РОБОЧЕ ОБЛАДНАННЯ ЕКСКАВАТОРІВ ОБЛАДНАНИХ ПРЯМОЮ ЛОПАТОЮ

2. РОБОЧЕ ОБЛАДНАННЯ ЕКСКАВАТОРІВ ОБЛАДНАНИХ ПРЯМОЮ ЛОПАТОЮ

 

2.1 Робоче обладнання екскаваторів з механічним приводом

Як вже наголошувалося раніше, робоче устаткування прямої лопати застосовують для екскавації ґрунтів вище за рівень стоянки екскаватора. Будівельні екскаватори з цим видом робочого устаткування мають ковши місткістю до 3,2 м – з канатною і до 1,6 м³ – з гідравлічною підвіскою, а кар'єрні і вскришні екскаватори – до 20 м³ (Рис. 2. 2).

Робоче устаткування екскаватора включає стрілу, рукоять і ківш з суцільною ріжучою кромкою у верхній частині його лобової стінки або оснащеної зубами. У канатних екскаваторів (Рис. 2.1, а).

Рис. 2.1. Одноковшовий екскаватор з робочим устаткуванням прямої лопати:

а – конструктивна схема; б, в – схеми напірних механізмів;

г – кінематична схема механізму відкриття днища ковша;

д – схема екскаватора з маятниковою підвіскою рукояті до стріли

Стріла 13 своєю нижньою частиною (п'ятою) сполучена циліндровим шарніром з поворотною платформою 1 в її передній частині, а верхньою головною частиною вона підвішена канатом 4 стрілопідйомної лебідки 2 до двоногої стійки 3. За допомогою цієї лебідки змінюють кут нахилу стріли до площини опорної поверхні екскаватора в інтервалі 45…60°. Рукоять 10 із закріпленим на ній ковшом 7 спирається на стрілу через пристрій 11, зване сідловим підшипником і дозволяючи їй змінювати свій виліт, а також повертатися щодо стріли в одній з нею площині. Рукояті бувають однобалочними (Рис. 1, б) при двохбалочній стрілі і двух-балочными (Рис. 1, в) при однобалочній стрілі. Ківш є прямокутною в плані місткістю, що злегка розширяється донизу, з днищем, що відкривається, 8 (Рис. 1, а), яке фіксують в закритому положенні підпружиненим засувом, встановленим внизу лобової стінки ковша. Задньою частиною через проушини ківш кріплять до рукояті, а його нахил до останньої регулюють тягою 9, переставляючи їх з середнього положення в отвори на рукояті ближче до ковша при роботі в щільних ґрунтах або далі від ковша при роботі в легких ґрунтах і в низьких забоях, відповідно зменшуючи або збільшуючи кут різання. Через зрівняльний блок 18 (Рис. 1, б'ючи), встановлений на задній стінці ковша (Рис. 1, б) або на коромислі 24 (Рис. 1, е), ківш підвішують до поліспасту 6 підйомної лебідки 12.

Рис. 2.2. Загальний вигляд одноковшового екскаватора з механічним приводом

 

2.2 Робоче обладнання екскаваторів з гідравлічним приводом

 

Елементи робочого устаткування гідравлічної повноповоротної лопати (Рис. 2.3.а) сполучені між собою і з пілоном 2 поворотної платформи 1 шарнірно. Положення стріли 3 щодо платформи і рукояті щодо стріли регулюється гідроциліндрами 10 і 9. З'єднання ковша з рукояттю виконують в двох варіантах: жорстким за допомогою шарніра і тяги 7 і шарнірним (Рис. 2.3., б). По першому варіанту ківш розвантажують через донну частину після відкриття днища 6 гідроциліндром 8, а по другому варіанту – поворотом ковша тим же гідроциліндром. Поворотний ківш забезпечує більш ефективну розробку грунту в кінці операції копання, його застосовують також для планування забоїв Рис. 2.4.

Рис. 2.3.Конструктивні схеми гідравлічної прямої лопати з неповоротним (а) і поворотним (б) ковшом

Рис. 2.4. Загальний вигляд одноковшового екскаватора з гідравлічним приводом

 

3. ОРГАНІЗАЦІЯ ЕКСКАВАТОРНИХ РОБІТ

 

3.1 Грунти та їх властивості

 

Супіщані ґрунти містять в невеликій кількості глинистих частинки, що додає зв'язність цим ґрунтам. Значний зміст піщаних частинок створює жорсткість скелета, тому супіщані ґрунти при підвищенні вогкості більше, ніж глинисті, зберігають стійкість.

