Технология механизированной разработки грунта

Лекция № 4: «Технология механизированной разработки грунта. Разработка грунта экскаваторами»

1. Одноковшовые экскаваторы относятся к машинам циклического действия. В гидротехническом строительстве применяют как универсальные общестроительные экскаваторы серий ЭО и Э (q = 0,15-4 м³), так и более крупные карьерные (серии ЭКГ), вскрышные (серии ЭВГ) и шагающие (серии ЭШ) с ковшами вместимостью q = 4; 6; 8; 10 м³ и более.

Наиболее распространенными видами сменного рабочего оборудования являются «прямая» и «обратная лопаты», драглайн и грейфер.

Область применения одноковшовых экскаваторов

При разработке грунта одноковшовыми экскаваторами работы ведут позиционно. Зона, в которой действует экскаватор на данной позиции, называется забоем. По окончании копания грунта в данном забое экскаватор перемещается на новую позицию.

Процесс разработки грунта в одном цикле включает: резание грунта и заполнение ковша, подъем ковша с грунтом, поворот экскаватора вокруг оси к месту выгрузки, выгрузки грунта из ковша, обратный поворот экскаватора в забой, опускание ковша и подача его в исходное положение.

Основные рабочие параметры одноковшовых экскаваторов следующие: радиус резания R_р, радиус выгрузки R_в, высота выгрузки H_в, глубина резания H_р. Значения этих параметров, как правило, зависят от размеров рабочего оборудования, его вида и особенностей.

Радиус резания—это расстояние от оси вращения экскаватора до зубьев ковша при врезании его в грунт.

Радиус выгрузки — расстояние от оси вращения до центра тяжести ковша в момент выгрузки грунта.

Высота выгрузки — расстояние от уровня стояния экскаватора до нижней части ковша в момент выгрузки грунта.

Глубина резания (копания) — наибольшая глубина выемки, которая может быть образована экскаватором с одной стоянки от поверхности разрабатываемого грунта до дна забоя. Для «прямых лопат» вместо глубины резания существует максимально возможная высота копания.

У драглайнов и обратных лопат все параметры зависят от способа разработки грунта.

2. Ковш экскаватора-драглайн навешивается на канатах на удлиненную стрелу кранового типа. Забрасывая ковш в выемку на расстояние, иногда превышающее длину стрелы, ковш заполняют грунтом путем подтягивания по поверхности земли к стреле. Затем ковш поднимают в горизонтальное положение и поворотом машины перемещают к месту разгрузки. Опорожняется ковш при ослаблении натяжения тягового каната.

Применяют следующие основные способы разработки грунта драглайнами:

- лобовую (продольную, торцевую) разработку применяют для нешироких выемок при соблюдении условий:

R_В ≥ А                  Н_р ≥ Н                  Н_в ≥ Н_к                b ≥ 1,5b_к

При продольной разработке оптимальный шаг экскаватора составляет Ш = 1/5 L_стрелы.

- боковую (поперечную) проходку применяют для широких выемок при соблюдении условий:

R_Р + R_В ≥ А₁                  Н_р ≥ Н                  Н_в ≥ Н_к                b ≥ 1,5l_к

При поперечной разработке оптимальный шаг экскаватора составляет Ш = 1/3 L_стрелы. Экскаватор располагается в пределах полосы Е.

Обратная лопата – это открытый снизу ковш с режущим передним краем, шарнирно соединенный с рукоятью, соединенной в свою очередь со стрелой. По мере протягивания назад ковш заполняется грунтом. При вертикальном положении рукояти ковш подводят к месту выгрузки и разгружают путем подъема с опрокидыванием.

Ковш при наборе и выгрузке грунта движется по криволинейной траектории. Поэтому различают для обратных лопат по два значения рабочих параметров:

- радиус резания на уровне поверхности земли R_Р и при наибольшей глубине резания R_Р.п.;

- радиус выгрузки начальный R_{В нач} и конечный R_{В кон};

- наибольшая глубина копания Н_Р.п., зависящая от ширины выемки. При ширине выемки меньше расстояния между гусеницами в свету - большее, и меньшее для широких выемок;

- высота выгрузки начальная Н_{в. нач.} и конечная Н_{в. кон.}

Разработка грунта осуществляется также лобовой или боковой проходкой.

3. Прямая лопата представляет собой открытый сверху ковш с режущим передним краем. Ковш шарнирно соединен с рукоятью, которая, в свою очередь, шарнирно соединена со стрелой машины и выдвигается вперед при помощи напорного механизма. Конструкция экскаватора позволяет ему копать ниже уровня своей стоянки не более чем на 10...20 см, нормативная производительность достигается при высоте забоя не менее высоты напорного вала (1,3-5 м. в зависимости от марки экскаватора и группы грунта).

Разработку грунта экскаватором «прямая лопата» производят лобовым и боковым забоями. Лобовой забой применяют при разработке экскаватором грунта впереди себя и отгрузке его на транспортные средства, которые подаются по дну забоя или сбоку по поверхности земли. При таких услових работы угол поворота экскаватора в цикле достигает 140-180⁰, что резко снижает его производительность. Лобовой забой применяется редко (например для устройства пандуса в котлован, пионерной проходки).

