Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами. Расчет проходок экскаваторов с различным рабочим оборудованием
Большинство одноковшовых строительных экскаваторов - это универсальные машины, которые могут быть оснащены различными видами сменного рабочего оборудования. В зависимости от вида привода рабочего органа экскаваторы различают на канатные и гидравлические. В настоящее время наиболее часто используют гидравлические экскаваторы.
Использование сменного рабочего оборудования дает возможность механизировать такие процессы, как: зачистка дна выемок; дробление и удаление негабаритов и валунов; отделка поверхности откосов земляного сооружения, дна выемок; послойное уплотнение грунта в стесненных условиях, при устройстве обратных засыпок; рыхление мерзлого и трудноразрабатываемого грунта.
Строительные экскаваторы выпускают на гусеничном и пневмоколесном ходу. Наиболее распространенными видами рабочего оборудования являются прямая, обратная лопаты, драглайн и грейфер.
Способы разработки грунта одноковшовыми экскаваторами определяют в основном видом применяемого на них сменного рабочего оборудования. Выбор способа зависит от размеров и объемов земляных сооружений, свойств грунта, наличия грунтовых вод, вечной мерзлоты и др.
При разработке широких котлованов с погрузкой грунта в транспортные средства (например, при строительстве отстойников, фильтров, резервуаров, аэротенков и т.п.) чаще применяют экскаваторы, оборудованные прямой лопатой. Обратную лопату используют для разработки траншей, небольших котлованов с погрузкой грунта в транспортные средства или в отвал. Драглайн применяют для разработки котлованов, траншей и каналов, устройства насыпей из грунта резерва, а грейфер - для разработки глубоких котлованов с вертикальными стенками или подачи грунта при засыпке пазух.
Пространство, в котором размещается экскаватор и производится выемка грунта, называют забоем. Его форма и размеры зависят от рабочих параметров экскаватора и принятой схемы разработки грунта (рис. 4.16).
Экскаватор с прямой лопатой перемещается по дну выемки, копает «от себя» снизу вверх с погрузкой разрабатываемого грунта на транспортные средства. Наиболее часто применяют экскаваторы с ковшами вместимостью 0,4 ... 2,5 м3. Вместимость ковша выбирают в зависимости от объемов работ, глубины котлована и характеристик грунта. Для наиболее полного заполнения ковша высота забоя должна быть не меньше трехкратной высоты ковша. Экскаваторы с прямой лопатой наиболее эффективно работают в сухих забоях, а в мокрых (при высоком уровне грунтовых вод) надо применять водоотвод или водопонижение. Выемку, образованную одним ходом экскаватора, называют проходкой. По характеру разработки грунта проходки могут быть лобовыми (торцовыми) и боковыми. При лобовой проходке экскаватор движется по оси выемки и разрабатывает грунт впереди себя и по обе стороны от оси, а при боковой с одной стороны по ходу движения. Характер проходки зависит от глубины и ширины котлована и условий его разработки. Лобовыми проходками разрабатывают выемки на крутых склонах или когда глубина выемки не позволяет загружать транспортные средства, расположенные на берме выемки.
Неширокие котлованы (шириной до 1,5R) разрабатывают лобовой проходкой с односторонней погрузкой в транспортные средства (рис. 4.16, а), при ширине котлована от 1,5R до 1,9R разработку ведут лобовой проходкой с двухсторонней подачей транспортных средств (рис. 4.16, б). Наибольшая ширина лобовой проходки поверху для экскаватора с прямой лопатой при движении его по прямой определяется по формуле
(4.34)
где R0 - оптимальный радиус резания экскаватора, принимается равным от 0,8 до 0,9 максимального радиуса резания, м; lп - длина рабочей передвижки экскаватора, принимается 0,75 длины рукояти экскаватора, м.
Котлованы шириной от 1,9R до 2,5R разрабатывают уширенной лобовой проходкой с передвижкой экскаватора по зигзагу (рис.4.16, в), а до 3R - с передвижкой его поперек котлована (рис. 4.16, г), т.е. поперечно-торцовой проходкой. Широкие котлованы (более 3,5R) разрабатывают вначале лобовой, затем боковыми проходками. Наибольшая ширина проходки при этом равна:
для зигзагообразной
(4.35)
для поперечно-торцовой
(4.36)
для боковой
(4.37)
Рис. 4.16 – Схемы проходок одноковшового экскаватора
а - д – с прямой лопатой, е - м – с обратной лопатой, л – при траншеи, м – работа экскаватора-драглайн
где Rc - радиус резания на уровне стоянки; n -количество поперечных передвижек экскаватора; m - коэффициент откоса; Н - высота забоя.
