Многоковшовые траншейные экскаваторы

В строительстве наиболее широко используют экскаваторы продольной разработки грунта, так называемые траншейные, для получения траншей под инженерные коммуникации (кабели, трубопроводы), ленточные фундаменты зданий, для сооружения каналов и водопроводов, при выполнении мелиоративных работ. Экскаваторы поперечной и радиальной разработки грунта применяют в основном для вскрышных работ, открытых разработок полезных ископаемых и при разработке крупных карьеров строительных материалов (песка, гравия, глины).

Цепные и роторные траншейные экскаваторы продольной разработки грунта в большинстве случаев выполняют на базе переоборудованных гусеничных тракторов, у которых расширен и удлинён гусеничный ход, а в трансмиссию включён ходоуменьшитель для получения пониженных скоростей передвижения машины.

Цепные траншейные экскаваторы выпускают производительностью до 220м³/ч при глубине отрываемой траншеи до 3,5м и ширине до 1,1м. Рабочим органом цепных экскаваторов (рис. а) является одно или двухрядная втулочно-роликовая цепь, огибающая по замкнутому контуру наклонную под углом 30÷55° и несущая на себе ковш или скребки. Ковш заполняется последовательно, вырезая также стружки на наклонной поверхности забоя при совмещении двух движений – касательного вместе с цепью и продольного – продвижением (подачей) всей машины вдоль траншеи.

При опрокидывании ковшей вокруг верхнего поперечного вала 2 грунт ссыпается в перегрузочный бункер 1. Расположенный под бункером ленточный конвейер 6 выносит грунт в отвал на бровку траншеи или в транспортное средство. Конвейер 6 может выдвигаться влево или вправо от продольной оси машины, обеспечивая разгрузку грунта. Ковшовая цепь 3 и конвейер 6 приводится в движение двигателем базовой машины через редуктор и цепные передачи. Скорость цепи не превышает 1,2м/с.

Для увеличения ширины траншеи на ковшах крепят (через один) боковые ножи-уширители или применяют ковши разной ширины. При работе в слабых грунтах, где возможно осыпания стенок траншеи, на ковшовую раму устанавливают приводные винтовые фрезы, придающие стенкам траншеи ступенчатый профиль.

Скребковый рабочий орган с однорядной цепью (рис. б) навешивают на пневмоколёсные серийные тракторы и предназначают для рытья траншей глубиной до 1,6м и шириной 0,2÷0,4м в грунтах I…III групп. Грунт послойно срезается резцами 8различной ширины и поднимается из траншеи скребками 7.Затем винтовые конвейеры 9 сдвигают грунт в обе стороны от траншеи.

Также одноцепные экскаваторы применяют на рассредоточенных земляных работах небольших объёмов. Их производительность составляет 60÷80м³/ч.

Двухцепные скребковые экскаваторы могут разрабатывать траншеи в мёрзлых грунтах при глубине промерзания до 1м. Для этого их снабжают сменным оборудованием в виде скребков, оснащённых зубьями с износостойкой наплавкой.

Рис. 12.16. Цепной траншейный экскаватор.

а – схема экскаватора с ковшовым рабочим органом; б – схема скребкового рабочего органа.

1 – перегрузочный бункер; 2 – верхний вал; 3 – цепь; 4 – ковш;

5 – ковшовая рама; 6 – выдающий ленточный конвейер; 7 – скребки;

8 – резец; 9 – винтовой конвейер; 10 – ось поворота ковшовой рамы.

Траншейные роторные экскаваторы разрабатывают траншеи прямоугольного или трапецеидального профиля в немёрзлых грунтах I…IV групп, а также в мёрзлых грунтах при глубине промерзания верхнего слоя до 1,1÷1,5м.

Роторные экскаваторы более производительны, чем цепные, так как допускаемая скорость ковшей у них больше – до 2÷2,5м/с. В цепях при таких скоростях появляются вредные динамические нагрузки, снижающие их долговечность, однако масса роторных экскаваторов при одинаковой глубине траншеи больше, чем у цепных, так как диаметр ротора должен превышать глубину траншеи не менее чем в 1,6 раза.

Роторные экскаваторы отрывают траншеи глубиной не более 2,5м. Производительность траншейных роторных экскаваторов доходит до 1200м³/ч.

Наиболее широкое применение роторные экскаваторы получили при прокладке траншей большой протяжённости с высоким темпом прокладки. Например, при строительстве нефте- и газопроводов.

