Строительные машины и оборудование, справочник





Рабочие органы машин для разработки грунтов под водой

Категория:
   Машины и оборудование для подводных работ


Рабочие органы машин для разработки грунтов под водой

Рабочие органы подводных землеройных машин являются механизмами, работающими в агрессивной среде (вода, грунт, твердые включения) с большими динамическими нагрузками. Требования, предъявляемые к рабочим органам, должны удовлетворять условия нормальной эксплуатации машин. Грунтоприемные устройства землесосов должны быть простыми в конструктивном отношении, эффективно разрушать определенные группы грунтов, соответствовать условиям работы грунтонасоса и принятой схеме производства работ, устойчиво работа на заданной глубине.

Мелко- и среднезернистые пески до глубин 10—15 м и крупнозернистые пески и гравийные грунты до глубин 8—12 м успешно разрабатываются грунтоприемными устройствамщ непосредственного (свободного) всасывания.

Работы Д. В. Рощупкина, Б. Е; Романенко, А. И. Харина,1 С. П. Огородникова, Б. М. Шкундина позволили установить основные закономерности процесса всасывания и создать высокоэффективные рабочие органы.



Рис. 80. Формы всасывающих наконечников: а — круглый; б — грушевидный; в — эллиптический; г — щелевидный.

В самоотвозных землесосах применяют волочащиеся грунтоприем-ники нерегулируемого, регулируемого и саморегулируемого типов. Щелевидные и черпаковые грунтоприемники нерегулируемого типа весьма просты по конструкции. Их корпус укреплен при помощи фланцев и болтов на сосуне. Форма всасывающего отверстия (зев) имеет вид щели или черпака. Для разработки илистых грунтов применяют грунтоприемники черпакового типа, песчаных — щелевидного. Зев грунто-приемника снабжается решеткой-колосником с отверстиями, не превышающими по размеру проходное сечение грунтового насоса. Обычно нижние кромки черпаковых грунтоприемников снабжаются зубьями для лучшего разрыхления грунта перед всасыванием. Всасывающие наконечники грунтоприемных устройств выбираются в зависимости от толщины слоя грунта и способа его разработки (рис. 80).

Регулируемые грунтоприемники позволяют устанавливать требуемый угол наклона зева грунтоприемника к плоскости грунта в зависимости от угла наклона сосуна.

Регулируемый грунтоприемник состоит из черпаковрй головки, которая при помощи талрепа и винтовой стяжки меняет свое положение относительно оси сосуна за счет шарнирного соединения. Зев этого грунтоприемника снабжается подвижными щитами, способными регулировать объем воды, поступающей в грунтоприемник (рис. 81).

Для работы при волнении моря наиболее эффективны саморегулируемые грунтоприемники (рис. 82). Для забора грунтов с негабаритными включениями размер щелевидного зева выбирают в соответствии с минимальным размером проходного канала рабочего колеса насоса. Для других видов зева применяют решетки различных конфигурации.

Грунтоприемники якорных землесосов зависят от типа рабочего перемещения и бывают эллиптические и щелевидные.

Грунтозаборное устройство якорного землесоса аналогично в основном грунтозаборному устройству самоотвозного землесоса с добавочной установкой механического или гидравлического рыхлителя грунта.

Грунтозаборные устройства строительных земснарядов для разработки несвязных грунтов аналогичны по конструктивным особенностям. При больших глубинах для разработки несвязных грунтов применяются эжек-тирующие устройства или погружные грунтовые насосы. Если в несвязных грунтах имеются прослойки плотных илов или суглинков, грунтоприемные устройства оборудуют дополнительно гидравлическим рыхлителем.

Гидравлические рыхлители устанавливаются вблизи приемного отверстия. По конструктивным особенностям они бывают односопловые гидромониторного типа и многосопловые с кольцевым коллектором. Рыхлители гидромониторного типа используются, как правило, на эжекторных земснарядах, причем сопло монитора располагаете сверху эжекторного наконечника и может поворачиваться. Много-, сопловые рыхлители состоят из коллектора с соплами.

Связные грунты разрабатывают строительными земсна-; рядами с помощью механических рыхлителей, устойчиво работающих на глубинах до 12 м.

