2014-02-02
3376
Экскаваторами называют землеройные машины, предназначенные для копания грунта и погрузки его в транспортные средства или отсыпки в отвал. Экскаваторы делятся на:
· циклического действия (одноковшовые);
· непрерывного действия (многоковшовые).
Одноковшовые экскаваторы.
Различают экскаваторы по типу рабочего оборудования и методам ведения работ:
· прямая лопата;
· обратная лопата;
· драглайн;
· грейфер.
Рабочий цикл этого распространённого класса экскаваторов складывается из операций резания (копания) грунта (с одновременным заполнением ковша); перемещения заполненного ковша к месту разгрузки; выгрузки грунта из ковша и возвращения ковша в забой; продолжительность рабочего цикла в зависимости от мощности и типа экскаватора и условий работы колеблется от 12 до 80 сек. Производительность одноковшового экскаватора на 1 м3 ёмкости ковша в зависимости от условий работы составляет от 100 до 350 тыс. м3 в год, или 80-180 м3/ч. Одноковшовые экскаваторы используются для разработки любых, в том числе самых плотных и неоднородных грунтов с крупными твёрдыми включениями. Для работы в более мягких грунтах одноковшовые экскаваторы могут снабжаться ковшами увеличенной ёмкости. Скальные породы и мёрзлые грунты перед разработкой одноковшовым экскаватором разрыхляют (обычно взрывом).
|
|
|
Их рабочее оборудование может быть сконструировано с гибкой (канатной) подвеской и жесткой (гидравлической) подвеской. Гибкая подвеска увеличивает рабочую зону экскаватора, но не позволяет развивать большие усилия при разработке грунта. Различают гидравлические экскаваторы с шарнирно-рычажным и телескопическим рабочим оборудованием.
По виду ходового оборудования различают гусеничные, колёсные, шагающие, на ж.-д. ходу, плавучие, колесно-гусеничные одноковшовые экскаваторы. По роду силовой установки – с приводом от двигателя внутреннего сгорания (дизельные, редко – карбюраторные и газогенераторные), электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные. По виду управления – с ручным, гидравлическим, пневматическим, электрическим и смешанным.
Экскаватор “прямая лопата” (ПЛ).
Прямой лопатой разрабатывают и грузят грунт в транспортные средства в котлованах и резервах выше уровня стоянки экскаватора, когда уровень грунтовых вод ниже подошвы забоя. Рабочий цикл прямой лопаты имеет наименьшую длительность. Поэтому производительность прямой лопаты выше, чем драглайна и обратной лопаты при одинаковой вместимости их ковшей. Ёмкость ковшей экскаваторов прямая лопата применяемых в строительстве 0,25-2,5 м3; при разработке полезных ископаемых применяются экскаваторы с ёмкостью ковша до 153 м3.
|
|
|
Рис.4.10. Экскаватор “прямая лопата”:
1 – ковш; 2 – рукоять; 3 – стрела (плечо); Lmax – максимальный вылет ковша от оси вращения экскаватора (дальность резания); +h, -h – высота подъёма ковша и глубина его опускания соответственно.
Экскаватор “обратная лопата” (ОЛ).
Выпускаются с ковшами емкостью 0,15÷1м3. Емкость ковша меньше, чем у «ПЛ», так как при разработке выемок экскаватор “ОЛ” копает ниже уровня стояния, что увеличивает опрокидывающий момент.
Обратную лопату используют для разработки неглубоких котлованов и траншей независимо от горизонта грунтовых вод. При этом грунты грузят в транспортные средства или укладывают в отвал. Обратную лопату целесообразно применять при небольших объёмах работ, так как ее применение не требует устройства специальной въездной траншеи, необходимой для прямой лопаты.
Рис. 4.11. экскаватор “обратная лопата”:
1 – ковш; 2 – рукоять; 3 – стрела (плечо); Lmax – максимальный вылет ковша от оси вращения экскаватора (дальность резания); +h, -h – высота подъёма ковша и глубина его опускания соответственно.
Экскаватор-драглайн.
Также разрабатывает грунт ниже уровня своей стоянки и применяется для разработки грунта в водонасыщенных грунтах и под водой. Рационален при глубине котлована (Нк) более 4 м. и объеме разрабатываемого грунта более 20 тыс. м3.
