Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами: основные моменты и особенности.

Устройство, техническое оборудование и процесс работы.

Одноковшовый экскаватор – разновидность техники, рассчитанной на выполнение разнообразных земляных и общестроительных манипуляций. Производственный цикл состоит из шести стадий:

Резка грунтового слоя и наполнение ковшовой части.
Подъем заполненного ковша для беспрепятственного подведения к месту высыпки.
Подъем стрелы к площадке выгрузки. Иногда вращение стрелы сочетается с подъемом ковша.
Высыпка срезанной породы в самосвалы или отвалы.
Обратный разворот к месту резки.
Подача ковшовой части для срезки материала.

Передвижение одноковшовой техники осуществляется за счет использования нескольких типов ходового оборудования:

Гусеничное. Данный тип обеспечивает повышенную проходимость, применяется для проведения работ в сложных условиях рельефа.
Пневмоколесное.
Шагающее. За счет небольшой массы снижает давление, оказываемое на поверхность, повышает устойчивость.
Рельсово-шагающее. Повышает маневренность, снижает давление на опорную поверхность.

Срезка и забор породы занимает 15-30% рабочего времени от всего производственного цикла, поэтому разработка грунта многоковшовыми экскаваторами по производительности будет существенно выше. Это происходит за счет непрерывности забора грунтов несколькими ковшами. Однако, многоковшовые модели имеют ограничения по габаритом поднимаемой породы – размер поднимаемых включений не должен превышать 0,2 от общей ширины ковша. В одноковшовой технике такие ограничения отсутствуют.

Дополнительное оборудование

База одноковшовой машины обеспечивает использование четырех основных типов оборудования.

Помимо возможности применения драглайна, грейфера, прямой и обратной лопат, данное строительное оборудование может укомплектовываться следующими комплектующими:

Ротатор ковша. Механизм, позволяющий быстро осуществлять переход от работы прямой лопаты к режиму обратной лопаты. Наиболее часто встречается на европейских моделях: например, на чехословацких моделях UDS-114.
Планировщик откосов. Отдельная разновидность ковша типа «обратная лопата», применяемая для устройства откосов. Он обеспечивает движение ковшовой режущей кромки под определенным углом. Для использования планировщика необходима установка автоматизированного управления.
Рыхлитель. Используется для уничтожения конструкций, разбивки асфальтового либо бетонного покрытия, выполнения действий с грунтами от III группы экскаватором-драглайном.
Струг. Стрела, по которой «бегает» тележка с ковшом. Используется в осуществлении планировочных работ.

Типы одноковшовых экскаваторов

По назначению одноковшовые модели разделяются на три больших категории:

Строительные. Универсальная техника с полным поворотом и емкостью ковшовой части 0,15-2 м3. Универсальность обеспечивается возможностью установки сменных комплектующих для разнообразных манипуляций. Разработка грунта начиная от III категории зачастую производится экскаватором с применением сменных комплектующих.

Карьерные. Полууниверсальные машины или специальные лопаты с укороченной стрелой. Емкость ковша полууниверсальных моделей составляет от 2 до 8 м3. Применяются для проведения манипуляций на сложном рельефе, зачастую применяется при добыче полезных ископаемых.

Вскрышные. Машины с ковшом, емкость которого превышает 6 м3. Эксплуатируются на «вскрыше» – срезании верхних слоев породы. Как правило, укомплектованы удлиненным оборудованием, увеличивающим радиус рабочего действия. Вскрышные машины не имеют возможности устанавливать сменное оборудование. К вскрышной строительной технике относятся шагающие драглайны, имеющие ковши емкостью от 4 до 80 м3, применяемые для рытья траншей, насыпки дамб, устройства котлованов.

По возможности эксплуатации с различными видами дополнительных устройств одноковшовые машины делятся на три вида:

Универсальные. Имеют не менее 4 разновидностей сменного оборудования.
Полууниверсальные. Машины с емкостью ковшовой части не более 4 – 6 м3. На полууниверсальные модели возможно установка двух-трех видов дополнительных модификаций.
Специализированные. Емкость ковша более 4 м3. Выпускаются с одной модификацией оборудования, без возможности смены.

Общие схемы проведения работ

По виду организации путей вывоза отработанного материала все грунтово-экскаваторные работы подразделяются на две большие группы:

Бестранспортные. При проведении данной схемы осуществляется срезка грунтового слоя с укладкой его в земляное сооружение, автотранспорт при этом не задействуется. Существует два вида такого типа работ. При простой схеме без участия дополнительного транспорта срезанные слои кладутся в отвалы без последующего вывоза. При сложной – для укладки используется временный отвал с последующей переэкскавацией (перемещением) поднятой породы.
Транспортные. После подъема грунта производится его погрузка в автотранспорт с перемещением в заданное место. При транспортной схеме возможны два пути движения автомобильного транспорта: тупиковые либо сквозные.

Выбор схемы выполнения экскавации осуществляется с учетом особенностей строительного участка.

Например, в прокладке нефтяных и газопроводных сооружений преимущество имеют бестранспортные схемы, а в возведении промышленных и жилых комплексов с возможностью обустройства нормальных разгрузочных путей – транспортные.

Разработка осуществляется путем создания специальных траншей – проходок. Выборка производится с устройством лобовых или боковых траншей-проходок. При проведении лобовой проходки выборка производится на трех частях действующего участка – двух боковинах и торцевом откосе.

Существует два вида боковых проходок:

Закрытая. Здесь экскаваторная ось располагается справа или слева от сечения выемки. В этом случае осуществляется разработка трех откосов – боковых участков и торцевого откоса.
Открытая. В ней происходит постепенное смещение по направлению полосы с выборкой породы с боков и торцевого откоса.

Этапы подготовки перед разработкой котлована

Первоначально разрабатывается схема и план. Для составления проекта котлована проводят несколько исследований и экспертиз, в частности, изучают состав и плотность грунта, рассчитывают статическую нагрузку на фундамент, определяют наличие и глубину подпочвенных вод.

Последний показатель особо важен, поскольку подпочвенные воды часто могут стать непреодолимым препятствием для строительства на том или ином участке. Если здание все же должно быть построено именно здесь, то прибегают к дорогостоящей и технологически сложной операции по осушению грунта, а также при строительстве обустраивают системы отвода воды от фундамента.

Также состав грунта и глубина пролегания подпочвенных потоков влияют на угол наклона боковых стен котлована или траншей.

После того, как схема и план составлены, их переносят непосредственно на местность. Это значит, что необходимо сделать геодезическую съемку и в зависимости от ее результатов определяют размеры будущего котлована или траншеи и делают разметку участка под него.

Разметка участка перед рытьем котлована

Этот же этап подразумевает выполнение ландшафтной корректировки грунта: засыпают существующие ямы, ровняют холмы выступы, сносят неиспользуемые сооружения, выкорчёвывают растительность.

Перед тем, как начать рытье котлована под фундамент экскаватором или траншеи под водопровод, необходимо убедиться в том, не проходят ли на его месте какие-либо подземные коммуникативные сети.

Если они есть, то их схема должна быть изменена, коммуникации перепроложены по другому маршруту, вне зоны разработки. Только после выполнения всех предварительных стадий можно приступать к самим земляным работам – копать котлован.

Как осуществляется разработка котлована?

Наиболее эффективный способ разработки грунта под фундамент – использовать мощный экскаватор. Единственный вариант, когда эта операция невозможна – ограничен проезд техники к строительному объекту. В этом случае придется копать траншеи вручную, что гораздо более затратно и по времени, и по средствам. Опытные специалисты строительных компаний заранее просчитывают возможность подъезда к строительному участку и в случае его отсутствия, прокладывается временная схема дорог для доставки техники и материалов на объект.

Рытье котлована экскаватором

Перед тем, как начать рытьё котлована экскаватором, следует знать, что от качества выполненных работ будет зависеть безопасность будущей постройки. Поэтому такой важный этап, как копка, следует доверить исключительно профессионалам, поскольку любительский подход с целью удешевить общую смету строительства в данном случае совершенно не оправдан.

Для рытья котлованов и траншей используется специальная техника. Вид землеройной машины определяется в зависимости от условий местности и от предполагаемого объема работ.

Так, к примеру, для того, чтобы копать небольшой мелкозаглубленный фундамент или траншеи под трубопровод, применяют мини-экскаватор. А вот для значительных углублений большой площади целесообразно использовать более мощными машинами – экскаваторами на колесах или гусеницах, оснащенными одним и более ковшей.

Одноковшовые машины считаются наиболее универсальными, поскольку их можно использовать практически в любых условиях. Многоковшовая техника применяется реже, только для разработки объектов высокой сложности. Выбор экскаватора, с помощью которого будет выполнена работа по обустройству котлована или траншеи, осуществляется индивидуально, с учетом всех условий и особенностей объекта.

Рабочая зона и ее обустройство

Под забоем подразумевается рабочая территория одноковшовой техники, куда включается центральная площадка с размещением экскаватора и сопутствующего автотранспорта.
Забой оборудуется с учетом основных параметров:

Размеров возводимого сооружения и формы необходимого котлована.
Технических показателей используемого экскаватора. Например, при применении машин на гусеничном ходу, допустима разработка грунта в сложных участках местности, где требуется повышенная проходимость.
Технических характеристик используемого автомобильного транспорта. Например, если работа ведется на заболоченной местности, забой стоит оборудовать максимально близко к твердому покрытию для повышения проходимости автотранспорта.