Механические рыхлители разделяются на следующие группы: фрезерные, ротационные, роторно-ковшовые, винтовые, вибрационные и пр.

Рис. 83. Фрезы открытого типа:
а — с прямолинейными ножами; б — с криволинейными ножами; 1 — ступица; 2 — ребра; 3 — режущие элементы.

Большое распространение получили фрезерные рыхлители с ромбовидной формой ножа. Фрезерные рыхлители состоят из ножей, ступицы и опорного кольца. Число ножей зависит от типа разрабатываемого грунта. При отсутствии включений в грунтах используют фрезы открытого типа. В этом случае между режущими элементами и ступицей имеются соединительные спицы различной конфигурации. Если ножи крепятся непосредственно к ступице, фреза называется закрытой. Наиболее производительны в глинистых грунтах фрезы отвального и плужного типов, разработанные в Калининградском политехническом институте и СибЦНИИС.

Фрезы’открытого типа бывают с прямолинейными и криволинейными ножами (рис. 83), фрезы закрытого типа — с ножами двоякой кривизны (рис. 84). Существуют конструкции фрез со сменными зубьямиГ Основным недостатком этих фрез является односторонее направление вращения, что обеспечивает нормальную работу только” при движении рыхлителя в одну сторону. Для устранения этого недостатка разработаны конструкции реверсивных фрезерных рыхлителей, ножи которых крепятся шарнирно к спицам, обеспечивая требуемый поворот ножей при изменении вращения фрезы (рис. 85).

Рис. 84. Фреза закрытого типа с ножами

В отвальных (рис. 86) фрезах условия залипания практически отсутствуют, фрезы обладают малой энергоемкостью, укорочённая длина фрезы приближает зоны резания к зоне всасывания, грунт за счет отвальных поверхностей подается непосредственно к всосу. Фреза сварена из литых элементов. Материал лопасти — сталь 20Л, сменные режущие ножи изготовлены из стали 35ГЛ. Для разработки сцементированных прочных грунтов применяются режущие элементы, оснащенные зубьями. Размер зубьев снижается от передних к задним, что обеспечивает одновременный износ фрезы.

Ротационные рыхлители применяются для разрушения заросших растительных грунтов (рис. 87). Рабочие органы состоят из барабанов с ножами. Барабаны представляют собой диски, на которых укреплены ножи.

Фрезерно-гидравлические рыхлители применяются для предотвращения залипания фрез и увеличения зоны всасывания. На фрезе такого рыхлителя устанавливаются гидронасадки бокового, лобового и’смывающего типов (рис. 88).

Роторно-ковшовые рыхлители бывают с одним или двумя роторами, с бункером или вращающейся всасывающей трубой, реверсивные.

Однороторный рыхлитель бункерного типа для разработки плотных связных грунтов (рис. 89) состоит из шестичерпакового ротора с бездонными ковшами. Преимуществом данного вида рабочего органа является способность равномерно загружать всасывающую- труб заданным количеством грунта.

Двухроторные рыхлители менее распространены, хотя условии бокового резания грунта ими лучше.

Винтовые рыхлители применяются для разработки торфяников и являются сменным оборудованием.

Выбор типа и режимов работы грунтозаборного устройства, в первую очередь, зависит от условий работы и группы грунта.

В последние годы созданы высокоэффективные спирально-винтовые фрезы землесосных снарядов. СибЦНИИС проведены испытания новых фрез на земснарядах ЗРС-1, 300-40М на грунтах IV группы.

Вибрационными грунтозаборными устройствами разрабатываются илистые и гравийно-певчаные грунты. Виброприводом служат гидро-и электровибраторы.’
Существуют еще несколько типов различных рыхлителей, получивших меньшее распространение. К ним относятся цепные рыхлители, состоящие из бесконечной шарнирной цепи с решеткой и установленными на ней зубьями, подающими грунт к всасывающей трубе. Такие рабочие органы служат для разработки грунтов с валунами значитель1 ных размеров при глубине до 15 м.

Черпаковые рыхлители состоят из двух барабанов, между которыми перемещается черпаковая цепь. Черпаки несут грунт к всасывающему отверстию трубы. Для разработки плотных грунтов режущие кромки рабочих органов наплавляют электродами Т-590, 12АН, Т-520. В нековремя работы на последней машине составило 1570 ч, среднечасовая производительность — 350 м8/ч.

