Машины для устройства насыпи
В настоящее время около 95% земляных работ в строительстве осуществляется механическим способом.
При выполнении земляных работ используют широкую номенклатуру различных по назначению, конструкции и принципу действия машин, которые разделяются на: – машины для подготовительных работ; – землеройно-транспортные; – экскаваторы; – бурильные; – для бестраншейной прокладки коммуникаций; – для гидромеханической разработки грунта; – для уплотнения грунтов.
Различают землеройные машины — одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, землеройно-транспортные машины — бульдозеры, скреперы, грейдеры, грейдер-элеваторы; машины для уплотнения грунта, работающие по принципу укатывания, трамбования и вибрационного действия, — катки, трамбовки, вибрационные машины.
Одноковшовые экскаваторы копают грунт и перемещают его движением ковша. Усилие к ковшу передается от двигателя через трансмиссию. Сам экскаватор при этом остается на месте (одноковшовый экскаватор) или медленно передвигается (многоковшовый экскаватор-канавокопатель).
Экскаваторы перемещают грунт на небольшие расстояния (только на длину рабочего органа). Их используют для копания грунта и отгрузки его тут же в отвал или для копания и погрузки грунта в транспортные средства при перевозке на большие расстояния.
Многоковшовые экскаваторы (рис. 10) разделяются на траншейные экскаваторы с цепным и роторным рабочим органом. Имеются также экскаваторы поперечного копания с цепным рабочие органом и роторные экскаваторы, предназначенные для вскрышных и добычных работ при открытой разработке полезных ископаемых и для выполнения других видов земляных работ.
Одноковшовый экскаватор — наиболее распространенная и универсальная землеройная машина. Она состоит из ходового оборудования, поворотной платформы, рабочего оборудования. На поворотной платформе устанавливают один или несколько двигателей.
Ходовое оборудование одноковшового экскаватора предназначено для перемещения экскаватора в забое по мере выработки грунта и на небольшие расстояния в пределах строительной площадки. Ходовое оборудование одноковшовых экскаваторов бывает гусеничное, пневмоколесное, шагающее. Для специальных работ применяют плавающие экскаваторы, устанавливаемые на понтонах.
Гусеничное ходовое оборудование одноковшовых экскаваторов не предназначено для длительного передвижения на большие расстояния, так как при этом быстро изнашивается и преходит в негодность. Поэтому на расстояние более 15 км гусеничные экскаваторы перевозят специальным транспортом на трейлерах, по железной дороге или водным путям.
Рис. 10. Траншейный многоковшовый экскаватор: а — с цепным рабочим органом, б — с роторным рабочим органом
Пневмоколесные одноковшовые экскаваторы с ковшом емкостью 0,2—0,4 м3 могут своим ходом перемещаться с большой скоростью на значительные расстояния и широко применяются для выполнения небольших объемов работ.
Шагающие экскаваторы для передвижения имеют выдвигающиеся лыжи. Шагающий ход применяют на экскаваторах большой -мощности, предназначенных для работы в слабых грунтах.
На раме ходового оборудования устанавливают поворотное устройство с поворотной рамой экскаватора. Поворотное устройство состоит из роликов или шариков, находящихся между двумя кольцевыми дорожками, и работает как шариковый или роликовый подшипник. На верхнем кольце устанавливают поворотную платформу, которая вращается при помощи двух зубчатых колес. Малое зубчатое колесо вращается в подшипниках, установленных в платформе. Большое зубчатое колесо закреплено на раме ходового устройства.
На поворотной платформе размещается двигатель, трансмиссия, кабина машиниста и рабочее оборудование.
В зависимости от выполняемой работы на одноковшовые экскаваторы устанавливают различное рабочее оборудование, показанное на рис. 11.
Прямая лопата — основной вид рабочего оборудования, наиболее часто применяемый для разработки грунта и погрузки его в автосамосвалы или землевозные тележки, на железнодорожные платформы или в отвал. Обратная лопата может быть установлена взамен прямой лопаты, причем у большинства универсальных экскаваторов для монтажа обратной лопаты используют ковш, рукоять, стрелу, блоки прямой лопаты.
Обратную лопату применяют при рытье котлованов и траншей для укладки труб.
Драглайн применяют для разработки грунта и погрузки его в отвал.
