Транспортирование грунта черпаками

И их опорожнение

 

В процессе движения черпаков по раме различают следующие характерные моменты. Во-первых, вращение черпака на нижнем барабане и его выход из грунта. Во-вторых, вращение на нижнем барабане в воде, переход на раму и движение по раме до уровня воды. В-третьих, подъем черпака по раме от уровня воды до верхнего барабана. В-четвертых, вращение на верхнем барабане и опорожнение черпака. И в-пятых, движение в провисающей бухте от верхнего барабана до грунтозабора.

При выходе из грунта плоскость зева черпака может быть наклонена на 45 и более градусов к горизонту, поэтому часть забранного несвязного грунта может вывалиться через козырек на неразработанное дно при тонких слоях или на откос осыпи при толстых слоях. Высота точки выхода черпака из грунта зависит от толщины слоя, а при работе на толстых слоях несвязного грунта еще и от пологости откоса осыпи. Вывалившийся из черпака грунт, образует временный вал и несколько ограничивает дальнейшее вываливание грунта. При низких уровнях воды этот вал уменьшает глубину и затрудняет пропуск транспортных судов мимо работающего земснаряда.

При вращении черпака на нижнем барабане и его движении к поверхности воды может происходить вываливание части несвязного грунта и его вымывание течением. Правда, эти потери сравнительно невелики.

При подъеме грунта по раме от воды до верхнего барабана плоскость зева черпака может быть не горизонтальной. Поэтому грунт может сливаться через козырек при глубине черпания больше оптимальной и через спинку при глубине меньше оптимальной. Отношение объема оставшегося в черпаке грунта к полной геометрической вместимости черпака называют коэффициентом наполнения черпака к_н. Он зависит от характеристик грунта, величины подачи вперед, скорости папильонирования и скорости черпаковой цепи. В процессе работы стремятся к увеличению этого коэффициента.

На верхнем барабане черпак получает вращательное движение, во время которого грунт вываливается в грунтоприемный колодец. Несвязные грунты хорошо вываливаются из черпаков не только при нормальной скорости движения черпаковой цепи (16-18 черпаков/мин), но и при повышенной.

Липкие глины очень трудно и не полностью вываливаются из черпаков на верхнем барабане. Нередко опорожнение черпака происходит, после того как он прошел грунтовый колодец и движется в перевернутом виде вниз (т.е. грунт попадает на уже разработанную часть прорези).

Коэффициент наполнения черпака при разработке липких глинистых грунтов вычисляют по формуле

                                    ,                                    (7.9)

где: к_н – коэффициент наполнения для нелипких связных грунтов;

к_оп – коэффициент опорожнения, определяемый опытным путем.

 

Плохая вываливаемость связных грунтов вынуждает уменьшать наполнение черпаков и скорость черпаковой цепи, чтобы увеличить время нахождения черпака над колодцем. Скорость цепи снижают до 8-12 черпаков/мин, а наполнение черпаков до 0.4-0.6 их полной геометрической вместимости. Иногда эти меры оказываются недостаточными из-за забивания черпаков липким грунтом. Приходится останавливать работу земснаряда для очистки черпаков. Время на такую очистку  может достигать половины рабочего времени.

Для лучшего опорожнения к внутренней поверхности черпака приваривают круглый прут диаметром 30 мм на расстоянии 50-100 мм от режущей кромки козырька. Стружка грунта огибает прут, смачивается водой со стороны черпака и падает внутрь в скрученном виде. Это уменьшает прилипаемость грунта к стенкам черпака.

Производительность многочерпаковых земснарядов

И управление их работой

 

Правильно организованный процесс работы многочерпакового земснаряда должен обеспечить проектную глубину с наименьшим запасом на неровность выработки и максимально возможную в конкретных условиях производительность. Различают производительность снаряда по грунтозабору и грунтоподъему.

Часовая производительность снаряда в грунтозаборе на несвязных и связных грунтах с ненарушенной структурой определяется по формуле

 

                                 .                                (7.10)

 

Она прямо пропорционально зависит от толщины снимаемого слоя, подачи вперед и скорости папильонирования. При неизменной толщине слоя вдоль папильонажной ленты максимальная производительность определяется подачей вперед и скоростью папильонирования. Если толщина слоя вдоль папильонажной ленты  изменяется, то подачу вперед назначают по наибольшей толщине при небольшой скорости папильонирования, чтобы иметь возможность увеличить скорость папильонирования при уменьшении толщины слоя.

Часовая производительность снаряда по грунтоподъемуопределяется по следующей зависимости для связных не липких грунтов

                                    ,                                  (7.11)

и для липких грунтов

                                  .                                (7.12)

 

Она прямо пропорциональна скорости черпаковой цепи, коэффициенту наполнения черпаков и обратно пропорциональна коэффициенту разрыхления. Наибольшую скорость черпаковой цепи на каждом объекте работы подбирают опытным путем, стремясь уменьшить просор грунта и неравномерность нагрузок при грунтозаборе. Наполнением черпаков управляют, изменяя скорость папильонирования.

