Устройство машины для разработки мерзлых грунтов
Ежегодно в нашей стране разрабатывается около 1 млрд. м3 мерзлых грунтов, механическая прочность которых в 12—18 раз (достигает 180—220 кгс/см2, или 18—22 МПа), а изнашивающая способность (абразивность) в 100—150 раз выше, чем у талых грунтов. Производительность землеройных машин на разработке мерзлых грунтов резко снижается. Выбор эффективных способов разработки мерзлых грунтов обусловливается конкретными грунтовыми условиями, характером сооружаемого объекта и особенностями строительной площадки.
В современном строительстве разработку мерзлых грунтов ведут в основном двумя способами — взрывным и механическим. Взрывной (буро- и щелевзрывной) способ рыхления мерзлых грунтов применяется, как правило, при больших объемах работ на открытых, удаленных от сооружений площадках при глубине промерзания более 1 м. В последнее время взрывной способ находит применение в стесненных местах в условиях населенных пунктов. В этом случае используют локализаторы взрыва, не допускающие разлета кусков грунта и повреждения сооружений.
Наибольшее распространение получил механический способ разработки мерзлых грунтов специальными машинами, которые условно можно разделить на две группы: а) машины для подготовки мерзлых грунтов к последующей разработке землеройной техникой общего назначения; б) машины для непосредственной разработки мерзлых грунтов.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
В настоящее время такими машинами разрабатывают более 80% общего объема мерзлых грунтов. Машины первой группы представляют собой рыхлители на мощных тракторах, баровые, дисковые и дискофрезерные машины, сменное рыхлительное оборудование к экскаваторам с гибкой подвеской рабочего оборудования и т. д. Эти машины работают в комплексе с землеройной техникой, обеспечивающей окончательную разработку грунта до заданной отметки. Так, например, при рытье траншей в мерзлых грунтах применяют предварительное рыхление прочного верхнего слоя грунта тракторным рыхлителем с последующей разработкой забоя одноковшовым, или траншейным, экскаватором.
Ко второй группе машин относятся цепные и роторные траншейные экскаваторы, рабочие органы и скоростные режимы которых приспособлены для разработки мерзлых грунтов с промерзанием на всю глубину траншеи (например, экскаватор ЭТР254).
Для разрушения мерзлых грунтов с промерзанием на глубину до 0,5—0,7 м ударными /нагрузками применяют клин-молоты (рис. VI.45, а) массой 2000—3000 кг и более, подвешиваемые к подъемным канатам грузовых лебедок самоходных стреловых кранов и экскаваторов, оборудованных крановыми стрелами. Во время работы клин-молот подтягивается канатом к головке стрелы и сбрасывается с высоты 6—8 м.
Рис. 6.45. Конструкция рабочих органов машин ударного действия:
а —с ненаправленными ударами; б — то же, с направленными; в — с забиваемым клином; 1 — стрела; 2 — подъемный канат; 3 — падающий рабочий орган; 4 — направляющая рама; 5 — падающий груз; 6 — забиваемый рабочий орган
Свободно падающий клин-молот может иметь направляющую раму (рис. 6.45, б), смонтированную на гусеничном тракторе. Нижняя опора рамы подрессорена, что несколько уменьшает влияние динамических нагрузок на трактор при работе. Подъем клин-молота на высоту до 6 м производится лебедкой с приводом от коробки отбора мощности трактора. При перебазировках машины направляющая рама переводится в горизонтальное транспортное положение.
Разрушение мерзлого грунта может производиться забиваемым клиновым рабочим органом (рис. 6.45, в), который внедряется в грунт ударами падающего груза.
Способ непосредственного разрушения мерзлых грунтов ударной нагрузкой свободно падающих и забиваемых клин-молотов, хотя и является наиболее простым, все же не получил широкого распространения вследствие низкой производительности (10— 15 м3/ч) и высокой энергоемкости, а также и потому, что большие динамические нагрузки вредно воздействуют как на базовую машину, так и на коммуникации и сооружения, расположенные поблизости от места работы машины.
Для выполнения больших объемов работ на линейных объектах строительства применяют, как правило, высокопроизводительные баровые, дисковые и землеройно-фрезерные машины.
