Машины для разработки мерзлых грунтов, классификация, характеристики, область применения

Преимущественное распространение (более 80 % общего объема работ) получил высокоэффективный и универсальный механический способ разработки мерзлых грунтов с использованием специальных машин, условно подразделяемых на две группы:

- машины для подготовки (предварительного рыхления, нарезания на блоки) мерзлых грунтов и последующей окончательной разработки взаимодействующими с ними в комплексе землеройными машинами общего назначения;

- машины, самостоятельно выполняющие весь комплекс разработки до заданной отметки и эвакуации мерзлого грунта из забоя.

К первой группе относятся навесные рыхлители на тракторах класса 10...50, машины ударного действия для рыхления грунта ударными импульсами, машины безударного действия для отрыва грунта от массива, баровые и дискоф-резерные машины для нарезания щелей в мерзлых грунтах.

Ко второй группе - землеройно-фрезерные машины и траншейные цепные и роторные экскаваторы, рабочие органы и скоростные режимы которых приспособлены для разработки мерзлых грунтов с промерзанием на всю глубину траншеи.

Для послойного рыхления мерзлых грунтов, плотных и скальных трещиноватых пород применяют навесные рыхлители статического и динамического действия, землеройно-фрезерные машины.

Для нарезания щелей и прокладки траншей в мерзлых грунтах используют машины непрерывного действия с баровымн и дискофрезерными рабочими органами на базе тракторов и траншейных экскаваторов.

Рыхлители являются навесным оборудованием к тракторам или одноковшовым экскаваторам и предназначены для послойного разрыхления твердых, каменистых и мерзлых грунтов. Применение рыхлителей позволяет использовать землеройные машины небольшой мощности для разработки прочных грунтов, существенно увеличивать производительность более мощных машин и значительно, снижать стоимость работ.

Рыхлители используются также для взламывания покрытий при ремонте внутриквартальных дорог и площадей, при строительстве водопроводов, канализаций и газопроводов открытым способом.

Рыхлитель статического действия (рис. 3) для послойного рыхления грунта представляет собой навесное оборудование, установленное в задней части трактора 2. Впереди трактора навешивается бульдозерное оборудование 1. Первый рабочий орган состоит из балки 6, флюгеров 8 (от одного до трех) и установленных на них зубьев, состоящих из стоек 9 со сменными наконечниками 10. Рыхлительное оборудование подвешено к раме 3 и тяге 4. Рама, тяга и балка образуют параллелограммную систему, обеспечивающую постоянный угол резания при различной глубине рыхления. Управление рабочим органом осуществляется с помощью гидроцилиндра 5 от гидравлической системы трактора. Для возможности работы с трактором-толкачом на среднем флюгере крепят съемное буферное устройство 7.

Зубья заглубляются в грунт до заданной глубины принудительно давлением, создаваемым гидроцилиндром при поступательном движении машины. При дальнейшем движении машины производится рыхление грунта.

Рыхление может осуществляться по двум технологическим схемам: без разворотов у края площадки с возвратом машины в исходное положение задним ходом (челночная схема) и с поворотом рыхлителя в конце каждого прохода (продольно-поворотная схема). Челночная схема наиболее рациональна при малых объемах работ в стесненных условиях, продольно-поворотная - на участках большой протяженности.

Максимальная глубина рыхления определяется тяговым классом базовой машины и находится в диапазоне 0,45...1,2 м.

Для тракторов с гидромеханическими передачами скорости рабочего и заднего ходов составляют соответственно = 1,7...3,2 км/ч; = 7,5...14,5 км/ч; для тракторов с механическими передачами = 2,35...3,2 км/ч; = 7,6...8,5 км/ч.

Эксплуатационная производительность рыхлителя статического действия (м³/ч)

, (17)

где - средняя ширина полосы рыхления за один проход при многозубом рабочем органе или между двумя смежными проходами при однозубом рабочем органе, м; - средняя глубина рыхления в данных грунтовых условиях, м; - длина пути рыхления, м; - коэффициент использования машины по времени; - продолжительность цикла, с.

При разработке грунта продольными проходами с разворотом на концах участка

, (18)

При челночной схеме

, (19)

где - время, затрачиваемое на повороты и управление машиной в течение рабочего цикла, с; - скорости рабочего и возвратного назад ходов, км/ч.

Рыхлители ударного действия представляют собой навесное оборудование, устанавливаемое на трактор или одноковшовый экскаватор.

Машины ударного действия воздействуют на разрушаемую среду (мерзлый грунт, твердое дорожное покрытие, фундамент и т. п.) ударными импульсами свободно падающих или забиваемых рабочих органов.