Проектирование забоев с последующей выборкой материала заключается в правильном определении ширины и глубины забоя, подбора оптимальных установочных положений машин, находящихся на площадке, последовательной выборки слоев и оборудовании путей перемещения техники и сопутствующего транспорта.

При небольшой высоте забоя стоит использовать одноковшовую модель, дополняя бульдозером, сгребающим грунтовый материал. Бульдозер смещает его к «экскаваторной рабочей зоне», где производится окучивание, создающее достаточную высоту бортов рабочего участка.

Вся используемые машины устанавливаются таким способом, чтобы снизить поворотный угол стрелы до минимума – на разворот экскаваторной стрелы уходит 70% объема времени от общего производственного цикла.

Производство работ

Большинство экскаваторов реализуют точную выемку грунта даже в тесных условиях. Рабочий процесс может сопровождаться складированием земли и вывозом, но уже с подключением другой техники наподобие самосвала. Руководитель рабочего процесса контролирует слаженное взаимодействие разных функциональных групп, добиваясь оперативности и четкости выполнения операций. На завершающем этапе технология разработки котлована экскаватором предусматривает зачистку дна. Если позволяют возможности конкретной модели техники, оператор может подготовить прочную и надежную подошву для фундаментной основы. Как минимум после основной выборки грунта устраняются рыхлые участки и насыпи, которые в дальнейшем могут дать усадку.

Повышение показателей эффективности при проведении экскавации

Для увеличения производительности при проведении экскаваторных работ требуется руководствоваться определенными положениями:

Рассчитывать радиус копания, принимая в расчет максимальные значения эксплуатируемой техники. Он не должен быть выше 0,7-0,9 от наибольшего радиуса используемой модели.
Совмещать операции для сокращения временных затрат производственного цикла. Например, объединить поворот платформы с подъемом ковшовой части, перемещаемой к месту для разгрузки.
Уменьшать поворотный угол платформы с помощью приближения места установки транспорта к траншейной оси. Это поможет уменьшить потери рабочего времени, тратящегося на повороты платформы.
Оборудовать разгрузочные пути, обеспечив быстрое перемещение для вывоза поднимаемого материала.
Сократить время, затрачиваемое на передвижение экскаватора, спланировав и оборудовав пути движения.
По возможности избегать перемещения машин собственным ходом, предотвращая преждевременный износ ходового механизма.
Подбирать ковш с учетом срезаемой породы. Например, использовать для взрыхленных скальных пластов специальные ковши или ковшовыми емкостями не менее 1 м3, а для мелкодробленых скальных материалов пользоваться емкостями от 0,5 до 0,8 м3.
Следить за соотношением грузоподъемности, расстоянием для вывозки и объема ковшовой емкости.

Что следует учесть на начальном этапе?

Еще перед заказом проекта рекомендуется определить в общих чертах параметры будущего котлована и объем работ, который напрямую отразится на стоимости разработки. В то же время чем сооружение больше, тем меньше будет затрат на 1 м2. И далеко не всякий проект с минимальным объемом в принципе предусматривает копку механизированным способом – этот нюанс тоже следует учесть.

Далее определяется конфигурация котлована – к примеру, будет ли в нем подвальное помещение. Некоторые виды фундамента требуют создания траншеи без сплошной разработки площади под домом. Однако наличие в плане подвала или погреба означает, что придется снимать грунт по всему периметру. Сегодня все чаще практикуется разработка котлована экскаватором под фундамент сложной формы со ступеньками, изломами и уступами. Эти элементы конструкции тоже следует просчитать заранее, чтобы их выполнила профессиональная техника.

Разрабатывание грунтов моделей с прямой лопатой

Прямая лопата – разновидность ковшовой емкости с полностью открытой верхней частью. Жестко прикрепляется к рукояти, которая соединяется со стрелой при помощи шарнирного крепления. Выдвижение лопаты вперед происходит за счет действия напорного механизма, а опорожнение – путем полного открывания днища.
Модель с прямой лопатой осуществляет срезку и подъем по направлению собственного хода впереди ковшовой части, а затем плавно перемещается вперед на величину заданного хода рукояти. Разрабатывание участка ведется до образования необходимого профиля путем создания последовательных траншей.

Разработка грунта экскаватором прямая лопата производится путем проведения траншей-проходок двух категорий:

Боковых ответвлений с высыпкой срезанной и поднятой породы в транспорт или отвал, находящийся по ходу движения техники. Высота расположения машин в рабочей зоне определяет тип боковой проходки: одноярусные с расположением автомобилей на одном уровне с экскаватором, и двухъярусные – с размещением машин на разных высотах.
Лобовых проходок, при создании которых транспорт для выгрузки устанавливается сзади работающей техники.

Боковой забой выгоден снижением поворотного угла, удобной подачей автотранспорта для ссыпки выбранного материала, что увеличивает производительность. Но, при эксплуатации бокового забоя снижается объем породы, поднимаемый с одного участка, ведя к увеличению числа перемещений машины.

При лобовом типе забоя возникает потребность подъезда самосвалов задним ходом и установки автотранспорта позади работающей техники, что приводит к увеличению поворотного угла. Это становится причиной удлинения производственного цикла, увеличению временных затрат и снижению эффективности. При этом, устройство лобового забоя увеличивает объем поднимаемого материала, уменьшая количество передвижек.

Устройство боковых проходок производится при проведении разработок в карьерах и формировании выемок с последующей погрузкой отработанного материала на автотранспорт.

Сфера устройства лобовых забоев несколько шире:

Первые проходки при разрабатывании выемок и карьерных участков.
Работа в ограниченных пространствах, препятствующих обустройству погрузочных путей.
Поднятие породы из скальных выемок.
Проведение манипуляций в осенне-зимние периоды на мерзлых почвах.

Осуществление всех работ ведется только с применением транспортной схемы. Это обусловлено тем, что малые линейные размеры моделей с ковшовой частью «прямая лопата» не позволяют использовать бестранспортную ссыпку породы.

Разработка проектного решения

Организация работ по устройству котлована предполагает первичную подготовку двух документов:

Проект производства работ (ППР).
Технологическая карта по разработке котлована.

Что касается первого документа, то он содержит пояснительные записки, планы и чертежи с детальной информацией по землеройным работам в конкретных условиях. При создании проекта учитываются индивидуальные предпочтения заказчика и нормативные технико-архитектурные требования. Типовой ППР на разработку котлована экскаватором, в частности, содержит набор исходных данных, поэтапное описание работ, характеристики конструкции ограждений, график и т. д.

Технологическая карта определяет последовательность рабочих операций. Отдельно описывается перечень геодезических и планировочных мероприятий, процесс разработки грунта с погрузочно-разгрузочными действиями и последующая доработка с зачисткой основания устроенного котлована.

Осуществление земляных работ моделей с обратной лопатой

Обратная лопата – ковшовая емкость с «донной» открытой частью, обладающая режущей передней кромочной частью. К стреле крепится шарнирным соединением, напорный механизм отсутствует. Заполнение породой происходит по мере «оттягивания» емкости назад. Разгрузка осуществляется в момент подъема с одновременным переворачиванием.
Данная разновидность используется в разрабатывании участка, располагающегося ниже уровня базовой площадки. В траншеях экскаватором обратная лопата целесообразно применение забоев торцевого или бокового типа, позволяющих откапывать ложе для оборудования подземных коммуникаций, рыть небольшие котлованы. Жесткое закрепление ковшовой части позволяет отрывать траншеи с вертикальными стенками, снижая риск осыпания боковых частей. Затраты времени на рабочий процесс у таких моделей на 10-15% выше, чем у экскаваторов с прямой лопатой.

Фундамент на буронабивных сваях, выполненный по описанной технологии (ТИСЭ), можно после небольших доработок использовать как сейсмоизолирующую систему для индивидуального строительства в соответствующих регионах с повышенной сейсмикой.

При эксплуатации торцевого забоя машина с обратной лопатой продвигается по оси траншеи, попеременно снимая грунт с обеих боковых сторон. Для увеличения производительности проходку можно расширить боковыми забоями, образуемыми при движении в сторону от основной траншеи. Ограничение ширины забоя осуществляется только исходя из эксплуатационных требований используемой строительной техники и нормами безопасности при экскавации данного вида породы.

Лекция №1. Машины для земляных работ. Экскаваторы одноковшовые (стр. 1 )

Лекция №1. Машины для земляных работ. Экскаваторы одноковшовые.

Любой строительный процесс начинается с производства земляных работ, т. с. разработки грунта, перемещению его или погрузки на транспортные средства. Так, для устройства оснований или фундаментов любого здания или сооружения отрывают котлованы необходимых размеров и глубины, а для прокладки наружных сетей трубопроводов — траншеи. Иногда, для устройства таких сооружений, как плотины, дамбы или дороги, устраивают насыпи, причем с укаткой грунта. Все они по существу являются земляными сооружениями, которые по продолжительности службы могут быть временными и постоянными. Временные (котлованы, траншеи) устраиваются только на период строительства зданий, сооружений, сетей трубопроводов, а затем засыпаются грунтом, а постоянные (плотины, дамбы, каналы) рассчитаны на продолжительный срок эксплуатации.

