МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

Способы возведения земляных сооружений, рабочие органы машин и их классификация

Земляные сооружения - это устройства в грунте, полученные в результате его удаления за пределы сооружений, или из грунта, внесенного в сооружения из вне. Это выемки и насыпи. Различают выемки: котлованы, траншеи, канавы, кюветы, ямы, скважины, шпуры, каналы. Насыпи: кавальеры, резервы, насыпи, дамбы, платины.

Способы разработки грунтов разделяют в зависимости от способа их разрушения. Наибольшее применение нашло механическое разрушение грунтов (резание). Различают статистическое и динамическое (ударное и виброударные) разрушение грунтов. Энергоёмкость механического разрушения грунта составляет от 0,05 до 0,5 кВтч/м3, которым выполняют 85% всего объёма земляных работ в строительстве.

Есть комбинированные способы: газомеханический, гидравлический (гидромониторы, земснаряды), гидромеханический, взрывной, термомеханический, термопневматический и электрогидравлический.

Реже применяют физические способы разрушения грунтов (прожигание, оттаивание, токов высокой частоты, ультразвука, электромагнитной и инфракрасной энергии). Выбор способа зависит от прочности грунта, его мерзлоты (сезонного промерзания).

Таблица 7.1

Классификация грунтов по профессору А.Н. Зеленину:

Категория грунта	Плотность, кг/м3	Число ударов плотно-мера	Коэф-фициент разрых-ления	Удельное сопротивление, кПа
				резанию	копанию при работе
					прямыми и обрат-ными лопатами	драг-лайнами	экскаваторами непрерывного копания
							поперечного копания	траншей-ными
							роторными	цепными
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	550-1100	700-1200	750-1500	1000-2200
VII	2,3-2,6	141-280	1,4-1,45	1000-3500	1200-4000	1400-4500	1800-1500	2200-5500	2000-6000
VIII	2,5-2,8	281-560	1,4-1,6	-	220-250	230-130	-	-	-

Характеристики грунтов, влияющие на процесс их взаимодействия с землеройными и грунтоуплотняющими рабочими органами машин, следующие: влажность (оптимальная - пески - 8 - 14%, глины 20-30%);коэффициент разрыхления (пески - 1, 0,8-1,15; мерзлый грунт 1,45 - 1,6);коэффициент остаточного разрыхления (пески и суглинки - 1,02- 1,05; скальные 1,2 - 1,3);уплотняемость (коэффициент уплотнения 0,9- 0,1);прочность и деформируемость;силы внутреннего и внешнего трения (коэффициенты: внутреннее трение-0,18-0,7 внешнее трение 0,15-0,55);изнашивание (абразивность);липкость.

Рабочие органы, с помощью которых грунт отделяют от массива (ковши, отвалы, зубья) называют землеройными. Их называют ковшовыми, отвальными, зубья рыхлителей. Отвалы оснащают в нижней части ножами - ножевые овалы (рис. 7.2).

Режущая часть рабочего органа имеет форму заостренного клина, ограниченного передней 1 и задней, 2 гранями, линию пересечения которых называют режущей кромкой (рис 7.3). Угол , образуемый с направлением движения клина его передней гранью, называется углом резанья. Угол , образующий с тем же направлением задней гранью - задним углом. Усилие Р, с которым клин воздействует на грунт называют усилием копания, а равное ему по модулю, но противоположно направленное усилие Ро- сопротивлением грунта копанию.

Рис.7.3. Параметры режущего клина: 1-передняя грань; 2-задняя грань; 3-линия пересечения граней или режущая кромка; 4-заостренный клин; – угол резания; – задний угол; – угол заострения.

Запишем другие составляющие сопротивления грунта копанию: сила трения между рабочим органам и грунтом, сопротивление перемещению призмы грунта перед рабочим органом (призма волочения), сопротивление перемещению грунта в ковш (при ковшевом рабочем органе), сопротивление перемещению грунта по отвалу (при отвальном рабочем органе).

Сопротивление грунта резанию зависит от вида грунта и параметров рабочего органа, а сопротивление копанию ещё от способа разработки(типа машин, см. табл. 7.1).

Машины классифицируют по назначению: землеройные, землеройно-транспортные, бурильные, оборудование гидромеханизации. По режиму работы: цикличного и непрерывного действия. По степени подвижности: самоходные, прицепные, стационарные и полустационарные. 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, стругометатели).

