Технология механизированной разработки грунта

Лекция № 5: «Технология механизированной разработки грунта.

Разработка грунта землеройно-транспортными машинами»

1. Основными видами землеройно-транспортных машин являются скреперы и бульдозеры, которые за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой порожняком.

Скрепер – самая мощная землеройно-транспортная машина. В строительстве применяют прицепные (с объемом ковша 3; 7 и 8 м³), полуприцепные (с объемом ковша 4,5 м³) и самоходные (с объемом ковша 8; 15 и 25 м³) скреперы. Они используются:

- для разработки выемок (крупные котлованы, карьеры, каналы);

- для устройства насыпей (плотины, дамбы);

- для вскрышных работ (срезка растительного инепригодного грунта);

- для планировочных работ.

Принимая скреперы необходимо учитывать:

- грунтовые условия (скреперы плохо работают на сухих сыпучих и тяжелых глинистых грунтах, при наличии включений в виде корней, камней и т.п.);

- влажность грунтов (на влажных и липких грунтах не используются);

- дальность транспортирования грунта (для прицепных скреперов до 400…800 м, для самоходных – до 3000 м)

- уклоны пути (предельные уклоны при подъеме – 0,12…0,15, спуске – 0,25…0,3, поперечные уклоны – 0,08-0,12);

- размеры выемки и насыпи (минимальная ширина 2,5-4,5 м);

- достаточность места для маневрирования (минимальный радиус поворота скрепера 5-10 м);

- объем земляных работ (от 5 тыс. до 100 тыс. м³ на одну машину).

Бульдозер вторая по объемам выполняемых земляных работ землеройно-транспортная машина. В строительстве применяют гусеничные или колесные бульдозеры с неповоротным и поворотным (универсальным) отвалом. Они используются:

- на вскрышных работах;

- при разработке выемок глубиной до 2,5…3,0 м;

- при вертикальной планировке площадей;

- для обратной засыпки пазух котлованов и траншей;

- на профилировании террас, полотна дорог и т.п.

- при разравнивании и перемещении грунта в отвалах после экскаваторной разработки и др.

Принимая бульдозеры необходимо учитывать:

- уклоны пути (предельные уклоны при подъеме – 2,3…3,0, поперечные уклоны – до 0,25);

- дальность транспортирования грунта (от 20…30 м до 150 м при работе бульдозеров тягового класса свыше 25 тс, оборудованных открылками).

2. Полный рабочий цикл работы скрепера состоит из: набора грунта; движения нагруженного скрепера; разгрузки ковша; движения порожнего скрепера назад.

Набор грунта производят при прямолинейном движении скрепера на участке:

L_min = l_н + l_{скрепера} + l_тягача.

Длина пути набора грунта скрепером (обычно 15…70 м) находится по формуле:

l_н = ,

где q – геометрическая вместимоть ковша, м³; b_н – ширина ковша, м.; h – средняя толщина стружки, м; К_н – коэффициент наполнения ковша грунтом; К_р – коэффициент разрыхления грунта; К_п ≈ 1,2 – коэффициент потерь грунта; К_h ≈ 0,7 – коэффициент неравномерности стружки.

Для увеличения толщины стружки, сокращения времени и пути наполнения ковша применяют тракторы-толкачи (один толкач на 2...6 скреперов).

Скреперы набирают грунт следующими способами:

- тонкой прямой стружкой применяют на любых связных грунтах (рис. 1а);

- клиновой при разработке легких связных грунтов на горизонтальных участках (рис. 1б);

- гребенчатой при разработке сухих суглинистых и глинистых грунтов на горизонтальных участках (рис. 1в);

- клевковой с переменным заглублением ковша скрепера (рис. 1г).

Разгрузка ковша скрепера осуществляется на участке:

l_в = ,

где h_сл – средняя толщина отсыпки, м.

Разработка выемок скреперами ведется поперечным или продольным способом в зависимости от направления движения скрепера (вдоль или поперек). Применяют следующие схемы движения скреперов:

1. Эллиптическая схема (рис. 2 а) применяется в большинстве случаев при планировочных работах и при возведении насыпей или разработке выемок линейно-протяженных сооружений при высоте или глубине до 2 м, когда не требуется устройства выездов или съездов.

2. Спиральная схема (рис. 2 б) находит применение при возведении широких насыпей из двухсторонних резервов или широких выемок высотой или глубиной до 2,6 м. Так же не требует устройства съездов и выездов.

3. Движение «по восьмерке» (рис. 2 в) применяют при тех же условиях, что и эллиптическую схему. Чередование правых и левых поворотов почти вдвое сокращает время на повороты, повышая на З... 5% производительность скрепера.

4. Схему движения «по зигзагу» (рис. 2 г) используют при возведении насыпей высотой до 6 м из резервов по длине захвата 200 м и более. Позволяет повысить производительность по сравнению с эллиптической схемой на 15%.

5. Челночно-поперечную схему (рис. 2 д) применяют при возведении насыпей высотой менее 1,5 м при работе из двусторонних резервов. По сравнению с эллиптической схемой производительность скрепера выше на 20... 25%.

6. Челночно-продольную схему движения (рис. 2 е) применяют при возведении насыпей до 5...6 м, с заложением откосов не круче 1:2, с транспортировкой грунта из двусторонних резервов. При этой схеме холостой пробег сокращается до минимума.

3. Рабочий цикл работы бульдозера состоит из: резания и набора грунта путем снятия стружки; перемещения грунта отвалом бульдозера; отсыпки, распределения и укладки грунта; возврата обычно задним ходом.