Рабочее оборудование экскаватора-драглайна состоит из стрелы и ковша, подвешенного к стреле при помощи подъёмного и тягового канатов. Ковши применяются различной ёмкости – в скальных, предварительно разрыхлённых породах допускается работа драглайна при ёмкости ковша свыше 10 м3. Продолжительность цикла обычно на 10-20% больше, чем при работе экскаватора с оборудованием прямой лопаты. С оборудованием драглайна работает до 40 % одноковшовых экскаваторов. Драглайны, имеющие т.н. шагающий ход, получили название шагающих экскаваторов.
Рис. 4.12. Экскаватор-драглайн:
1 – ковш; 2 – подъёмный канат; 3 – тяговый канат; 4 – стрела; 5 – стрелоподъёмный полиспаст; Lmax – дальность резания; h – глубина резания.
Экскаватор с грейферным ковшом.
Грейфер – рабочее оборудование для разработки грунтов ниже и выше уровня стоянки экскаватора, для погрузки и разгрузки сыпучих материалов, а также для некоторых видов земляных работ в мягких грунтах (рытья колодцевых котлованов, очистки прудов и каналов).
Рис.4.13. Экскаватор-грейфер:
1 – ковш; 2 – стрела; L – вылет ковша; +h, -h – глубина подъёма ковша и глубина его опускания соответственно.
Грейферы бывают одно-и двухканатные. На экскаваторах обычно применяют двухканатные грейферы. Для грейфера используют решетчатую стрелу драглайна. Применяют грейферы двухчелюстные и с большим числом челюстей. Число и форма челюстей зависят от вида перегружаемого материала. Однако принципиальная схема их работы не отличается от схемы двухчелюстного грейфера.
Рис.4.14. Схема работы двухчелюстного грейфера:
а) – грейфер опущен на перегружаемый материал; б) – зачёрпывание материала; в) – подъём заполненного грейфера; г) – разгрузка грейфера; 1,2 – поддерживающий и замыкающий канаты; 3, 8 – верхняя и нижняя головки; 4 – тяга; 5 – блок; 6 – челюсть; 7 – оттяжной канат-успокоитель.
С помощью одноковшовых экскаваторов можно разрабатывать все виды грунтов, включая скальные грунты. Грунты V и VI групп (кроме пестроцветных моренных глин) разрабатывают после предварительного разрыхления.
Одноковшовые экскаваторы работают в забое. Забой – это рабочая зона экскаватора, где находится его стоянка и разрабатываемый с этой стоянки массив грунта. В этой зоне располагаются загружаемые транспортные средства или размещается отвал грунта. Разработку грунта экскаватором с ряда последовательно расположенных стоянок называют проходкой.
|
|
|
В зависимости от расположения экскаватора в забое по отношению к массиву грунта и характера разработки этого массива различают два вида забоев: лобовой (торцевой) и боковой. Соответственно, проходки экскаватора могут быть лобовыми и боковыми. При лобовом забое выемку разрабатывают с торца, а при боковом – последовательными параллельными проходками.
Выбор вида забоя и определение его рациональных размеров имеет существенное значение для обеспечения производительной работы экскаватора. При этом необходимо учитывать размеры выемки, характер рельефа местности и основные рабочие параметры экскаватора.
Существуют также одноковшовые экскаваторы другого функционального назначения. Карьерные экскаваторы изготовляются с оборудованием прямой или обратной лопаты, реже со сменным оборудованием драглайна и крана. Отличаются мощным рабочим оборудованием, высокими рабочими усилиями, коротким циклом работы, что обуславливает по сравнению с другими экскаваторами тех же типоразмеров большую производительность при погрузке в транспортные средства, особенно при прочных грунтах. Экскаваторы средней (ёмкость ковша 2-4 м3) и большой (ёмкость ковша 5-20 м3) мощности, массой 76-900 т, предназначены для работы в карьерах, особенно в прочных, предварительно взорванных породах и грунтах, с погрузкой главным образом в большегрузные автосамосвалы.
Строительно-карьерные экскаваторы средней и большой мощности предназначены для работы в основном на карьерах нерудных строительных материалов. По своей конструкции они занимают среднее положение между строительными и карьерными.
