Машины для земляных работ
ЦЕЛИ ПРАКТИКИ.
Ознакомиться с основными типами строительных и дорожных машин; изучить устройство и рабочий процесс машин; освоить методы определения производительности машин в реальных условиях эксплуатации.
ВВЕДЕНИЕ.
Усовершенствование городского строительства возможно за счет последовательного проведения его индустриализации, глобального сокращения ручного труда, совершенствования строительного производства.
Современное городское строительство ведется индустриальными методами и представляет собой комплексно - механизированный поточный процесс монтажа зданий и сооружений из сборных элементов, изготовляемых на заводах и домостроительных комбинатах (ДСК) в условиях высокомеханизированного и автоматизированного производства. В настоящее время в городском строительстве используется огромный парк строительных машин и оборудования, позволяющий комплексно механизировать основные работы на всех стадиях строительного производства. Комплексная механизация строительства на современном этапе развития техники требует внедрения систем машин, базирующихся на применении основных машин повышенной единичной мощности с комплектацией их средствами механизации всех технологических процессов. Для сокращения малоквалифицированного и монотонного труда, а также труда в тяжелых и вредных для здоровья условиях, все шире осуществляются мероприятия по внедрению автоматических манипуляторов (промышленных роботов) при производстве отделочных, земельно-планировочных и других работ.
Одним из важнейших факторов в решении задач сокращение себестоимости и сроков строительства, повышения производительности труда и общей эффективности строительного производства является комплексная механизация строительно-монтажных робот. Широкому внедрению комплексной механизации и автоматизации в строительное производство способствует насыщение строительства необходимым количеством высокопроизводительных машин, освоение производства ряда новых тиров машин, расширение технологических возможностей средств механизации и совершенствования организации их эффективного производства.
Для эффективного выполнения работ в стесненных условиях используется широкая номенклатура высокопроизводительных специальных и универсальных машин многоцелевого назначения, обладающих компактностью, высокими мобильными транспортными качествами и обеспечивающих полную безопасность работ в данных условиях.
МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ.
1.1. Землеройно-транспортные машины.1.1.1.Бульдозеры. 
Рисунок А.3
Бульдозеры предназначены для послойной разработки грунтов с их последующим перемещением перед рабочим органом (отвалом) по поверхности земли на небольшие расстояния. Их используют при сооружении выемок и насыпей, обратной засыпке траншей и котлованов, грубой планировке земляной поверхности, разравнивании грунтовых отвалов при работе экскаваторов и землевозов, устройстве террас на косогорах, штабелировании и перемещении сыпучих материалов, подготовительных работах для валки отдельных деревьев, срезки кустарника, корчевки пней, удаления камней, расчистки поверхности от мусора, снега, на вскрышных работах, а также в качестве толкачей скреперов. Эффективность работы бульдозеров в значительной мере зависит от проходимости базового трактора и его тягово-сцепных свойств.
Бульдозеры выполняют навесное оборудование на пневмоколесных и гусеничных тракторах. Рабочее оборудование в виде отвала с ножами в его нижней части навешивают на трактор через два толкающих бруса или универсальную раму, которые имеют шарнирные соединения с боковыми балками ходовых тележек трактора или с кронштейнами его нижней рамы (при пневмоколесном тракторе). Вместе с толкающими брусьями и раскосами отвал образует жесткую систему, которая с помощью одного или двух гидравлических цилиндров может подниматься и опускаться, поворачиваясь в вертикальной плоскости относительно шарниров. При этом режущая кромка ножей отвала всегда остается перпендикулярной продольной оси машины. По второй схеме отвал соединяют с универсальной рамой шаровым шарниром и двумя толкателями, задние шарниры которых закреплены в ползунах, перемещающихся по направляющим боковых балок подковообразной универсальной рамы и фиксируемых в требуемых положениях закладными штырями. Горизонтальный поворот отвала с отклонениями в каждую сторону на угол до 30...36° выполняют двумя гндроцнлиндрамн. Отвалы, навешенные на базовый трактор по этой схеме, называются поворотными (в плане) в отличие от неповоротных отвалов, навешенных по схеме. Их применяют для обратной засыпки траншей и котлованов, на планировочных работах, для очистки площадей от строительного мусора и т. п. Замена раскосов в постоянной длины винтовыми стяжками (талрепами) или гидроцилиндрами, способными изменять свою длину, обеспечивает регулирование угла резания и поперечный перекос отвала на угол до 12 градусов в каждую сторону). Угол резания регулируют одинаковым изменением длин обоих раскосов, а для установки отвала с поперечным перекосом каждому раскосу задают разную длину. С теми же целями в схеме поворотных отвалов изменяют положение шарниров по высоте ползунов. За счет поперечных перекосов отвала удается сократить число повторных проходок при планировке поверхностей с поперечными уклонами и на косогорах и повысить тем самым производительность машины.