Земляные работы по своему удельному весу в общих объемах строительных работ являются наиболее массовыми и трудоемкими, и поэтому с ними справиться ручными способами не представляется возможным. При их выполнении крайне необходимы механизированные способы работ путем применения специальных машин.

Машины для земляных работ по назначению разделяют на:

1. землеройные

, предназначенные для выполнения одной операции — отделения грунта от массива. К таким машинам относят одноковшовые экскаваторы (цикличного действия) и многоковшовые (непрерывного действия). Наибольшее применение имеют одноковшовые экскаваторы, которые выполняют около 40% всего объема землеройных работ.

2. землеройно-транспортные

, которые не только отделяют грунт от массива, но и перемещают его. Основные землеройно-транспортные машины — бульдозер и скрепер, которые за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой в порожнем состоянии.

Бульдозеры

предназначены для разработки и перемещения грунта на расстояние до 100 м, возведения насыпей высотой до 2 м, разработки выемок, засыпки траншей после укладки коммуникаций, планировки строительных площадок, очистки дорог и трасс (корчевка пней, валка деревьев, срезка растительного слоя и т. п.), планировки откосов. На базе бульдозеров применяют рыхлители, имеющие навесные или прицепные рабочие органы в виде зуба или нескольких зубьев для послойного разрушения и рыхления тяжелых и мерзлых грунтов глубиной до 1,5 м.

Скреперы

— наиболее высокопроизводительные землеройно-транспортные машины; используются при отрывке котлованов и планировке поверхностей. В настоящее время применяют прицепные (с объемом ковша 3, 7 и 8 м.) скреперы. Применение прицепных и полуприцепных скреперов наиболее эффективно при транспортировке грунта на расстояние до 1000 м, а самоходных — до 3000 м. Скреперами ведут разработку, транспортировку и укладку грунтов 1 и 2 групп по трудности разработки (песчаных, супесчаных, суглинистых, глинистых и др., не имеющих валунов, с примесью гальки и щебня не более 10%).

3.специальные

, предназначенные для уплотнения грунтов (катки, трамбовки, виброуплотнители)

Ведь, как известно, долговечность земляных сооружений в большей мере зависит от качества уплотнения грунтов, которое выполняется при планировочных работах, возведении насыпей, обратных засыпках траншей и фундаментов. С целью получения наибольшей плотности уложенного грунта, наименьшей фильтрационной способности и уменьшения последующих осадок грунт укладывают и уплотняют с соблюдением определенных технологических требований.

Для уплотнения грунтов в зависимости от физико-механических свойств могут быть использованы два вида уплотняющих воздействий статическое и динамическое.

Машины статического действия предназначены для послойного уплотнения грунта под действием собственного веса. К ним относятся:

– самоходные катки с гладкими вальцами

— для окончательного уплотнения грунтовых дорог и площадок, гравийных, щебеночных, черных и асфальтобетонных покрытий дорог;

– прицепные кулачковые катки

— для послойного предварительного уплотнения связных грунтов;

– прицепные, полуприцепные и самоходные катки на пневматических шинах

— для послойного уплотнения грунтов, гравийно-щебеночных материалов, а также асфальтобетонных смесей.

Машины динамического действия предназначены для послойного уплотнения грунта под действием возникающей силы или массы падающего груза. К ним относятся:

– самоходные и прицепные вибрационные катки

— для уплотнения как несвязных, так и связных грунтов на глубину 0,6-1,2 м. Кроме того самоходные катки применяются для уплотнения асфальтобетонных и мелко-гравийных покрытий тротуаров, проездов, при ремонте дорог;

– виброплиты

— для уплотнения несвязных насыпных грунтов гравийно-щебеночных материалов слоем до 0,6 м при небольших объемах и в стесненных условиях;

– трамбовочные машины

— для уплотнения тяжелых связных грунтов на глубину до 1,2 м при строительстве земляного полотна, строительных площадок, подходов к мостам и др.

4. для свайных работ

(вибропогружатели, дизель-молоты).

Землеройные машины

Наиболее распространенным видом землеройных машин являются одноковшовые строительные экскаваторы. Они служат для разработки грунта и перемещения его в отвал или для погрузки в транспортные средства. Разрабатывают они грунты I…IV групп и разрыхленные мерзлые или скальные грунты. Кроме того, экскаваторы применяют на сваебойных, погрузочно-разгрузочных, монтажных и других работах, используя различные виды сменного рабочего оборудования.

Одноковшовые экскаваторы относятся к машинам циклического действия. Рабочий процесс включает операции набора грунта, поворота груженого ковша, к месту выгрузки, выгрузки грунта в транспортное средство или в отвал и установки ковша и исходное положение. Совокупность указанных операций — рабочий цикл.

Одноковшовые экскаваторы классифицируют по назначению, конструкции ходового устройства, виду и подвеске рабочего оборудования, типу рабочих органов и другим признакам.

По назначению одноковшовые экскаваторы разделяют на: строительные

,
строительно-карьерные, карьерные, вскрышные и туннельные
. Строительные и строительно-карьерные экскаваторы являются универсальными и применяются для выполнения различных работ в строительстве (отрывка котлованов и траншей, разработка карьеров строительных материалов, выполнение погрузочных и других работ). Карьерные экскаваторы используют для добычи полезных ископаемых открытым способом; вскрышные — для снятия верхнего слоя грунта или горной породы при подготовке карьеров к разработке; туннельные — для работы под землей при строительстве подземных сооружений и добычи полезных ископаемых.

У одноковшовых экскаваторов могут быть различные типы ходового устройства: гусеничное, пневмоколесное, шагающее, рельсового типа, специальное и комбинированное

. Для строительных экскаваторов наиболее характерным является гусеничное и пневмоколесное ходовое устройство.

Ходовое устройство гусеничного типа

, предназначено для передвижения экскаватора в пределах строительной площадки. Оно состоит из рамы и соединенных с ней двух гусеничных тележек. При передислокации с объекта на объект гусеничные экскаваторы перевозят на специальном прицепе при помощи автотягача.

Пневмоколесное ходовое оборудование

обеспечивает большую мобильность: при передислокации с объекта на объект экскаватор может перемещаться своим ходом или на жесткой сцепке за тягачом (при этом должен быть отключен привод ведущих колес и гидроцилиндр управления поворотом передних колес). Поскольку жесткость пневмоколесного ходового оборудования невысока, при работе обязательно нужно использовать выносные опоры для разгрузки колеси увеличения опорного контура.

По назначению одноковшовые экскаваторы подразделяют на универсальные и специальные.

Универсальные экскаваторы

оснащены несколькими видами сменного рабочего оборудования, а специальные оснащены только одним видом такого оборудования.

Сменное рабочее

оборудование одноковшовых экскаваторов предназначено для выполнения различных земляных работ. Прямая лопата служит для разработки грунта, расположенного выше уровня стоянки экскаватора, в процессе копания ковш движется вверх от экскаватора.

Прямая лопата

(рис.1) широко применяется гидравлических экскаваторах 4-й — 6-й размерных групп и на экскаваторах с механическим приводом. Ею разрабатывают грунты I — III категории в интервале температур от -40 до +40 °С

Рис.1. Гидравлический экскаватор с прямой лопатой

1 — ходовая тележка; 2 — противовес; 3 — силовая установка; 4 — кабина; 5, 8, 9 — гидроцилиндры стрелы, ковша и рукояти; 6 — стрела; 7 — рукоять; 10 — ковш; 11 — платформа.

Основными элементами рабочего оборудования являются стрела 6, рукоять 7, ковш 10 и гидроцилиндры: подъема стрелы 5, поворота рукояти 9 и поворота ковша 8. На экскаваторе могут устанавливаться как поворотные, так и неповоротные ковши. Поворотные значительно расширяют возможности экскаватора, обеспечивая помимо разработки грунта планировку забоя. В случае установки неповоротного ковша гидроцилиндр 8 служит для открывания днища ковша при выгрузке грунта.

Обратная лопата

(рис. 2) служит для разработки грунта, находящегося ниже уровня стоянки, при этом ковш движется вверх в сторону экскаватора.

Обратная лопата является основным рабочим оборудованием для гидравлических экскаваторов 2-й — 5-й размерных групп. Экскаватор с обратной лопатой предназначен для разработки грунтов I — III категории и предварительно разрыхленных мерзлых и прочных грунтов ниже уровня стоянки экскаватора и выполнения погрузо-разгрузочных работ в интервале температур от -40 до +40 С.

При работе обратной лопатой реализуются большие усилия копания, так как отпор грунта воспринимается не только массой рабочего оборудования, но и массой всей машины. Кроме того, улучшена наполняемость ковша и точность выгрузки за счет поворота его относительно рукояти, возможно применение широкого спектра удлиненных стрел и рукоятей и профильных ковшей для очистки кюветов, каналов и т. д.