Погрузка грунта драглайном в-транспортные средства производится редко, так как ковш подвешен на канатах, которые при разгрузке покачиваются и выгрузка в точно назначенное место (например, кузов автомашины) затруднена. При помощи драглайна отрывают котлованы, каналы, отсыпают из резерва железнодорожные насыпи, добывают полезные ископаемые.
Экскаватор-кран со стрелой драглайна используют на строительстве для монтажа сооружений.
Кроме названных видов сменного рабочего оборудования, экскаваторы используют со следующим оборудованием:
грейфер для погрузочно-разгрузочных работ и для разработки колодцев; корчеватель для удаления пней; струг для планировки; скребок и засыпатель для котлованов.
Кроме того, к стреле экскаватора может быть подвешена трамбующая плита для уплотнения грунта, металлический шар, или клин-молот для разрушения мерзлых грунтов, старых дорожных покрытий и зданий, подлежащих сносу.
Рис. 11. Сменное рабочее оборудование универсального одноковшового экскаватора
Универсальные строительные экскаваторы изготовляют различных размеров с ковшами емкостью от 0,15 до 2,5 м3 и применяют в зависимости от объема выполняемых работ.
Карьерные и вскрышные одноковшовые экскаваторы на уширенном гусеничном и шагающем ходу выпускают с ковшами емкостью от 2 до 25 мъ и более. Например, экскаватор ЭШ 25/100 имеет ковш емкостью 25 м3 при длине стрелы 100 м. Новокраматорский завод осваивает экскаватор значительно большей мощности и производительности.
Эти машины предназначены главным образом для открытой разработки полезных ископаемых и в этом учебнике не рассматриваются.
Большая маневренность ковша одноковшового экскаватора и значительные усилия, разиваемые на зубьях, позволяют использовать одноковшовые экскаваторы для разработки неоднородных грунтов с твердыми включениями. Многоковшовые экскаваторы с большим успехом применяют для разработки однородных грунтов.
Для бесперебойной работы экскаваторов обоих типов размер твердых включений в грунтах не должен превышать 0,20—0,25 ширины ковша. При больших размерах включений многоковшовые экскаваторы работать не могут, а у одноковшовых экскаваторов снижается производительность.
При благоприятных условиях (однородный грунт, однотипная работа и пр.) целесообразно использовать многоковшовые экскаваторы. Кроме того, управление одноковшовым экскаватором требует постоянного участия машиниста, управление же многоковшовым экскаватором почти автоматизировано, так как требует только периодического вмешательства для регулирования, направления, пуска, остановки и постоянного наблюдения за работой машины.
К землеройно-транспортным машинам относятся бульдозеры, скреперы, грейдеры, плужные канавокопатели и некоторые другие машины.
Землеройно-транспортные машины состоят из колесного или гусеничного тягача и прицепного или навесного рабочего оборудования. Эти машины режут грунт, перемещают и укладывают его, а также производят планировочные работы.
Землеройно-транспортные машины отличаются от землеройных машин тем, что резание и перемещение грунта осуществляются только при перемещении машин и неизменном или почти неизменном положении рабочего органа относительно трактора, а также тем, что для резания и перемещения грунта используют тяговое усилие тягача.
Перечисленные машины отличаются простой конструкцией, высокой производительностью, благодаря чему стоимость земляных работ получается низкой. Поэтому такие машины получают с каждым годом все большее применение в народном хозяйстве страны.
Землеройно-транспортные машины — универсальные машины, так как они могут выполнять разные земляные работы и перемещать грунт на различные расстояния. Однако в условиях распутицы, дождей и сыпучих песков применять их нельзя.
Машины для уплотнения грунтов
Уплотнение грунтов производится следующим образом: – статическим давлением — вальцами гладких, ребристых, кулачковых катков или катков с пневматическими шинами; – ударами трамбующих рабочих органов — трамбовками; – при помощи вибрации — вибрационными машинами.
Прицепные катки состоят из рамы, сварного или литого полого барабана и сцепных устройств. Барабан снабжен люками для загрузки в него балласта, который увеличивает вес катка и дает возможность уплотнять грунт на большую глубину (рис. 12).
Барабан вращается в подшипниках скольжения, закрепленных на раме. Гладкий барабан прицепного катка может быть оборудован кулачками, прикрепленными к стальным ободам, надетым на барабан.
На раме катка крепят скребок для очистки барабана, два сцепных устройства — переднее и заднее — и съемные косынки по углам для прицепки дополнительных катков. Часто работают двумя катками, соединенными один с другим, иногда тремя и реже работают сцепкой из пяти катков. Кулачковые катки уплотняют грунт на глубину 0,25—0,3 м, однако небольшой верхний слой грунта в 4—6 см остается неуплотненным.