Рабочим органом черпаковых снарядов является черпак, конструкция которого зависит от разрабатываемого грунта. Глубина черпания некоторых земснарядов достигает 40 м и более. Основными характеристиками черпака служат вылет, глубина черпания, глубина закрытой и открытой части, угол наклона режущей кромки, угол резания, угол конусности. Для песчаных грунтов применяют сварные, для тяжелых — литосварные или цельнолитые черпаки. Для устранения залипания предложены различные конструкции.

Цельнолитые черпаки изготовляются из стали 35Л или износоуе-тойчивбй стали Г-13, резак — из износоустойчивой высокомарганцовистой стали Г-13Л или ЭИ-256. При ремонтах и изготовлении резака из обычной стали его наплавляют электродами Т-520, ;, Т-590,

Г13Л; вместимость ковшей — до 4,5 м3. Грейферы применяют многочелюстные и двухчелюстные. Для тяжелых грунтов сила тяжести грейфера, отнесенная к кубометру емкости, составляет 40—50 кН/м3, для легких грунтов — 15—25 кН/м3; вместимость грейферных ковшей до 3 м3. Многочерпаковые машины нашли широкое распространение за рубежом (США, Канада); вместимость их ковшей достигает 2 м3, глубина добычи — до 6 м.

Для дробления крупных камней на всасывающих трубопроводах иногда устанавливают шековые дробилки. Для поддержания нормального режима работы на всасывающих трубах выше всасывающего наконечника могут устанавливаться задвижки для прекращения доступа воды с дистанционным управлением для предупреждения срыва вакуума.

Для разработки прочны х грунтов применяются различные виды разрушающих механизмов.

Простейшее скалодробильное устройство (рис. 90) позволяет разрушать грунт на глубине до 18—20 м при частоте ударов 100—180 ч и массе долота до 30 т.

Рис. 91. Ковш конструкции КИСИ:
1 — зуб; 2 —> крепление ковша; 3 — ковш.

Долото, перемещаясь по направляющей обойме, подвешенной к оси блоков стрелы, под действием силы тяжести разрушает грунт. Производительность работ на глубине 10 м при 50 ударах в час 30-тонного долота и высоте падения 6—7 м составляет около 7 м8/ч на граните, 20 м3/ч — на известняке, 30 м/ч — на песчанике.

Для разрушения больших массивов применяют несколько скало-дробильных устройств, объединенных в одном корпусе.

Для этих же целей применяются и снаряды с пневматическими молотами. Одиночные или спаренные понтоны оснащены устройствами для’перемещения снарядов, молоты поднимаются лебедками. Долота изготовляются из износоустойчивой стали, масса дощота 1700 кг, масса молота 400 кг, частота ударов 90—109 мин-1, давление воздух ха 0,63 МПа.

Для разрушения прочных грунтов штанговые снаряды могут осна щаться ковшами конструкции Киевского инженерно-строительного института, разработанными по условию минимума энергоемкости резания грунта. Вся работа резания в таком ковше сосредоточена на одном зубе, находящемся в угловом сопряжении ветвей козырька (рис. 91). Кромке козырька придается симметричнее угловое очертание с ветвями, расходящимися под некоторым углом. Для исключения, козырька из работы резания режуший элемент — зуб — выступает по отношению к козырьку на величину ДА.

Ширина ковша В принимается такой, чтобы площадь;, сечения среза была достаточной для’ заполнения ковша на расчетном^ пути резания. В целом в конструк-и ции обеспечено наибольшее возможное сосредоточение усилий резания,’; исключение контура кромки козырька ковша из работы резания, сменность интенсивно изнашивающегося режущего элемента — зуба.