При назначении режимов грунтозабора и грунтоподъема учитывают также внешние факторы,понижающие производительность, а именно:

- изменчивость толщины снимаемого слоя грунта на отдельных участках прорези;

- необходимость уменьшения скорости папильонирования при развороте земснаряда на кромках прорези (для подбора обвалов грунта и предотвращения схода цепи с нижнего черпакового барабана из-за боковых воздействий на ее шлейф);

- снижение скорости папильонирования при маневрах шаланд (постанов­ка под погрузку, отвод к отвалу);

- засоренность разрабатываемого грунта;

- пропуск транспортных судов;

- выполнение вспомогательных технологических операций (перекладка папильонажных якорей).

Если бы весь грунт, снятый черпаками при грунтозаборе, доходил до верхнего барабана и там опоражнивался, то имело бы место равенство Q _п = Q _з. В действительности оно может быть только на толстых слоях и при отсутствии вымыва грунта из черпаков. В других случаях производительность по грунтоподъему оказывается меньше производительности по грунтозабору.

Для правильного выбора соотношений между технологическими элементами разрабатываются технологические карты. Эти карты являются ориентировочным руководством для определения режима работы земснаряда и выдачи заданий вахтам. В них устанавливают расчетную производительность земснарядов и предусматривают такой режим грунтозабора и грунтоподъема, который может обеспечить эту производительность. Состав технологической карты приведен в следующей форме:

Технологическая карта

для многочерпакового земснаряда __________

технической производительностью Q _т __________ м³/ч,

для работы на_______________грунте,

полной геометрической вместимости черпака_________л,

при скорости черпаковой цепи_________черпак/мин

 

Глубина черпания

Длина шлейфа s, м

Толщина снимаемого слоя с запасом на неровность выработки hсд, м

Подача вперед по становому тросу lc, м

Площадь папильонажной ленты Fc, м2

Расчетная производительность Qр, м3/ч

Скорость папильонирования nп, м/мин

 

За глубину черпания (опускания рамы) принимают погружение ниже уровня воды режущей кромки черпака, только что вошедшего на нижний барабан, а под толщиной снимаемого слоя проектную толщину слоя плюс запас на неровность выработки (h_c + h _н). Расчетная производительность определяется по формуле Q_p = К_р × Q _т. За расчетный коэффициент снижения производительности К_р для многочерпаковых земснарядов принимают наименьший из коэффициентов по роду грунта К_г, по толщине снимаемого слоя грунта К_с.

Коэффициент К_г для типовых снарядов устанавливают на основании отчетных данных о производительности однотипных снарядов за предыдущие годы или по «Инструкции по землечерпательным работам». Коэффициент по толщине снимаемого слоя грунта К_с=1 при работе с грунтозаборным экраном, без экрана значение коэффициента определяют по данным табл.7.2.

Таблица 7.2

Значения коэффициента по толщине снимаемого слоя грунта

 

Отношение толщины снимаемого слоя грунта к вылету черпака h сд / a	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	>0.5
Коэффициент Кс	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.0

 

Руководствуясь технологической картой, вахтенный начальник назначает режим работы по грунтозабору и грунтоподъему. В процессе работы режим непрерывно корректируется в соответствии с фактическим ходом технологического процесса (наполнение и опорожнение черпаков, поведение привода, раскачка корпуса и т.п.).

Для контроля заданной глубины необходимо периодически производить промеры с борта земснаряда ниже грунтоприемного колодца или с кормы.

В процессе папильонирования по ширине прорези снаряд подходит то к левой, то к правой кромке прорези. Вахтенный начальник проверяет нахождение снаряда на кромке по створным знакам или с помощью системы GPS, затем прекращает папильонирование, делает подачу вперед и начинает папильонирование к другой кромке. Вахтенный начальник следит также за работой шаланд и грунтовых лотков.

Скорость движения черпаковой цепи, величина подачи вперед и скорость папильонирования определяют производительность земснаряда и мощность двигателя черпакового привода, фактически расходуемую для достижения этой производительности.

Общая мощность, затрачиваемая при работе многочерпакового снаряда, определяется по формуле

 

                               .                              (7.13)

Мощность N_p двигателя черпакового привода, кВт, затрачивается на резание, зачерпывание грунта и на преодоление сопротивлений при заполнении черпаков

,

где: Р_р – усилие резания грунта, кН;

v_ч – скорость резания грунта черпаками на нижнем барабане, м/мин.

 

Мощность N _п, кВт, необходимая для подъема срезанного грунта от дна до поверхности воды и от поверхности воды до верхнего барабана

                      ,                    (7.14)

где: Q_п – проектная производительность земснаряда;

Н_ч – глубина черпания;

Н_п – высота подъема грунта от уровня воды до центра тяжести его в черпаке над осью верхнего барабана.

 

Суммарные затраты мощности N _{м ex} на механические потери (возникающие в самом двигателе, передаточных механизмах и соединениях черпаковой цепи, а также при вращении черпаковых барабанов, подчерпаковых скатов) и преодоление сопротивления воды могут быть учтены с помощью к.п.д. черпакового устройства η_ч.у..

Выражение (7.13) в этом случае примет вид

                                  ,                                 (7.15)

 

Значения к.п.д. черпакового устройства для земснарядов разной производительности с учетом их конструктивных особенностей приведены в литературе [7].

Шаландовый и лотковый