Удаление грунта одночерпаковыми земснарядами

На внутренних водных путях применяются одночерпаковые земснаряды двух типов – штанговые и грейферные. Предназначены они в основном для разработки глинистых, галечных, каменистых и сильно засоренных грунтов, а также для скалоуборочных работ. Весьма ценная особенность таких снарядов состоит в том, что забор самых тяжелых и липких глин и камней происходит почти без воды. Но для работы в легкоподвижных грунтах одночерпаковые снаряды малопригодны, так как дают значительный просор грунта.

Штанговые земснаряды имеют ковш на жесткой штанге (рукояти) (рис. 7.8). Грейферные земснаряды – ковш, подвешенный на тросе (рис. 7.9). Они являются машинами периодического действия. Цикл работы состоит из операций установки ковша над местом погружения в воду, опускания его на дно, забора грунта ковшом, подъема, поворота и опорожнения ковша. Все операции должны быть согласованы между собой для того, чтобы весь грунт, отделенный от дна, был захвачен черпаком, доставлен без просора и погружен в шаланду или уложен в отвал, расположенный в непосредственной близости от снаряда.

Рис. 7.8. Штанговый земснаряд

1 – ковш; 2 – штанга; 3 – обойма; 4 – стрела; 5 – поворотная платформа;

6 – канатная оттяжка; 7 – наклонная стойка; 8 – ванты; 9 – канаты

Напорной лебедки; 10 – канат подъема ковша; 11 – канат открытия

донышка; 12 – носовая закольная свая; 13 – кормовая упорная свая;

14 – гак; 15 – напорная лебедка; 16 – подъемная лебедка; 17 – пост управления

Рис. 7.9. Грейферный земснаряд

1 – ковш; 2 трос; 3 – стрела; 4 – поворотный механизм; 5 – лебедка

Штанговые земснарядыустанавливают на закольных сваях и тросах с якорями. Сваи удерживают снаряд на месте, обеспечивают лучшее сопротивление отталкивающему действию ковша и предупреждают дифферент корпуса снаряда. Сваи опускают под действием силы тяжести (броском) или принудительно. Разрабатывают прорези штанговыми снарядами, как правило, по течению. Это уменьшает горизонтальное давление на закольные сваи от действия ковша при резании грунта.

Грейферные земснарядыустанавливают на якорях и тросах: одном становом и четырех боковых. При заборе грунта грейфером не возникает горизонтальных сил и разработку прорезей этими земснарядами можно вести как против течения, так и по течению.

При работе против течения опусканию черпака мешает становой трос, и его приходится отводить через выносные ролики на борту земснаряда или через уравнительный понтон. Для перемещения снаряда в продольном и поперечном направлениях используют установленные на палубе лебедки.

Процесс разработки прорези состоит из углубления папильонажных полос, причем папильонирует не сам снаряд, а черпак на вращающейся стреле или грейфер. При одном положении корпуса снаряд разрабатывает полосу, ширина которой зависит от выноса стрелы и длины штанги и может быть вычислена по формуле

, (7.17)

где: r_с – радиус работы, равный горизонтальной проекции вылета ковша на стреле;

β – предельный угол отклонения ковша от диаметральной плоскости снаряда при заборе грунта.

Обычно она равна 10-12 м. Совокупность последовательных папильонажных полос вдоль прорези образует траншею. Если ширина прорези больше ширины траншеи, то прорезь разбивают на несколько продольных траншей (рис. 7.10).

Рис. 7.10. Схема работы одночерпакового снаряда

Длина прорези, которую можно разработать без перекладки боковых якорей, называется серией. Разработав серию траншей на всю ширину прорези, перекладывают боковые якоря, и земснаряд спускают на следующую серию вниз по течению.

Штанговый снаряд обычно начинает разрабатывать прорезь с верхней части и спускается вниз по течению. Впереди корпуса снаряда по всей ширине прорези образуется вал из грунта, высота которого иногда превышает глубину воды. Это резко снижает глубины на разрабатываемом перекате, но улучшает наполнение черпака. При завершении разработки прорези грунт из вала подбирается снарядом или сваливается в глубокое место нижней плесовой лощины.

Если вал мешает пропуску судов, его периодически подбирают. При разработке каменистых грунтов в вал могут попасть крупные камни, поэтому при работе на судовом ходу необходимо соблюдать особые меры предосторожности во избежание аварий с проходящими судами. Лучше такие работы выполнять при повышенных уровнях воды.

Важным моментом является позиционирование рабочего органа снаряда. Для точной установки черпака над местом забора грунта, на поворотной платформе имеется сектор с указательной стрелкой, показывающей в градусах угол поворота стрелы относительно продольной оси снаряда. Для обеспечения чистоты выработки смежные следы перекрывают на 0.25-0.35 ширины ковша (рис. 7.11).

Рис. 7.11. К разработке прорези штанговым снарядом

Угол последовательного поворота стрелы штангового снаряда зависит от ширины черпака b_ч и вылета стрелы r_c. Его можно вычислить по формуле

α=(0.65÷0.75)b_ч180/πr_c. (7.18)

Практически этот угол колеблется в пределах 5-7°.

Поворот пустого черпака является первой операцией цикла по извлечению грунта (рис. 7.12). Вторая операция – опускание черпака в вертикальной плоскости под воздействием силы тяжести. При расположении центра вращения штанги близко к середине, черпак оттягивается назад с помощью оттяжного троса.

В момент, когда черпак оказывается над местом забора грунта, штангу растормаживают, и она вместе с черпаком падает по вертикали на дно (третья операция).

Рис. 7.12. Схема рабочих операций штангового снаряда

Четвертая операция – наполнение черпака грунтом производится при вращении штанги с помощью подъемного троса. Пятая операция – перемещение и остановка наполненного черпака над местом выгрузки. Шестая операция – выгрузка грунта, производится путем открытия днища черпака.

После того разработки грунта в пределах поворота стрелы, осуществляется подача вперед (см. рис. 7.13).

Рис. 7.13. Схема к расчету подачи вперед штангового снаряда

Это расстояние может быть рассчитано из геометрических соображений

, (7.19)

где: H_цв – возвышение центра вращения штанги над уровнем воды;

Т – глубина от уровня воды до проектного дна;

θ – наибольший угол отклонения штанги от вертикали в сторону снаряда.

Поскольку при вращении ковш описывает дугу, неизбежна некоторая неровность выработки

(7.20)

Сопоставляя формулы (7.19) и (7.20) можно найти связь между подачей вперед и неровностью выработки при неизменных значениях H_цв, Т, θ

(7.21)

Но величина θ зависит от угла наклона стрелы к горизонту и места расположения оси вращения штанги, а запас на неровность выработки регламентируется «Инструкцией по землечерпательным работам».

Подачу вперед можно рассчитать и руководствуясь вместимостью черпака w_ч и заданной толщиной снимаемого слоя

. (7.22)

Может оказаться, что подача вперед, рассчитанная по формуле (7.22) будет больше, чем по формуле (7.21). Это означает, что переуглубление окажется больше запаса на неровность выработки и придется уменьшать коэффициент наполнения черпака. Оценить величину переуглубления для подачи вперед вычисленной по формуле (7.22), можно выразив h_н из формулы (7.21)

(7.23)

Часовая производительность штангового снаряда

Q_г=w_чn_эk_Н/k_p, (7.24)

где: n_э – число экскаваций (циклов) в час.

Поскольку вместимость черпака w_ч величина постоянная, так же как и коэффициент рыхления для данного грунта, то повышения производительности можно достичь только увеличением числа циклов и улучшением наполнения черпака.

Наполнение возрастает с увеличением подачи. Но чем больше подача, тем выше поперечные гребни и больше переуглубление. Оптимальное соотношение между l_c и h_н устанавливают в процессе работы, наблюдая за наполнением ковша и неровностью выработки. Из опыта работы оптимальный коэффициент наполнения черпаков k_н =0.75÷0.8.

Грейферные снаряды, за немногим исключением, работают аналогично штанговым. Рассмотрим только отличия в работе штанговых и грейферных снарядов. Захватывание грунта у грейферных снарядов происходит совершенно иначе, поэтому меняются и операции, входящие в каждую экскавацию. Первая операция – поворот стрелы с открытым грейфером к месту над водой, где он должен быть опущен на дно для забора грунта. Вторая операция – опускание грейфера на дно в раскрытом состоянии. Третья – закрывание грейфера с одновременным срезыванием грунта. Четвертая – подъем наполненного грейфера. Пятая – поворот стрелы к месту разгрузки. Шестая – разгрузка грейфера.

Процесс черпания грунта грейфером слагается из врезания створок открытого ковша при его падении на дно и затем их смыкания при выбирании грейфероподъемного троса. При смыкании режущие кромки створок описывают цилиндрическую поверхность, отделяя от дна грунт в объеме, соответствующем вместимости ковша. Глубина выемки равняется вылету створок грейфера. При работе грейферных снарядов, каждый следующий черпак укладывается рядом с предыдущим или с частичным перекрытием его следа. Так образуется кольцевая траншея, подобная той, что получается при работе штангового снаряда. Большее перекрытие следов производится при большом слое грунта, когда одним черпаком нельзя забрать весь грунт с площади следа грейфера.

Для углубления следующей полосы осуществляется подача снаряда на расстояние, равное 0.7-0.8 длины створок грейфера. Выработка дна прорези грейферного снаряда получается не такой чистой, как штанговым снарядом, но зато грейфер опускается на дно и врезается в грунт вертикально, то есть не подгребает грунт и не образует вала.

При захвате грунта грейфером на дне прорези образуются отдельные ямы, и неровность выработки будет еще больше, чем при работе штангового снаряда. Это вызывает необходимость назначения достаточного запаса на неровность выработки. Запас на неровность выработки при работе на глинистых грунтах принимается равным 0.25 м, на каменистых – 0.30 м.

Продолжительность цикла, совершаемого грейфером, зависит от его вместимости, глубины опускания, высоты подъема, характеристики грунта. Угол поворота стрелы грейфера существенного влияния на продолжительность цикла не имеет, так как ее поворот совершается во время подъема грейфера с грунтом, а опускание – в процессе установки стрелы над местом очередного грунтозабора.

Производительность грейферного снаряда определяется по той же формуле (7.24), что и для штангового снаряда.