Ґрунти є складними дисперсними тілами, що полягають при постійній температурі з трьох або двох фаз: твердої, рідкої і газоподібної або твердої і рідкої. Ґрунти, що складаються з твердої і газоподібної фаз, в природних умовах зустрічаються рідко. При негативній температурі до складу ґрунту входять не тільки мінеральні зерна, вода і гази, а також і лід.

Властивості кожної з фаз, кількісні співвідношення і взаємодія між ними визначають специфічну фізичну і хімічну природу ґрунтів і їх будівельні властивості.

Для оцінки фазового складу ґрунтів застосовуються характеристики, якими виражають кількісні відносини між об'ємами твердих мінеральних частинок, води і газу.

Характеристики ґрунтів багато в чому залежать від складу ґрунту, тобто від відносного вмісту в ньому частинок різної крупної, а також від густини і вогкості його.

Піщані ґрунти володіють високим коефіцієнтом внутрішнього тертя, малозв’язані, добре водопроникні, малоущільнені, мають невелику висоту капілярного підняття, непластичні, при зволоженні трохи знижують опір навантаженням. Рух машин по сипких пісках утруднений.

Піщані пилуваті ґрунти можуть характеризуватися як малозв'язні, непластичні і водопроникні. Особливістю цієї групи фрунтів є те, що вони легко розріджуються і втрачають несучу здатність при зволоженні.

Супіщані дрібні ґрунти містять велику кількість пилуватих частинок, що робить їх нестійкими в зволоженому стані. Ці ґрунти малопластичні і при зволоженні легко деформуються.

Пилуваті ґрунти при зволоженні переходять в стан пливунів і різко знижують опір навантаженням. Легко розмиваються водою, схильні до комкоутворюванню.

Суглинні ґрунти пластичні, володіють великою зв'язністю в сухому стані, але швидко втрачають її при зволоженні.

Важкі суглинні ґрунти. Властивості зв'язності, пластичності, стисливості і низької водопроникності виражені сильніше, ніж у суглинних ґрунтів.

Глини володіють великою зв'язністю, густиною і пластичністю. Практично водонепроникні.

Глини, суглинки і супіски відносяться до групи глинистих ґрунтів.

Фізичні характеристики ґрунтів

В природних умовах ґрунти можуть мати різний фізичний стан: піщані – від щільного до вельми рихлого, глинисті – від твердого до текучого.

Для оцінки ґрунтів, як середовища для земляних робіт, необхідно знати їх властивості і стан.

Пористістю ґрунтів називається об'єм пір (зайнятих водою і повітрям), виражений у відсотках від загального об'єму ґрунту:

Коефіцієнт пористості – відношення об'єму пір (зайнятих водою і повітрям) до об'єму твердих частинок ґрунту:

Вагова вогкість – відношення ваги води до ваги сухого ґрунту:

при якій максимальна густина ґрунту може бути досягнута при якнайменшій витраті механічної роботи.

Питомою вагою ґрунту А наливається відношення ваги твердих частинок ґрунту до об'єму ними рідини.

Глини і ґрунти знаходяться в пластичному стані в межах вогкості, характеризуючи межу розкочування і межу текучості. Межею розкочування (межею пластичності) наминають вагову вогкість (у відсотках), при якій тісто, виготовляють з грунту і води і розкочуване в джгут деякою товщиною, починає кришитися.

Межею (межею) текучості називають вагову вогкість тесту, виготовленого з ґрунту і води, при якій прилад – «балансирний конус» занурюється під дією власної ваги 76 Г. за 5 сік на глибину 10 мм Кут конуса при вершині рівний 30°.

Числом пластичності називають різницю між межею текучості і межею розкочування:

Ґрунти вважаються сухими, якщо водою заповнено не більше 1/3 об'єму пір; вологими – при заповненні від до 2/3 об'єму пір і мокрими – при більшому заповненні пір водою.