Баровые машины предназначены для нарезания в мерзлых грунтах вертикальных продольных щелей на глубину до 2 м с помощью одной, двух или трех режущих наклонных цепей — баров. Оконтуренные с двух сторон прорезанными щелями полосы грунта разрабатываются затем одноковшовыми экскаваторами с оборудованием обратной лопаты или многоковшовыми траншейными экскаваторами, работающими на пониженных скоростях. Массив мерзлого грунта может быть разрезан барами на крупные блоки массой 5—10 т, которые удаляют из забоя кранами или лебедками. В некоторых случаях разрезанный барами мерзлый грунт предварительно разрушают машинами ударного действия, а его дальнейшую выемку производят экскаваторами.
В качестве базы для баровых машин используют гусеничные и пневмоколесные тракторы, универсальные одноковшовые экскаваторы, цепные многоковшовые и скребковые траншейные экскаваторы.
Рис. 6.46. Однобаровая машина
Однобаровая машина на базе гусеничного трактора (рис. 6.46) мощностью 108 л. с. (80 кВт) состоит из рабочего органа в виде вертикально установленного цепного бара, редуктора привода 1 и гидравлического механизма подъема-опускания рабочего органа. Бар состоит из режущей замкнутой цепи, огибающей направляющую раму (стрелу) с приводной и натяжной звездочками. Каждое звено цепи служит резцедержателем. Резцы специальной формы располагаются на цепи веерообразно и при движении прорезают щель шириной 0,2—0,3 м на заданную глубину. Режущая цепь приводится в движение со скоростью 1 —1,3 м/с от коробки отбора мощности трактора через Редуктор, на конце выходного вала которого укреплена ведущая звездочка цепи. Заглубление бара до заданной отметки, фиксация в рабочем положении, а также подъем в горизонтальное транспортное положение производятся путем поворота его рамы (в вертикальной плоскости) вокруг вала приводной звездочки с помощью гидроцилиндра 4 двустороннего действия.
Трансмиссия хода тягача баровой машины дооборудуется гид-ромеханичесмш ходоуменыиителем, обеспечивающим движение при работе со скоростью 20—140 м/ч. Для выполнения различных планировочных работ, уборки разрушенного мерзлого грунта и засыпки траншей спереди трактора навешивается бульдозерный отвал 6. Гидроцилиндры управления рабочим органом и отвалом бульдозера обслуживаются шестеренным насосом.
Основными преимуществами баровых машин, определяющими их широкое распространение, являются сравнительно высокая производительность (до 40 м3/ч), простота конструкции и удобство в эксплуатации. Основные недостатки — большие затраты мощности (до 60% от всей потребляемой) на преодоление трения в цепях, работающих в абразивной среде, и низкая долговечность рабочего органа.
Для нарезки щелей в мерзлых грунтах применяются также дисковые щелерезные машины (одно- и двухдисковые) на базе тракторов и траншейных экскаваторов, рабочим органом которых является диск с зубьями диаметром до 3 м. Привод рабочего органа может быть гидравлическим или механическим.
Навесное рабочее оборудование однодисковой машины (рис. VI.47, а) на базе гусеничного трактора мощностью 80 кВт включает в себя плоский ротор-диск 4 диаметром 2,3 м и гидравлический механизм подъема-опускания рабочего органа. Машина способна отрывать щели шириной 0,12 м и узкие траншеи шириной до 0,4 м и а глубину до 1,6—2 м. Ротор снабжен зубьями-клыками, режущими и транспортирующими грунт. Зубья ротора армированы твердосплавными пластинами. Позади ротора на раме установлен зачистной башмак. Привод ротора, вращающегося с частотой 13,4 об/мин, осуществляется от высокомоментного гидромотора 5 через зубчатую передачу. Передвижение машины со скоростью 10—400 м/ч при нарезании щелей обеспечивается гидравлическим ходоуменыиителем. Механизм подъема-опускания рабочего органа обеспечивает его плавное опускание, подъем, фиксацию в заданном положении и принудительный напор на грунт с помощью гидроцилиндров 6, обслуживаемых гидронасосами базового тягача.
На рис. 6.47, б показана двухдисковая щелерезная машина с механическим приводом рабочего органа на базе трактора мощностью 80 кВт. Два диска 8 диаметром 2,8 м с зубьями приводятся во вращение от вала отбора мощности трактора через муфту включения, карданную передачу и задний автомобильный мост 9, прикрепленный к раме рабочего органа. Диски прорезают в мерзлом грунте одновременно две щели шириной 0,1 на глубину до 1,2 м. Расстояние между осями щелей составляет 1,84 м. Подъем и опускания рабочего органа производятся двумя гидроцилиндрами 7. Гидромеханический ходоуменынитель базового тягача обеспечивает бесступенчатое регулирование скоростей рабочего хода в диапазоне 10—300 м/ч. Спереди базовых тракторов дисковых машин навешивают бульдозерные отвалы с гидравлическим управлением.