Рабочим органом экскаваторов этого типа (рис.) является ротор 6 – жёсткое колесо с ковшами. Внутри ротора помещён поперечный ленточный конвейер 4. Ковши 7 при вращении ротора поднимают разрабатываемый грунт из траншеи и высыпают его на ленту конвейера 4, отбрасывающего грунт на бровку траншеи. Глубина отрываемой траншеи регулируется гидроцилиндром 2, к штоку которого прикреплены подъёмные цепи и тяги. Дно траншеи обрабатывается зачистным башмаком 5. Для рытья различных траншей на один и тот же базовый тягач могут навешиваться сменные рабочие органы с различной ширной и диаметром ротора.

Рис. 12.17. Роторный траншейный экскаватор.

1 – рама рабочего оборудования; 2 – гидроцилиндр; 3 – цепная передача привода; 4 – ленточный выдающий конвейер; 5 – зачистной башмак; 6 – ротор; 7 – ковш; 8 – ножевой откосник.

Для получения траншей с наклонными стенками на рабочем органе устанавливают ножевые откосники 8. В мёрзлых грунтах могут быть применены активные фрезерные уширители. Днище ковшей выполняют из цепей, которые при опрокидывании ковшей в верхнем положении прогибаются, встряхиваются и обеспечивают хорошую выгрузку грунта. Ковш оснащён зубьями из легированных сталей. Для работы в плотных и мёрзлых грунтах зубья упрочняют пластинками из твёрдых сплавов.

Роторные экскаваторы продольной разработки грунта выпускают навесными и полунавесными к гусеничным тягачам. В последнем случае в рабочем и транспортном положениях роторы опираются на дополнительные опорные колёса (рис.). Мощность силовых установок роторных экскаваторов достигает 400÷500кВт.

Экскаваторы непрерывного действия имеют широкий диапазон рабочих скоростей движения: цепных 10…400м/ч и роторных 10…800м/ч. Транспортные скорости многоковшовых экскаваторов составляют 1,2…6км/ч.

Для повышения точности работы траншейные экскаваторы снабжают автоматическими устройствами выдерживания глубины траншеи. В качестве копира используют натянутую проволоку, пропущенную по геодезическим приборам параллельно оси траншеи. По проволоке движется щуп датчика, который подаёт сигнал на механизм подъёма ковшовой рамы. В качестве копира могут быть использованы световые лучи, в частности лазерные, которые достаточно точно копируют профиль будущей траншеи.

Бульдозеры

Бульдозер^* представляет собой самоходную землеройно-транспортную машину в виде гусеничного трактора^** или колёсного тягача, оснащённую навесным рабочим оборудованием, предназначенную для послойной срезки и перемещения грунта и других материалов на расстояние до 100…120м и планировки площадей.

Широко применяют бульдозеры при возведении насыпей высотой до 2м, рытья котлованов и каналов, сооружения плотин, засыпки траншей и ям, разравнивания и профилирования грунта, очистки аэродромов и дорог от снега, при подготовке трасс, для разравнивания сыпучих строительных материалов, на вскрытии карьеров. Их используют также, в качестве толкачей для скреперов. На них могут быть навешены рыхлители, канавокопатели, корчеватели и другое сменное оборудование, что значительно расширяет область применения бульдозеров.

Бульдозеры могут быть классифицированы по устройству отвала: с поворотным и неповоротным отвалом; по типу ходового устройства базовой машины – на гусеничные и пневмоколёсные; по конструкции системы управления отвалом – с канатно-блочным и гидравлическим управлением; по номинальному тяговому усилию и мощности двигателя бульдозеры разделяют на пять классов:

Таблица 12.1.Классификация бульдозеров

^* Бульдозер (англ. bulldozer) – землеройно-транспортная машина; Пресс холодной и горячей гибки деталей в штампах.

^** Трактор (новолат. tractor, от лат. traho – тащу).

Мощность двигателей современных бульдозеров 15…600кВт при базовой машине гусеничного или колёсного трактора и до 1200кВт для бульдозеров на базе специальных тягачей.

Главным параметром бульдозера считается номинальное тяговое усилие, а основным параметром – масса и мощность.

Гусеничный бульдозер с неповоротным отвалом и гидравлическим управлением изображён на (рис.).

Рис. 12.18. Гусеничный бульдозер с неповоротным отвалом.