Вскрышные экскаваторы изготовляют обычно с оборудованием прямой или обратной лопаты для перемещения в отвал вскрышных пород на карьерах. Вскрышные экскаваторы с ковшами ёмкостью до 15 м3 применяются также для погрузки в транспортные средства, расположенные на бровке разрабатываемого забоя. Ёмкость ковша от 6 до 153 м3, масса 700-12700 т. Ходовое оборудование мощных моделей – 4 спаренные гусеницы. Скорость хода 0,3-0,5 км/ч. Помимо механической лопаты на вскрышных работах применяются драглайны на шагающем ходу со стрелами длиной до 100 м, с ковшами ёмкостью от 5 до 168 м3, массой до 14 тыс.т. Они являются основным оборудованием при бестранспортных системах разработки месторождений полезных ископаемых.
|
|
|
Тоннельные и шахтные экскаваторы используют в подземных условиях в выработках большого поперечного сечения при проходке тоннелей, сооружении камер подземных сооружений, выемке полезных ископаемых. Ёмкость ковша 0,75-1 м3, масса 16-30 т.
Многоковшовые экскаваторы.
Многоковшовые экскаваторы выполняют все операции по резанию, транспортированию и разгрузке грунта одновременно и непрерывно.
В результате совмещения операций многоковшовые экскаваторы по сравнению с одноковшовыми имеют более высокую производительность. Они применяются для отрывки траншей глубиной 0,5-8м при ширине 0,14-3м.
По назначению различают:
· траншейные (разработка траншей);
· дреноукладочные (строительство дренажных систем);
· мелиоративные и канальные (разработка, ремонт и очистка каналов);
· карьерные (вскрышные и добычные работы).
Ходовое оборудование многоковшовых экскаваторов – гусеничное (при любой массе), пневмоколесное (до массы в 30-40 т), реже рельсовое (железнодорожное), шагающее или рельсо-шагающее (последние два при любой массе и перемещении экскаватора по мягким грунтам). В процессе работы многоковшовый экскаватор производит резание (копание), захват, транспортирование и разгрузку грунта на магистральный конвейер или в вагоны.
По виду рабочего оборудования многоковшовые экскаваторы подразделяются на два основных типа: цепные и роторные. В цепных экскаваторах ковши (от 12 до 40 штук) укреплены на бесконечной цепи, движущейся по каткам в направляющих ковшовой рамы. Большинство конструкций цепных экскаваторов может обеспечивать точную отделку откосов сооружения, благодаря чему ими выполняются профилировочные работы.
В роторных экскаваторах рабочий орган – колесо (ротор) с 6-12 (иногда до 24) ковшами. Грунт из ковшей ротора высыпается на конвейер роторной стрелы непосредственно или через питатель и передается на разгрузочный конвейер. Общее расстояние, на которое перемещается грунт, достигает 150 м, высота копания до 50 м, глубина копания до 25 м.
В зависимости от направления движения ковшей относительно перемещения экскаватора различают многоковшовые экскаваторы поперечного и продольного копания и поворотные. К экскаваторам поперечного копания относятся в основном цепные экскаваторы, которые во время работы движутся в направлении, перпендикулярном плоскости движения ковшей.
Машины могут работать с верхним и нижним копанием, т.е. разрабатывать грунт как ниже, так и выше уровня своей стоянки. К экскаваторам продольного копания относятся цепные и роторные экскаваторы, которые во время работы движутся в направлении, параллельном или совпадающим с плоскостью движения ковшей – траншеекопатели, канавокопатели. Обычно это машины малой мощности (масса до 75 т), на гусеничном или пневмоколесном ходу. Предназначены они для рытья траншей шириной от 0,35 до 2, реже 3 м при глубине от 1,2 до 2 м для роторных экскаваторов и до 8 м – для цепных. Эти экскаваторы выполняются также в виде навесного оборудования на тракторах, колесных тягачах и автомобилях. К поворотным многоковшовым экскаваторам относятся цепные экскаваторы, имеющие ковшовую раму, установленную на поворотной платформе, вращающейся на опорном круге; обычно оборудуются гусеничным ходом. Полноповоротность увеличивает массу экскаватора на 30-40 %. Емкость ковшей достигает 3600 л. Применяют для обработки тупиковых забоев и разработки с одного уступа попеременно верхним и нижним забоем двух уступов.
