Використання екскаваторів для спорудження земляного полотна
Екскаватори використовуються при зосереджених роботах. Наприклад. для глибоких виїмок. Використовуються при великих обсягах робіт.
Область застосування:
1. Виконання зосереджених земляних робіт. У виїмках або ґрунтових кар’єрах з навантаженням у транспортні засоби; у бокових резервах із відсипкою в насип; на косогорах-розробка напіввиїмок в напівнасипи4 у виїмках із відсипкою в кавальєр.
2. Виторфовування.
3. Копання траншей і водовідвідних канав.
4. Розробки ґрунтових кар’єрів із завантаженням в транспортні засоби.
Класифікація
За призначенням: будівельні; будівельно-кар’єрні; кар’єрні; спеціальні.
За ступенем обмеженості поворотного руху: повно поворотні; неповоротні.
За типом ходового обладнання: гусеничні; пневмоколісні; на базі самохідної машини на спеціальному шасі.
За принципом дії: одноківшеві – циклічної дії; багатоківшеві – безперервної дії (зчіпні – траншейні, роторні).
За типом робочого обладнання: з жорсткою підвіскою (елементи робочого обладнання приводяться в рух гідроциліндрами – пряма лопата, зворотна лопата); з телескопічною стрілою – планувальник; з гнучкою (канатною) підвіскою – грейфер, драглайн; універсальні
– пряма лопата, зворотна лопата, копер, навантажувач, корчувальник, розрихлювач, планувальник.
Для транспортування ґрунту від місця розробки до місця укладання використовують: автосамоскиди, землевози, думпери, тракторні причепи, транспортери, вузькоколійний рейковий транспорт.
Цикл роботи екскаватора:
Різання ґрунту, підняття завантаженого ковша, поворот стріли, опускання ковша, розвантаження ґрунту, підйом пустого ковша, поворот стріли, опускання ковша для різання ґрунту.
Місце розробки ґрунту екскаватором називається забоєм.
Параметри забою екскаватора
Н – висота забою
R – відстань до транспортного засобу;
r – відстань від осі екскаватора до внутрішнього краю забою;
b - відстань від осі екскаватора до зовнішнього краю забою
Найбільшу висоту екскаваторного забою у зв’язних і щільних ґрунтах приймають рівною найбільшій висоті різання екскаватора; в ґрунтах, які осипаються – на 1,5-2м більшою. При розробці екскаваторами з навантаженням в транспортні засоби ківш повинен знаходитись над кузовом на висоті не більше 0,5-1м.
Розробка виїмок та ґрунтових кар’єрів екскаваторами.
Неглибокі виїмки розробляються за один прохід екскаватора способом:
- лобового (тупікового забою;
- лобового поширеного забою
Виїмки глибиною більше 5-7м розробляються ярусами. Розробку глибоких виїмок екскаваторами з прямою лопатою починають із влаштування піонерної траншеї, яка служить для врізання екскаватора в ґрунтовий масив, влаштовується потужним бульдозером, зрізаючи підвищені ділянки рельєфу. Ширину траншеї призначають із умови, щоб екскаватор при повороті для розвантаження проходив хвостовою частиною на відстані 1м від бокової стінки забою. піонерну траншею для екскаватора із зворотною лопатою влаштовують способом лобового забою, а розробку ведуть способом бокового забою. Обидва способи використовують у щільних ґрунтах, коли є можливість руху самоскидів по дну забою.
Спосіб лобового (тупікового) забою виконується поздовжніми проходами із розміщенням самоскидів або за екскаватором, або по обидва боки екскаватора.
Спосіб лобового поширеного забою – екскаватор переміщується поперек забою. Недоліки: великі кути повороту екскаватора для завантаження самоскидів.
Спосіб бокового забою – автомобілі-самоскиди розміщуються збоку від екскаватора і рухаються за кільцевою схемою.
Екскаватор типу драглайн використовують для розробки ґрунту і завантаження самоскидів човниковим способом. Самоскиди при цьому рухаються по дну забою. Цей спосіб дозволяє: скоротити висоту підйому завантаженого ковша; розвантажувати ківш без зупинок; працювати з мінімальними кутами повороту стріли.
Поперечний спосіб розробки ґрунту використовується при відсипці ґрунту з виїмки у відвал.
Поздовжній спосіб розробки – при розробці широких виїмок. Переміщення екскаватора зигзагоподібне під кутом 20-30о до осі виїмки. Виїмка розробляється за найменших кутів повороту екскаватора.