При глубине выемки, превышающей оптимальную высоту забоя, грунт разрабатывают по ярусам (уступам) в последовательности, определяемой профилем выемки.
Разработку грунта экскаваторами с обратной лопатой осуществляют торцовыми или боковыми проходами с перемещением экскаватора по верху забоя «на себя» с копанием грунта ниже уровня его стоянки (см. рис.4.16, е - к). Последняя особенность важна в тех случаях, когда грунты увлажненные или мокрые. Возможно также вести разработку грунта из под воды. При этом в зависимости от ширины котлованов разработку грунта осуществляют с прямолинейной, зигзагообразной лобовой, поперечно-торцевой и боковой проходкой.
Ширина лобовой проходки по верху при односторонней выгрузке грунта составляет:
(4.38)
где Rmax - наибольший радиус резания, м;
ln - длина рабочей передвижки экскаватора, м; для экскаватора-драглайна принимается равным 1/5 вылета стрелы;
RТ - наибольший радиус выгрузки грунта в транспорт;
bk - ширина транспортных средств или отвала грунта.
При двухсторонней выгрузке грунта, м:
(4.39)
Ширина проходки понизу, м:
(4.40)
где m - коэффициент откоса;
Н - высота забоя, м.
Ширина лобовой уширенной зигзагообразной проходки, при 1,7R≤ В ≤3R определяется по формуле:
(4.41)
Ширина лобовой уширенной поперечной проходки, при 3R≤ В ≤3,5R определяется по формуле:
(4.42)
При В ≥ 3.5 - после первой лобовой проходки продолжают дальше разрабатывать одной или несколькими боковыми проходками. Ширина каждой боковой проходки равна, м:
(4.43)
где Rn—радиус резания по дну котлована.
Разработанный грунт обычно отсыпают в отвал на бровку и частично (излишки, ненужные для обратной засыпки) на транспорт. Ширину проходки при погрузке грунта в транспортные средства принимают (1,2 ... 1,3)R, а при отсыпке в отвал - (0,7 ... 0,8)R, так как ограничивает вместимость отвала. При отрывке траншей разработку грунта рекомендуется начинать со стороны откоса к середине траншеи, что снижает сопротивление грунта резанию. Траншеи с шириной по дну до 1 м разрабатывают за одну проходку (торцовую) с перемещением экскаватора по оси траншеи.
Экскаваторами-драглайнами, имеющими удлиненную стрелу и ковш, свободно подвешенный на тросе, разрабатывают грунт с отсыпкой его в отвал или на транспортные средства при устройстве глубоких котлованов, каналов, траншей. Разработку грунта производят ниже уровня стоянки экскаватора с работой его «на себя»; ковш заполняют в процессе протаскивания его по грунту (рис. 4.16, м, л; рис 4.17). Широкие выемки разрабатывают за несколько лобовых проходок или применяют такие технологические приемы, как перемещение по зигзагу или поперечно-торцовую проходку, а также челночный способ работы экскаватора. При устройстве широких котлованов, а также насыпей из грунта резерва в ряде случаев применяют боковую проходку, ширина которой составляет около (0,7 ... 0,8)R, а поворот стрелы экскаватора для разгрузки - 180°.
Рис. 4.17 – Схемы работы экскаватора с «обратной лопатой»
а - лобовая проходка экскаватора при погрузке грунта в транспорт, подаваемый по дну забоя, б - то же, подаваемый на уровне стоянки экскаватора и во временный отвал, в - боковой проходкой; 1 - экскаватор, 2 - автосамосвал, 3 - направление движения транспорта, 4 - отвал
Экскаватором с грейферным ковшом вместимостью 0,3 ... 4 м3, свободно подвешенным на тросе, разрабатывают выемки в радиусе 8 ... 24 м на глубине 7 ... 15 м при подъеме грейфера на высоту 6 ... 14 м. Обычно разрабатываются легкие грунты I и II групп, а более тяжелые - при их предварительном разрыхлении. Такие экскаваторы применяют для разработки глубоких выемок с вертикальными стенками, например при устройстве опускных колодцев водозабора, заглубленных насосных станций, противофильтрационных завес и т.п.