Рис. 6.47. Дисковые щелерезные машины
Основные достоинства дисковых щелерезных машин по сравнению с баровыми — пониженная энергоемкость процесса резания за счет малого количества трущихся поверхностей ротора, более высокие производительность (до 400 м3/ч) и долговечность (в 2—3 раза) жесткого рабочего органа; основные недостатки — громоздкость, высокая металлоемкость и ограниченная глубина копания, составляющая примерно 0,5 диаметра ротора.
Для послойной разработки (фрезерования) мерзлого грунта ‘при отрывке неглубоких выемок и планировании поверхностей применяются землеройно-фрезерные машины (ЗФМ), агрегати-рованные с бульдозером (рис. 6.48), которые рыхлят фрезой Диаметром до 1 м полосу шириной 2,2—3 м на глубину 0,3—0,5 м со скоростью до 100—150 м/ч. Землеройно-фрезерные машины базируются на серийных гусеничных бульдозерах мощностью 80—118 кВт, оборудованных гидравлическими ходоуменынителями для получения пониженных рабочих скоростей передвижения. Рабочий орган машины — фреза — представляет собой толстостенную трубу с кронштейнами, на которых крепятся режущие зубья, с износоустойчивой твердо сплавной наплавкой. Привод фрезы осуществляется
от коробки отбора мощности трактора через систему цепных передач. В трансмиссию привода фрезы включена предохранительная муфта.
Устройство машины для разработки мерзлых грунтов
Наибольшее распространение для разработки мерзлых грунтов силовым воздействием получили общестроительные машины: бульдозеры-рыхлители на базе гусеничных промышленных тракторов тяговых классов 10…25: ДЗ-117А; ДЗ-116В (трактор Т-130МГ-1); ДЗ-126А, ДЗ-126В-1, ДЗ-126В-2 (тракторы ДЭТ-250М и ДЭТ-250М2). Для разработки наиболее тяжелых мерзлых грунтов применяют бульдозеры-рыхлители на базе тракторов тягового класса 35: ДЗ-94С, ДЗ-94С-1 (трактор Т-330) и ДЗ-141ХЛ (трактор Т-500).
Для разработки траншей в мерзлых грунтах получили распространение роторные траншейные экскаваторы непрерывного действия: ДТ-162, ЭР-7АМ, ЭТР-204, ЭТР-223, ЭТР-223А, ЭТР-224, ЭТР-224А. ЭТР-253А, ЭТР-254; роторные бесковшовые фрезерные машины ЭТР-134 и цепные экскаваторы типы ЭТЦ-165А, ЭТЦ-208Д с базовым сменным оборудованием.
Силовой принцип используется также при разработке мерзлого грунта сменными рабочими органами к одноковшовым экскаваторам — зубьями-рыхлителями и захватио-клешевыми рабочими органами (рис. 11.1, 11.2). На экскаваторах врезание зуба-рыхлителя в мерзлый грунт осуществляется под действием усилия в гидроцилиндрах и веса машины.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
При этом в начальный момент происходит врезание зуба в грунт, а затем после поворота зуба на определенный угол задняя плоскость корпуса (опорная площадка) упирается в целик грунта, изменяя.
Рис. 11.2. Экскаватор с захватио-клешевым рабочим органом: а — однозубым, б — трехзубым
На экскаваторах могут быть применены два типа конструкции зуба-рыхлителя. В первом типе расстояние от шарнира поворота до режущей кромки зуба больше, чем расстояние от шарнира до задней плоскости зуба. Такая конструкция позволяет разрабатывать грунт методом силового резания.
Во втором типе расстояние от шарнира поворота до определенного места на задней плоскости корпуса зуба больше, чем расстояние от шар-плечо приложения сил. Усилие на режущей кромке зуба увеличивается и происходит объемный скол грунта. Технические характеристики гидравлических экскаваторов, оснащенных зубьями-рыхлителями представлены в табл. 11.1.
Захватно-клеше вой рабочий орган устанавливается на рукояти экскаватора и состоит из рамы, одним концом шарнирно соединенной с рукоятью. На втором конце в зависимости от конструкции имеются три зуба или один центрально расположенный зуб.
