Экскаватор “прямая лопата” (ПЛ).

Прямой лопатой разрабатывают и грузят грунт в транспортные средства в котлованах и резервах выше уровня стоянки экскаватора, когда уровень грунтовых вод ниже подошвы забоя. Рабочий цикл прямой лопаты имеет наименьшую длительность. Поэтому производительность прямой лопаты выше, чем драглайна и обратной лопаты при одинаковой вместимости их ковшей. Ёмкость ковшей экскаваторов прямая лопата применяемых в в строительстве 0,25-2,5 м³; при разработке полезных ископаемых применяются экскаваторы с ёмкостью ковша до 153 м³.

 

Прямая лопата (рис.1) широко применяется гидравлических экскаваторах 4-й - 6-й размерных групп и на экскаваторах с механическим приводом. Ею разрабатывают грунты I -III категории в интервале температур от -40 до +40 °С

Рис.1. Гидравлический экскаватор с прямой лопатой

1 - ходовая тележка; 2 - противовес; 3 - силовая установка; 4 -кабина; 5, 8, 9 - гидроцилиндры стрелы, ковша и рукояти; 6 - стрела; 7 - рукоять; 10 - ковш; 11 - платформа.

Обратная лопата. Выпускаются с ковшами емкостью 0,15÷1м³. Емкость ковша меньше, чем у «ПЛ», так как при разработке выемок экскаватор “ОЛ” копает ниже уровня стояния, что увеличивает опрокидывающий момент.

Обратную лопату используют для разработки неглубоких котлованов и траншей независимо от горизонта грунтовых вод. При этом грунты грузят в транспортные средства или укладывают в отвал. Обратную лопату целесообразно применять при небольших объёмах работ, так как ее применение не требует устройства специальной въездной траншеи, необходимой для прямой лопаты.

Обратная лопата является основным рабочим оборудованием для гидравлических экскаваторов 2-й - 5-й размерных групп. Экскаватор с обратной лопатой предназначен для разработки грунтов I -III категории и предварительно разрыхленных мерзлых и прочных грунтов ниже уровня стоянки экскаватора и выполнения погрузо-разгрузочных работ в интервале температур от -40 до +40 С.

При работе обратной лопатой реализуются большие усилия копания, так как отпор грунта воспринимается не только массой рабочего оборудования, но и массой всей машины. Кроме того, улучшена наполняемость ковша и точность выгрузки за счет поворота его относительно рукояти, возможно применение широкого спектра удлиненных стрел и рукоятей и профильных ковшей для очистки кюветов, каналов и т.д.

 

Рис.2. Экскаватор гидравлический с обратной лопатой

1 - ходовая тележка; 2 - поворотная платформа; 3 - силовая установка; 4 - труба выхлопных газов; 5 - кабина; 6 - стрела; 7, 9, 11 - гидроцилиндры рукояти, ковша и стрелы; 8 - рукоять; 10 - ковш.

Обратная лопата экскаватора с механическим (канатным) приводом (рис.3) несколько отличается от обратной лопаты экскаватора с гидравлическим приводом.

Рис.3. Гусеничный экскаватор 3-й размерной группы с механическим приводом и рабочим оборудованием "обратная лопата"

1 - ходовое устройство; 2 - поворотная платформа; 3 - стойки; 4, 6 - канаты; 5 - стойки блоков; 7 - рукоять; 8 - тяги реактивные; 9 - ковш обратной лопаты; 10 - канат тяговый.

 

 

Экскаватор-драглайн.

Также разрабатывает грунт ниже уровня своей стоянки и применяется для разработки грунта в водонасыщенных грунтах и под водой. Рационален при глубине котлована (Н_к) более 4 м. и объеме разрабатываемого грунта более 20 тыс. м³.