1 –отвал; 2 – гидравлический раскос; 3 – гидроцилиндр подъёма отвала; 4 – базовый трактор; 5 – толкающий брус.

При гидравлическом управлении возможно принудительное заглубление отвала. На толкающих брусьях отвал установлен шарнирно и с помощью раскосов можно изменять угол резания в пределах 45÷60°. На бульдозерах с гидравлическим управлением иногда один из раскосов выполняют в виде гидроцилиндра, которым машинист не выходя из кабины может установить перекос отвала в поперечной плоскости на угол до 4÷12° в обе стороны. Поперечный перекос (рис.) отвала даёт возможность бульдозеру разрабатывать прочные и подмороженные грунты, обеспечивая их срезание боковым концом отвала.

Рис. 12.19.Поперечный перекос отвала.

У бульдозеров с неповоротным отвалом угол в плане между отвалом и осью машины (угол захвата) всегда равен 90°. У бульдозеров с поворотным отвалом (рис.), их иногда ещё называют универсальными положение отвала в горизонтальной плоскости (в плане) изменяется на угол 30÷60°. Поворотный отвал всегда ниже, но длиннее неповоротного, так как в повёрнутом положении он должен перекрывать ширину базовой машины. Применяют его для планировочных работ с перемещением грунта в сторону (грунт при этом сходит сталкивающего конца отвала в виде валика), для засыпки траншей и других видов работ при непрерывном движении машины вдоль фронта работ. Поворотный отвал устанавливают только на гусеничных тракторах, так как колёсные тягачи плохо воспринимают боковые нагрузки.

Рис. 12.20. Гусеничный бульдозер с поворотным отвалом.

Отечественная промышленность выпускает гусеничные неповоротные бульдозеры с отвалами длиной 2500÷4200мм, поворотные гусеничные бульдозеры с отвалом длиной 3500÷5540мм и пневмоколёсные неповоротные бульдозеры с отвалом длиной 2000÷3200мм. Высота отвалов гусеничных машин составляет 800÷1400мм, пневмоколёсных 600÷1100мм, наибольшая глубина резания 200÷600мм.

Сферические отвалы (рис. а), состоящие из трёх или пяти секций, которые установлены под углом 10…15° одна к другой, набирают грунта на 15÷20% больше, чем прямые отвалы. Сферические отвалы применяют для работы с кусковыми и сыпучими материалами при помощи базовых машин с мощностью двигателя более130кВт. Совковый отвал (рис. б) имеет боковые щитки и применяется при перемещении сыпучих и слабопрочных материалов на большие расстояния (до 150м). Отвал с рыхлящими боковыми зубьями (рис. в) применяют в крепких каменистых и мёрзлых грунтах на гусеничных бульдозерах мощностью не менее 50кВт и на колёсных бульдозерах мощностью не менее 220кВт. Короткий прямой отвал (рис. г) снабжён амортизатором и предназначен для установки на толкачах, помогающих загружать скреперы.

Рис. 12.21. Основные типы отвалов бульдозера (в плане):

а – сферический; б – совковообразный; в – с боковыми рыхлящими зубьями; г – короткий толкающий.

Также используют бульдозерные отвалы с двумя отвальными поверхностями для работы передним и задним ходом, отвалы с обратным расположением отвальной поверхности – для работы «от стенки» и др. Области применения бульдозеров расширяются специальными приспособлениями к отвалам: откосники, открылки, уширители, выступающие средние ножи, челюстные захваты, канавные наставки и др.

Разнообразие видов работ, выполняемых бульдозерами общего назначения, а также широкая номенклатура сменного рабочего оборудования и приспособлений к ним делают бульдозер универсальной машиной, незаменимой на любой стройке. На земляных работах в настоящее время бульдозеры выполняют 30÷40% общего объёма работ.

Рабочий орган – отвал представляет собой металлическую сварную конструкцию из листа, рёбер жёсткости, проушин для крепления отвала к толкающим балкам.

Полный цикл работы бульдозера при вырезании и перемещении грунта состоит из следующих этапов: внедрении отвала в грунт и набор призмы волочения, перемещение грунта к месту укладки, укладка (разгрузка) грунта слоями или грудами, возвращение в забой, опускание отвала и установка его в положение внедрения (рис.). Наиболее распространённая схема циклической работы бульдозера является челночная схема, при которой обратный (холостой) ход выполняют задним ходом без разворота машины.