Бурильные машины - для бурения скважин, шпуров. Они позиционного действия.

Средства гидромеханизации - для разработки грунта с использованием скоростного напора струи воды или водяного потока. Машины и оборудования для уплотнения грунтов, для разработки мёрзлых грунтов, для бестраншейной прокладки коммуникаций.Машины для полготовительных работ: кусторезы, корчеватели-собиратели, рыхлители, оборудование для водоотлива и понижения уровня грунтовых вод.

Землеройные машины

Одноковшовые экскаваторы

Одноковшовыми экскаваторами (ОЭ) 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. Экскаваторы классифицируют: по назначению: строительные, строительно-карьерные, карьерные, вскрышные, туннельные, шахтные; по виду рабочего оборудования: прямая и обратная лопата, драглайн, грейфер, планировщик; исполнению рабочего оборудования: канатные, гидравлические; по виду ходовых устройств: пневмоколесные (автомобильные и тракторные базы), гусеничные, шагающие; по возможности вращения поворотной части: полноповоротные и неполноповоротные; по числу установленных двигателей: одно- и многомоторные.

В зависимости от вида выполняемых работ они могут иметь следующее оборудование (рис. 7.5): ковш — прямую лопату (обычно основную) для копания грунта выше уровня стоянки экскаватора; ковш — обратную лопату для копания грунта ниже уровня стоянки экскаватора, ковш драглайна для разработки выемок и сооружений насыпей, грейфер для рытья небольшх котлованов и погрузочных работ; крановое оборудование; копер для забивки свай.

Для этих экскаваторов применяют и другие виды оборудования: трамбовки, ломы, для разрушения покрытий и мерзлых грунтов, оборудование для бурения и т.д.

Рис. 7.5. Виды сменного рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов: а - прямая лопата; б - обратная лопата; в - драглайн; г - кран; д - грейфер ; е -струг; ж - корчеватель; з - копер.

Экскаваторы могут иметь крановое, сваебойное, трамбовочное и другое сменное оборудование. С одним видом рабочего оборудования называют специальными, а укомплектованные сменными видами рабочего оборудования – универсальными.

Строительные экскаваторы 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 однокавшового экскаватора является его масса, в зависимости от которой экскаваторы подразделяются на размерные группы (табл. 7.2).

Размерные группы характеризируются набором основных параметров: мощностью силовой установки, вместимостью ковша; усилием на его зубьях, размерами рабочей зоны, продолжительностью рабочего цикла, скоростями передвижения, частотой вращения поворотной платформы, преодолеваемыми уклонами, удельным давлением на грунт или нагрузки на ось, габаритными размерами и другие.

Таблица 7.2

Размерные группы экскаваторов

Размерная группа	Масса универсальных ОЭ, т
	свыше	до
1	-	6,3
2	6,3	10
3	10	18
4	18	32
5	32	50
6	50	71

Индексы: – ЭО-0000, первый нуль заменяют цифрой, обозначающей размерную группу; 2цифра – тип ходового устройства(1-гусеничные, 2-гусеничные с увеличенной опорной поверхностью, 3-пневмоколесное, 4-спецшасси автомобильного типа, 5-шасси грузового автомобиля, 6-на базе трактора); 3цифра тип — подвески рабочего оборудования (1 и 2 – соответственно с гибкой и жесткой подвеской, 3 – телескопическое рабочее оборудование); 4 цифра – номер модели экскаватора.

Например, ЭО-4123 означает экскаватор одноковшовой, строительный, универсальный, 4 размерной группы с гусеничным ходовым устройством, жесткой подвеской рабочего оборудования, третьей модели. Буквами далее обозначают очередную модернизацию и климатическое исполнение.

Техническая производительность (м3/ч):

, (7.1)

где q - емкость ковша, м3;

Кн - коэффициент наполнения ковша;

Кр - коэффициент разрыхления грунта(см. табл. 7.1);

tц - продолжительность рабочего цикл в секундах;

tпер - продолжительность одной передвижки на новую позицию, с;

nц - число рабочих циклов на одной позиции.

Эксплуатационная производительность(м3/сут, м3/мес, м3/год)

(7.2)

где Тр - продолжительность периода работы экскаватора;

Кв - коэффициент использования во времени.

Основные рабочие органы гидравлических экскаваторов являются ковши 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 и др. 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. До 5 размерной группы принято рабочее оборудование обратная лопата, а для 6 группы-прямая лопата.

МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