Тема 8  Машины для земляных работ

К земляным работам относят рыхление твердого и скального грунта, отрыв котлованов, траншей и каналов, вскрышные работы, перемещение грунта в отвал, возведение насыпей с уплотнением грунта, зачистку дна и откосов земляных сооружений, обратную засыпку котлованов и траншей, планировку поверхности. Разнообразие видов земляных работ вызывает необходимость применения различных по конструктивному исполнению землеройных машин. К ним относятся: бульдозеры, экскаваторы, скреперы, грейдеры, плавучие земснаряды и прочие машины.

Бульдозер – это гусеничный или пневмоколесный трактор, оснащенный навесным бульдозерным оборудованием.

Бульдозеры предназначены для перемещения больших объемов грунта на короткие расстояния; послойной разработки грунта с его.

. Бульдозеры со специальным оборудованием используются для толкания скреперов при загрузке, разравнивания и уплотнения бытовых отходов на свалках, перемещения легких материалов.

Рабочее оборудование бульдозера состоит из широкого отвала с ножами, толкающих брусьев, вертикальных гидравлических подкосов и гидроцилиндров подъема (опускания) отвала. Для увеличения производительности бульдозера при работе на легких грунтах отвал снабжается боковыми открылками, позволяющими за один проход накапливать и перемещать большее количество грунта. Тягачи современных бульдозеров оснащаются дизельными двигателями. По способу установки отвала относительно базовой машины различают бульдозеры с неповоротным и поворотным отвалом. Бульдозер с неповоротным отвалом, установленным по углом 90⁰ к продольной оси трактора, может перемещать грунт только вперед, перед отвалом. Бульдозер с поворотным отвалом может перемещать грунт не только вперед, но и непрерывно сдвигать его в ту или иную сторону. В зависимости от системы управления рабочим органом различают бульдозеры с канатным и гидравлическим управлением. В зависимости от ходового оборудования базового трактора различают бульдозеры на гусеничном и колесном ходу. Бульдозер на пневмоколесном ходу – более маневренная машина. Недостатками бульдозеров на гусеничном ходу являются небольшая транспортная скорость и недопустимость их движения на дорогах с усовершенствованным покрытием. По тяговому усилию базового трактора бульдозеры делятся на три группы:

1 – с тяговым усилием 14…30 кН;

2 - с тяговым усилием 60…10- кН;

3 - с тяговым усилием 150…250 кН.

Для повышения эффективности работы бульдозеров и улучшения работы бульдозеристов, бульдозер может быть оборудован автоматизированной системой «Автоплан». Эта система обеспечивает автоматическую стабилизацию положения отвала независимо от положения ходового устройства бульдозера на планируемой поверхности. Применение системы «Автоплан» повышает производительность бульдозера за счет уменьшения необходимого числа проходов по одному месту при производстве планировочных работ. Производительность бульдозера П при разработке и перемещении грунта определяют по формуле

Рекомендуемые материалы

 

                                                 П = a b h n k_н  / 2k_р ,                                                                   (40)

где a, b, h – геометрические размеры призмы волочения грунта перед отвалом, м;

      n – число циклов за один час работы, п = 3600 / Т;

     Т – продолжительность цикла, Т = t₁  +t₂  +t₃  +t₄,;

      t₁ – время резания грунта, t₁ = l₁  /v₁,     l₁ – длина пути резания, v₁ – скорость трактора;

     t₂ – время перемещения грунта, t₂ = L /v₂,    L – длина пути транспортировки грунта, v₂ – скорость движения груженого бульдозера;

      t₃ – время обратного (холостого) хода трактора, t₃ = (l₁ + L) / v₃,   v₃ – скорость движения при холостом ходе;

       t₄ – дополнительные затраты времени на подъем и опускание отвала, на переключение скоростей и на разворот трактора;

      k_н – коэффициент наполнения геометрического объема призмы грунтом, k_н = 0,9…1,2;

      k_р – коэффициент разрыхления грунта, k_р = 1,05…1,35.

Экскаватор – это самоходная землеройная машина периодического или непрерывного действия, служащая для разработки грунта и перемещения его в отвал или в транспортное средство.

Одноковшовый экскаватор – это землеройная машина циклического действия, основным рабочим органом которой является ковш с режущей кромкой или зубьями, осуществляющими резание грунта. Классификация одноковшовых экскаваторов приведена на рисунке 7

Одноковшовые экскаваторы различают по основному параметру – объему ковша. Кроме того, их различают по назначению, области применения (универсальные и специализированные), типу подвески рабочего оборудования (с гибкой - канатной или жесткой – с гидроцилиндрами - подвеской) , роду привода (с механическим или гидравлическим), по виду силовой установки ( с автономным двигателем внутреннего сгорания или с приводом от электродвигателя, питаемого от внешней сети) и числу установленных двигателей (одномоторные или многомоторные).

    

Рисунок 7-  Классификация одноковшовых строительных экскаваторов

Строительным экскаваторам общего назначения присвоена индексация, состоящая из букв ЭО с четырьмя последующими цифрами.

