Разработка выемок экскаваторами
Экскаваторы - это самоходные землеройные машины с ковшовым рабочим оборудованием. Они предназначены для разработки грунтов и горных пород в транспортные средства или в отвал. По характеру рабочих процессов различают экскаваторы цикличного и непрерывного действия. К экскаваторам цикличного действия относят одноковшовые экскаваторы, а к непрерывного действия - роторные.
По ходовому оборудованию экскаваторы разделяют на гусеничные. Типы и марки экскаваторов, применяемых на дорожных работах, приведены в табл. 3.12.1. При разработке выемок в зависимости от вида выполняемых работ экскаваторы могут иметь следующее рабочее оборудование: прямую лопату (рис. 3.12.1, а), обратную лопату (рис. 3.12.1, б) драглайн (рис. 3.12.2).
Рис. 3.12.1. Одноковшовые экскаваторы:
а - прямая лопата; б - обратная лопата
Рис. 3.12.2. Экскаватор с оборудованием драглайна:
I - ковш в верхнем положении; II - в исходном положении перед заполнением; III - в процессе заполнения
Экскаваторы, оборудованные прямой лопатой, ведут разработку грунта выше уровня своей стоянки. Ковш при этом движется снизу вверх и от экскаватора. Прямой лопатой разрабатывают грунт чаще с погрузкой в транспортные средства.
Экскаватор, оборудованный обратной лопатой, ведет разработку грунта ниже уровня его стояния. При копании ковш движется сверху вниз и вверх к экскаватору.
Отличительной особенностью экскаваторов с оборудованием драглайнов (рис. 3.12.2) является наличие удлиненной решетчатой стрелы и гибкой канатной подвески ковша. Копание грунта ковшом драглайна и наполнение его грунтом осуществляется подтягиванием ковша к экскаватору при расположении самой машины выше выемки.
По сравнению с прямой и обратной лопатами драглайн имеет большие радиус действия и глубину копания, что позволяет разрабатывать большие по поперечному сечению выемки с отсыпкой грунта в отвал или в транспортные средства.
Разработку выемки экскаватором, оборудованном прямой лопатой, производят: боковым забоем, когда транспортные средства размещают сбоку экскаватора в одном или разном уровнях с ним (рис. 3.12.3); лобовым забоем, когда экскаватор, разрабатывая выемку, грунт выгружает в транспортное средство, расположенное сзади экскаватора (рис. 3.12.4).
Рис. 3.12.3. Схема бокового забоя:
а - при погрузке грунта в автомобили-самосвалы на уровне стоянки экскаватора; б - то же при размещении самосвалов выше, чем стоянка экскаватора
Рис. 3.12.4. Схема разработки выемки:
а - лобовым забоем; б - уширенным лобовым забоем;
1 - траектория перемещения экскаватора
Разработка боковым забоем предпочтительна, так как обеспечиваются лучшие условия для подъезда и погрузки транспортных средств, уменьшается угол поворота экскаватора, что способствует более производительной работе машин.
Место разработки грунта экскаватором называется забоем, а продольную траншею, выработанную за один проход, - проходкой. Размеры забоев определяют рабочими параметрами применяемых моделей экскаваторов (табл. 3.12.1).
Таблица 3.12.1
Рекомендуемые параметры забоев
| Объем ковша экскаватора, м3 | Расположение транспортных средств | Радиус выгрузки R, м | Высота выгрузки Нв, м | Высота забоя Нз, м | |||||
| в одном уровне | в разных уровнях | ||||||||
| в | r | В | в | r | В | ||||
| 0,5 | 4,6 | 4,8 | 9,4 | 2,1 | 4,8 | 6,9 | 6,6 | 4,1 | 6,6 |
| 0,65 | 5,4 | 6,3 | 11,7 | 2,2 | 6,3 | 8,5 | 7,4 | 4,8 | 7,3 |
| 1,0 | 5,8 | 6,4 | 12,2 | 2,4 | 6,7 | 9,1 | 7,8 | 5,0 | 8,0 |
| 2,0 | 7,0 | 7,4 | 14,4 | 4,9 | 7,4 | 12,3 | 10,2 | 5,5 | 9,3 |
Наименьшая высота забоя для одноковшового экскаватора должна быть такой, чтобы обеспечить наполнение ковша (табл. 3.12.2).
Таблица 3.12.2
Наименьшая высота забоя
| Группа грунта | Вместимость ковша, м3 | ||
| 0,65 | 1,0 | 2,0 | |
| I и II | 2,5 | 3,0 | 3,0 |
| III | 4,5 | 4,5 | 4,5 |
| IV | 5,5 | 6,0 | 6,0 |
Для повышения производительности экскаватора (прямая лопата) целесообразно высоту забоя назначать, руководствуясь данными табл. 3.12.3.
Таблица 3.12.3
Высота забоя в зависимости от емкости ковша и угла наклона стрелы экскаватора
| Объем ковша, м3 | Угол наклона стрелы к горизонту, град. | Наибольшая высота забоя, м |
| 0,65 | 45...60 | 6,8...7,8 |
| 1,0 | 45...60 | 7,8...0,3 |
| 2,0 | 45...60 | 9,3...10,8 |
Когда транспортные средства под погрузку располагают выше уровня стоянки экскаватора, то высоту уступа h (рис. 3.12.3, б) определяют по формуле
h = H в - (H тр + 0,5), (3.12.1)
где Hв - наибольшая высота выгрузки, м;
Hтр - высота транспортного средства, м;
0,5 - зазор безопасности над транспортным средством, м.