Свеженасыпанный грунт достаточно хорошо уплотняется пневматическими шинами скреперов и самосвалов. При этом грунт надо отсыпать небольшими слоями.
Для равномерного уплотнения грунта некоторые катки изготовляют с раздельной подвеской пневматических колес, т. е. каждое колесо со своим грузом представляет собой как бы самостоятельный прицеп.
Рис. 12. Прицепной кулачковый каток:
1 — трактор. 2 — рама. 3 — барабан, 4 — кулачки, 5 — скребки, 6 — люк
Трамбующие машины уплотняют грунт на глубину 0,6—2,5 м и используются в тех случаях, когда нельзя применять метод укатывания, например в стесненных условиях. Недостаток этого способа уплотнения — возможность повредить от сотрясения .грунта находящиеся вблизи сооружения, здания, канализационные и другие трубы, проложенные в земле и т. д. Преимущество — возможность уплотнения грунта на большую глубину.
Рис. 13. Вибрационная машина для уплотнения грунта:
а — общий вид, б — схема работы; 1 — плита, 2 —двигатель, 3 — вал, 4 — дебалансы
Грунт можно уплотнять трамбованием при помощи экскаватора-крана, на котором вместо груза подвешивают специальную плиту весом 1,5—4 т, которую попеременно поднимают и бросают, делая по грунту 10—20 ударов в минуту.
Используется также навесное оборудование на тракторе Т-100. Рабочим органом этой машины являются две квадратные плиты, подвешенные на канатах сзади трактора. Попеременный подъем и сброс плит осуществляют кривошипно-полиспастными механизмами, смонтированными перед радиатором трактора. Эти механизмы приводятся в действие от коленчатого вала двигателя через редуктор.
Вибрационные машины применяют для уплотнения рыхлых свежеотсыпанных несвязных грунтов, а также для уплотнения супесей и суглинков.
Вибрацией называются колебания с малой амплитудой, производимые вибратором, который состоит из нескольких вращающихся неуравновешенных деталей-дебалансов. При вращении дебалансов происходит колебание корпуса, в котором они вращаются. Колебания корпуса передаются грунту и вызывают перемещение частиц грунта, вследствие чего грунт уплотняется.
Вибрационные машины бывают прицепные и самоходные. Вибрационная самопередвигающаяся машина состоит из виброплиты, одновального четырехбалансного вибратора, средние де-балансы которого вращаются в сторону, противоположную вращению двух крайних дебалансов (рис. 13).
Изменяя вручную при помощи специальной передачи положение одних дебалансов относительно других, машинист может регулировать величину и направление колебаний виброплиты и тем самым изменять направление движения машины.
Прицепной виброкаток состоит из рамы с дышлом, двигателя, установленного на раме, и барабана, внутри которого смонтирован вибратор. Двигатель соединен с вибратором клиноременной передачей.
Основными земляными работами при строительстве автомобильных дорог являются: возведение насыпей, разработка грунта в выемках, резервах и канавах, отделочные работы, подготовка котлованов под опоры мостов, а также планировочные работы. Земляные работы делятся на сосредоточенные и линейные.
К сосредоточенным относятся работы по устройству больших выемок и насыпей с объемом более 15 000 м3 на 1 объект, в том числе устройство подходов к искусственным сооружениям, переходов через болота и т. д.
К линейным относятся работы по устройству мелких выемок и насыпей, профилированию земляного полотна, отделке обочин и откосов. Насыпи обычно сооружают из грунта боковых резервов. Сосредоточенные и линейные работы выполняют различными специализированными отрядами, оснащенными предназначенными для этих целей машинами.
Широко применяются три основных способа производства земляных работ — механический, гидравлический и взрывной.
Механический способ заключается в отделении части грунта рабочим органом — ковшом, ножом или резцом; при гидравлическом способе грунт размывают струей воды, подаваемой под давлением гидромонитором, или засасывают заборной трубой землесоса из-под воды, иногда с предварительным механическим рыхлением грунта специальным наконечником в виде фрезы; в основу взрывного способа положено рыхление грунта или в случае необходимости перемещение земляных масс в нужном направлении (взрыв на выброс) путем взрыва зарядов взрывчатых веществ.