Рис. 12.22. Элементы рабочего цикла разработки и перемещения грунта бульдозером:

L_наб – длина пути набора призмы волочения; L_тр – дальность транспортирования; L_хх – длина холостого хода.

Отвал срезает грунт, накапливает его впереди себя и перемещает его. Профиль отвала подбирают таким образом, чтобы срезаемый грунт от массива двигался по отвалу и обрушался по направлению движения бульдозера.

Производительность бульдозера зависит от формы отвала, длины транспортирования, свойств грунта (песок, глина или суглинок), работы под уклон или подъём.

Вырезание (набор) грунта производит на первой передаче (0,7÷1,3м/с). Если позволяют условия, то выгодно набирать грунт под уклон. Длина пути набора составляет 6÷10м. При наборе грунта срезают слой переменного сечения: в начале глубиной на 25÷30% больше, чем в конце.

Перемещение грунта на короткие расстояния и на участках с подъёмом производят на первой передаче, при значительных расстояниях – на второй или третьей. Перемещение часто выполняют с непрерывным дополнительным подрезанием грунта на глубину 5÷10см для компенсации потерь из призмы волочения. Потери грунта при перемещении уменьшают также некоторые технологические приёмы, такие, как перемещение грунта в траншее, перемещение с промежуточным накоплением грунта и др.

Рис. 12.23. Бульдозер « Komatsu»

Мощные бульдозеры имеют большую производительность и лучшие удельные показатели эффективности, но реализовать свои преимущества они могут только на объектах с большим объёмом работ.

Гусеничный движитель по сравнению с колёсным обеспечивает большую силу тяги при одинаковой мощности двигателя, но колёсный развивает большую скорость движения. В зависимости от условий работы, мощности движителя и типа отвала, набор грунта производят на скоростях 2,5÷3,5км/ч для гусеничного движителя и 3,5÷5км/ч для колёсного бульдозера, перемещение грунта – на скоростях (соответственно) 2,5÷5 и 5÷8км/ч, обратный (холостой) ход – на скоростях 5÷10 и 10÷20км/ч.

Высокие рабочие скорости колёсных бульдозеров делают их рентабельными на достаточно больших расстояний перемещения грунта – до 120м, но преимущества за счёт скорости могут быть реализованы при хорошем состоянии путей перемещения.

Наибольший эффект гусеничные бульдозеры показывают при перемещении грунта на расстояние до 20÷40м, колёсные - 40÷60м.

Компенсировать недостаточное число мощных машин, а также подобрать типоразмер машин в зависимости от вида выполняемых работ позволяет временное объединение отдельных машин в отдельный функциональный агрегат. Примерами агрегатирования двух бульдозеров является последовательное (тандемное) соединение (рис. а) и соединение параллельное («бок о бок»). Последние могут иметь общий отвал, как это показано на (рис. б), или осуществлено объединение тракторов шарнирными балками, а отвалов шарниром или гибкими связями (рис. в). Машины легко разъединяются для раздельного использования, ремонта или транспортирования.

Тандемное соединение обеспечивает концентрацию на стандартном отвале повышенной силы тяги; оно эффективно при разработке прочных грунтов. Параллельное соединение увеличивает объём призмы волочения не в 2, а в 3÷3,5 раза по сравнению с объёмом одиночного бульдозера, а также позволяет на 20÷40% увеличить дальность перемещения грунта. Применять сдвоенные бульдозеры целесообразно на объектах с большим объёмом работ или на увеличенных дальностях перемещения. Частичный эффект работы сдвоенных бульдозеров с повышением производительности на 15÷25% даёт перемещение грунта двумя несвязанными параллельно движущимися бульдозерами. Расстояния между торцами отвалов при этом не должно превышать 30÷50см в связных грунтах и 15÷30см в сыпучих.

Бульдозеры могут оснащаться автоматическими системами управления рабочим оборудованием. Серийно выпускаемая система «Автоплан 1» автоматически изменяет положение отвала при наезде на неровности грунта, тем самым улучшая планирующую способность бульдозера. «Автоплан 1» также формирует продольный профиль земляного полотна путём стабилизации отвала под заданным углом.

Рис.12.24. Схемы сдвоенных отвалов:

а – последовательная («тандем»); параллельная («бок о бок») с одним отвалом; в – параллельная с объединёнными отвалами.