Для того щоб не порушувати структуру ґрунту на укосах і в основі виїмки не допускається перебори ґрунту. Виїмку розробляють з недобором приблизно на 20 см до проектних відміток. Остаточні обриси виїмка набуває в процесі виконання заключних робіт.
Спорудження насипів з привізних ґрунтів.
Насипи з привізних ґрунтів відсипають пошарово на всю ширину земляного полотна. Ґрунт укладають від країв до середини. Товщина шару залежить від ущільнюючих засобів. для зменшення витрат на ущільнення використовують регулювання руху транспортних засобів по ширині земляного полотна.
Шляхи підвищення продуктивності.
1. Зменшення кутів повороту екскаватора;
2. Раціональне встановлення самоскидів під навантаження.
3. Утримання землевозних доріг.
4. Суміщення робочих операцій для скорочення тривалості екскавації.
5. Вибір раціональної схеми розробки виїмок та кар’єрів.
6. Застосування самоскидів якомога більшої вантажопідйомності.
7. Застосування змінних зубців.
Вказівки по розробці ґрунту механізованим способом
При механізованому способі на ґрунт діє зусилля різання різних машин. В результаті певні порції ґрунту відділяються від масиву і можуть бути переміщений і укладений в насип. Якщо машина тільки ріже ґрунт, вона носить назву землерийної. Якщо машина розробляє і переміщає ґрунт, вона називається землерийно-транспортною.
Рис. 1. Схеми робочих параметрів одноковшевого екскаватора
а - прямої лопати; б - зворотної лопати; в - зворотної лопати з поворотним ковшем; г - драглайна, д - грейфера.
Розробка ґрунту землерийними машинами
До землерийних машин відносяться екскаватори різних типів: одноковшеві (пряма і зворотна лопата, драглайн, грейфер), багатоковшеві (ланцюгові, роторні) і фрезерні. Залежно від ходового пристрою розрізняють гусеничні, пневмоколісні, автомобільні і крокуючі екскаватори, а також обладнані гідравлічною, пневматичною і електричною системами управління. Розробка ґрунту одноковшовими екскаваторами. В промисловому і цивільному будівництві застосовують екскаватори з ковшом місткістю від 0,15 до 2, рідше до 4 м. Вони мають комплект змінного устаткування, що включає пряму і зворотну лопати, драглайн і грейфер. Крім того, стріла, що входить в комплект драглайна і грейфера, може бути обладнаний вантажним крюком або клином-бабою. Пряма лопата (рис.1, а) є відкритий зверху ковшем з ріжучим переднім краєм, жорстко насаджений на рукоять, яка шарнірно сполучена із стрілою машини і висувається вперед за допомогою напірного механізму. Спорожнив ківш шляхом відкриття його днища. Така конструкція прямої лопати забезпечує нею найбільшу продуктивність. Для спушення ґрунту ріжучий край ковша забезпечений зубами. Це відноситься до всіх видів змінного устаткування, але випускаються ковши і без зубів - з суцільною (звичайно напівкруглої) ріжучою кромкою.
При розробці ґрунтів I і II груп екскаватор може бути обладнано ковшом збільшеного об'єму. Розробляють ґрунт, коли екскаватор стоїть на дні забою, що розробляється. На невелику глибину він може відривати ґрунт і нижче за горизонт стояння, для чого влаштовують пандус, що дозволяє встановити машину в забої виїмки. Зворотна лопата (рис.1, би) - це відкритий знизу ківш з ріжучим переднім краєм, жорстко насаджений на рукоять, шарнірно сполучену (без напірного механізму) із стрілою. У міру простягання назад ківш заповнюється ґрунтом. Потім при вертикальному положенні рукояті ківш переводять до місця вивантаження і розвантажують шляхом підйому з одночасним перекиданням. Робоча зона розташована нижче за горизонт стояння машини. Сучасні моделі екскаваторів із зворотною лопатою мають гидропровод, дозволяючий ковшу повертатися щодо рукояти' (рис. 1, б). Ківш драглайна (рис.1, г) навішують на канатах на подовжену стрілу типу крана. Ківш закидають у виїмку на відстань, дещо перевищуюче довжину стріли, його заповнюють ґрунтом шляхом підтягання по поверхні до стріли. Потім ківш піднімають в горизонтальне положення до стріли і поворотом машини перекладають на місце розвантаження. Спорожнив ківш при ослабленні тягового каната. Драглайном можна розробляти ґрунт не тільки сильно насичений вологою але і що знаходиться під шаром води.