По конструктивному исполнению обратную лопату с гидроприводом выпускают нескольких разновидностей, но основными ее сборочными элементами (рис.2) является моноблочная (Г образная) или составная стрела 6, рукоять 8, ковш 10 обратной лопаты и гидроцилиндры 11, 7, 9 подъема стрелы, поворота рукояти и ковша.

Рис.2. Экскаватор гидравлический с обратной лопатой

1 — ходовая тележка; 2 — поворотная платформа; 3 — силовая установка; 4 — труба выхлопных газов; 5 — кабина; 6 — стрела; 7, 9, 11 — гидроцилиндры рукояти, ковша и стрелы; 8 — рукоять; 10 — ковш.

Стрела обратной лопаты сварена из листовой легированной стали. Она шарнирно закреплена в проушинах поворотной платформы, к которой присоединены также гидроцилиндры 11 подъема стрелы. Штоки гидроцилиндров шарнирно соединены со стрелой, при выдвижении штоков изменяется угол наклона стрелы по отношению к платформе.

Рукоять шарнирно подвешена в головной части стрелы. В ее задней части шарнирно закреплен шток гидроцилиндра 7 поворота рукояти. С другой стороны гидроцилиндр связан со стрелой. Выдвижение или втягивание штока гидроцилиндра обеспечивает поворот рукояти относительно стрелы по часовой или против часовой стрелки. В передней части рукояти шарнирно установлен ковш 10, который свободно может поворачиваться при помощи гидроцилиндра, 9. Для увеличения угла поворота ковша гидроцилиндр связан с ним специальным шарнирным многозвенником.

Обратную лопату снабжают сменными ковшами различной формы и вместимости. Ковши обратной лопаты чаще всего изготавливают сварной конструкции без открывающегося днища. Верхний пояс ковша имеет усиление. В районе режущей кромки передней стенки приварены карманы для установки зубьев, количество которых зависит от ширины ковша и вида работ, для которых они предназначены. Нередко зубья устанавливают и на боковых стенках, преимущественно при разработке грунта в траншеях. Эти зубья подрезают стенки траншеи, исключая заклинивание в ней ковша. Передняя стенка в нижней части имеет перфорацию для удаления воды при разработке переувлажненных грунтов.

При установке на экскаваторах составной стрелы основная и удлиняющая ее части соединяются между собой шарнирно, но для исключения их поворота друг относительно друга между ними устанавливают дополнительную тягу. Тяга имеет несколько фиксированных положений, что позволяет при необходимости изменять угол между основной в удлиняющей частями стрелы.

Разрабатывают грунт поворотом рукояти относительно стрелы или поворотом ковша относительно рукояти.

Обратная лопата экскаватора с механическим (канатным) приводом (рис.3) несколько отличается от обратной лопаты экскаватора с гидравлическим приводом.

Рис.3. Гусеничный экскаватор 3-й размерной группы с механическим приводом и рабочим оборудованием «обратная лопата»

1 — ходовое устройство; 2 — поворотная платформа; 3 — стойки; 4, 6 — канаты; 5 — стойки блоков; 7 — рукоять; 8 — тяги реактивные; 9 — ковш обратной лопаты; 10 — канат тяговый.

Ковш 9 (рис.3) к рукояти 7 крепится неподвижно, что достигается установкой реактивных тяг 8 между задней стенкой ковша и рукоятью. Рабочие движения ковша обеспечиваются изменением длин тягового 10 и подъемного 6 полиспастов.

Драглайн

(рис.4) предназначен для разработки грунтов преимущественно ниже уровня стоянки экскаватора. Благодаря удлиненной решетчатой стреле драглайн может работать на большом радиусе копания, поэтому он применяется при отрывке больших котлованов, рытье каналов в ирригационном строительстве и выполнении погрузо-разгрузочных работ на сыпучих материалах. Это единственный вид рабочего оборудования, который монтируется исключительно на экскаваторах с механическим приводом.

Рис.4. Схема драглайна

1 — наводка; 2 — канат; 3 — блок; 4 — канат; 5 — стрела; 6 — блок; 7 — канат; 8 — ковш драглайна; 9 — канат.

Рабочее оборудование включает стрелу решетчатого типа, ковш драглайна 8, тяговый 9 и подъемный 7 канаты. Подъемный канат огибает головной блок 6 стрелы и навивается на барабан подъемной лебедки. Тяговый канат направляется роликовым устройством (наводкой) 1 и навивается на барабан тяговой лебедки. Ковш подвешен к тяговому и подъемному канатам при помощи цепей, причем между ветвями подъемных цепей установлена распорка, обеспечивающая свободное перемещение ковша при разгрузке. Для того чтобы ковш разгрузить, его опрокидывают, ослабляя разгрузочный канат.

Грейфер

(рис.5) применяют для отрывки котлованов, траншей, колодцев и выполнения погрузо-разгрузочных работ. Грейферы, используемые на экскаваторах с гидравлическим приводом, имеют жесткую подвеску. Это позволяет создавать необходимые усилия напора при врезании и эффективно разрабатывать плотные грунты.

Рис.5. Рабочее оборудование грейфера

1 — базовая часть стрелы; 2 — тяга; 3 — гидроцилиндр рукояти; 4 — головная часть стрелы; 5 — рукоять; 6 — поворотная головка; 7 — рама; 8 — ползун; 9 — тяги; 10 — челюсть ковша; 11 — зубья ковша; 12 — оси.

Для навески грейфера используют базовую 1 и головную часть 4 стрелы, связанные тягой 2, и рукоять 5 обратной лопаты. Ковш грейфера состоит из двух челюстей 10 с зубьями 11 и двух тяг 9. В механизм подвески ковша входит рама 7, поворотная головка 6, гидроцилиндр расположенный внутри рамы, и ползун 8. Ширина челюстей ковша зависит от условий использования. Грейферный ковш в зависимости от условий поворота в плане может крепиться к рукояти тремя способами: неповоротным, неполноповоротным и полноповоротным. При любом виде соединения ковш может раскачиваться в продольном и поперечном направлениях.

При копании исходное положение челюстей грейферного ковша — разомкнутое Необходимое напорное усилие создается гидроцилиндрами 3 управления рукоятью. Замыкаются челюсти гидроцилиндром, расположенным внутри рамы. Поворотная головка обеспечивает поворот ковша в горизонтальной плоскости на 180 , что повышает эксплуатационные возможности оборудования.

При отрывке глубоких (до 30 м) колодцев применяют грейферное оборудование на напорной штанге, разработанное для экскаваторов 5-й и 6-й размерных групп.

При оборудовании грейфером экскаватора с механическим приводом на нем монтируют удлиненную решетчатую стрелу (рис.6). Челюсти ковша замыкают тяговым канатом, а высоту изменяют подъемным канатом.

Рис.6. Схема грейфера с механическим приводом

1, 2 — барабаны; 3 — тяговый канат; 4 — подъемный канат; 5 — стрела; 6 — тяги челюстей ковша; 7 — грейфер; 8 — оттяжка.

Недостаток грейферного оборудования с канатным управлением заключается в том, что плотность разрабатываемого грунта зависит от его массы, поэтому основная область их применения погрузо-разгрузочные работы на сыпучих материалах.

Рис. 7. Сменное рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов:

а-прямая лопата; б-обратная лопата; в-драглайн, г — грейфер; д — копер для забивки свай; е — грузоподъемный кран; ж — струг; э — рыхлитель грунта

Дополнительно может монтироваться буровое, сваебойное, крановое и другие виды оборудования.

По типу подвески

рабочего оборудования (рис. различают экскаваторы с гибкими элементами (преимущественно канатами) для удержания и приведения в действие рабочего оборудования (
гибкая подвеска
) и с жесткими элементами — преимущественно гидравлическими цилиндрами (
жесткая подвеска
).

Рис. 8. Классификация экскаваторов по типу подвески рабочего оборудования:

а — с гибкой подвеской; б — с жесткой подвеской 16

Конструктивные особенности рабочих органов определяются их назначением. По основному назначению применяются рабочие органы ковшового, грейферного и рыхлительного типов, однако следует отметить, что экскаваторы, являясь наиболее универсальными из всех строительных машин, имеют более сорока видов сменного рабочего оборудования.

По возможности поворота платформы экскаваторы подразделяют на полно — и неполноповоротные. На полноповоротных экскаваторах поворот рабочего оборудования в плане не ограничен. Неполноповоротные экскаваторы выпускают в качестве навесного рабочего оборудования на колесном тракторе, поэтому угол по ворота поворотной колонки ограничен и составляет °. Для расширения производственных возможностей в настоящее время за рубежом освоен выпуск полноповоротных экскаваторов с поворотной колонкой.

Все одноковшовые экскаваторы, за исключением неполноповоротных, независимо от вида рабочего оборудования и типа подвески имеют одинаковую структурную базу (рис.9), включающую поворотную платформу 5, силовую установку 2, опорно-поворотное устройство 6, ходовое устройство 8, противовес 1, кабину оператора 3, рабочее оборудование 4, 7 и механизмы передвижения и поворота.

