Строительные машины и оборудование, справочник





Разработка мерзлых грунтов землеройными машинами

Категория:
   Землеройные машины для подготовительных работ



Разработка мерзлых грунтов землеройными машинами

Физико-механические свойства мерзлых грунтов и, в частности, их прочность существенно зависят от количества содержания в них незамерз-шей воды, т. е. от температуры.

В песках и супесях вся вода практически замерзает при температуре до —3° С. В суглинках и особенно в глинах, даже при весьма низких отрицательных температурах (—30ч-50° С), может содержаться еще определенное количество незамерзшей воды.

Рис. 69. Зависимость предела прочности грунта при одноосном сжатии от отрицательной температуры:
1 — песок; 2 — суглинок

При замерзании грунта происходит резкое увеличение его прочности и особенно при температурах в пределах от О до —7” С, когда замерзает значительная часть содержащейся в грунте воды (рис. 69). В мерзлом состоянии песок при большей прочности обладает более высокой хрупкостью, чем мерзлые суглинки и глины. Последние, особенно при небольших отрицательных температурах, обнаруживают большую вязкость, что значительно затрудняет их разработку машинами ударного действия.

Трудоемкость земляных работ в зимнее время повышается ввиду более высокой прочности грунта, что вызывает необходимость его рыхления перед разработкой; существующего ограничения как в содержании, так и в размерах мерзлых комьев; тяжелых погодных условий (отрицательные температуры, снегопады и т. п.).

Подготовка мерзлого грунта к разработке осуществляется оттаиванием грунта (термическое оттаивание, оттаивание паром, электрооттаивание, засоление и т. п.) или его рыхлением.

Рыхление грунта может производиться машинами ударного действия; машинами, разрушающими мерзлый грунт резанием; взрывным способом; гидродинамическим способом (при сверхскоростных истечениях жидкости) или тепловым резанием мерзлого грунта.

Машины ударного действия производят разрушение грунта путем последовательных ударов рабочего органа о грунт. По характеру действия различают машины ударного действия со свободным падением рабочего органа (клин-молот, шар-молот) и машины с принудительным внедрением рабочего органа в мерзлый грунт. Принудительное внедрение клина производится ударами по нему свободнопадающего груза (ударный клин), а также многочастотными ударными органами дизельмолотов (клин с дизель-молотом) или вибраторов (виброклин).

К машинам, рыхлящим мерзлый грунт резанием, относятся: ба-ровые машины, имеющие рабочие органы в виде бесконечной цепи с установленными на ней резцами; дисковые или фрезерные машины с рабочим органом в виде диска с резцами, а также цепные и роторные траншейные экскаваторы, приспособленные для разработки мерзлых грунтов.

Наименее энергоемким из существующих в настоящее время способов разрушения мерзлых грунтов является взрывной способ. Так, энергоемкость разрушения мерзлых грунтов взрывом в 10—13 раз меньше, чем при резании. Однако по условиям работ в большинстве случаев он не
может быть применен.

Одними из наиболее перспективных являются машины, производящие рыхление мерзлых грунтов методом крупного ударного скола. Рабочим органом здесь является клин, забиваемый в грунт специальным механическим копром. Средняя энергоемкость подобных машин при разрушении мерзлого грунта составляет 0,4—0,8 квт-ч1м3. Производительность этих машин обычно составляет 45—120 мя в смену. К этой группе машин относятся также и навесные рыхлители (например, навесной рыхлитель на тракторе ДЭТ-250 типа РМГ-2), являющиеся эффективными машинами для рыхления мерзлого грунта толщиной до 60—100 см. Производительность составляет 40:—200 м3 в смену.

Эффективными машинами являются также роторные траншейные экскаваторы, приспособленные для разработки мерзлых грунтов. Однако энергоемкость последних выше, чем машин ударного действия, и составляет 5—8 квт-ч!л13. Преимущество роторных траншейных экскаваторов заключается в том, что при помощи этих машин грунт одновременно отделяется от массива и транспортируется в отвал или в транспортные средства, в то время как при разработке грунта сколом необходимы машины для уборки грунта в отвал. То же имеет место при разработке мерзлого грунта баровыми и фрезерными машинами. Уборка отдельных блоков мерзлого грунта, нарезанных баровыми машинами, должна осуществляться другими средствами. Блоки мерзлого грунта практически не могут быть использованы при устройстве большинства земляных сооружений и вывозятся в отвалы.