Бульдозеры могут быть дополнительно оборудованы навешиваемыми в задней части базового трактора рыхлителями для предварительного рыхления мерзлой корки грунтов перед их разработкой отвалом, рыхления прослоек плотных грунтов и т. п. Рыхлители обеспечивают автономную работу бульдозера в широком диапазоне грунтовых условий без привлечения для того других машин и оборудования.
Наряду с описанными в строительстве иногда применяют также бульдозеры с канатным подъемом отвала. По сравнению с гидрофицнрованнымн бульдозерами эти машины малоэффективны, особенно при послойной разработке плотных грунтов, где сила тяжести рабочего оборудования оказывается недостаточной
для внедрения отвала в грунт. Их применяют главным образом на разработке легких грунтов, очистке поверхностен от мусора, снега и на других работах, где сила нормального давления рабочего органа на грунт не является определяющей.
Эффективность работы бульдозеров может быть повышена за счет установки сменного рабочего оборудования, которое также расширяет область применения эгид машин- В частности, для работы в плотных грунтах применяют отвалы оборудованные одним передним и двумя задними зубьями. При движении машины задним ходом задние зубья прорезают в грунте прорези, а при последующем движении передним ходом грунт дополнительно разрыхляют передним зубом и захватывают отвалом. Для изламывания асфальтовых покрытий при ремонте дорог применяют отвалы, оборудованные киркой в средней части. Мерзлые грунты разрабатывают отвалами с гребенчатыми ножами или с установленными на ножах зубьями. Для одновременной планировки откосов и их подошвы отвал дополнительно оборудуют наклонной наставкой с жестким или шарнирным соединением с основным отвалом. В последнем случае наклон наставки регулируют специально установленным гидроцилиндром. Установка соответствующего профиля наставки в средней части отвала позволяет выполнять очистку и планировку канав. Для перемещения грунта от стен зданий применяют отвальную приставку , двигаясь при этом задним ходом. Эффективность работы бульдозера на расчистке поверхностей от кустарника и мелких деревьев существенно повышается за счет установки в средней части отвала кусторезного ножа.
Грейдеры и автогрейдеры.
Рисунок А.4
Грейдеры и автогрейдеры предназначены для профилирования земляного дорожного полотна, возведения дорожных насыпей высотой до 0,6 м, планировки площадей, очистки территорий от снега и других работ.
Основной рабочий орган этих машин — отвал с режущими ножами, расположенный между передними и задними колесами при удлиненной базе, что обеспечивает значительно большую точность планирования по сравнению с бульдозером.
Грейдеры работают на прицепе к гусеничным тракторам мощностью 54 и 100 л. с; Они имеют отвал размерами 3040x500 и 3660X505 мм и в зависимости от этого делятся на тяжелые и легкие.