Первая цифра обозначает размерную группу экскаватора, характеризующую эксплуатационную массу экскаватора и номинальный объем ковша. Предусмотрено семь размерных групп, которые указаны в таблице 2

Таблица 2– Размерные группы экскаваторов

Вторая цифра индекса обозначает вид ходового устройства:

1 – гусеничное;

2 – гусеничное уширенное;

3 – пневмоколесное;

4 – специальное шасси автомобильного типа;

5 – шасси грузового автомобиля;

6 – трактор;

7 – прицепное.

Третья цифра индекса обозначает конструктивное исполнение рабочего органа:

1 –с канатной подвеской рабочего органа;

2 – с жесткой подвеской (или опиранием) на гидроцилиндрах;

3 – телескопическая стрела.

Четвертая цифра обозначает порядковый номер модели. После цифр в марке экскаватора ставятся дополнительно буквенные обозначения: А, Б, В – порядковая модернизация, С – северное исполнение, Т – тропическое исполнение, ТВ – исполнение для тропических влажных районов.

Производительность одноковшовых экскаваторов зависит от конструкции машины, времени рабочего цикла, являющихся базовой характеристикой экскаватора, состояния и качества грунта и забоя, уровня организации земляных работ, квалификации машиниста и ряда других факторов.

Часовая теоретическая производительность одноковшового экскаватора П_ч определяется по формуле

                                                             П_ч = q n,                                                                          (41)

где q – геометрический объем ковша, м³;

      п – конструктивно-расчетное число рабочих циклов за один час работы,  п = 3600 / t_ц,; 

      t_ц , с – теоретическая (расчетная) продолжительность рабочего цикла, включая копание, поворот для выгрузки ковша, выгрузку, поворот в забой и опускание ковша.

Техническая производительность экскаватора П_Т учитывает коэффициент наполнения ковша, влияние разрыхления грунта и продолжительности цикла и определяется по формуле  

                                                П_Т = q n k_н  / k_р ,                                                                         (42)

где q – геометрический объем ковша, м³;

      п – число рабочих циклов за один час работы,  п = 3600 / t_ц,;      

 t_ц , с –продолжительность рабочего цикла по хронометражным наблюдениям;

       k_н – коэффициент наполнения ковша грунтом;

       k_р – коэффициент разрыхления грунта.

Эксплуатационная производительность экскаватора П_э  определяется с учетом потерь времени, нарушающих непрерывность его работы, по формуле

                                   

                                                  П_э = П_Т  k_В  k_У ,                                                                            (43)

где k_В – коэффициент использования машины по времени, k_В = 0,85…0,95,

      k_У  - коэффициент влияния качества системы управления машины и квалификации машиниста.

Экскаваторы непрерывного действия ( многоковшовые экскаваторы) – землеройные машины с цепными или роторными рабочими органами, цикл копания у которых совмещен с циклами выгрузки грунта и перемещения машины.

Они предназначены для рытья продольных выемок (каналов, траншей, кюветов) прямоугольного и трапецеидального профиля, профилирования откосов грунтовых сооружений, вскрышных работ и добычи полезных ископаемых открытым способом. Классификация многоковшовых экскаваторов приведена на рисунке 8

 

Рисунок 8 Классификация многоковшовых экскаваторов

По назначению и способу производства работ экскаваторы непрерывного действия на роторные и цепные. Цепные экскаваторы изготовляют двух видов: с продольным копанием - траншейные, и с поперечным копанием – для работы в карьерах. Роторные экскаваторы также бывают двух видов: для продольного копания – траншейные, и радиального копания – для рытья котлованов и вскрышных работ.

           Производительность цепного экскаватора  П_цеп  непрерывного действия определяется по формуле

                               

                                                   П_цеп = b_тр h_тр U_экс ,                                                                (44)

где  b_тр – ширина отрываемой траншеи;

       h_тр – глубина отрываемой траншеи;

       U_экс – рабочая скорость экскаватора.

            Производительность многоковшового роторного экскаватора П_рот. рассчитывается по формуле

                                            П_рот = q_ков z_ков n_рот k_р / k_н ,                                                           (45)

где   q_ков – вместимость ковша;

        z_ков – число ковшей на роторе;

        n_рот – частота вращения ротора;

        k_р – коэффициент разрыхления грунта (отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в плотном виде);

        k_н – коэффициент наполнения ковша.

Скреперы – это самоходные или прицепляемые к гусеничным тракторам (колесным тягачам) машины, предназначенные для послойной срезки, транспортирования и выгрузки грунта.

Скрепер представляет собой агрегат, состоящий из тяговой машины и прицепного или полуприцепного оборудования в виде ковша, установленного на пневмоколесах и системы управления ковшом.  Скреперы могут быть и самоходными с одним или двумя двигателями.

