическое исполнение; ТВ — тропическое влажное исполнение; Г — гусеничное ходовое устройство с минимально допускаемой поверхностью гусениц; ГУ — гусе­ничное ходовое устройство с увеличенной поверхностью гусениц; П — пневмоколесное ходовое устройство; СШ — специальное шасси автомобильного типа; А — шасси грузового автомобиля; Тр — трактор; Пр — прицепное ходовое устройство; Пл — плавучее ходовое устройство

 

Экскаваторы устаревших моделей типа Э, как правило, выпус­кались с гибкой подвеской и канатным управлением. Современ­ные экскаваторы типа ЭО выпускаются с жесткой подвеской и гидравлическим управлением.

Основным экскаваторным оборудованием является ковш об­ратной лопаты. К другим видам сменного оборудования относятся прямая лопата, грейфер, драглайн, планировочный и погрузоч­ный ковши.

Рабочую зону экскаватора, включая место стоянки транспорт­ных средств, называют забоем, перемещение экскаватора при раз­работке грунта — проходкой. Значение перемещения экскаватора при смене смежного места стоянки называется длиной передвижки. Забои бывают лобовыми (при применении обратной лопаты — торцевыми) и боковыми, проходки — продольными и попереч­ными. В зависимости от количества проходок по высоте выемки различают одно-, двух- и трехъярусную разработку грунта.

Рабочий цикл экскаватора имеет пять основных операций: на­бор грунта, перемещение ковша, разгрузка ковша в отвал или транспортное средство, обратный поворот для набора грунта, опускание ковша для последующего набора грунта. Для уменьше­ния времени цикла экскаваторщики при погрузке грунта в транс­портное средство обычно совмещают четвертую и пятую опера­ции, при отсыпке грунта в отвал — вторую и третью.

Производительность экскаватора и других землеройных и землеройно-транспортных машин

,

где Т, Т_ц — соответственно время работы машины, время цикла экскавации; q — геометрическая вместимость ковша (земляной призмы); К_н, К_р, К_в — соответственно коэффициенты наполне­ния ковша, разрыхления грунта, использования времени в тече­ние смены.

 

Производительность можно повысить в результате следующих мероприятий:

сокращения цикла экскавации (Т_ц), совмещая рабочие опера­ции, уменьшая угол поворота стрелы при разгрузке, разрыхляя грунт в период перерывов в подаче транспорта и т.д.;

увеличения объема грунта, разрабатываемого за один цикл (q, К_H), в случае применения ковшей повышенной вместимости, бо­лее полного их заполнения («с шапкой») и т.д.;

увеличения коэффициента К_В в процессе сокращения про­стоев (своевременное проведение профилактических работ, представление фронта работ, подвозка горюче-смазочных ма­териалов и пр.).

Подбор экскаватора и транспортных средств.Экскаватор можно подобрать по объему работ, заданным срокам выполнения работ или требуемым характеристикам машин. При учете объема работ можно руководствоваться данными, приведенными ниже.

 

Объем работ До 1500 5000 15 000 Свыше

Q, м³ 1500 5000 15 000 20 000 20 000

Вместимость

ковша q, м³ 0,15...0,35 0,35...0,5 0,5...1 1... 1,5 1,5...2,5

Длина
передвижки
L_п, м.......... 1... 1,25 1,25...1,5 1,5...1,75 1,75...2 2...2,5

При заданном сроке выполнения работ подбирают машину, способную выполнить работу в срок, по производительности

П_т > Q/T,

где Q — объем работ; Т — заданный срок.

При подборе экскаватора по требуемым техническим характе­ристикам учитывают основные параметры машины (рис. 5.13) и условия работы.

Работа при максимальных вылетах стрелы (R_max) приводит к быстрому износу машины, поэтому принимаются оптимальные ра­бочие параметры (R₀), составляющие 90 % показанных на рис. 5.13 максимальных значений:

,

При работе экскаватора с погрузкой грунта в транспортные средства число требующихся самосвалов:

N=[T_n + 2L/V_cp+T_p+T_u]/T_n,

где Т_п, Т_р, Т_м — продолжительность соответственно погрузки, раз­грузки, маневров самосвала; L — расстояние перевозки; V_cp — средняя скорость движения автомашины (в городе V— 25 км/ч).