Ширина забоя поверху может быть:

- до 0,8…1,5 R_р – при узком забое и подаче транспортного средства сзади экскаватора;

- до 1,5...1,9 R_р - при нормальном забое и подаче транспортных средств с двух сторон от экскаватора;

- до 2,5 R_р - при уширенном забое и движении экскаватора по зигзагу;

- до 3,5 R_р - при уширенном забое с трехступенчатым перемещением.

При узких забоях самосвалы подают под загрузку с одной стороны сзади экскаватора, а при нормальных - с обеих сторон от экскаватора попеременно, что исключает простои экскаватора.

Ширину лобовой прямолинейной проходки В можно определить по формуле:

В = 2

и для зигзагообразной

В = 2+2R_с,

где R₀ – оптимальный радиус резания экскаватора; Ш - шаг экскаватора (принимается равным 8…75% длины напорного хода рукояти); R_с – радиус резания на уровне стоянки.

      

Более эффективным является разработка грунта боковым забоем (при В>2 R_р). По этой схеме транспорт подается под погрузку сбоку выработки, что дает уменьшение угла поворота экскаватора в рабочем цикле до 70-90⁰.

Ширина боковой проходки

В = 2+0,7R_с.

Выемки, глубина которых превышает максимальную высоту забоя для данного экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов

n_я = Н/Н_{р max}

4. Конструктивная (теоретическая) производительность (м³/ч) за час чистой работы равна:

П_к = 60∙q∙n’,

где q – геометрическая емкость ковша, м³; n’ – число циклов в единицу времени, мин^-1.

Техническая производительность соответствует конкретным условиям работы в забое:

П_т = 60∙q∙К_н∙∙n

где - коэффициент приведения грунта к первоначальной плотности; К_н – коэффициент наполнения ковшей (от К_н = 0,9 для 1 группы грунта до К_н = 0,44 для 5-6 групп); n — число циклов в минуту в конкретных условиях забоя. Определяется по формуле: n = 60/t_ц, где t_ц – продолжительность одного цикла, мин.

Эксплуатационной называется средняя фактическая производительность (м³/ч) экскаватора при работе в конкретных условиях с учетом неизбежных простоев

П_э = П_т·К_в,

где К_в—коэффициент использования рабочего времени машины (отношение времени чистой работы к затраченному).

Нормативная производительность — это объем работ, который должен быть выполнен с помощью машины за единицу времени согласно сборникам производственных норм. Обычно соответствует эксплуатационной производительности. Соотношение между производительностью экскаваторов и затратами машинного времени (по НиР) следующая:

П = ед. изм. по ЕНИР/Н_маш.

Увеличение производительности экскаваторов как и других машин циклического действия может быть достигнуто:

- конструктивными усовершенствованиями;

- технологическими приемами;

- организационными мероприятиями.

Для экскаваторов возможны следующие группы приемов:

1. Увеличение объемов грунта, разрабатываемого и перемещаемого за один цикл (увеличение q∙К_н∙). Достигается путем применения сменных ковшей увеличенной вместимости, очисткой и предотвращением налипания на ковш мокрого грунта, рыхлением плотных грунтов).

2. Увеличение числа циклов в единицу времени (уменьшение t_ц). Достигается путем совмещения отдельных элементов цикла и уменьшения углов поворота в плане.

3. Более полное использование рабочего и календарного времени (увеличение К_в). Достигается путем предотвращения простоев машины.

5. Многоковшовые экскаваторы — машины непрерывного действия; операции копания, транспортировки и разгрузки грунта они выполняют одновременно и непрерывно. Их используют в грунтах I, II, III групп без включения валунов, пней. Многоковшовые экскаваторы требуют тщательной подготовки (планировки) трассы движения.

Все многоковшовые экскаваторы можно разделить на три группы:

- машины, разрабатывающие выемку проектных размеров за один проход ;

- многопроходные машины, образующие выемку проектных размеров за серию последовательных проходов по одному следу;

- многоковшовые роторные строительные и карьерные экскаваторы, работающие позиционно, с образованием выемок любых размеров при работе в транспортные средства.

Область применения многоковшовых экскаваторов

Вам также может быть полезна лекция "4.2. Символы граней".

Эксплуатационную производительность (м³/ч) многоковшовых экскаваторов первой группы можно найти по формуле:

,

где f – площадь поперечного сечения выемки за один проход, м²; V_э – рабочая скорость передвижения экскаватора, м/мин; К_в – коэффициент использования рабочего времени.

Для многоковшовых экскаваторов второй и третьей групп производительность (м³/ч) находится как:

П_э = ,

где q – вместимость ковша, л.; V_ц – скорость движения цепи или окружная скорость ротора, м/мин; - коэффициент приведения грунта к певоначальной плотности; К_н – коэффициент наполнения ковшей; К_с – коэффициент трудности разработки; а – шаг ковшей, м. (К_н  К_с = 0,915 (1 группа грунта); 0,835 (2 группа); 0,72 (3 группа); 0,65 (4 группа)).