Грейфер (рис. 1, д) є ковшом з двома або більш лопатями і канатним приводом, примусово стуляючим ці лопаті. Грейфер навішують на таку ж стрілу, що і драглайн. За допомогою грейфера можна розробляти виїмки з вертикальними стінками. При повороті стріли ківш переміщається до місця розвантаження і спорожнив при примусовому розкритті лопатей. Грейфер занурюється в ґрунт тільки за рахунок власної маси ковша. Грейфер застосовують звичайно для розробки ґрунтів малої густини (I і II групи) і що знаходяться під водою. Більш щільні ґрунти заздалегідь необхідно спушувати.
Продуктивність одноковшового екскаватора знижується у міру збільшення густини ґрунту. Крім того, вона залежить від способу розробки ґрунту (при роботі "на вымет продуктивність" підвищується, при вантаженні на транспортні засоби - знижується) місткості ковша і конструктивного рішення кромки ковша. Екскаватори з ковшами малої місткості (до 0,5 м) обслуговує один машиніст; їх застосовують тільки для розробки ґрунтів I...III груп. Більш могутні екскаватори обслуговують машиніст і його помічник. Вони можуть розробляти (окрім грейфера) ґрунти всіх шести груп (найщільніші - після попереднього спушення).
Продуктивність екскаватора можна підвищити, зменшивши кут повороту стріли і збільшивши місткість ковша. Для цього необхідно максимально заповнювати ківш ґрунтом (з "шапкою"), а також суміщати процеси різання ґрунту з поворотом стріли і ін.
Розроблений одноковшовими екскаваторами ґрунт перевозять самоскиди, трактори з причепами, залізничні склади, гідравлічний транспорт, рідше - стрічкові конвеєри.
При транспортуванні ґрунту стрічковими конвеєрами завантажувальну ланку конвеєра встановлюють паралельно осі проходки екскаватора, а вантажний ківш-живильник переміщають уздовж завантажувальної ланки у міру просування екскаватора. При переміщенні екскаватора на наступну заходку завантажувальну ланку переміщають в нове положення. При вантаженні в залізничні склади рейковий шлях слідує укладати паралельно осі проходки екскаватора. Графік руху землевозних складів повинен бути зроблений так, щоб перерви між відправленням завантаженого складу і подачею порожнього були мінімальними, і склад пересувався у міру завантаження вагонів. Звичайно в автосамоскид входить 3-6 ковшів ґрунту. Допустиме недовантаження не повинне перевищувати 10%, перевантаження - 5%.
Тривалість решти операцій для автосамоскидів різної вантажопідйомності визначають на основі статистичної обробки даних по вибіркових вимірах часу на об'єкті.
Рис. 2. Схема визначення проходки екскаватора
1,2 - стоянки екскаватора
Рис. 3. Схеми проходок одноковшового екскаватора з прямою лопатою і подачі транспорту
а - при проходці піонерної траншеї і подальших бічних проходках:
О.Э.1, О.Э.2 - стоянки екскаватора; О.Т.1, О.Т.2 - стоянки транспорту;
1-3 - послідовність розробки ґрунту; би - при поперечних проходках.
Рис. 4. Схема розробки котловану великої глибини послідовними проходками (I-V) екскаватора з прямою лопатою
1-5 - послідовність розробки ґрунту.
Робоче місце екскаватора (тобто місце, де він розробляє ґрунт) називається забоєм. Геометричні розміри і форма забою залежать від устаткування екскаватора і його параметрів, розмірів виїмки, видів транспорту і прийнятої схеми розробки ґрунту. Застосування раціональних прийомів роботи в правильно вибраному забої забезпечує максимальну ефективність вживаного устаткування і високу продуктивність при мінімальній собівартості землерийних робіт. В технічних характеристиках екскаваторів будь-якої марки приведені, як правило, максимальні показники їх: радіуси різання, вивантаження, висота вивантаження і ін. Робота на максимальних для даної машини параметрах приводить до її швидкого зносу і як наслідок, до зниження її продуктивності.
Екскаватор і транспортні засоби повинен бути розташований так, щоб середній кут повороту екскаватора від місця заповнення ковша до місця його вивантаження був мінімальним, оскільки на поворот стріли витрачається до 70% робітника часу циклу екскаватора.
Для прямої лопати розрізняють лобовий і бічний забої. В лобовому забої екскаватор розробляє ґрунт попереду себе і відвантажує його на транспортні засоби, які подають до екскаватора по дну забою. В цьому випадку автомобілі підходять заднім ходом поперемінно то з однією, то з іншого боку забою. Відповідно і ґрунт розробляється те з однією, то з другого боку від осі проходки, при цьому кут повороту досягає 140° і більш що знижує продуктивність екскаватора. Лобовий забій застосовують в окремих випадках (при розробці екскаватором піонерної траншеї, в'їзного пандуса і ін.).