Объем грунта (м³) перед отвалом бульдозера составляет:

q = ,

где Н_О и b_О – высота и ширина отвала бульдозера, м; φ – угол естественного откоса насыпного грунта (φ = 30…45⁰); β – угол захвата, град.; К_н – коэффициент наполнения (К_н = 0,6…0,8).

Длина пути набора грунта (обычно 6…10 м) составляет:

l_н = ,

где - коэффициент приведения грунта к первоначальной плотности.

Разработка выемок бульдозерами ведется поперечным (рис. 4а)или продольно-поперечным (рис. 4б) способами. При выполнении условий

1. В_выемки ≤ l_н                 2. b_выемки ≥ b_о + 0,5 м.

применяется продольно-поперечный способ, в противном случае - поперечный.

При перемещении грунта происходит его потеря в боковых валиках. Для предотвращения этого необходимо:

- работа бульдозера по одному следу;

- работа в траншее (перемычки разрабатываются по мере углубления траншеи);

- спаренная работа бульдозеров;

- перемещение двойной или тройной призмы волочения (при этом призму волочения первого прохода оставляют на середине рабочего хода, призму второго прохода доставляют сюда же, и далее бульдозер перемещает двойную призму);

- закрепление по бокам отвала открылков ящечного типа.

4. Грейдеры – прицепные и полуприцепные машины, работающие в сцепе с гусеничными тракторами или колесными тягачами; автогрейдеры - самоходные машины на пневмоходу. Они применяются на:

- планировке площадей, верха и откосов земляных сооружений;

- для разравнивания отсыпанного в насыпь грунта;

- для устройства небольших насыпей (валиков, дамбочек, подушек высотой до 0,5…0,8 м.);

- на профилировании при устройстве дорог, террасс, каналов.

Все виды работ грейдеры выполняют при движении по кольцевой продольной схеме вдоль большой оси выемки или насыпи, причем рабочими обычно являются проходы в прямом и обратном направлении.

Рабочий цикл грейдера при устройстве профильных выемок включает в себя: одновременное резание, перемещение и укладку грунта; разворот и движение обратным (холостым) ходом. Перерывы в резании грунта при разворотах в конце участка позволяет рассматривать грейдеры как машины циклического действия.

Отвал грейдера может располагаться под различными углами захвата и зарезания. Это позволяет вырезать профильные выемки и отсыпать насыпи глубиной до 0,8…0,5 м.

5. Эксплуатационная производительность скрепера подсчитывается как для машины циклического действия:

П_э = q∙n К_н∙К_в/К_р, м³/ч

где q – вместимость ковша, м³; К_в—коэффициент использования рабочего времени машины; К_р- коэффициент разрыхления грунта; К_н – коэффициент наполнения ковшей (от К_н = 0,5 для сухого рыхлого песка при работе без толкача до К_н = 1,2 для глины при работе с толкачем); n — число циклов в час. Определяется по формуле: n = 3600/t_ц, где t_ц – продолжительность одного цикла (сек.), равная:

t_ц = t_н + t_г.х. + t_в + t_х.х. ,

где t_н, t_г.х., t_в, t_х.х. - продолжительность набора грунта, груженного хода, выгрузки и холостого хода соответственно.

Каждая из продолжительностей движения скрепера равна:

t = ,

где l – соответствующие длины участков, м; V – скорость движения на соответствующем участке, м/с (набор – 1 км/ч; груженый ход – 3 км/ч; выгрузка – 2 км/ч; порожний ход – 4 км/ч); К_з – коэффициент неравномерности движения.

Эксплуатационная производительность бульдозера подсчитывается как для машины циклического действия:

П_э = q∙n К_п∙К_i К_в·К, м³/ч

где q – объем грунта в призме волочения, м³; К_п – коэффициент, учитывающий потери грунта в боковых валиках; К_i – коэффициент, учитывающий влияние уклона пути; К_в—коэффициент использования рабочего времени машины; - коэффициент приведения грунта к первоначальной плотности; n — число циклов в час. Определяется по формуле: n = 3600/t_ц, где продолжительность одного цикла (сек.) равна:

t_ц = t_н + t_г.х. + t_х.х. + t_доп.,

где t_доп – продолжительность поворотов (10…20 с.), переключений скоростей (5 с.) и подъема-опускания отвала (2с.).

Эксплуатационная производительность грейдеров подсчитывается отдельно:

- при устройстве выемок и насыпей по формуле

П_э = V·n·K_в, м³/ч

где V = f∙L – объем грунта, разрабатываемый грейдером за один проход, при длине гона L; n – число проходов грейдера, час^-1; К_в—коэффициент использования рабочего времени машины; f – площадь поперечного сечения стружки, м²;

- при планировке по формуле

В лекции "Файловая система ext2" также много полезной информации.

П_э = , м²/ч

где b – длина отвала грейдера, м; β – угол захвата, град; К_п – коэффициент перекрытия проходов (К_п = 0,8); m – число проходов по одному следу (m = 2…4); V – рабочая скорость при планировании, км/ч.

Для землеройно-транспортных машин возможны следующие группы приемов:

1. Увеличение объемов грунта, разрабатываемого и перемещаемого за один цикл. Для скреперов достигается путем работы с толкачем, набором под уклон, увеличением толщины стружки путем резанья уступами, шахматно-гребенчатым способом. Для бульдозеров достигается путем работы по одному следу, работы в траншее, спаренной работой бульдозеров, перемещением двойной призмы волочения, закреплением по бокам отвала открылков.

2. Увеличение числа циклов в единицу времени. Достигается путем применения рациональных схем движения машин и механизмов, передвижением на высоких скоростях.

3. Более полное использование рабочего и календарного времени. Достигается путем привлечения квалифицированных и дисциплинированных трудовых кадров, работой в 2-3 смены и зимой, своевременным техническим обслуживанием машин.