Технические характеристики одноковшовых гидравлических экскаваторов с рабочим органом
Рама приводится в действие дополнительным гидроцилиндром. Силы, возникающие в зубьях рыхлителя и ковша, направлены навстречу друг другу, что снижает передачу нагрузки на металлоконструкции рабочего оборудования. На захватно-клещевом рабочем органе с одно-зубым рыхлителем установлен дополнительный зуб, которым можно самостоятельно производить рыхление мерзлого фунта, работая способом «снизу вверх». Технические характеристики гидравлических экскаваторов, оснащенных захватно-клещевым рабочим органом, представлена в табл. 11.2. В последние годы получили признание активные рабочие органы к универсальному одноковшовому экскаватору в виде вращающейся фрезерной головки.
Технические характеристики одноковшовых гидравлических экскаваторов с клещевым рабочим органом
Фрезерная головка непрерывного действия навешивается на рукоять (рис. 11.3). Основными преимуществами такого устройства являются: возможность работы в городских условиях благо-даря низкому уровню шума и вибрации, компактность, возможность чистой обработки поверхности забоя, многоцелевого его использования. Производительность фрезерной головки для экскаваторов 3-й размерной группы в зависимости от разрабатываемого материала и составляет от 3 до 25 м3/ч.
Рис. 11.3. Фрезерная головка непрерывного действия:
1 — гидромотор; 2 — рама; 3 — сменные зубья; 4 — корпус головки
Конструкция фрезерной головки предусматривает быструю замену износившихся зубьев на новые и возможность установки ковша для выемки разработанного материала. Техническая характеристика такой головки приведена ниже.
Силовой принцип с использованием подачи широкозахватного рабочего органа с горизонтальной осью вращения осуществлен в машинах послойного фрезерования типа ДП-31ХЛ, ДП-31АХП, ЗФМ-2300, ЗФМ-3400, МГ1-56. Наличие на машинах переднего бульдозерного оборудования позволяет убирать разрыхленный фрезой грунт. Машины смонтированы на базе гусеничных тракторов тягового класса 10 (табл. 11.3). Рабочее оборудование установлено на корпусе заднего моста трактора и включает в себя 3- или 4-звенное навесное устройство, привод вращения фрезы (цепные и карданные передачи, редуктора), широкозахватную фрезу, гидроцилиндры подъема-опускания. В передней части трактора установлен противовес, уравновешивающий фрезерное оборудованием улучшающий работу бульдозера. На всех моделях машин установлен ходоуменьшитель, обеспечивающий понижение рабочих скоростей трактора.
Транспортные скорости тракторные.
Широкозахватный фрезерный рабочий орган выполнен в виде барабана, на горизонтальном валу которого закреплены кронштейны со сменным режущим инструментом, смещенным один относительно другого в горизонтальном и радиальном направлениях.
Фрезы машин ЗФМ-2300А и ЗФМ-2300М имеют сдвоенные кронштейны рабочих органов с зубьями, расположенными с диаметрально противоположных сторон.
На машинах МГ1-36, МП-58, ДП-31ХЛ и ДП-31АХЛ количество зубьев увеличено. Зубья расположены по двум спиральным линиям от центрального зуба, причем каждый зуб работает по самостоятельной линии резания. Это способствует более полному разрушению грунта. На машине ЗФМ-3400 режущие кромки зубьев расположены по трехзаходной спирали.
Освоенные Коростеньким заводом дорожных машин машины послойного фрезерования ДП-31ХЛ и ДП-31АХЛ выполнены по одинаковой конструктивной схеме (рис. 11.4). Машина ДП-31АХЛ состоит из базового трактора Т- 130МГ-1 с бульдозерным оборудованием, рабочего органа фрезерного типа, силовой передачи вращения рабочего органа, механизма его навески, гидропривода подъема-опускания рабочего органа, гидромеханического ходоуменьшителя, системы управления и противовеса.
Машина ДП-31АХЛ оборудована усовершенствованным рабочим органом, представляющим собой горизонтальный вал с приваренными к нему кронштейнами, на которых посредством скоб установлены литые режущие элементы.
Привод рабочего органа механический от вала отбора мощности (ВОМ) трактора. Он состоит из редуктора отбора мощности, цепных передач и бортовых редукторов.
Редуктор отбора мощности — односкорост-ной четырехступенчатый с тремя парами цилиндрических и одной парой конических шестерен.