Для подводного разрушения плотных грунтов в КИСИ и ОИСИ создан ряд инструментов. Для отрывки подводных траншей в скальных грунтах режущими элементами этих инструментов являются твердосплавные ступенчатые фрезы, расположенные в плане в шахматном порядке, со специальными выходами каналов для воды, находящихся перед режущими кромками резцов. Фрезы насажены на полые вращающиеся валы. Струи воды, вытекающие под давлением через полости валов и выходные водяные каналы фрез, позволяют снизить температуру в зоне резания, увеличить стойкость инструмента и существенна, уменьшить энергоемкость. Струи, попадая в трещины, развивающиеся; под силовым, воздействием резцов, облегчают процесс разрушбни скальных груйтов. Расположение резцов в плане в шахматном порядк позволяет путем изменения числа рядов ступенчатых фрез одним и т же устройством рыть траншеи различной ширины и глубины. Схем устройства изображена на рис. 92.

Для подводного распиливания прочных грунтов разработан устройство, позволяющее снизить износ инструмента и энергоемкое? процесса резания. Устройство имеет коллектор для воды, соединенны с полыми вращающимися штангами, на которые насажены твердоспла ные фрезы со специальными выходными каналами для воды, расположенными перед режущими кромками резцов. Такое расположение каналов и наличие водяного коллектора позволяет повысить эффективность распиливания при подводной, подземной и открытой разработке прочных грунтов, снизить энергоемкость процесса, а также температуру в зоне резания.

Рис. 93. Механизм для разрушения прочных грунтов.

Для обеспечения, равномерного давления воды сечение входных каналов штанг возрастает при увеличении длины штанги.

Устройство изображено на рис. 93. Оно состоит из твердосплавных фрез со специальными выходными каналами для воды, расположенными перед передними режущими кромками резцов. Фрезы насажены на штанги, которые приводятся во вращение зубчатыми колесами от распределительного вала с зубчатым колесом. Штанги и распределительный вал вращаются в подшипниках, которые установлены в корпусе устройства, состоящего из крышки и основания и соединяющих их болтов. Для обеспечения герметичности устройства использованы уплотнительные прокладки, кольца и крышка. В корпусе выполнен коллектор для воды с патрубком. Коллектор связан с вводными отверстиями полых штанг. Входные отверстия выполнены так, что их сечение возрастает по мере увеличения длины штанг.

Устройство действует следующим образом. Фрезы приводятся во вращение й при перемещении устройства образуют своими боковыми режущими, кромками линейный пропил. Вода, которая подается под давлением из коллектора через полые штанги и специальные каналы во фрезах в зону резания, разрушает частицы грунта и выносит их из пропила.

Для отрывки узких траншей линий коммуникаций возможно применение машин с роторными рабочими органами ударного действия, которые одновременно с разрушением производят экскавацию грунта из траншей. При этом получаются достаточно ровные стенки траншей и сравнительно точно выдерживается размер по ширине и глубине траншей.

Рис. 94. Рабочий орган траншеекопателя ударного действия конструкции КИСИ:
1 — ударник; 2 — серьга; 3 — ротор; 4 — рама.

Навесное оборудование такого траншеекопателя состоит из рамы, опорного кронштейна, привода и центробежных рабочих органов ударного действия конструкции КИСИ, расположенных под углом друг к другу (рис. 94).

Использование машин с роторными рабочими органами ударного действия дает возможность при их относительно небольших размерах получить значительные кратковременные импульсы, достаточные для разрушения весьма прочных грунтов. Применение таких рабочих органов (позволяет создавать машины непрерывного действия, значительно повышающие производительность за счет устранения непроизводительных затрат рабочего времени.

Процесс разрушения ударом представляет собой непрерывно чередующиеся друг за другом этапы формирования напряженной зоны, и отрывов от разрушаемого материала отдельных элементов. Так как зона напряжения, созданная в начальной стадии контакта инструмента с забоем, сохраняет частично свое значение и после отделения элементов блока, то на создание критических напряжений,в последующих этапах разрушения требуются меньшие затраты энергии. По мере возрастания работы удара и увеличения количества этапов разрушения все меньшая часть ее затрачивается на создание начальной зоны напряжения. Это приводит к более эффективному использованию затрачиваемой энергии на отрыв от блока крупных элементов.

Таким образом, увеличение работы удара приводит к перераспределению затрачиваемой энергии. Большая ее часть затрачивается на отделение от блока крупных кусков и меньшая часть — на создание напряженной зоны и потери в виде энергии отдачи инструмента и трения о воду.

Читать далее:

Категория: - Машины и оборудование для подводных работ

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины