При разработке грунта боковыми проходками экскаватор устанавливают или в пределах разрабатываемой проходки, или вне ее. Преимущество такого метода разработки грунта заключается в возможности перемещения грунта на большие расстояния от выемки. Однако ширина разрабатываемых боковых проходок практически не превышает наибольшего радиуса копания, а глубина выемок при боковых проходках не превышает 0,75 наибольшей глубины копания экскаватора. Погрузка грунта в транспорт осуществляется при угле поворота платформы экскаватора 70…90°. Разработка грунта боковыми проходками широко применяется на вскрышных работах, при возведении насыпей из резервов и разработки широких выемок различного назначения.

Для уменьшения угла поворота на выгрузку иногда применяют схему работы с нижней погрузкой. Самосвалы в этом случае подаются по дну разрабатываемой выемки. Угол поворота на выгрузку в этом случае уменьшается в 2…3 раза и составляет 15…25°. Такая схема работы возможна, когда ширина проходки позволяет транспорту подходить к месту погрузки и не требуется дополнительных работ для устройства землевозных дорог.

Экскаваторами, оборудованными драглайном, выполняют земляные работы самостоятельно или в комплекте с землеройными, транспортными, уплотняющими и иными машинами.

Самостоятельную работу экскаваторов без использования других машин применяют при разработке узких траншей под канализационные и тепловые сети, водопровод, газовые магистрали, осушительные каналы, а также при разработке небольших выемок, грунт из которых отсыпают в отвал, и на вскрышных работах.

Если грунт из траншеи требуется уложить на одну сторону в непосредственной близости от траншеи, разработку грунта ведут продольной проходкой. При этом экскаватор в процессе работы перемещается по оси, расположенной над бровкой или средней линией откоса, параллельно оси траншеи. Чтобы выдержать заданные откосы, грунт разрабатывают отдельными участками послойно, на полную глубину. Сначала разрабатывают грунт на участках, расположенных у откосов, а затем в средней части траншеи. Из верхних слоев разрабатываемого массива грунт отсыпают в отдаленную часть отвала. По мере углубления траншеи зона разгрузки грунта постепенно перемещается в направлении к верхней бровке откоса. Такой порядок разработки грунта позволяет сократить продолжительность рабочего цикла экскаватора за счет уменьшения высоты подъема ковша для разгрузки его.

Если грунт из траншеи требуется отсыпать в отвал, расположенный на некотором расстоянии от верхней бровки выемки, то его разрабатывают боковыми проходками, намечая ось движения экскаватора за пределами выемки параллельно оси выемки.

Разработка грунта боковыми забоями может быть осуществлена только в том случае, если ширина выемки составляет не менее 0,7…0,8 наибольшего радиуса копания грунта экскаватором данного типоразмера.

В выемках, ширина которых равна 1,5…2 наибольшим радиусом копания, грунт разрабатывают лобовыми продольными проходками экскаватора с отсыпкой его в отвалы, расположенные по обеим сторонам выемки. При этом экскаватор перемещается в процессе работы от одного откоса к другому по осям, расположенным под углом 70… 80° к оси выемки. Такая схема разработки грунта позволяет избежать повторных перемещений грунта и отрыть траншею проектного профиля.

Экскаваторами-драглайнами отсыпают насыпи, не требующие уплотнения, без применения других машин. При этом экскаваторы разрабатывают грунт в резервах, расположенных с одной или с обеих сторон насыпи. При одностороннем расположении резерва ширина основания отсыпаемой насыпи не должна превышать наибольшего радиуса выгрузки грунта данным экскаватором, а высота — наибольшей высоты выгрузки ковша.

При двустороннем размещении резервов ширина основания насыпи равна удвоенному наибольшему радиусу выгрузки. В этом случае возведение насыпи может осуществлять один или два экскаватора. Если проектная высота насыпи превышает высоту разгрузки, применяют следующую схему работ. Один экскаватор, стоящий на уровне основания насыпи, отсыпает грунт в тело насыпи (рис. 58). Затем на отсыпанную часть насыпи устанавливают второй экскаватор, который возводит верхнюю часть насыпи.

Экскаваторами-драглайнами производят вскрышные работы с перемещением грунта по бестранспортным схемам. Ширина проходок должна быть наибольшей. Она зависит от величины наибольшего радиуса копания, толщины вскрываемого слоя и ограничивается объемом отвалов. Ось движения экскаватора в этом случае намечают со стороны отвала на таком расстоянии от верхней бровки откоса выемки, которое позволяет разработать и разместить в отвале наибольший объем грунта.

Рис. 58. Схемы работ по возведению насыпей экскаваторами

Необходимо учитывать возможность обрушения грунта под экскаватором. Во избежание этого следует произвести по площади работы экскаватора несколько проходов бульдозером, а расстояние от опор экскаватора до верхней бровки откосов принимать равным 1…1.5 м.

Схему с двумя продольными проходками и односторонним размещением отвала применяют на вскрыше участков, ширина которых достигает 1,7… 1,8 наибольшего радиуса копания грунта экскаватором. Грунт на первой проходке разрабатывают с минимальным рабочим углом наклона стрелы и отсыпают его в отвал, поворачивая стрелу на 180°. Грунт от второй проходки отсыпают во вторую линию отвала. При этом угол наклона стрелы к горизонту должен быть увеличен, чтобы стрела не задевала отвала грунта от первой проходки экскаватора.

При организации вскрышных работ четырьмя продольными проходками с двусторонним размещением отвалов ширина вскрываемого участка может быть увеличена до 3,5…4 наибольших радиусов резания грунта экскаватором. Порядок разработки грунта и отсылки в отвалы такой же, что и в предыдущем варианте.

Схемы вскрышных работ имеют две разновидности:
а) разработка несколькими продольными проходками с выемкой вскрышных грунтов на всю глубину залегания их или слоями значительной толщины;
б) разработка несколькими продольными проходками с выемкой вскрышных грунтов тонкими слоями.

На рис. 59 представлена схема производства работ тремя продольными проходками. Проходка I—экскаватор разрабатывает грунт и укладывает его в отвал; проходка II — экскаватор устанавливается на отвале, разрабатывает грунт и укладывает его в отвал; проходка III — экскаватор перемещается по отвалу и занимает положение для разработки грунта. При этом он перемещает грунт из контура вскрываемого участка и из временного отвала, на котором установлен экскаватор. По окончании работы на проходке II экскаватор устанавливают на проходку III, с которой грунт разрабатывается за пределы контура вскрыши.

Рис. 59. Схема производства

По мере усложнения технологического процесса возведения земляных сооружений увеличивается число видов машин, выполняющих комплекс земляных работ.

Наиболее распространенной является комплексная работа экскаваторов, оборудованных драглайнами, с транспортными средствами. Широко применяется также комплексная работа экскаваторов и бульдозеров.

При совместной работе с экскаваторами бульдозеры часто используют в качестве транспортных средств для перемещения грунта в отвалах или перемещения его к месту работы экскаватора.

Так, если при рытье траншеи не представляется возможным разместить отвалы с обеих ее сторон или параметры рабочего оборудования экскаватора не позволяют отсыпать весь разрабатываемый грунт в отвалы без дополнительного его перемещения, применяют комплексную работу экскаватора с бульдозером. Экскаватор разрабатывает грунт и отсыпает его в отдаленную часть отвала с небольшим радиусом выгрузки на высоту 2…3 м. Затем уменьшают угол поворота стрелы и отсыпают грунт на ближайшие участки. В это время бульдозер перемещает грунт, расположенный на отдаленных участках, за пределы действия рабочего оборудования экскаватора. Такая организация работы двух машин позволяет значительно увеличить объем отвала и способствует повышению производительности экскаватора.

Совместная работа экскаватора с бульдозером широко применяется также при зачистке дна траншей и котлованов (рис. 60). Бульдозер срезает недоборы грунта и перемещает их к экскаватору, который захватывает этот грунт ковшом и отсыпает в отвал или грузит в транспорт. В последнем случае в комплект машин включают соответствующий вид транспорта. Экскаватор освобождается от непроизводительной работы по зачистке дна. Кроме того, увеличивается полезное время работы экскаватора из-за сокращений числа перемещений его по периметру выемки.

В практике выполнения вскрышных работ применяют несколько вариантов совместной работы экскаваторов, оборудованных драглайном, и бульдозеров.
Комбинированная схема находит применение при вскрыше участков шириной 30…40 м с мощностью вскрышных пород 4…5 м. При такой схеме достигается высокая производительность обеих машин, входящих в комплект, так как бульдозер перемещает грунт на сравнительно небольшое расстояние без преодоления больших подъемов, а экскаватор разрабатывает разрыхленный грунт.

Примером применения комбинированных схем вскрышных работ может служить строительство канала Северный Донец — Донбасс, где разработка грунта на участках канала с залеганием песчаных грунтов почти полностью выполнялась драглайнами. Работы на этих участках проводились в такой последовательности.

Скреперами разрабатывали верхний слой выемки и транспортировали грунт в кавальер. Весь остальной грунт разрабатывался экскаваторами-драглайнами с ковшом объемом 1 м3. Для этого выемку по глубине разбивали на два горизонта: первый горизонт от поверхности до бермы, второй — на глубину живого сечения канала. Экскаваторы вели разработку грунта с устройства пионерной траншеи по оси канала. Грунт отсыпали в отвал, расположенный на одной стороне траншеи. Затем экскаваторы, установленные по обеим сторонам пионерной траншеи, разрабатывали грунт боковыми проходками и отсыпали его в отвалы, расположенные на последующих проходках.

По окончании разработки грунта на верхнем горизонте экскаваторы начинали разработку его в живом сечении канала. Грунт со второго горизонта отсыпали экскаваторами в отвал с последующим перемещением бульдозерами в кавальер или грузили в автомобили-самосвалы, которые транспортировали его из выемки в кавальер.

На строительстве канала Северный Донец — Донбасс экскаваторы-драглайны в комплекте с другими машинами использовались на выполнении отделочных земляных работ.

Работы по отделке земляных сооружений заключаются в срезке недоборов грунта на дне выемки, откосах и бермах, планировке элементов сооружения, устройстве кюветов, планировке резервов, кавальеров и отвалов грунта. В комплекс отделочных работ на канале входили следующие операции: зачистка дна канала; зачистка откосов и устройство бермы шириной 45 см; чистовая планировка откосов и бермы.

Отделочные работы начинались с доработки дна и берм канала до проектных отметок бульдозерами. В зависимости от ширины дна на разных участках канала для этой цели применяли бульдозеры. Каждому бульдозеру был отведен участок длиной 80…100 м. Зачистку дна канала начинали от центра участка. Зачищая дно, бульдозер перемещал грунт сначала к одному, а затем к другому концу отведенного участка. Черновую зачистку откосов и погрузку перемещаемого бульдозерами грунта осуществляли экскаваторы, оборудованные драглайнами (причем они оставляли на откосах защитный слой в 5…8 см).

Окончательную планировку откоса производили за-чистными ковшами, подвешиваемыми вместо ковшей драглайна. Рабочая часть такого ковша изготовлена в виде сплошного листа. На участках, где имелся широкий фронт работ, применяли поточную схему производства работ. Два бульдозера зачищали одновременно дно и бермы. За ними два экскаватора, оборудованных драглайнами, производили черновую зачистку откосов и погрузку в транспорт грунта, собранного бульдозерами. Затем после навески планировочных ковшей производилась чистовая зачистка откосов.

Рациональные способы отсыпки отвалов. Наибольшее применение получили отвалы треугольной (рис. 61) и трапециевидной (рис. 62) форм. Отвалы отсыпают горизонтальными (рис. 61,а, 62, а) и наклонными слоями (рис. 61, б, а и 62,6).

Рис. 61. Определение параметров отвала треугольной формы при укладке грунта горизонтальными (а) или наклонными (б) слоями
1 — центр тяжести; 2 — место отсыпки

Рис. 62. Определение параметров отвала трапециевидной формы при укладке грунта горизонтальными (а) или наклонными (б) слоями
1— центр тяжести; 2 — место отсыпки

Рис. 63. Определение параметров рабочего места экскаватора, оборудованного драглайном, при перекидке отвала

Рис. 64. Зависимость производительности (7 экскаватора, оборудованного драглайном, от высоты перерабатываемого отвала

Отсыпка отвала наклонными слоями более выгодна, так как средний угол поворота на выгрузку получается меньше.

Перекидка отвалов производится драглайнами, при этом драглайн набирает грунт, расположенный выше уровня своей стоянки, поэтому неизбежно «натаскивание» грунта к нижней тележке экскаватора. Чтобы уменьшить это явление, набор грунта следует производить не нормально к оси хода экскаватора, а под углом 45° (рис. 63), тогда образующийся вал грунта не будет мешать движению экскаватора.

При работе драглайном на перекидке грунта из отвала высота последнего не должна превышать (0,6…0,7). При большей высоте отвала производительность экскаватора на перекидке резко снижается (рис. 64).

Разработка драглайном дробленых скальных пород. Рабочее оборудование драглайна может успешно применяться не только для разработки грунтов, но и для разработки взорванных скальных пород. Эффективность такой работы зависит от степени дробления. С уменьшением размера кусков увеличивается производительность, при этом возрастают расходы на взрывные работы, но повышение производительности окупает затраты.

Оптимальные размеры куска породы зависят от объема ковша драглайна и составляют: при объеме ковша 1 м3 — (14…15) см, 1,5 м3- (17…18), 2,5 м3 — (26…28) см.

При увеличении общего числа кусков размером более 0,2 м продолжительность цикла возрастает (рис. 65, б), одновременно с этим возрастают затраты на разработку. Между величиной кусков и суммарными затратами имеется определенная зависимость (кривая 3, рис. 65, а); определяющая минимальные затраты при разработке конкретным по объему ковшом кусков определенной величины. Влияние глубины разработки на производительность.