Рис. 5.13. Диаграмма основных технических параметров одноковшового экскаватора: А — максимальный радиус резания; В — максимальный радиус копания; С — наибольшая глубина копания; D — максимальная высота копания; Е — наиболь­шая высота разгрузки; F — наибольшая глубина резания; G — минимальный радиус разгрузки; К — радиус разгрузки при высоте Е

Продолжительность погрузки

Т_п = Н_вр nυ _факт/100,

где Н_вр ^— норма времени на разработку грунта с погрузкой его в транспортные средства (ЕНиР Е2-1); п — количество ковшей, за­груженных ^в самосвал; υ_факт — объем грунта в ковше.

,

где Q_с , Q_факт^— соответственно грузоподъемность самосвала и масса грунта в ковше экскаватора.

 

Параметр

где y — плотность грунта; q — геометрический объем ковша; К_н — коэффициент наполнения ковша разрыхленным грунтом, прини­мается равным от 1 до 1,2; К_р — коэффициент разрыхления грун­та (см. табл. 5.3).

Экскаватор с прямой лопатой (рис. 5.14, а) в основ­ном используется при разработке выемок в сухих и маловлажных грунтах, что связано с необходимостью съезда на дно выемки. Применяют продольные лобовые (рис. 5.14, б—г) или боковую (рис. 5.14, д) проходки с погрузкой грунта в транспортное сред­ство, которое обычно размещают непосредственно в забое. Для выезда и въезда транспорта устраивают наклонные пандусы с уклоном 10... 15°.

Рис. 5.14. Схемы разработки выемок экскаватором «прямая лопата»:

а — общий вид; б, в, г — лобовые проходки: соответственно узкая, нормальной ширины, уширенная; д — боковая проходка

Нормальная ширина лобовой проходки (см. рис. 5.14, в)

,

где R₀ — оптимальный радиус резания; L_n — длина передвижки, т. е. расстояние, на которое передвигается экскаватор после разра­ботки грунта с предыдущей стоянки.

Наряду с проходками нормальной ширины [(1,5... 1,9)R₀] из-за условий работы могут применяться узкие проходки (до 1,5 R₀) и уширенные проходки [(2... 2,5) R₀]. В зависимости от ширины про­ходки лобовые забои подразделяются на узкие, нормальные и уши­ренные. Из-за большого угла поворота стрелы производительность экскаватора, работающего в узком забое, бывает ниже, чем при работе в нормальных и уширенных забоях.

При боковой проходке (см. рис. 5.14, д) транспорт подается под погрузку сбоку выработки, что уменьшает угол поворота стрелы экскаватора и способствует повышению его производительности.

Экскаваторы, оборудованные обратной лопатой, разрабатывают выемки торцевыми (лобовыми) и боковыми про ходками (рис. 5.15), располагаясь выше дна забоя, что позволяет использовать их при разработке увлажненных и мокрых грунтов, с погрузкой в транспортное средство или в отвал.

Рис. 5.15. Варианты проходки экскаватора с рабочим оборудованием «обрат­ная лопата»: а — торцевая (лобовая); б — уширенная лобовая; в — поперечно-торцевая; г — боковая; д — торцевая с разгрузкой грунта в транспорт и в отвал; 1 — автосамосвал; 2 — экскаватор

 

Транспорт может подаваться по дну выемки или поверху с одной или двух сторон. Глубина забоя определяется длиной ру­кояти экскаватора. Ширина торцевой проходки при двухсторон­ней погрузке самосвалов (1,6... 1,7)R₀, при односторонней — (1,2... 1,5)R₀.При работе в отвал ширина проходки бывает мень­ше — (0,5...0,8)Ro. При боковой проходке автотранспорт под по­грузку может подаваться по верху или по дну котлована, с правой или левой стороны (рис. 5.16).