Каждый из этих способов имеет свои области применения. Поэтому ни один из этих способов нельзя считать наилучшим во всех случаях. Все они взаимно дополняют друг друга, и в каждом отдельном случае необходимо правильно сочетать их в соответствии с конкретными условиями работы.
В зависимости от трудности разработки грунтов, под которой подразумевается главным образом их сопротивление копанию, выбирают способ разработки и необходимые машины.
Земляные работы с использованием специализированной техники
Процесс строительства инженерных сооружений любого масштаба включает в себя ответственный этап земляных работ. В целях механизации трудоемкого этапа применяются специальные машины для земляных работ. Эти машины используются и при добыче полезных ископаемых, в сельском хозяйстве, мелиорации, создании коммуникаций. Различные по назначению, степени сложности и плотности обрабатываемого грунта земляные работы требуют наличия разнообразных видов машин.
Типология земляных работ
Земляные работы проводятся при строительстве земляных сооружений таких как, котлованы для фундаментов, траншеи, площадки, ямы, приямки, дамбы. Сооружения различаются в зависимости от назначения по форме, размерам, особенностям грунта. Земляные работы подразделяются на виды:
- подготовительные – очистка площадки от кустов, мусора или травяного покрова, снос ненужных сооружений, рыхление или уплотнение грунта;
- основные – прокладывание траншей, разработка котлованов, создание насыпей, выкапывание различных ям, обратная засыпка;
- специальные – бурение отверстий необходимой глубины, забивание свай в почву или скальные породы, прокладывание труб или кабелей.
Все эти действия осуществляются тремя основными способами:
- Механический. Часть грунта отделяется от основного массива с помощью активных или пассивных режущих органов машин для земляных работ.
- Гидромеханический. Операции разработки грунта, транспортировки, укладки производятся с использованием энергии потока воды.
- Взрывной. Земляной пласт разрушается под воздействием давления газов, возникающих при химических реакциях взрывчатых веществ.
Механическое воздействие на поверхность обеспечивается рабочими органами оборудования, такими как ножи, зубья, резцы, фрезы, скребки, клинья, ковши. На практике применяется комбинирование основных способов разработки грунта, например, взрывного с механическим, когда требуется предварительное рыхление скальных пород или мерзлого земляного слоя.
Машины для земляных работ и их классификация
При производстве земляных работ используются различные по своему устройству, принципу действия машины, которые классифицируются в зависимости от следующих пунктов:
- назначения для определенных видов подготовительных, вспомогательных, основных или специальных работ;
- вида привода: внутреннего сгорания, электрического, гидравлического или комбинированного;
- количества двигателей в механизме;
- мощности разной величины;
- типа ходовой части: гусеничной, шагающей, рельсовой, пневмоколесной;
- климатического исполнения для северного, тропического или умеренного климата;
- воздействия на грунт – периодического или непрерывного.
Оборудованием, выполняющими вспомогательные и подготовительные операции, являются приспособления для гусеничных или колесных тракторов: разрыхлители, корчеватели пней, кусторезы.
Для уплотнения грунтов статическим воздействием применяются различные катки. Прицепные катки имеют два дышла для обеспечения движения по насыпи челночным способом. Ударное действие может осуществляться электрическими или пневматическими трамбовками.
Для основных землеройных работ используются одноковшовые экскаваторы, имеющие сменное рабочее оборудование, погрузчики грунта. Землеройно-транспортные машины предназначены не только для забора грунта, но и его перемещения. К ним относятся: скреперы, бульдозеры, грейдеры.
Специальные земляные работы осуществляются с помощью буровых машин, сваезабивных машин, дизель молотов, кабелеукладчиков, оснащения для прокладывания труб. Средствами гидромеханизации являются гидромониторы, земснаряды, которые подразделяются на землесосные, черпаковые, скалодробильные.
Описание основных типов машин для земляных работ
Для эффективного выполнения работ в стесненных условиях используется широкая номенклатура высокопроизводительных специальных и универсальных машин многоцелевого назначения. Существуют основные типы машин для земляных работ, которые используются на разных объектах строительства, при любых климатических условиях и видах грунта.
Многоковшовые экскаваторы
Этот вид экскаваторов применяется для прокладывания траншей, вскрышных работ, при строительстве каналов. Машины используются в целях добычи в карьерных разработках глины, песка, керамзита, которые являются нерудными строительными материалами. Наличие множества ковшей обеспечивает непрерывное воздействие на грунт, снижает величину требуемого усилия и увеличивает производительность землеройного оборудования.