Управление всеми механизмами ручное, с помощью штурвалов и рукояток с площадки грейдериста. На грейдере кроме тракториста всегда занят второй рабочий — грейдерист, что вдвое снижает показатели машины по выработке. Однако буксировка грейдера гусеничным трактором позволяет использовать его в таких грунтовых и дорожных условиях, когда самоходный грейдер (автогрейдер) не может быть применен из-за буксования его колес.
Автогрейдеры являются самоходными машинами и различаются по общему весу машины и мощности установленного двигателя. Для придания автогрейдерам большей универсальности их оснащают дополнительным съемным оборудованием: кирковщиком, удлинителями отвала, откосниками, бульдозерным отвалом, снегоочистителем и др.
Автогрейдеры обычно изготовляются с механическим или гидравлическим управлением рабочими органами.
Автогрейдер, изображенный на 190, имеет три колесные оси, на которые опирается основная рама 7. На задней части рамы установлен двигатель. Отвал 9. автогрейдера монтируется на поворотном круге 8 и может поворачиваться на 360°, благодаря чему автогрейдер, не разворачиваясь, проходит по своему следу обратно, повернув только отвал с ножом в требуемое положение.
Варьировать скорости и тяговое усилие можно, изменяя соотношение между числом оборотов вала двигателя и ведущими колесами. Для этого служат коробки передач, мультипликатор и ходоуменьшитель. Коробка передач создает четыре скорости, мультипликатор позволяет их удвоить.
Все шесть колес, установленных на унифицированных мостах, — ведущие; шины позволяют регулировать давление в них на ходу.
При профилировании автогрейдером дорожного полотна последнее возводится из грунта, вынутого из боковых кюветов. Перемещение грунта из кюветов осуществляется последовательными проходами автогрейдера по каждой стороне дороги. При этом отвал должен быть вынесен в сторону, наклонен под углом откоса и повернут в плане на некоторый угол, с тем чтобы вырезаемый грунт перемещался к оси дороги, образуя вдоль нее валик. После нескольких проходов с вырезкой грунта разравнивают валик. При планировочных работах отвал устанавливается горизонтально.
Автогрейдеры согласно ГОСТ 9420—60 разделяются на легкие, мощностью 63—75 л. с, применяемые для мелкого ремонта грунтовых дорог; средние, мощностью до 100 л. с, применяемые при ремонте и строительстве дорог с грунтами до III группы включительно; тяжелые мощностью 160—180 л. с, предназначенные для больших объёмов работ и тяжелых грунтовых условий, и особо тяжелые, мощностью 375— 430 л. с. Так как сцепной вес автогрейдера определяет его тяговые возможности, то этот параметр лег в основу разделения автогрейдеров на пять классов.
Грейдер-элеваторы предназначены дли копания немерзлых грунтов в материковом залегании на горизонтах выше уровня грунтовых вод и отсыпки его в насыпи, отвалы или в транспортные средства. Их используют для возведения насыпей из боковых резервов, образования продольных выемок, устройства каналов в полувыемках-полунасыпях и других подобных сооружений.
Грейдер-элеваторы выполняют как полуприцепные машины-орудия, агрегатиру-емые с тракторами (гусеничными или колесными) или одноосными тягачами. Реже их выполняют как сменное навесное оборудование на автогрейдере. У полуприцепных грейдер-элеваторов основная рама опирается на два пневмоколеса. У машин с большим вылетом отвального конвейера одно из колес — левое — в транспортном положении устанавливают симметрично со вторым колесом относительно продольной оси машины, а в рабочем положении для повышения устойчивости его отодвигают, устанавливая на специальной откидной оси. Передней частью основная рама соединена с тягачом по схеме универсального шарнира сцепным устройством 6. Рабочий орган в виде дискового плуга подвешен на кронштейне к плужной балке. Он ориентирован так, что при движении машины вперед вырезает из грунта стружку с поперечным сечением в форме эллиптического сегмента. Отделенный от массива грунт, поднявшись по внутренней сферической поверхности плуга, отваливается на ленточный конвейер, расположенный поперек основной рамы, которым он отсыпается в насыпь, отвал или транспортное средство. В зависимости от прочности разрабатываемых грунтов глубину стружки регулируют подъемом-опусканием плужной рамы с помощью гидроцилиндра. Угол наклона ленточного конвейера и, следовательно, высоту подъема грунта для разгрузки регулируют гидроцилиндром. Для перемещения грунта на большие расстояния ленточный конвейер наращивают вставками. Гидравлические цилиндры питаются рабочей жидкостью от насосной установки, расположенной на тягаче или на грейдер-элеваторе. В первом случае она приводится в движение от двигателя тягача, а во втором — от собственного двигателя, управляемого дистанционно из кабины машиниста тягача.