Экскаваторы с грейферным ковшом применяют при разработке узких или глубоких выемок (траншей, колодцев) в мяг­ких и сыпучих грунтах, в том числе при высоком уровне грунтовых вод. Ковш может быть установлен на рукояти или подвешен ил решетчатой стреле, грунт набирается с использованием гид­равлического привода или врезания в грунт тяжелого ковша (рис. 5.17, а, б). Гидравлическая система привода позволяет раз­рабатывать плотные грунты легкими ковшами, что дает возмож­ность за один цикл экскавации набирать в ковш больше грунта. Производительность экскаваторов с таким оборудованием значи­тельно повышается. При отрывке небольших в плане, глубоких выемок экскаватор, оборудованный грейферным ковшом, рабо­тает без перемещений. При отрывке траншей он перемещается вдоль траншеи, поэтому подъезд транспорта может осуществлять­ся с любой свободной стороны.

Рис. 5.16. Схемы разработки фунта экскаватором, оборудованным ковшом

«обратная лопата»: а, б — с жесткой и гибкой подвеской; в — разработка грунта в материковом залега­нии с установкой транспорта выше и ниже стоянки экскаватора; г — разработка предварительно разрыхленного грунта; д, е — варианты подъезда автомашин

Рис. 5.17. Схемы разработки грунта экскаваторами, оборудованными ковшами «грейфер» и «драглайн»:

а, б — при установке грейфера на рукояти и решетчатой стреле; в, г — работа с ковшом «драглайн»; / — положение ковша при наборе грунта; // — то же, при подъеме и разгрузке

Драглайн (рис. 5.17, в, г) применяют при разработке грунта ниже уровня стоянки экскаватора, без съезда на дно выемки, по­этому наличие грунтовых вод не влияет на работу машины.

Драглайн используют для рытья сравнительно больших котло­ванов и траншей, а также для отсыпки насыпей, в частности на строительстве каналов, автомобильных и железных дорог.

При применении драглайна выемку грунта можно осуществ­лять лобовыми или боковыми проходками. Поскольку ковш под­вешен на канате, то при загрузке он раскачивается и забрасывает­ся на расстояние радиус забоя R₃, превышающее длину стрелы; часто используют челночные способы работы (рис. 5.18, а, б).

При поперечно-челночном способе самосвал загружается попеременным черпанием ковша с обеих сторон кузова. При про­дольно-челночном грунт набирается перед задним бортом кузова самосвала. Угол поворота стрелы экскаватора при погрузке по продольно-челночной схеме приближается к 0, а при поперечно-челночной — к 15...20°. Во время разгрузки движение ковша не прекращается, благодаря чему продолжительность цикла экска­вации снижается на 20... 26 %.

Рис. 5.18. Разработка грунта способами: а — поперечно-челночным; б — продольно-челночным; в — «на себя»; 1 — подъем ковша; 2 — опускание ковша при наборе грунта; 3 — разгрузка ковша; 4 — автосамосвал

 

Экскаваторы с телескопической стрелой (рис. 5.18, в) работают так же, как экскаваторы, оборудованные обратной ло­патой. Однако кроме обычных экскавационных работ с помощью этого оборудования можно выполнять зачистные и планировоч­ные работы, что является преимуществом при разработке мелких рассредоточенных земляных сооружений. Для увеличения скорос­ти передвижения с объекта на объект существуют экскаваторы на пневмоходу. Механизм втягивания стрелы у них приспособлен для копания грунта, планировки и зачистки поверхностей, погрузки сыпучих материалов и штучных грузов.

 

Рис. 5.19. Схемы разработки грунта одноковшовыми погрузчиками: а — на пневмоходу; б — на гусеничном ходу; в, г, д — соответственно поворот­ная, челночная и совмещенная схемы разработки грунта

 

Погрузчики на гусеничном и пневмоколесном ходу (рис. 5.19), как и прямая лопата, работают выше уровня сто­янки машины движением ковша от себя. Вместимость ковша по­грузчика в 1,5... 2 раза больше вместимости ковша прямой лопаты, что позволяет существенно повысить производительность экскава­тора. Движение режущей кромки отвала по прямолинейной гори­зонтальной траектории позволяет планировать площадку, на кото­рой работает машина. Благодаря возможности перемещения грун­та на небольшие расстояния работа одноковшовых погрузчиков бывает особо эффективной в стесненных условиях. Ковш напол­няется ступенчатым, экскавационным, раздельным и совмещен­ным способами (см. рис. 5.19, I—IVсоответственно).