Самым распространенным видом свободно падающих рабочих органов являются шаровые рыхлители и клин-молоты конусообразной, пирамидальной и клиновидной форм массой 0.6...3 т.

Клин-молот 3 (рис. 4 а) подвешивается к подъемному канату 2 грузовой фрикционной лебедки стрелового самоходного крана или одноковшового механического экскаватора с крановой стрелой 1 и при работе подтягивается лебедкой к оголовку стрелы и сбрасывается с высоты 6...8 м. Свободно падающий клин-молот наносит ненаправленные удары, что приводит к высоким затратам энергий на разрушение грунта, снижает качество работ и способствует опасному интенсивному разлету кусков грунта в стороны. Клин-молот может быть помещен в жесткие направляющие 5 (рис. 4 б) и при сбрасывании попадает в точно заданное место, что позволяет разрушать грунт наименее энергоемким методом крупного скола и уменьшить опасность разлета осколков. Клин-молот с направляющим устройством обычно монтируется на гусеничном или пневмоколесном тракторе, который дооборудуется подъемной зубчато-фрикционной лебедкой с приводом от коробки отбора мощности трактора, Направляющее устройство соединяется с базовой машиной упругими амортизирующими элементами 4, что снижает воздействие динамических нагрузок на трактор при работе.

Оборудование с забиваемым рабочим органом разрабатывает мерзлые грунты большой прочности с глубиной промерзания 1...1.5 м наиболее эффективным методом крупного скола.

Забивание рабочего органа в грунт может осуществляться: свободно падающим грузом 6 (рис. 4 в), подвешенным на канате подъемной лебедки базовой машины и движущимся относительно направляющей 5; дизельмолотами, вибромолотами; гидравлическими, пневматическими или гидропневматическими молотами, используемыми в качестве сменного рабочего оборудования одноковшовых строительных экскаваторов.

Машины для разработки мерзлых и прочных грунтов режущего действия представляют собой тракторы или траншейные экскаваторы с навесным оборудованием, разрезающим мерзлый грунт на отдельные блоки массой 5...10 т, разрабатываемые затем экскаватором. Применение получили преимущественно баровые и дискофрезерные машины.

Баровые машины выполняются в виде сменного рабочего оборудования к гусеничным и пневмоколесным тракторам или модернизированного оборудования к цепным траншейным экскаваторам.

Баровые рабочие органы - цепные бары от угольных врубовых машин или комбайнов в виде бесконечной цепи с резцами, обегающей плоскую раму с приводной и натяжной звездочками. Баровыми рабочими органами, прорезающими щели шириной 0,14 м, оборудуются цепные траншейные экскаваторы. Барами прорезают вертикальные продольные щели в однородных мерзлых грунтах на глубину до 2,0 м.

Бар представляет собой бесконечную цепь со специ альными клиновыми зубьями (клыками), перемещающуюся по роликам, укрепленным на раме.

По числу бар различают одно -, двух - и трехбаровые машины; в зависимости от расстояния между рабочими цепями они могут отрывать одну траншею-щель сплошного сечения либо несколько параллельных щелей. Последующий скол целика грунта обычно осуществляется обратными лопатами одноковшовых экскаваторов либо специальными гидродомкратами, монтируемыми на раме рабочего органа.

Двухбаровая машина на базе траншейного экскаватора (рис. 5)выполнена из двух независимых баров, представляющих собой рамы 7 с режущими цепями, приводимыми в движение цепными передачами 3 с предохранительной муфтой предельного момента. Рабочие органы имеют общий вал 5 и управляются через кронштейн 4 гидроцилиндрами 2.

Расстояние между осями баров (0,46...0,76 м) регулируется специальным винтом, установленным на раме рабочего органа. Скорость резания баровым рабочим органом 0,87 и 1,46 м/с; рабочая скорость передвижения 15...400 м/ч, регулируется бесступенчато. Производительность до 40 м/ч при ширине щели 0,14 и глубине до 2,5 м.

Достоинствами баровых машин являются простота конструкции и относительно небольшая металлоемкость. Недостатки - быстрый износ резцов, их малая надежность и долговечность; недостаточная износостойкость элементов цепи, работающей в высокоабразивной среде.

 

 

Литература

1. Добронравов С.С. Строительные машины и основы автоматизации: учеб. для строит. вузов / С.С. Добронравов, В.Г. Дронов. – М.: Высш. шк., 2006. – 575 с.

2. Доценко А.И. Строительные машины и основы автоматизации: учеб. для строит. вузов. – М.: Высш. шк., 1995. – 400 с.

3. Крикун В.Я. Строительные машины: учеб. пособие. – М.: Издательство АСВ, 2005. – 232 с.