Блок шестерен, перемещаясь вдоль шлицево-го вала, выравнивает крутящие моменты, передаваемые параллельными ветвями силовой передачи на вал фрезы. Для предохранения трансмиссии от перегрузок на входном валу редуктора отбора мощности установлена масляная фрикционная муфта предельного момента с металлоке-рамическими дисками.
Цепные передачи состоят из ведущих и ведомых звездочек, двухрядных втулочно-роликовых цепей. Цепные передачи закрыты защитными кожухами.
Рис. 11.4. Машина послойного фрезерования мерзлых грунтов ДП-3: 1 — бульдозерное оборудование; 2 — противовес; 3 — базовый трактор Т-130МГ-1; 4 — гидропривод рабочего органа; 5 — редуктор отбора мощности и ходоуменьшителя; 6 — предохранительная муфта; 7— верхняя тяга; 8 — бортовой редуктор; 9 — балка; 10 — рабочий орган; 11 — рама; 12 — гидропривод подъема-опускания; 13 — гидропривод ходоуменьшителя
Натяжение цепей регулируют натяжными устройствами, смонтированными натягах цепных передач. Для предохранения трансмиссии в случае обрыва одной из цепей в ведомых звездочках цепных передач установлены срезные пальцы.
Рамы цепных передач одновременно служат тягами, соединяющими редуктор отбора мощности с балкой, которая связывает между собой бортовые редукторы.
Ведущие шестерни расположены на одном валу с ведомыми звездочками цепных передач. Ведомые шестерни установлены консольно на валу рабочего органа.
Вал рабочего органа, бортовые редукторы и балка представляют собой жесткую металлоконструкцию, которая совместно с нижней рамой, корпусом редуктора отбора мощности и тягами образует шарнирный четырехзвенник.
Подъем и опускание рабочего органа производят двумя гидроцилиндрами, работающими от гидросистемы трактора. Для плавного опускания рабочего оборудования в штуцеры поршневых полостей гидроцилиндров встроены демпфирующие устройства. Управление подъемом-опусканием осуществляется с использованием секции трехсекционного тракторного гидрораспределителя, две другие секции предназначены для управления бульдозерным оборудованием.
Ходоуменьшитсль выполнен в виде гидромеханической силовой передачи, состоящей из гидропривода и механического редуктора.
Гидропривод включает в себя аксиально-поршневые насос и гидромотор, гидрораспределитель, дроссель, фильтр, гидробак и трубопроводы.
Редуктор ходоуменьшителя расположен в одном корпусе с редуктором отбора мощности на привод рабочего органа и имеет самостоятельную масляную ванну. Его установка не требует разборки и доработки трактора. Редуктор приводится гидромотором. Выходной вал редуктора через промежуточный вал коробки передач связан с валом первой передачи трактора.
Гидробак, фильтр, насос и гидромотор, а также часть трубопроводов гидропривода смонтированы на корпусе редуктора. Дроссель с обратным клапаном установлен в кабине трактора, распределитель — на крыле трактора.
Бесступенчатое регулирование скорости машины осуществляется дросселем, реверс машины — переключением золотникового распределителя.
Машины для разрушения мерзлого грунта динамическим воздействием устанавливаются на одноковшовых экскаваторах и тракторах тягового класса до 10. Это машины, созданные различными строительными организациями, в основном, для собственных нужд, отличаются низкой надежностью и производительностью.
Наибольший интерес представляют машины комбинированного действия — гидромолоты, являющиеся сменным рабочим органом к одноковшовым экскаваторам.
В настоящее время промышленностью освоен выпуск гидромолотов с энергией удара 1,8—20 кДж (рис. 11.5). Они состоят из корпуса, в котором размещается массивный ударник, подвешенный к штоку поршня рабочего цилиндра, блока рабочего цилиндра, включающего распределительное устройство и гидроаккумулятор, и узла крепления сменного рабочего инструмента. Ударник подвешен к штоку поршня рабочего цилиндра посредством упругого шарнира, компенсирующего возможную несоосность направляющей трубы и гильзы цилиндра.
Узел крепления гидромолота к экскаватору состоит из двух дугообразных рычагов, представляющих собой жесткую раму. В рычагах имеются отверстия для крепления конца рукояти и рычагов поворота. При прижатии бойка к разрабатываемой поверхности включается линия питания и гидромолот начинает работать.
Технические характеристики гидромолотов, применяемых на экскаваторах, приведены в табл. 11.4.
Рис. 11.5. Экскаватор с рабочим органом «гидромолот»