При большой глубине и ширине выемки разработку ее ведут несколькими проходками. Сечение забоя проходок должно соответствовать рабочим параметрам применяемого экскаватора. По численным значениям этих параметров (табл. 3.12.1) для выбранного экскаватора вычерчивают сечение забоя и по нему разбивают поперечник выемки на проходки (рис. 3.12.5). Расчет ведут по наибольшей глубине выемки. Проходки с минимальной глубиной назначают для верхнего яруса, где они самые короткие. Разработку первых (пионерных) траншей производят лобовым забоем нормальной ширины или уширенным. Разработку неглубоких пионерных траншей для создания погрузочной площадки можно вести бульдозером или скрепером с перемещением грунта в отвал или насыпь. Ширина пионерной траншеи понизу должна быть не менее 4,0 м. Подошва каждого яруса, кроме последнего, должна иметь уклон 20‰ в сторону начала разработки для обеспечения отвода воды.
Рис. 3.12.5. Схема разбивки выемки на проходки:
1 и 5 - уширенные лобовые; 2,3,4,6,7 - проходки боковыми забоями
Лобовым забоем разрабатывают неглубокие короткие выемки, если работу можно выполнить за одну проходку экскаватора. Работа в более широких лобовых забоях (рис. 3.12.4, б) способствует уменьшению угла поворота, повышению его производительности и улучшает маневренность автомобилей-самосвалов или других транспортных средств.
Разработку выемок экскаваторами - драглайн можно вести двумя способами:
1) проходками с лобовым забоем, когда экскаватор перемещается в пределах разрабатываемой им полосы;
2) проходками с боковым забоем, когда экскаватор перемещается за пределами разрабатываемой им полосы.
По сравнению с боковым забоем лобовой имеет преимущество, так как за одну проходку дает возможность разрабатывать грунт на полосе шириной почти равной удвоенному наибольшему радиусу резания. Глубина лобового забоя может быть значительно больше глубины бокового.
Разработку грунта драглайном осуществляют ниже уровня стоянки экскаватора с выгрузкой в отвал или транспортные средства, которые подают по верху или по дну выемки. Наибольшая глубина разработки выемок драглайном приведена в табл. 3.12.4.
Таблица 3.12.4
Глубина разработки выемки драглайном
| Объем ковша, м | Длина стрелы, м | Угол наклона стрелы к горизонту, град | Глубина разработки, м, при проходке: | |
| боковой | торцевой | |||
| 0,65 | 30...45 | 4,4...3,8 | 7,3...6,5 | |
| 0,65 | 30...45 | 6,6...5,9 | 10,0...7,8 | |
| 1,0 | 12,5 | 30...45 | 6,0...4,9 | 9,5...7,4 |
| 1,0 | 30...45 | 7,4...6,5 | 12,0...9,6 | |
| 2,0 | 30...45 | 10,7...9,4 | 16,3...13,1 |
Производительность одноковшовых экскаваторов можно рассчитать по формуле
(3.12.2)
где Т- продолжительность смены, ч ;
Кв - коэффициент использования времени;
q - объем ковша экскаватора, м3;
Кн - коэффициент наполнения ковша (табл. 3.12.5);
tц - продолжительность рабочего цикла экскаватора (табл. 3.12.6), с;
Кр - коэффициент разрыхления грунта.
Продолжительность цикла tц включает в себя время, необходимое на копание t1, подъем ковша t2, поворот стрелы с ковшом t3, выгрузка ковша t4, поворот стрелы в забой t5 и опускание ковша t6
tц = t1 + t2 + t3 + t4 + t5 + t6 (3.12.3)
Ориентировочные усредненные значения продолжительности рабочего цикла одноковшовых экскаваторов для средних параметров забоя и угла поворота при выгрузке 90° приведены в табл. 3.12.6.
Таблица 3.12.5
Наполнение ковша экскаватора
| Грунт | Группа грунта | Коэффициент наклона ковша, К н | |
| прямая лопата | драглайн | ||
| Г л ина: | |||
| средняя | II | 1,08. ..1,18 | 0,98...1,06 |
| влажная | III | 1,30...1,50 | 1,18...1,28 |
| тяжелая | IV | 1,0...1,10 | 0,95...1,0 |
| Суглинок при естественной влажности | II | 1,05...1,12 | 0,80...1,0 |
| Песок, гравий | I , II | 1,15...1,23 | 1,10...1,20 |
| Скальные породы | V , VI | 0,75...0,90 | 0,55...0,80 |
Таблица 3.12.6
Продолжительность рабочего цикла одноковшовых экскаваторов
| Объем ковша экскаватора, м3 | Продолжительность цикла, с. | ||
| прямой лопаты | обратной лопаты | драглайна | |
| 0,65 | 16...18 | 16...23 | 21...23 |
| 1,0 | 16...21 | 20...26 | 24...26 |
| 2,0 | 21...23 | 27...30 | 28...30 |
Для повышения производительности экскаваторов необходимо увеличить наполнение ковша, сокращать продолжительность цикла, рационально организовать работу экскаватора в забое. При выгрузке грунта в отвал или транспортные средства уменьшение угла поворота стрелы с 90° до 70° сокращает цикл не менее чем на 10 %.
Производительность экскаватора при работе с транспортными средствами во многом определяется непрерывностью их подачи и правильной установкой в забое с тем, чтобы угол поворота экскаватора был наименьшим.