Рис. 65. Зависимость затрат (а) и продолжительности цикла (б) от величины размеров кусков взорванного скального грунта
1 — затраты на буровзрывные работы; 2 — то же, на разработку грунта; 3 — суммарные затраты

Рис. 66. Влияние глубины разработки Н3 на производительность экскаваторов, оборудованных драглайном

Рис. 67. Схема обычного (а) и нового (б) способов подвески ковша драглайна и характер изменения времени набора грунта (в) и пути набора грунта (г) при различных способах подвески
1— ковш с обычной подвеской тягового каната; 2 — ковш с новой подвеской

Глубина разработки влияет на производительность экскаватора (рис. 66). Для каждого типоразмера экскаватора есть средняя глубина разработки, при которой обеспечивается наибольшая выработка. Эта средняя глубина разработки составляет для экскаватора 3-й размерной группы — 2,8 м, 4-й — 3,2 и 5-й — 4,5 м.

Снижение производительности происходит при работе как на мелких, так и на глубоких выемках, причем с уменьшением глубины разработки грунта снижение производительности происходит более резко, чем при работе в выемках большой глубины.

При разработке плотных грунтов ковшом драглайна для улучшения внедрения ковша в грунт и лучшего его заполнения приходится одновременно с включением тягового каната включать и подъемный канат для подъема задней части ковша (рис. 67,а). При этом увеличивается усилие заглубления ковша. Однако постоянная работа двумя канатами требует не только высоких навыков машиниста, но затруднительна и вызывает утомление.

В МИСИ им. В. В. Куйбышева разработана новая конструкция подвески ковша. В работе [131 приведены результаты работы ковша драглайна с измененной конструкцией подвески тяговых цепей (рис. 67, б). Тяговый канат соединяется с ковшом посредством четырех цепей, крепящихся к ковшу в точках Ti и Т2. В процессе копания тяговый канат, идущий от блоков Д направляющего устройства, при своем натяжении образует с тяговой цепью, закрепленной в точке, прямую линию.

52. Относительная глубина копания (при длине передвижки, равной 1 м), м

При этом тяговые цепи, соединенные с ковшом в точках Т2 и с тяговым канатом, образуют момент относительно точки О. Происходит подъем задней части ковша. При такой конструкции подвески работа ковша более устойчива. Сокращается продолжительность (рис. 67, в) и путь (рис. 67,г) набора грунта за счет более интенсивного наполнения его в начальной стадии процесса и улучшения условий заглубления вне зависимости от призмы волочения. Применение такой новой схемы подвески позволяет расширить область применения драглайна, включая работу со взорванными скальными грунтами.

Оборудование драглайна широко применяется (45… 50%) при разработке грунта ниже уровня, стоянки. Это обусловливается рядом специфических особенностей этого вида оборудования.

Так, например, глубина копания обратной лопатой зависит от вида разрабатываемого грунта. При разработке грунтов II…III групп обратной лопатой возможная глубина разработки уменьшается на 23…25%, а при использовании драглайна глубина разработки не зависит от вида грунта (табл. 52).

Радиус копания обратной лопатой зависит от глубины копания. Чем больше глубина разработки, тем меньше радиус копания (табл. 53). При использовании драглайна наблюдается обратная картина — чем больше глубина разработки, тем больше радиус копания.

53. Относительный радиус копания (для примера взят угол откоса 63°)

Например, при разработке траншей с укладкой грунта в отвал и необходимости получения требуемых размеров берм, когда имеет значение величина наибольшего расстояния от места разработки до отвала, целесообразно использовать драглайн (табл. 53).

Сопоставление технологических возможностей экскаваторов с различным видом оборудования показывает, что в ряде случаев драглайн обеспечивает в 1.5…3 большую глубину разработки, в 1,5…2 раза большую величину радиусов копания и разгрузки. Кроме того, как показывает практика, ковшом драглайна легче ведется устройство откосов различной крутизны, поэтому при выборе того или иного вида рабочего оборудования экскаватора с целью обеспечения наименьшего числа проходов и перекидрк грунта следует учитывать параметры земляных сооружений.

Рис. 68. Число проходок при разработке канала экскаватором, оборудованным обратной лопатой (а), драглайном (б)

54. Технико-экономическое сопоставление показателей разработки канала экскаватором (на 100 метров длины канала)

Себестоимость работ, выполненных экскаватором, оборудованным обратной лопатой, принята за 1.

Трестом Росоргтехстрой произведено технико-экономическое сопоставление вариантов разработки каналов, характерных для оросительных систем: ширина по верху 24 м, по низу 4 м, глубина 4 м в грунтах II группы. На рис. 68 приведена последовательность разработки канала и число проходок для экскаваторов II размерной группы при работе обратной лопатой, при работе удлиненной обратной лопатой и при работе драглайном. Сопоставления приведены в табл. 54.