Об'ємна вага – відношення ваги ґрунту при природній вогкості до його об'єму V:

Об'ємна вага ґрунтів звичайно коливається в межах 1,5 – 2,0 Т/м³ залежно від мінералогічного складу, пористості і вогкості. Об'ємна вага робить істотний вплив на витрату енергії при підйомі і транспортуванні грунту.

Об'ємна вага скелета грунту

Об'ємною вагою скелета звичайно користуються при визначенні ступеня ущільнення грунту.

Найбільша густина грунту, одержана методом стандартного ущільнення, називається максимальною стандартною густиною, а відповідна їй вогкість – оптимальною вогкістю.

Консистенція зв'язних ґрунтів залежно від змісту води може мінятися в значних межах – від текучої до твердої.

Клейкість – здатність грунту прилипати до різних предметів – властива більшості пластичних ґрунтів при достатній вогкості і малому змісті піску, тобто для супіску, суглинком і глин.

Фізико-механічні властивості ґрунтів

Розпушуванням називають здатність грунту збільшуватися в об'ємі при розробці. При розпушуванні зменшується об'ємна вага грунту. Коефіцієнт розпушування характеризує відношення об'єму розпушеного грунту до об'єму, який він займав в природному заляганні. З часом розпушений ґрунт ущільнюється, але зберігає деяку залишкову розпушеність.

Середні значення коефіцієнта розпушування коливаються в межах 1,08–1,32, а коефіцієнт залишкового розпушування – в межах 1,01–1,09. Великі значення відносяться до важких ґрунтів. Коефіцієнти розпушування мерзлого грунту приблизно відповідають коефіцієнтам розпушування висаджених скельних порід і коливаються в межах 1,5–1,6. Чим більше при руйнуванні грунту розміри окремих його шматків, тим менше коефіцієнт. Тому величина його зменшується із збільшенням робочого органу машини і залежить від типу органу, що розробляє ґрунт.

Опір грунту зсуву. В розрахунках землерийних машин і їх робочих органів використовують коефіцієнт внутрішнього тертя грунту і коефіцієнт зчеплення грунту, обумовлюючі опірність ґрунтів зсуву.

Зв'язність грунту залежить головним чином від його гранулометричного складу, вогкості і густини. В пісках, навіть вологих, зв'язність виявляється в незначному ступені, і тому ґрунти відносять до незв'язних. Супіску можна віднести до малозв'язних ґрунтів. Зв'язність особливо стає помітною у суглинком і глин, тому останні відносять до ґрунтів зв'язних.

В основу опору ґрунтів зсуву встановлений закон Кулона про прямолінійну залежність граничного опору грунту Зсуву т від нормальних напруг:

Опір грунту вдавлюванню визначається коефіцієнтом опору тому, що зім'яв – навантаженням на 1 см², під дією Якого опорна поверхня занурюється на 1 см. Навантаженням, що допускається, вважається таке, яке викликає занурення не більш ніж на 6–12 см. Величина ця дещо міняється залежно від розмірів опорних частин, але ця зміна менше ступеня точності визначення вказаного коефіцієнта.

Опір грунту різанню звичайно характеризується питомим опором чистого різання (в кГ 1м²), тобто зусиллям, віднесеним до одиниці площі поперечного перетину вирізуваного пласта грунту.

Ця величина міняється у великих межах, оскільки залежить від режиму роботи, параметрів робочого органу і наступних параметрів грунту: об'ємної ваги, кутів внутрішнього і зовнішнього тертя, питомої сили зчеплення. Перераховані параметри грунту в основному визначаються його гранулометричним складом, вогкістю, густиною і температурою.

А.Н. Зеленин запропонував оцінювати приналежність грунту до тієї або іншої категорії по числу ударів ударника. Вантаж 2,5 кГ падає з висоти 400 мм і ударяється про буртик наконечника, проводячи за один удар роботу, рівну 1 кГ-м. Наконечник зроблений у вигляді циліндрового стрижня заввишки (завдовжки) 100 мм з площею поперечного перетину, рівною 1 см².

Число ударів, необхідне для занурення наконечника в ґрунт, рівне –30 для немерзлих ґрунтів і 30 – 360 для мерзлих суглинних і глинистих ґрунтів в діапазоні температур від –1 до –15°.