В бічному забої екскаватор розробляє ґрунт по одну сторону від осі руху і вантажить його на транспортні засоби, що подаються по іншу сторону від осі проходки. При цьому забезпечуються сприятливі умови для руху транспорту а середній кут повороту складає 70... 90°. Тому після піонерної проходки весь що залишився у виїмці ґрунт розробляють способом подовжнього бічного забою (рис. 2).
Деякі види виїмок (наприклад, планувальні) можна розробляти бічним забоєм з рухом транспорту на одному рівні з екскаватором.
Іноді для переходу до розробки з бічним забоєм необхідно спочатку відривати так звану піонерну траншею яку екскаватор починає розробляти, опустившись на дно забою по пандусу (рис. 3, а).
Якщо висота вивантаження екскаватора більше або рівно сумі глибини виїмки, висоти борту автосамоскида або іншої транспортної одиниці і при цьому додається 0,5 м (на "шапку" над бортом) пионерную траншею розробляють бічним забоєм при русі транспорту по денній поверхні на відстані не менше 1 м від краю виїмки.
При цьому ширина проходки буде рівна (див. рис.3, а), де - ширина частини проходки, обернутої убік подачі транспорту. При визначенні слід виходити з мінімально необхідної величини для забезпечення безперешкодного розвороту хвостової частини машини . Ця вимога є обов'язковою, оскільки радіус вивантаження, відповідний прийнятій висоті вивантаження повинен бути більше або рівно плюс заставляння укосу (глибина проходки, помножена на котангенс, де - кут нахилу укосу), плюс 1 м (безпечний зазор від брівки до кузова) і плюс половина ширини транспортної одиниці.
При значних в плані розмірах виїмки доцільно розробляти її поперечними проходками уздовж меншої сторони (рис. 3, б). Такий спосіб розробки забезпечує мінімальну довжину піонерної траншеї і дозволяє організувати найпродуктивніший кільцевий рух транспорту.
Виїмки, глибина яких перевершує максимальну висоту забою для даного типу екскаватора, розробляють в декілька ярусів (рис. 4).
При цьому нижній ярус розробляють аналогічно верхньому, а автомобілі подають до екскаватора так щоб ківш наводився на кузов ззаду. Траса руху автомобіля в цьому випадку повинна бути паралельній осі проходки екскаватора, але направлена в протилежну сторону.
При роботі із зворотною лопатою також застосовують забій торця або бічного. При розробці ґрунту забоєм торця екскаватором із зворотною лопатою "на себе" екскаватор рухається по осі відриваної їм траншеї або котловану і поперемінно розробляє те одну, то іншу його сторону залежно від того, з якої сторони підходить черговий автомобіль. В забої торця середній кут повороту машини 70...90°. Траншею можна розширювати паралельними бічними забоями (рис.5). Бічний забій утворюється при розробці ґрунту по одну сторону від осі руху екскаватора. Якщо при розробці траншеї ґрунт складають у відвал по одну сторону від траншеї вісь проходки зміщується у бік відвала, а ширина розробки зменшується в порівнянні з максимально можливою при проходці торця.
При розробці у відвал і на транспорт автомобілі підходять до екскаватора із сторони, протилежної відвалу а вісь проходки зміщується щодо осі траншеї в ту сторону, в яку відвантажується велика частина ґрунту. При бічному і торці забоях автосамоскиди підходять по трасі, паралельної осі руху екскаватора, але назустріч ньому а при забої торця їх встановлюють під завантаження під кутом 15..25° до осі руху екскаватора.
Найбільш доцільно застосовувати екскаватор із зворотною лопатою для уривки траншей глибиною до 6 м і невеликих котлованів глибиною до 4 м (наприклад, під фундаменти окремих колон).
Для проходок торця і бічного організація робіт драглайна і зворотної лопати аналогічна. При цьому зберігається таке ж співвідношення максимальної глибини різання. Драглайн звичайно пересувається між черговими стоянками на 1/5 довжини стріли. Оскільки ківш драглайна гнучко підвішений до стріли, для нього вельми ефективною є човникова схема роботи (рис.6). В цій схемі передбачено що автосамоскид підходить до місця завантаження по дну забою і завантажується поперемінними черпаннями ковша по обидві сторони від кузова. Кут повороту екскаватора при вантаженні по подовжньо-човниковій схемі наближається до 0°, а при поперечно-човниковій - до 15...20°, при цьому тривалість розвантаження зменшується, оскільки ківш спорожнив без припинення поворотного руху екскаватора у момент перенесення ковша над кузовом машини. Завдяки цьому загальна тривалість робочого циклу екскаватора знижується на 20...26%.