Степень разрушения грунта ударными нагрузками определяется его физико-механическими свойствами, геометрией рабочего органа и накопленной к моменту удара кинетической энергией. Кинетическая энергия в свою очередь зависит от массы рабочего органа и его скорости. Для обеспечения нормальной работы экскаватора с емкостью ковша 0,65—1,0 м3 темп работы по рыхлению верхнего мерзлого слоя должен быть не менее 15 м3/ч. Для достижения такой производительности необходимая работа Ударов должна быть не менее 7500—8000 кГ-м.

Разрушение мерзлого грунта при внедрении клина носит скачкообразный характер. Вначале происходит упругая деформация грунта, а по достижении определенного напряжения развивается пластическая деформация, которая приводит к разрушению грунта на некоторую глубину. Далее процесс повторяется.

Глубину внедрения клина h при свободном падении рабочего органа или в результате ударов свободно падающего груза определяют, исходя из равенства живой силы удара и работы силы, затрачиваемой на разрушение грунта.

Эффективность работы машин ударного разрушения мерзлого грунта определяется правильным выбором основных параметров рабочего оборудования: формы и размеров клина, величины одного удара, отношения массы клина к массе груза. Форма клина определяется высотой клина Н, углом его заострения а и шириной Ь. Высота клина зависит от глубины промерзания. При глубине промерзания до 1,3—1,5 ж клинья существующих машин для ударного разрушения мерзлых грунтов имеют высоту в среднем 0,8—1,2 м.

При этом b не должно превышать 400—500 мм, так как в противном случае сильно возрастает масса клина. Для повышения 1за6 рабочий орган выполняют из двух-трех жестко скрепленных между собой клиньев.

Большое значение для эффективности работы машин с принудительным внедрением рабочего органа ударами свободно падающего груза имеет правильный выбор массы клина и падающего груза. Отношение массы клина к массе ударного груза обычно принимают равным 0,2—0,4, и оно не должно быть более 0,6—0,7.

Общая энергоемкость разрушения зависит как от работы единичного удара, так и от количества ударов. Общая энергоемкость процесса снижается при росте работы единичного удара в большей мере, чем за счет увеличения количества ударов.

Рис. 70. Схема навески

2. Установки с механическим копром. Клинья изготовляются литыми из стали, так как сварные конструкции не выдерживают динамических нагрузок.

3. Установки, в которых ударным механизмом служит дизель-молот. Преимуществом применения дизель-молота является большое количество ударов в единицу времени. Вместе с тем энергия одного удара невелика и, кроме того, дизель-молот трудно запускать’в зимних условиях.

4. Установки с виброклином (рис. 70). Большое количество ударов в единицу времени (730—850 колебаний в минуту) и большая возмущающая сила 12—18 т являются значительным преимуществом машин подобного типа. К недостаткам относится быстрый выход из строя электромотора вибратора и других элементов конструкции, подвергающихся действию вибрации.

Для разрушения мерзлых грунтов резанием применяются фрезы, цепные пилы (бары), шнеки или одиночные резцы, смонтированные на ковшевой цепи траншейных экскаваторов, а также многоковшевые роторы.

Рис. 71. Силы, действующие на резец при резании мерзлого грунта:
а — острый резец; б — профиль изношенной площадки резца совпадает с траекторией резца; в — резец с затупленной режущей кромкой; г — профиль изношенной площадки, который не совпадает с траекторией резца

Для разработки мерзлых грунтов в последнее время стали применять машины с рабочим органом в виде режущих цепей — баров. Бары обычно являются навесным оборудованием к тракторам (рис. 72) или многоковше-вым экскаваторам. Цепи баров приводят в движение через редуктор от вала отбора мощности.

Рис. 72. Схема баровой машины на тракторе;
1— гидроцилиндр подъема и опускания бары; 2 — редуктор; 3 — бара

Для снижения энергоемкости процесса разрушения грунта на цепях устанавливаются не только резцы, но и клинья. Резцы прорезают в грунте канавки, в оставшиеся между канавками объемы грунта скалываются. клиньями. На рис. 73 представлена схема расстановки резцов и клиньев. Скорость движения цепи составляет 0,5—0,8 м/сек.

При увеличении толщины срезаемого слоя грунта снижается энергоемкость процесса резания, но при этом необходимо,, чтобы все элементы рабочих органов обладали высокой прочностью и жесткостью. Этому условию удовлетворяют приспособленные для работы в зимних условиях некоторые типы траншейных роторных экскаваторов. Рабочим органом здесь служит ротор с ковшами, который опирается на сдвоенное пневматическое колесо. Ковши оборудованы резцами (клыками). Внутри ротора Установлен криволинейный роторный транспортер. Производительность такой машины достигает 250 м в смену.


Читать далее:

Категория: - Землеройные машины для подготовительных 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