Рабочий процесс грейдер-элеватора состоит из последовательных проходов машины по отрабатываемому участку с разворотами в конце последнего. Для снижения непроизводительных затрат времени на поворотные движения грейдер-элеваторы целесообразно применять на участках протяженностью 200...500 м и более. Некоторые модели грейдер-элеваторов позволяют работать челночным способом после установки рабочего органа в требуемое положение на концах участка.
Скреперы.
Рисунок А.5
Скрепер является землеройно-транспортной машиной цикличного действия, предназначенной для послойного резания грунта, транспортирования его к месту укладки и разгрузки в сооружение или в отвал. Рациональная дальность продольного перемещения грунта для прицепных скреперов до 500 м и для самоходных — до 2—3 км и в отдельных случаях — до 5 км.
Скреперы используются при производстве земляных работ по возведению насыпей, устройству выемок, планировке больших площадей.
По сравнению с другими землеройными машинами скреперы, особенно самоходные, имеют ряд достоинств:
а) осуществляют тонкослойное резание грунта, что позволяет механизировать мелкие планировочные работы по заданным отметкам;
б) могут послойно отсыпать доставляемый грунт при возведении
насыпей, дамб, плотин с уплотнением этих слоев колесами скрепера;
в) значительно снижают стоимость разработки, транспортирования
и укладки грунта в насыпях по сравнению с выполнением этих работ
одноковшовыми экскаваторами и автосамосвалами при небольшой дальности транспортирования грунта.
Скрепер представляет собой ковш с передней режущей кромкой, укрепленной на раме с пневмоколесным ходом. Дышлом скрепер присоединяется к гусеничному трактору или пневмоколесному тягачу.
При опускании ковш передней режущей кромкой врезается в грунт. Продвижении скрепер непрерывно срезает слой грунта. Заполненный ковш закрывается передней заслонкой. -
Цикл работы скрепера складывается из следующих операций: резания грунта с одновременным наполнением ковша, транспортирования грунта, разгрузки ковша и возвращения порожнего скрепера к месту разработки.
Скреперы разделяются на прицепные, полуприцепные и самоходные. Прицепные скреперы обычно работают с гусеничными тракторами, а полуприцепные — с одноосными (реже двухосными) пневмоколесными тягачами. Самоходные скреперы имеют собственную силовую установку.
Ковши скреперов бывают с принудительной, полупринудительной и свободной разгрузкой. Принудительная разгрузка ковша скрепера осуществляется выдвижением задней стенки ковша. Полупринудительная разгрузка выполняется поворотом днища и задней стенки ковша относительно шарнира. Грунт выгружается под действием собственного веса и давления задней стенки ковша, поворачивающейся относительно шарнира в передней части ковша.
Основным показателем технической характеристики скрепера является емкость ковша. Скреперы выпускаются с ковшами емкостью от 2,85 до 25 м3. Скорость перемещения скрепера с грузом: прицепного — до 2—5 км/ч и самоходного — до 30 км/ч.
Известна конструкция скреперов с ковшами емкостью до 40 и более кубических метров, а также объединение двух или трех большегрузных скреперов в поезд, управляемый одним скреперистом (189). Один такой скреперный поезд за цикл может забирать и транспортировать до 120 м3 грунта.
Техническое обслуживание скреперов в процессе эксплуатации заключается в контрольном осмотре и уходе перед началом работы и в процессе работы; ежедневном техническом обслуживании и периодическом техническом обслуживании, проводимых в периоды, установленные правилами ГШР.
Землеройные машины.
1.2.1. Одноковшовые экскаваторы. 
Экскаватором называют землеройную машину, выполняющую операции по отделению грунта от массива и перемещению его в отвал или транспортные средства в пределах зоны досягаемости рабочего оборудования. Экскаваторы оборудуют одним или несколькими ковшами. В первом случае их называют одноковшовыми, во втором — многоковшовыми.
Рабочий процесс одноковшового экскаватора (экскавация) состоит из последовательно выполняемых операций: отделения грунта от массива, заполнения им ковша, транспортирования грунта в ковше к месту разгрузки, разгрузки грунту из ковша, возвращения последнего в забой на исходную позицию. Совокупность этих операций составляет рабочий цикл экскаватора в результате выполнения которого выдается одна порция продукции в объеме разгруженного аз ковша грунта. По этому признаку в соответствии с принятой ранее классификацией строительных машин одноковшовые экскаваторы относят к машинам цикличного действия.
По назначению одноковшовые экскаваторы делят на строительные — для выполнения земляных работ, погрузки и разгрузки сыпучих материалов; строительно-карьерные — для выполнения работ по назначению строительных экскаваторов, а также для разработки карьеров строительных материалов и добычи полезных ископаемых открытым способом; карьерные— для работы в карьерах; вскрышные — для снятия верхнего слоя грунта или горной породы перед карьерной разработкой; туннельные и шахтные — для работы под землей при строительстве подземных сооружений и разработке полезных ископаемых.
Одноковшовые экскаваторы могут разрабатывать грунты выше 8 и ниже 9 уровня своей стоянки соответственно рабочим оборудованием прямой и обратной лопат. Для увеличения рабочей зоны, например, при разработке котлованов больших размеров, на погрузочных и разгрузочных, а также на вскрышных работах на экскаваторы устанавливают рабочее оборудование драглайна . Для отрывки глубоких котлованов, ям, колодцев используют рабочее оборудование грейфера, для планировочных работ — специальное планировочное оборудование и т. п. На экскаваторы может быть установлено также крановое, сваебойное и другое сменное рабочее оборудование—всего более 41 видов. Одноковшовый экскаватор может иметь только один вид рабочего оборудования или комплектоваться его сменными видами, устанавливаемыми на машину в зависимости от выполняемых работ. В первом случае экскаваторы называют специальными, а во втором — универсальными. К последним относится большинство строительных экскаваторов. В нашей стране более 90 % выпускаемых одноковшовых экскаваторов являются универсальными. Используемые на массовых разработках горных пород открытым способом специальные карьерные экскаваторы имеют только один вид рабочего оборудования — прямую лопату.
Вскрышные экскаваторы имеют одинаковую с карьерными машинами базу и отличаются от последних главным образом размерами рабочего оборудования — ковшом большей вместимости, увеличенным его вылетом — расстоянием от оси вращения экскаватора до центра масс ковша. Это позволяет более полно использовать энергетические параметры силовой установки, прочностной ресурс машины и другие характеристики с целью получения наибольшей производительности на. разработке вскрышных грунтов, менее прочных по сравнению с залегающей под ними горной породой. Для работы в карьерах широко применяют мощные шагающие драглайны, которые используют как на погрузке взорванной породы, так и на вскрышных работах. Карьерные и вскрышные экскаваторы, а также шагающие драглайны относятся к горным машинам. Однако их широко используют на строительстве крупных земляных сооружений, например плотин, дамб, водохранилищ, каналов и т. п.