При розробці ґрунтів I і II груп екскаватор, обладнаний грейферным ковшом, повинен бути такий розташований щодо траншеї, щоб кут його повороту не перевищував 70...90°. Грейфер на нову стоянку пересувається на 1/4 довжини стріли.
Рис. 5. Схеми проходок екскаватора із зворотною лопатою або драглайна
а - при проходці торця і подальших бічних проходках: О.Э.1 - О.Е.З - стоянки екскаватора; О.Т.1 - О.Т.З - стоянки транспорту; 1-3 - послідовність проходок екскаватора; б - при поперечних проходках
Рис. 6. Схеми роботи драглайна човниковим способом
а - при вантаженні ґрунту в транспорт, що подається по дну забою; б - при вантаженні ґрунту в транспорт, що подається на рівні стоянки екскаватора, і в тимчасовий відвал Екскаватори відривають котловани і траншеї на глибину, дещо меншу проектній, залишаючи так званий недобір. Недобір (5...10 см) залишають, щоб уникнути пошкодження підстави і не допустити переборів ґрунту. Для підвищення ефективності роботи екскаваторів застосовують скребковий ніж, насаджений на ківш екскаватора. Це пристосування дозволяє механізувати операції по зачистці дна котлованів і траншей і звістки їх з погрішністю не більш 2см що виключає необхідність ручних доробок.
Рис. 7. Розробка траншей багатоковшовими екскаваторами черпання
а - ланцюговим екскаватором; би - роторним екскаватором; в - поперечний профіль траншеї і тимчасового відвала
Рис. 8. Схема розробки виїмки багатоковшовим екскаватором поперечного черпання
А, Б - ділянки віялового і паралельного різання
Для планування укосів використовують екскаватори, обладнані ковшом місткістю від 0,5 м і вище, і стрілою, на яку можна навішувати спеціальний ківш-планувальник з плоским дном, упряжний пристрій якого аналогічно пристрою ковша драглайна. Екскаватор, встановлюваний на брівці укосу і що переміщається уздовж брівки, виконує ті ж операції, що і при роботі драглайна.
Що зрізається при цьому ґрунт відкидають в кавальєр або вантажать в транспортні засоби.
Розробка ґрунту багатоковшовими екскаваторами. Робочим органом багатоковшового екскаватора є ковші, насаджені через рівні інтервали на ланцюг або колесо, що безперервно рухається (ротор). По характеру переміщення машини щодо напряму руху робочого органу розрізняють багатоковшові екскаватори подовжнього черпання - ланцюгові і роторні (рис. 7) і поперечного черпання (рис. 8). Оскільки ґрунт черпається ковшами безперервно то ці екскаватори є машинами безперервної дії (на відміну від одноковшових екскаваторів, які є машинами циклічної дії). Ковші наповнюються ґрунтом при русі їх вгору по похилій або криволінійній поверхні виїмки, що розробляється. Спорожнивши ковші у момент досягнення ними щонайвищої точки їх траєкторії, де вони перекидаються. Ґрунт що висипається з них потрапляє на стрічковий конвеєр, що доставляє його на вантаження в транспортні засоби або у відвал.
Екскаватори подовжнього черпання застосовують звичайно для проходки траншей невеликого перетину прямокутного і трапецієвидного профілю. Уривку траншей екскаваторами починають з найнижчих місць профілю, що забезпечує стік ґрунтових і атмосферних вод.
Екскаватори поперечного черпання використовуються для розробки котлованів і траншей великого перетину, планування укосів і розробки кар'єрів. Спочатку екскаватори розробляють ґрунт віяловим різанням, переміщаючись уздовж всього фронту робіт і знімаючи шари ґрунту в радіальному напрямі до досягнення заданої глибини. Потім розробляють ґрунт паралельним різанням із зсувом похилого шару ґрунту на всю довжину фронту робіт на величину b, рівну горизонтальній проекції товщини знятого шару. Ґрунт, що розробляється екскаватором поперечного черпання, видається на транспортні засоби звичайно через відвантажувальний бункер, змонтований на екскаваторі. Для автоматизації роботи багатоковшових екскаваторів на уривку траншей використовують прилади, дія яких заснована на тому, що інфрачервоному променю додається ухил, паралельний проектному дну відриваної траншеї, а на екскаваторі встановлюється приймальний пристрій, на який впливає інфрачервоний промінь. При відхиленні руху екскаватора від напряму променя автоматично коректується рух робочого органу екскаватора.