Рис.4.15. Цепной экскаватор продольного копания:
1 – двигатель; 2 – гидроцилиндры подъёма ковшовой рамы; 3 – ковшовая рама; 4 – ленточный транспортер; 5 – ковши; 6 – гусеничное шасси.
Рис.4.16. Роторный экскаватор продольного копания:
1 – двигатель; 2 – гидроцилиндры подъёма ротора; 3 – гусеничное шасси; 4 – ротор; 5 – ковши; 6 – ленточный транспортер.
Многоковшовые экскаваторы наиболее производительны в условиях сосредоточенных объемов открытых горных и земляных работ в мягких, средних и однородных плотных грунтах, особенно при постоянных или мало изменяющихся поперечных профилях забоев или сооружений с правильными откосами. Экскаваторы малой мощности, с ковшами ёмкостью до 150 л, могут работать с любым видом транспорта, а машины средней и большой мощности – с ж.д. и конвейерным транспортом.
4.8.Крепление стенок выемок.
Строительство сооружений в открытых котлованах и траншеях является наиболее распространенным способом. Строительство в открытых выемках рекомендуется:
· в скальных, валунных, галечниковых грунтах – до проектной отметки;
· в песчаных водонасыщенных грунтах – до глубины 6-7 м;
· в песчаных грунтах естественной влажности – до глубины 10-11 м;
· в водонасыщенных глинистых грунтах – до глубины 10-12 м.
· в глинистых грунтах естественной влажности – до 13-16 м.
Разработка грунтов ведется описанными выше способами.
Траншеи и котлованы устраивают с отвесными и наклонными стенками. В городских условиях из-за стеснённости условий работ и наличия существующих фундаментов выемки устраивают с вертикальными стенками с применением креплений.
Крепления различают:
· распорные;
· подкосные;
· анкерные;
· шпунтовые.
Рис. 4.17.Схема распорного крепления стенок траншеи:
1 – стойка из двутавра; 2 – забирка из досок б = 5 см; 3 – распорки из брёвен (толщиной 10 -18 см).
Рис.4.18. Схема подкосного крепления стенок выемки:
1 – стойки; 2 – доски; 3 – подкосы; 4 – упорные свайки.
Рис.4.19. Схема анкерного крепления стенки выемки:
1 – стойка; 2 – доски; 3 – анкер.
Рис.4.20. Схема шпунтового ограждения стенок траншей:
1 – шпунтовое ограждение; 2 – распорки.
Шпунт (или шпунтовые сваи) образующий шпунтовое ограждение, имеет несколько разновидностей. Он используется не только для крепления стен выемок, но также и для укрепления грунта на склонах, устройства противофильтрационных завес и др.
Разновидности шпунта:
· деревянный;
· железобетонный;
· металлический, который в свою очередь делится на:
· плоский;
· корытный;
· корытный типа "Ларсен";
· z - образный и др.
Рис.4.21. Деревянный или железобетонный шпунт для прямолинейных участков шпунтовых стен:
1 – гребень; 2 – паз.
Рис.4.22.Железобетонный шпунт для криволинейных участков.
Рис.4.23. Разновидности металлического шпунта:
а) – плоский; б) – корытный; в) – корытный типа “Ларсен”; г) – Z-образный.
Для плоского шпунта требуются горизонтальные распорки или анкера. При применении корытных и Z-образных шпунтов в выемках глубиной до 6 м разрешается устраивать ограждения без распорок или анкеров. Шпунты погружают как ударным способом (копровым молотом), так и безударными способами – вибропогружением и вдавливанием.
4.9.Укрепление грунтов подпорными стенами.
Иногда возникает необходимость в закреплении откосов насыпей или выемок, например, при прохождении выемки железной или автомобильной дороги сквозь холм (возвышенность).
По схеме работы подпорные стены делятся на ленточные и контрфорсные.
По типу конструкции различают несколько видов подпорных стен. Некоторые из них приведены на рис.4.24.
Рис.4.24. Конструкции подпорных стен:
а) – массивные; б) – тонкостенные; в) – комбинированные; г) – из армированного грунта; 1 – подпорная стена; 2 – насыпь; 3 – выемка; 4 – контрфорс; 5 – дополнительная горизонтальная плита; 6 – металлические оболочки; 7 – арматурные полосы или сетки; 8 – уплотнённый грунт.
В последнее время широко применяются сборные подпорные стенки габионного типа.