Рис.9. Базовая часть одноковшового экскаватора и основные виды сменного рабочего оборудования

1 — противовес; 2 — силовая установка; 3 — кабина; 4, 7 — труба выхлопных газов; 5 — поворотная платформа; 6 — опорно-поворотное устройство; 8 — ходовое устройство

Выбор типа экскаваторов, его модели и вида рабочего оборудования производят исходя из грунтовых и климатических условий, объемов и сроков производства работ, параметров земляных сооружений, дальности транспортирования грунта и ряда других факторов.

Основными положениями при выборе экскаватора также являются: выбор рациональной схемы работы; выбор рациональных технологических параметров забоя; рациональное использование взаимодействующих машин (экскаваторов и самосвалов).

Вид рабочего оборудования уточняется в зависимости от характера работ (табл. 1.1).

Таблица 1.1.

Области применения сменного рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов

Например, гусеничные экскаваторы рекомендуется применять на сосредоточенных объемах земляных работ, когда не требуются частые перебазировки; при работе на слабых грунтах; при разработке скальных грунтов, где пневматические шины быстро выходят из строя.

Пневмоколесные экскаваторы целесообразно применять на грунтах с высокой несущей способностью и на рассредоточенных объемах работ, а также в городских условиях, где требуется частая перебазировка машин собственным ходом.

Экскаваторы на специальном шасси автомобильного типа целесообразно применять на рассредоточенных работах (строительстве дорог, опор линий электропередачи, трубопроводов и т. п.).

Экскаваторы с навесным рабочим оборудованием на пневмоколесных тракторах целесообразно применять в условиях бездорожья и на рассредоточенных объектах.

Лекция №2. Многоковшовые (траншейные) экскаваторы. Бульдозеры.

Многоковшовые или как их еще называют траншейные экскаваторы – это землеройные машины, выполняющие все операции технологического цикла (разработку грунта, транспортировку его на поверхность и выгрузку в отвал или транспортное средство) одновременно.

Они являются самоходными землеройными машинами непрерывного действия, которые при своем поступательном движении отрывают позади себя продольную выемку — траншею определенной глубины и ширины. В отличие от одноковшовых траншейные постоянно передвигаются во время работы и отделяют грунт от массива с помощью группы непрерывно движущихся по замкнутому контуру ковшей или скребков и одновременно эвакуируют его в сторону от траншеи в отвал или в транспортные средства с помощью отвального устройства. Таким образом, производительность траншейных экскаваторов, постоянно передвигающихся во время работы и отделяющих грунт от массива с помощью группы непрерывно движущихся по замкнутому контуру ковшей или скребков, в 2-2,5 раза выше, чем у одноковшовых машин, при более высоком качестве работ и меньших энергозатратах на 1м3 разработанного грунта. Причем траншейные экскаваторы способны эффективно разрабатывать как немерзлые, так и мерзлые грунты. Типы и параметры траншейных экскаваторов определены ГОСТом. В качестве главного параметра принимается глубина отрываемых траншей.

Совместно с другими видами машин и вспомогательного оборудования экскаваторы непрерывного действия образуют технологические комплексы, предназначенные для выполнения различных видов работ при строительстве нефте — и газопроводов, оросительных и осушительных каналов, устройстве дренажных систем, закрытых напорных водоводов, добыче и переработке нерудных строительных материалов, строительстве подземных кабельных линий связи и электропередач, других коммуникаций.

Траншейные экскаваторы классифицируют по следующим основным признакам:

— по типу рабочего органа

— цепные (ЭТЦ) и роторные (ЭТР);

— по способу соединения рабочего оборудования с базовым тягачом

— с навесным и полуприцепным рабочим оборудованием;

— по типу ходового устройства базового тягача

— на гусеничные и пневмоколесные

— по типу привода

— с механическим, гидравлическим, электрическим и комбинированным приводом.

Рабочим органом цепных экскаваторов (рис 1.) является однорядная или двухрядная свободно провисающая бесконечная цепь 5, огибающая наклонную раму 7 и несущие на себе ковши или скребки 6.

Рис 1. Схема цепного траншейного экскаватора

Рабочим органом роторных экскаваторов (рис 2.) является жесткий ротор (колесо) 12 с ковшами или скребками 11,вращающийся на роликах 8 рамы 9.

Рис 2. Схема роторного траншейного экскаватора

Ширина отрываемых траншей прямоугольного профиля зависит от ширины ковша или скребка и расположения на них режущих элементов.

На один и тот же базовый тягач могут быть навешены сменные рабочие органы с различной шириной и количеством ковшей (скребков) для рытья траншей с различными параметрами профиля. Для получения трапецеидального профиля рабочие органы цепного и роторного траншейного экскаватора оборудуют активными и пассивными откосообразователями.

Активные откосообразователи двухцепных траншейных экскаваторов (рис 1,а) представляют собой наклонно расположенные цепи 8 с поперечными резцами, совершающие возвратно-поступательное движение.

Пассивные откосообразователи роторных машин выполнены в виде двух наклонных сменных ножей 13 (рис 2,а), жестко закрепленных по бокам рамы ротора. Откосообразователи применяют при работе в немерзлых грунтах с низкой несущей способностью.

Для разработки мерзлых грунтов цепные экскаваторы оборудуют специальными сменными рабочими органами. Ковши роторных экскаваторов при разработке мерзлых грунтов оснащают специальными сменными зубьями, армированными твердосплавными износостойкими пластинами. Копание мерзлых грунтов ведется на пониженных скоростях тягача и рабочего органа, поэтому производительность экскаватора снижается в 3-5 раз.

Во время работы цепь или ротор движется в плоскости передвижения тягача. Отделение грунта от массива и заполнение им рабочего органа осуществляются в результате сообщения цепи или ротору двух совмещенных движений копания: основного – поступательного относительно рамы (для цепи) или вращательного вокруг своей оси (для ротора) и движения подачи – поступательного в направлении движения машины. Основное движение способствует отделению слоя грунта и направлено по касательной к траектории копания. Движение подачи регулирует толщину отделяемого слоя грунта и направлено перпендикулярно (нормально) касательному. Соотношение скоростей этих движений определяет траекторию движения режущих элементов рабочего органа в продольно-вертикальной плоскости, которая представляет собой наклонную прямую у цепных экскаваторов (рис 1,б) и трахоиду у роторных (рис 2,в).

Толщина стружки, отделяемая цепным рабочим органом, практически постоянна по всей высоте забоя. Роторный рабочий орган отделяет стружку переменной толщины, достигающей максимального значения на уровне оси вращения ротора. Скорость движения рабочего органа и скорость подачи (передвижения машины) подбирают таким образом, чтобы независимо от глубины траншей обеспечивалось 100%-е наполнение ковшей. Рабочая скорость передвижения экскаваторов при копании траншей бесступенчато регулируется в широком диапазоне в зависимости от условий работы, физико-механических свойств грунтов и составляет 5-800 м/ч у цепных машин и 10-500 м/ч у роторных. Скорость движения рабочего органа во многом определяется способом разгрузки ковшей роторных экскаваторов и динамическими нагрузками, действующими на цепь, у цепных. Скорость рабочего органа цепных машин не превышает 2,4 м/с. Рабочие органы современных траншейных экскаваторов имеют несколько скоростей движения, причем пониженные скорости используют при копании траншей в тяжелых талых и мерзлых грунтах. На обоих типах машин применяют гравитационный способ разгрузки под действием собственного веса грунта.

Разгрузка отделенного от массива и поднятого из траншеи грунта производится у двухцепных экскаваторов на поперечный отвальный ленточный конвейер 3 (рис 1,а) при повороте ковшей б или скребков относительно приводных звездочек 4 цепей. Эвакуация поднятого скребками на поверхность грунта по обе стороны от траншеи у одноцепных экскаваторов осуществляется двумя шнеками 9 (рис 1,в) винтового отвального конвейера, приводимого во вращение от цепи рабочего органа, или скребковым конвейером. У роторных экскаваторов (рис 2,а) грунт из ковшей 11 разгружается при достижении ими верхнего крайнего положения над поперечным отвальным ленточным конвейером 7, расположенным внутри ротора 12. Преждевременному высыпанию грунта из ковшей во внутреннюю полость ротора при их подъеме препятствует передний донный щит 6. Ленточные конвейеры цепных и роторных экскаваторов отбрасывают грунт в правую или левую сторону параллельно траншее в отвал или в транспортные средства (рис 1,а) и (рис 2,в). Обычно конвейеры имеют криволинейную форму, что в сочетании с довольно большой скоростью ленты (3,5…5 м/с) обеспечивает необходимую высоту подъема и дальность отброса грунта.

Глубина отрываемой траншеи у цепного и роторного экскаватора регулируется гидравлическим подъемным механизмом, которым осуществляется также перевод рабочего органа из транспортного положения в рабочее и наоборот. Рабочий орган цепного экскаватора соединен с гидроцилиндрами 1 (рис 1,в) подъемного механизма рычажной системой 2 и заглубляется ими в грунт, удерживается в заданном положении и выглубляется из грунта принудительно.

Рабочий орган роторного экскаватора подвешен на пластинчатых цепях 4 и 5 (рис 2,а) подъемного механизма и заглубляется в грунт до заданной отметки пол действием собственной силы тяжести, a удерживается в заданном положении и выглубляется принудительно гидроцилиндрами 2 и 3. Независимый принудительный подъем и опускание обоих концов рабочего органа позволяют заглублять ротор и выводить его из траншеи при неподвижно стоящем экскаваторе и вести работы в стесненных городских условиях, характеризующихся наличием густой сети дорог, подземных коммуникаций и т. п. Задняя часть рабочего органа роторного экскаватора при копании находится и подвешенном состоянии или опирается на пневмоколесо. Позади ротора установлено зачистное устройство 10 для зачистки дна траншеи от осыпающегося грунта.

Что касается обозначения, для экскаваторов непрерывного действия принята буквенно-цифровая индексация. Буквенная часть индекса характеризует тип рабочего органа: ЭТР — рабочий орган роторного типа; ЭТЦ — рабочий орган цепного типа. Две первые цифры отражают глубину копания, дм, третья — порядковый номер модели; для экскаваторов роторных стреловых первые три цифры — вместимость ковша, л, четвертая — порядковый номер модели; для экскаваторов поперечного копания первые две цифры — вместимость ковша, л, третья — порядковый номер модели. При модернизации после цифр добавляют буквы по порядку русского алфавита.

Например, индекс ЭТР-252А обозначает: экскаватор траншейный роторный с глубиной копания до 25 дм, вторая модель, первая модернизация.

Основными направлениями дальнейшего совершенствования экскаваторов непрерывного действия является повышение их эксплуатационных характеристик (производительности и надежности), расширение универсальности и области применения.

Производительность как одна из важнейших эксплуатационных характеристик может быть повышена путем увеличения единичной мощности силовых установок для привода рабочего оборудования и совершенствования рабочих процессов разработки в транспортирования грунта.

За последние пять лет мощность экскаваторов непрерывного действия возросла в среднем на 20 %, а для отдельных категорий (экскаваторы-каналокопатели) — на 30-40 %.

Совершенствование рабочих процессов предполагает комплексное воздействие на грунт рабочими органами интенсифицирующего действия, применение инерционного способа разгрузки ков шей, использование эффекта обрушения грунта. Принятие указанных мер ведет не только к увеличению производительности, но и к снижению удельных показателей применения.

Надежность экскаваторов непрерывного действия повышают за счет использования современных комплектующих изделий и материалов, более совершенных конструктивных решений, а также высокого уровня их унификации.

Расширение универсальности и области применения экскаваторов непрерывного действия достигается использованием различных видов сменного рабочего оборудования (например, для раз работки мерзлых грунтов, отрывки широких или узких траншей и т. д.).

При проектировании и эксплуатации экскаваторов непрерывного действия различают техническую производительность для каждой категории грунтов и техническую производительность, усредненную по категориям грунта.

Техническая производительность экскаваторов непрерывного действия для грунтов одной группы Пт, м3/ч составляет

Пт = vxF

vx — рабочая скорость хода экскаватора, м3/ч;

F — площадь поперечного сечения выемки, м2.

При определении технической производительности усредненной по категориям грунтов, учитывают долю грунта каждой категории в общей выработке машин и производительность по каждой категории.

Бульдозеры.

Бульдозеры представляют собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор (двухосный колесный тягач), включающее отвал с ножами, толкающее устройство в виде брусьев или рамы и систему управления отвалом. Современные бульдозеры являются конструктивно подобными машинами, базовые тракторы и навесное оборудование которых широко унифицированы.

Наиболее распространены бульдозеры с неповоротным отвалом, с поворотным отвалом, бульдозеры-рыхлители, а также бульдозеры-погрузчики.

Бульдозеры с неповоротными отвалами бывают с жесткими (рис. 1, а) и шарнирными (рис. 1, б) толкающими брусьями.

Бульдозер первого типа оборудован отвалом 1, к которому жестко приварены два толкающих бруса 7, охватывающих снаружи базовый трактор 8. Брусья шарнирно установлены на поперечной балке 6, болтами прикрепленной к раме трактора. Спереди к ней также прикреплен подрамник 5, к которому шарнирно через несущую рамку 2 подвешен один гидроцилиндр 3 двойного действия. К гидроцилиндру подведены два рукава высокого давления 4, которые соединяют его с гидросистемой трактора. Она состоит из гидронасоса, гидрораспределителя, гидробака и гидролиний. Подавая давление масла, развиваемое гидронасосом, в одну полость гидроцилиндра, поднимают бульдозерный отвал, в другую — опускают его. Отвал в зоне резания грунта оборудован съемными ножами 9.

Бульдозер второго типа включает в себя прямоугольные толкающие брусья 7, которые с одной стороны шарнирно с помощью упряжных шарниров 18 связаны с тележками 16 трактора, с другой — универсальными шарнирами — с отвалом 1.

Для сохранения определенного положения и резания грунта с минимальными затратами энергии отвал с одной стороны удерживается гидрораскосом 19, с другой — жесткой тягой. Гидрораскос подсоединен к гидросистеме трактора и осуществляет перекос отвала в поперечной плоскости. Бульдозер оборудован двумя гидроцилиндрами 3 подъема — опускания, которые также связаны с гидроприводом трактора.

Гидроцилиндрами подъема — опускания 3 отвал устанавливают в нижнее 7, рабочее II, транспортное III и промежуточные положения.

В качестве базовой машины может быть использован трактор, тягач или специальное шасси. Двигатрактора через муфту сцепления 11 или гидротрансформатор приводит в действие коробку передач 13 и задний мост 14. Звездочки 15 передают вращение от двигателя гусеницам 17, которые перемещают всю машину вперед или назад.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1

Осуществление работ экскаватором-драглайном или грейфером

Ковшовая емкость драглайна закрепляется на удлиненной стреле. Заполнение породой происходит в момент подтягивания ковшовой части обратно к стреле. После заполнения, емкость окончательно поднимается и переводится на место выгрузки. Опорожнение производится за счет ослабления тягловых канатов.
Разработка грунта драглайном производится при устройстве больших котлованов либо выемок с глубиной до 16-20м., возведении насыпного вала и аналогичных работах. Преимуществами машин-драглайнов являются внушительная глубина опускания стрелы, рабочий радиус до 10 м. и возможность эксплуатации в пространствах с постоянным притоком грунтовых вод с эффективной разработкой обводненных участков.

Работы драглайном ведутся при помощи торцевых или боковых траншей. Организация работ и обустройство проходок аналогично экскавационным манипуляциям техники с обратной лопатой. Наиболее часто выгрузка срезанных слоев осуществляется в организованный отвал, иногда – в самосвалы с последующей вывозкой. На определенных участках доступно устройство лобовых или боковых проходок.

Грейфер – специализированный тип ковшовой емкости с двумя широкими лопастями и стоечной (либо канатной) системой привода, отвечающей за принудительное смыкание лопастей. Эксплуатируется для выкапывания узких и глубоких участков, залегающих ниже уровня грунтовых вод. Грейфер привешивается на экскаваторную стрелу для разрабатывания пространств с вертикальными бортами. За опорожнение ковша отвечает система принудительного размыкания лопастей, удерживающих поднятое содержимое.

Принудительное опускание стойки и погружение ковшовой части в породу за счет высокой собственной массы позволяет разрабатывать грейферным ковшом слои практически любой плотности, в том числе – участки, полностью скрытые под водой. Емкость ковшовой части грейфера составляет 0, 35-2,5 м3.

Разработка грунтов экскаваторами

Экскаваторы относятся к землеройным машинам. Принята следующая классификация экскаваторов: одноковшовые экскаваторы цикличного и непрерывного действия.
Наибольшее применение имеют одноковшовые строительные экскаваторы (ЭО), которыми выполняется около 45 % всего объема земляных работ. Главный параметр ЭО — вместимость ковша, м3. Основные технологические параметры: глубина (высота) копания, максимальный радиус копания, высота погрузки. В строительстве работают экскаваторы восьми размерных групп, имеющие вместимость ковша 0,15–4,0 м3. Наибольшее распространение находят экскаваторы 4-й и 5-й групп (вместимость ковша 0,65 и 1 м3).

Большинство одноковшовых строительных экскаваторов — это универсальные машины, которые могут быть оснащены различными видами сменного рабочего оборудования. Современный гидравлический экскаватор может быть оснащен более чем десятью видами рабочего оборудования, которые значительно расширяют его технологические возможности.

Процесс разработки грунта экскаватором с любым видом рабочего оборудования складывается из чередующихся в определенной последовательности операций в одном цикле: резание грунта и заполнение ковша, подъем ковша с грунтом, поворот экскаватора вокруг оси к месту выгрузки, выгрузка грунта из ковша, обратный поворот экскаватора, опускание ковша и подача его в исходное положение.

Использование сменного рабочего оборудования дает возможность механизировать такие процессы, как зачистка дна выемок, дробление и удаление негабаритов и валунов, отделка поверхности откосов земляного сооружения, дна выемок, послойное уплотнение грунта в стесненных условиях при устройстве обратных засыпок, рыхление мерзлого и трудноразрабатываемого грунта.

Наиболее распространенными видами рабочего оборудования являются прямая, обратная лопаты, драглайн и грейфер (рис. 1).

Предельные размеры выемок, которые могут быть выполнены одноковшовым экскаватором с одной стоянки, зависят от его рабочих параметров. Основными рабочими параметрами одноковшовых экскаваторов при разработке выемок являются: максимально возможная глубина копания (резания), наибольший и наименьший радиусы копания на уровне стоянки экскаватора; радиус выгрузки, высота выгрузки.

Разработку грунта одноковшовыми экскаваторами ведут позиционно.

Зону, в которой действует экскаватор на данной позиции, называют забоем. В нее входят площадка, на которой находится экскаватор, часть массива грунта, разрабатываемого с одной стоянки, и площадка, на которой устанавливается транспорт под погрузку или размещается отвал грунта. По окончании разработки грунта в данном забое экскаватор перемещается на новую позицию.

Рис. 1. Схемы рабочих параметров одноковшового экскаватора и профили забоев: а – прямая лопата с гидравлическим приводом; б – обратная лопата с гидравлическим приводом; в – грейфер; г – драглайн

Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены в забое таким образом, чтобы средняя величина угла поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки была минимальной, так как на время поворота стрелы может расходоваться до 70 % рабочего времени цикла экскаватора.

Экскаватор с рабочим оборудованием прямой лопатой (рис. 1, а) используют для разработки грунтов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора, преимущественно с погрузкой на транспорт.

Процесс выемки грунта осуществляется лобовыми и боковым забоями. В лобовом забое экскаватор разрабатывает грунт впереди себя и отгружает его на транспортные средства, которые подают к экскаватору по дну забоя. В зависимости от ширины проходки лобовые забои подразделяют на узкие (ширина проходки менее 1,5 размера оптимального радиуса резания Ro; Ro = 0,9Rmах), нормальные [ширина (1,5…1,9)Ro] и уширенные [ширина (2…2,5)Ro]. За счет того, что для подачи транспортного средства под погрузку в разрабатываемый котлован необходимо устраивать съезд с уклоном не более 12, увеличивается объем земляных работ и размеры строительной площадки.

Экскаватор с обратной лопатой (рис. 1, б) предназначается для рытья траншей и котлованов, расположенных ниже уровня его стоянки. Транспортные средства под погрузку грунта располагаются на одной отметке с экскаватором. Это позволяет существенно снизить трудоемкость земляных работ.

Экскаватор-драглайн (рис. 1, г) разрабатывает грунт ниже уровня своей стоянки. Так как ковш драглайна гибко подвешен, эффективно его использовать при разработке каналов, траншей в несвязных грунтах с разгрузкой в отвал.

Экскаватор-грейфер (рис. 1, в) применяют для рытья колодцев, узких глубоких котлованов, траншей и других сооружений, особенно на участках ниже уровня грунтовых вод.

Экскаваторы непрерывного действия (ЭН) подразделяются на экскаваторы продольного, поперечного, радиального копания. Как средство комплексной механизации технологических процессов производства земляных работ в строительстве наибольшее распространение получили экскаваторы продольного копания. К ним относятся многоковшовые цепные и роторные траншеекопатели, цепные скребковые, роторные бесковшовые (фрезерные), экскаваторы-дреноукладчики, экскаваторы-каналокопатели. Эти машины менее универсальны, чем одноковшовые экскаваторы. Рациональной областью применения ЭН является устройство траншей глубиной до 4 м с шириной выемки поверху до 2 м. Значительное влияние на возможность использовать ЭН оказывают стесненность условий и группа разрабатываемого грунта. Главный параметр ЭН — глубина копания. Основные технологические параметры: ширина разрабатываемой траншеи поверху и понизу.

Цепные экскаваторы применяют для рытья траншей под кабели, канализационные трубопроводы, линии связи и др., глубиной до 6 м и шириной до 2 м. Технологическая схема разработки грунта цепным экскаватором непрерывного действия ЭТЦ-252 дана на рис. 2.

Рис. 2. Технологическая схема разработки грунта при устройстве траншеи экскаватором непрерывного действия ЭТЦ-252

Роторные экскаваторы получили широкое применение для рытья траншей под газо- и нефтепроводы глубиной до 2,5 м и шириной до 2,6 м.

Роторный траншейный экскаватор (рис. 3) состоит из тягача, рабочего органа в виде ротора с ковшами и транспортера. Резание грунта и подъем его из траншеи производятся ковшами ротора; из ковшей грунт пересыпается на кроткий поперечный ленточный транспортер, который выдает грунт в отвал или в транспортные средства. Роторный экскаватор создает траншею прямоугольного сечения с вертикальными стенками. Для получения трапецеидального сечения траншеи ее стенки срезают двумя боковыми наклонными фрезами. В некоторых конструкциях для этой цели делают качающийся ротор. Производительность роторного траншейного экскаватора (при тех же размерах траншеи) в 2 раза больше производительности цепного и в 5–6 раз больше одноковшового.

Рис. 3. Траншейный роторный экскаватор: 1 – двигатель; 2 и 3 – механизм подъема основной рамы с ротором; 4 – приводная цепь; 5 – поперечный транспортер; 6 – ковш ротора; 7 – основная рама; 8 – опорная тележка; 9 – зачистной нож

Выбор техники с учетом основных особенностей разработки и типов пород

Одноковшовая техника может использоваться во всех видах породы, в том числе – в скальных грунтах и участках с высоким обводнением и постоянным поступлением грунтовых вод.

Разработка грунта многоковшовыми экскаваторами может осуществляться в грунтах от I до IV категории включительно. Фактически безопасная эксплуатация может осуществляться только на участках I-III категорий, не имеющих крупных фракций, превышающих 0,2 от ширины ковшовой части. Манипуляции на участках IV категории возможны только в однородных слоях.

Первоначально разновидность машины подбирают после изучения всех параметров: характеристики выемки, категории срезаемого материала, наличия или возможного поступления грунтовых вод и необходимости применения сменных устройств. В случае, если для выполнения манипуляций одного типа подходят несколько моделей, предпочтительнее производить разработку грунта в траншеях и иных пространствах экскаватором с прямой лопатой, драглайном и моделями с ковшовой частью вида «обратная лопата».

Определение необходимого объема ковшовой емкости производится по принципу максимальной наполняемости с минимальными временными затратами. Максимальная загрузка напрямую зависит от типа обрабатываемого материала, сложности срезки и глубины проведения работ. Наибольшая вместимость рассчитывается из учета глубины выемки, разновидности техники и группы пород.

Конечный выбор должен включать не только анализ категории грунта, но и учет климатических условий и рельефа местности. Например, использование одноковшовых механизмов с ковшовой емкостью «прямая лопата подойдет для скальных участков с большими уклонами и сложным рельефом, а разработка грунта 2 группы, включающего мелкий и средний гравий, оптимальна для разрабатывания экскаватором с ковшовой емкостью «обратная лопата».

Разработка грунта землеройно-транспортными машинами

Землеройно-транспортными машинами (ЗТМ) называют машины, выполняющие одновременно послойное отделение от массива и перемещение грунта к месту укладки или в отвал. К таким машинам относят бульдозеры, скреперы, автогрейдеры, грейдер-элеваторы. С их помощью возводят насыпи, делают выемки и котлованы, профилируют земляное полотно, планируют площади и выполняют работы других видов.

Рабочий процесс ЗТМ включает копание грунта, его транспортировку и выгрузку и выполняется при движении машины. В зависимости от конструкции рабочих органов различают ковшовые (скреперы) и ножевые (бульдозеры, грейдеры и грейдеры-элеваторы) землеройно-транспортные машины. Землеройно-транспортные машины выпускают самоходными, а также прицепными и полуприцепными.

По мощности силовых установок землеройно-транспортные машины подразделяют на машины малой мощности (до 100 кВт), средней (100–200) и большой (свыше 200).

Эффективность работы ЗТМ в значительной степени зависит от рельефа местности, климатических условий, физико-механических свойств и состояния грунта: прочность, влажность, липкость, сопротивление сдвигу.

Землеройно-транспортные машины отличаются высокой маневренностью и мобильностью, простотой конструкции и обслуживания, включая подготовку к работе. Непрерывность их цикла обеспечивается тем, что в одном агрегате может совмещаться землеройное, транспортное и планирующее оборудование. Благодаря этому землеройно-транспортными машинами в комплексе можно выполнять большинство основных и вспомогательных земляных работ во всех отраслях строительства.

Бульдозеры предназначены для послойной разработки грунта I–IV категорий и его перемещения при возведении и предварительном профилировании грунтовых насыпей; разравнивании грунта, отсыпанного в бурты и валы; чернового выравнивания и планировки поверхностей; копании траншей под фундаменты и коммуникации. Их используют при вертикальной поверхности поверхностей, разработке выемок и котлованов, нарезки террас на косогорах, засыпке траншей, котлованов и пазух фундаментов зданий, а также для расчистки территорий от снега, камней, кустарника, пней, мелких деревьев, строительного мусора и т. п.

Бульдозеры со специальным оборудованием используются для толкания скреперов при их загрузке.

Бульдозерное навесное оборудование на базовый гусеничный включает отвал с ножами, толкающее устройство в виде брусьев или рамы и систему управления отвалом. Тягачи современных бульдозеров оснащаются дизельным двигателем с увеличенным запасом мощности и крутящего момента, механической или гидромеханической (динамической или объемной) ходовой трансмиссией с коробкой переключения передач под нагрузкой и гидросистемой управления бульдозерным отвалом. Последняя позволяет перемещать отвал в вертикальной плоскости, переводить его в плавающее положение, перекашивать в поперечной плоскости, изменять угол резания, а в бульдозерах с поворотным отвалом – поворачивать его в плане на угол до 25° в обе стороны. Современные бульдозеры являются конструктивно подобными машинами, базовые тракторы и навесное оборудование которых унифицированы. Главный параметр бульдозеров – тяговый класс базового трактора (тягача).

В настоящее время выпускаются бульдозеры с различным конструктивным решением отвала.

Универсальный отвал используют для планировочных работ в грунтах с нарушенной структурой.

Сферический отвал применяют для разработки мягких и средней крепости грунтов.

Изогнутая в плане форма отвала предусмотрена для косого резания грунтов, при котором уменьшается сопротивление резанию и можно увеличить на 10–12 % длину отвала. За счет выступающих вперед концов отвала объем перемещаемого грунта увеличивается на 20–25 % по сравнению с прямым отвалом.

Отвал с рыхлящими боковыми зубьями используют для разработки крепких каменистых грунтов бульдозерами большой мощности. Зубья выдвигаются гидроцилиндрами ниже ножей на 20–30 см. Совковый отвал имеет боковые щитки, снижающие потери грунта при перемещении, и выступающую вперед часть ножа для лучшего врезания в грунт. Применяют его для разработки малосвязных грунтов в случае перемещения их на большие расстояния.

Кроме указанных типов отвалов внедряют в производство дополнительные виды сменного рабочего оборудования для отделки откосов насыпей, рыхления грунта, удаления кустарника и др. Использование их значительно повышает универсальность бульдозеров.

В зависимости от условий работы, мощности и типа тягача гусеничные бульдозеры работают на скоростях 2,4–6,0 км/ч, на колесных тягачах – 3,5–8,0, а перемещают грунты соответственно на скоростях 4–8 и 6–12 км/ч (холостой ход – 10–12 и 20–25 км/ч).

При копании режущая часть отвала заглубляется в грунт и бульдозер одновременно движется вперед. Максимально возможный объем призмы волочения современные бульдозеры набирают на участке длиной 6–10 м. Экономически целесообразная дальность перемещения грунта не превышает 60–80 м для гусеничных и 100–140 м для пневмоколесных машин. Вырезаемый из забоя грунт накапливается перед отвалом, формируя призму грунта, которую называют призмой волочения. После этого отвал выглубляют и бульдозер перемещает грунт к месту укладки. Далее бульдозер разравнивает призму грунта предварительно несколько приподнятым отвалом. Разравнивать грунт можно передним и задним ходом машины. При транспортировании грунта часть его теряется. Потери, зависящие от дальности перемещения, могут доходить до 30 % и более от объема призмы волочения.

Основные схемы резания и перемещения грунта бульдозером приведены на рис. 4.

Рис. 4. Схема резания и перемещения грунта бульдозером: а – продольная при резании под уклон на горизонтальном участке траншейным способом; б – продольная при резании под уклон на горизонтальном участке послойным способом; 1 – насыпь; 2 – выемка

Скрепер предназначен для послойной разработки грунта, транспортирования и послойной укладки его в земляное сооружение или отвал с разравниванием. При движении по отсыпанному слою грунта скрепер одновременно частично уплотняет его.

Скреперы классифицируют по следующим признакам:

по геометрической емкости ковша: 1,5; 3,0; 6,0; 10,0; 15,0; 25 м3;
по способу передвижения: прицепные, полуприцепные, самоходные;
по способу разгрузки: со свободной, полупринудительной и принудительной разгрузкой.

Скреперы используют в дорожном, промышленном и гидротехническом строительстве для устройства насыпей из боковых резервов, выемок с перемещением грунта в насыпь, возведения плотин, отрывки котлованов. Они могут работать на самых разнообразных грунтах, кроме заболоченных. На влажных глинах и черноземах грунты налипают на стенки ковша скрепера и забивают его. Сыпучий песок также плохо заполняет ковш и плохо выгружается из него. Эффективнее всего скреперы применять на супесях и суглинках, так как эти грунты хорошо заполняют ковш.

Скреперами можно разрабатывать грунт до IV категории включительно. Для повышения эффективности работы скреперов с грунтами III–IV категорий их предварительно разрыхляют.

При работе скрепера на тяжелых грунтах сила тяги одного трактора или одноосного колесного тягача может оказаться недостаточной для срезания стружки и наполнения ковша. В таких случаях применяют толкач – гусеничный трактор или двухосный колесный тягач. Толкач упирается толкающим приспособлением в задний буфер скрепера и вместе с тягачом создает необходимое для наполнения ковша скрепера тяговое усилие. Скребковые питатели и элеваторы повышают степень наполнения ковша скрепера и дают более равномерную нагрузку скреперу и уменьшают потребную силу тяги.

Применение прицепных скреперов целесообразно для перемещения грунта на расстояние от 100 до 300 м.

Самоходные скреперы эффективны при дальности перемещения грунта от 300 до 5000 м и более.

Свободная разгрузка не обеспечивает хорошего опорожнения ковша липких и влажных грунтов и применяется только в машинах малой емкости.

Самой надежной, хотя и несколько более энергоемкой, является принудительная разгрузка.

Схемы движения скреперов приведены на рис. 5.

Рис. 5. Схемы движения скреперов: а – эллипс; б – спираль; в – «восьмерка»; г – «зигзаг»; д – челночно-поперечная; е – челночно-продольная

Автогрейдеры предназначают в основном для производства планировочных работ и профилировки земляного полотна при строительстве автомобильных и железных дорог. Рабочим органом машины является отвал. Изменяют положение отвала в горизонтальной плоскости вращением поворотного круга.

Планировка поверхности разрабатываемой площади или профилирование дорожного полотна выполняется за несколько проходов с различными установками отвала, и состоит из операций вырезания грунта и перемещения его вдоль отвала при движении автогрейдера. Для расширения области применения и увеличения времени использования машины в течение года автогрейдеры снабжают сменным рабочим оборудованием различного назначения: снегоочистителями плужным и роторным, грейдер-элеватором, дорожной фрезой.

Опыт использования автогрейдеров показывает, что число проходов для вырезания корыта обычно составляет 6–8.

Грейдер-элеватор – это землеройно-транспортная машина, используемая для послойной разработки грунта с помощью рабочего органа в виде ножа или совка и перемещения его ленточным конвейером или метателем в отвал, или транспортные средства. Грейдерэлеваторы обеспечивают высокую производительность. Применяют их для возведения невысоких насыпей автомобильных и железных дорог из боковых рвов преимущественно в равнинной местности, разработки выемок с перемещением вынутого грунта в отвал, устройства полунасыпей на косогорах с поперечным уклоном до 12° и рытья небольших каналов для орошения земель.

Высокой производительности грейдер-элеваторов в значительной степени способствует разделение функций резания и перемещения грунта между рабочими органами – ножами и транспортерами.

Их целесообразно применять лишь на линейных работах при большой протяженности участков, где можно обеспечить работу в постоянном режиме.

Техника безопасной эксплуатации при экскавации

Не допускать установки машины в рабочей зоне с ярко выраженным уклоном. Для установки следует выбирать только ровные участки – это предотвратит риск переворота.
При производстве работ ковшовой части с прямой лопатой в забое с высокими стенками необходимо своевременно удалять образующиеся козырьки.
На слабых и подвижных грунтовых участках путь перемещения техники усиливается щитами, укладываемыми на землю.
Разработка участков IV группы экскаватором производится с использованием дополнительного оборудования – установка специализированных устройств предотвратит преждевременный износ механизмов.
При сильном увлажнении рабочего участка производство следует остановить до подсыхания поверхности.

Перед началом производственного процесса необходимо тщательно обследовать участки на предмет появления карнизов и нависаний.

Подготовка стройплощадки

До непосредственного начала землеройных мероприятий на рабочей площадке желательно организовать проездной путь, если его нет. Следует ответственно подойти и к проблеме удаления деревьев на участке. Неплодовые стволы возрастом более 5-6 лет могут выкорчевываться только с разрешения местной администрации. После высадки дерева необходимо заполнить образовавшуюся яму песком крупной фракции до уровня устройства фундамента.

В процессе обустройства стройплощадки будет нелишним зафиксировать зоны, где снимается плодородный слой. В дальнейшем эта информация пригодится для проведения сельскохозяйственных работ возле дома. До разработки котлована экскаватором также рекомендуется организовать площадки или емкости для сбора вынимаемой плодородной почвы. Поскольку в дальнейшем она может пригодиться, ее следует укладывать в местах, где нет ни строительного мусора, ни прочих хозяйственных отходов. На время производства работ перед домом со стороны въезда устанавливается временный забор с проемом только для рабочей техники.