В зависимости от места использования многоковшовые экскаваторы бывают:
- траншейные;
- карьерные;
- ирригационные.
По направлению движения различают экскаваторы продольного, поперечного копания. Существуют также поворотные модели, которые имеют гусеничный или рельсовый ход, и могут рыть породу в горизонтальном или вертикальном направлении. Такая техника подходит для добычи полезных ископаемых, залегающих пластами.
Рабочий орган таких машин – ротор, на котором закреплены ковши, вращается относительно горизонтальной оси. У цепных экскаваторов ковши размещены на цепях, представляющих собой замкнутый контур.
К типу многоковшовых экскаваторов можно условно отнести непрерывные землеройные машины, которые оснащены фрезами или скребками. Поверхность выемки после использования такой техники остается относительно гладкой и не нуждается в дополнительной зачистке.
Учитывая внушительные габариты подобной техники и сложности с перемещением, ее целесообразно использовать на участках, где имеются большие объемы однотипной работы. Разрабатываемый грунт не должен содержать крупных включений, превышающих в диаметре пятую часть ширины ковша. В отличие от одноковшового, деятельность многоковшового экскаватора не требует постоянного участия машиниста.
Бульдозеры
Бульдозеры предназначены для перемещения волоком и распределения грунта на площадке или послойного копания почвы. Часто бульдозеры используются при добыче полезных ископаемых. Это связано с удобством применения такой техники в карьерах и на неровных участках. Незаменимы бульдозеры на строительстве различных объектов, прокладке каналов, при проведении дорожных работ.
Специальный рабочий орган бульдозера (отвал) базируется на гусеничном или колесном тракторе. Отвал бывает прямолинейным или криволинейным и размещается фронтально вне колес техники. Бульдозеры могут быть оснащены отвалами следующего типа:
- поворотным отвалом, который закрепляется перпендикулярно или по диагонали к главной оси бульдозера и может наклоняться в любую сторону;
- неповоротным отвалом, который устанавливается только перпендикулярно оси;
- универсальным отвалом, представляющим собой конструкцию из двух частей, которые соединены шарнирами.
Машины с универсальным отвалом называются путеукладчиками.
Существуют модели бульдозеров с различными типами приводов для поднимания, поворота, перекоса, наклона отвала:
- канатно-блочный;
- гидравлический;
- электромеханический.
Принимая во внимание массивность техники, работа бульдозеров целесообразна на почвах, которые имеют хорошую несущую способность и обеспечивают необходимое сцепление с гусеничным или колесным ходом. Если почва влажная, предварительно проводится принудительное водопонижение. В зависимости от модели бульдозеры снабжены различным сменным оборудованием, которое повышает степень универсальности техники, расширяет возможности ее применения.
Скреперы
Скреперы относятся к типу землеройно-транспортных машин и используются для послойного снятия грунта, его транспортировки, разгрузки, разравнивания и предварительного уплотнения колесами. Модели и модификации скреперов классифицируются по следующим основным признакам:
- Емкость ковша. Различают машины малой, средней и большой емкости ковша более 15 м³.
- Способ загрузки. Скреперы заполняются подпором земляного пласта или загрузочным устройством элеваторного, гребкового, роторного типа.
- Способ разгрузки. Машины разгружаются свободным, принудительным, комбинированным способом.
- Тип привода. Привод бывает канатным, электромеханическим, гидравлическим.
- Способ агрегатирования. Машины могут быть прицепными, полуприцепными, самоходными, а также в виде скреперного поезда.
- Тип тягача. Скреперы приводятся в движение колесным или гусеничным тягачом. Самоходные машины могут быть на пневмоколесном ходу.
- Тип трансмиссий. Скреперы бывают механическими, гидромеханическими, электрическими, гидростатическими.
Самоходный скрепер имеет собственную энергетическую установку, которая обеспечивает движение машины, функционирование всех агрегатов и рабочих органов. Целесообразно использовать скреперы для перевозки груза на расстояния до 5 км. Если маршрут транспортировки до 300 метров, лучше применить меньшие по стоимости прицепные машины.
На дальние расстояния подойдут самоходные скреперы, которые развивают довольно высокие транспортные скорости, сравнимые со скоростями землевозов или автосамосвалов. Поэтому экономически выгоднее проводить земляные работы скреперами, чем использовать экскаваторы с самосвалами.