Рабочий процесс – резание и набор грунта, транспортирование к месту укладки, выгрузка и возвращение к месту набора – представляет собой ряд последовательно повторяющихся операций.       Основным элементом рабочего оборудования скрепера является ковш, который срезает, накапливает и перемещает разработанный грунт. Ковш также играет роль силовой конструкции, на которой монтируются ножевая система, передняя заслонка или элеватор, дополнительные грузоподъемные механизмы, ходовое оборудование, сцепное устройство и исполнительные органы системы управления работой машины. Классификация скреперов по компоновке и конструкции основных агрегатов дана на рисунке 9

                   

Рисунок 9– Классификация скреперов по компоновке и конструкции основных агрегатов

 

Кроме того, скреперы различают по объему ковша, типу передней заслонки и системе управления. По вместимости ковша различают скреперы малой (до 3 м³), средней (3...10 м³)  и большой (свыше 10 м³) вместимости. По системе управления различают скреперы с гидравлическим управлением и с канатным управлением ковшом. Ввиду большей эффективности скреперов с гидравлическим управлением скреперы с канатным управлением в настоящее время не выпускают.

Техническую производительность скреперов П_т определяют по формуле

                                         П_т = n q k_н / k_р ,                                                                                   (46)

где  n – число циклов за один час работы,    n = 3600 / Т;                  

Т – продолжительность цикла,

 Т = t₁ + t₂ + t₃+ t₄+ t₅ , здесь t₁ – время набора грунта,  t₁ = l₁ / v₁,    l₁ – длина пути набора грунта,   v₁ – скорость движения трактора при наполнении скрепера,  t₂ – длительность рабочего хода скрепера,   t₂ = l₂ / v₂,    l₂ – длина пути груженого скрепера, v₂ – средняя скорость трактора при рабочем ходе скрепера,   t₃ – время разгрузки ковша скрепера,  t₃ = l₃ / v₃,    l₃ - длина участка разгрузки (l₃ = 5…15 м), v₃ – скорость трактора при разгрузке, t₄ – время холостого хода,  t₄ = l₄/ v₄,   l₄ – длина холостого хода, v₄ – скорость трактора при холостом ходе,   t₅ – время, затрачиваемое на маневрирование скрепера на месте разгрузки,

      q – геометрическая вместимость ковша скрепера,

      k_н – коэффициент наполнения ковша грунтом,

      k_р – коэффициент разрыхления грунта.

Эксплуатационная производительность скрепера П_э определяется по формуле

                                                        П_э = П_т  k_в ,                                                                         (47)

где  k_в – коэффициент использования скрепера по времени (k_в = 0,8…0.9).

Грейдеры, автогрейдеры применяют в строительстве для профилирования земляного дорожного полотна, возведения небольших дорожных насыпей, планировки площадей, очистки территории от снега и других работ.

"3 Дифференциация и индивидуализация обучения" - тут тоже много полезного для Вас.

Основной рабочий орган грейдеров и автогрейдеров – отвал с режущими ножами, расположенный между передними и задними колесами. Для выполнения различных работ грейдеры и автогрейдеры оснащают сменным оборудованием: удлинителем отвала и откосником для отделки откосов.

Грейдеры не являются самоходной машиной, они работают на прицепе к гусеничным тракторам. Грейдеры  различают по типам. Легкий тип – грейдеры с тяговым усилием до 40 кН, тяжелый тип – до 100…120 кН. По виду управления грейдеры могут быть с механическим или гидравлическим управлением.

Автогрейдер это самоходная, пневмоколесная, обычно трехосная землеройно-транспортная машина с невысоким длинным отвалом, расположенным между передней и средней осью машины.

Грейдерный отвал основной, но не единственный рабочий орган машины. Автогрейдер оборудуется еще одним постоянным рабочим органом: бульдозерным отвалом, устанавливаемым перед машиной, кирковщиком, размещаемым перед передними колесами, сразу за ними или за грейдерным отвалом. Дополнительный рабочий орган выполняет вспомогательные рабочие операции. Автогрейдеры снабжают также сменным оборудованием: удлинителем основного отвала, откосником, снегоочистителем и др. Отвал грейдера может иметь различные  углы наклона к трем главным осям: продольной, поперечной и вертикальной. Полноповоротность отвала дает возможность автогрейдеру работать челночно (при переднем и заднем ходах).

Грейдер-элеватор – это машина непрерывного действия, у которой функции копания и перемещения грунта разделены и выполняются двумя разными рабочими органами: ножом и ленточным конвейером. Грейдер-элеваторы предназначены для возведения невысоких насыпей, прокладки выемок и каналов. Они послойно срезают грунт и перемещают его на несколько метров к месту укладки или в транспортное средство. Грейдер-элеваторы делятся на прицепные, полуприцепные и самоходные.

Земснаряды – плавучие установки для гидромеханической разработки грунта под водой. Земснаряд представляет собой плавучий корпус (судно), несущий на себе всасывающее грунтозаборное устройство, грунтовый насос, напорный пульпопровод, папильонажные сваи для удержания земснаряда в процессе работы на одном месте, вспомогательное оборудование и механизмы. По способу отделения грунта от материала земснаряды делятся на земснаряды непосредственного всасывания (отделение грунта происходит за счет больших скоростей потока воды), а также на земснаряды с механическим и гидравлическим рыхлением грунта. Наиболее распространены земснаряды первой группы.