Рабочее оборудование экскаватора-драглайна состоит из стрелы и ковша, подвешенного к стреле при помощи подъёмного и тягового канатов. Ковши применяются различной ёмкости – в скальных, предварительно разрыхлённых породах допускается работа драглайна при ёмкости ковша свыше 10 м³. Продолжительность цикла обычно на 10-20% больше, чем при работе экскаватора с оборудованием прямой лопаты. С оборудованием драглайна работает до 40 % одноковшовых экскаваторов. Драглайны, имеющие т.н. шагающий ход, получили название шагающих экскаваторов.

Рис.4. Схема драглайна

1 - наводка; 2 - канат; 3 - блок; 4 - канат; 5 - стрела; 6 - блок; 7 - канат; 8 - ковш драглайна; 9 - канат.

Рабочее оборудование включает стрелу решетчатого типа, ковш драглайна 8, тяговый 9 и подъемный 7 канаты. Подъемный канат огибает головной блок 6 стрелы и навивается на барабан подъемной лебедки. Тяговый канат направляется роликовым устройством (наводкой) 1 и навивается на барабан тяговой лебедки. Ковш подвешен к тяговому и подъемному канатам при помощи цепей, причем между ветвями подъемных цепей установлена распорка, обеспечивающая свободное перемещение ковша при разгрузке. Для того чтобы ковш разгрузить, его опрокидывают, ослабляя разгрузочный канат.

Грейфер (рис.5) применяют для отрывки котлованов, траншей, колодцев и выполнения погрузо-разгрузочных работ. Грейферы, используемые на экскаваторах с гидравлическим приводом, имеют жесткую подвеску. Это позволяет создавать необходимые усилия напора при врезании и эффективно разрабатывать плотные грунты.

Рис.5. Рабочее оборудование грейфера

1 - базовая часть стрелы; 2 - тяга; 3 - гидроцилиндр рукояти; 4 - головная часть стрелы; 5 - рукоять; 6 - поворотная головка; 7 - рама; 8 - ползун; 9 - тяги; 10 - челюсть ковша; 11 - зубья ковша; 12 - оси.

При отрывке глубоких (до 30 м) колодцев применяют грейферное оборудование на напорной штанге, разработанное для экскаваторов 5-й и 6-й размерных групп.

При оборудовании грейфером экскаватора с механическим приводом на нем монтируют удлиненную решетчатую стрелу (рис.6). Челюсти ковша замыкают тяговым канатом, а высоту изменяют подъемным канатом.

Рис.6. Схема грейфера с механическим приводом

1, 2 - барабаны; 3 - тяговый канат; 4 - подъемный канат; 5 - стрела; 6 - тяги челюстей ковша; 7 - грейфер; 8 - оттяжка.

Недостаток грейферного оборудования с канатным управлением заключается в том, что плотность разрабатываемого грунта зависит от его массы, поэтому основная область их применения погрузо-разгрузочные работы на сыпучих материалах.

 

 

Одноковшовые экскаваторы работают в забое. Забой – это рабочая зона экскаватора, где находится его стоянка и разрабатываемый с этой стоянки массив грунта. В этой зоне располагаются загружаемые транспортные средства или размещается отвал грунта. Разработку грунта экскаватором с ряда последовательно расположенных стоянок называют проходкой.

В зависимости от расположения экскаватора в забое по отношению к массиву грунта и характера разработки этого массива различают два вида забоев: лобовой (торцевой) и боковой. Соответственно, проходки экскаватора могут быть лобовыми и боковыми. При лобовом забое выемку разрабатывают с торца, а при боковом – последовательными параллельными проходками.

Выбор вида забоя и определение его рациональных размеров имеет существенное значение для обеспечения производительной работы экскаватора. При этом необходимо учитывать размеры выемки, характер рельефа местности и основные рабочие параметры экскаватора.

Существуют также одноковшовые экскаваторы другого функционального назначения. Карьерные экскаваторы изготовляются с оборудованием прямой или обратной лопаты, реже со сменным оборудованием драглайна и крана. Отличаются мощным рабочим оборудованием, высокими рабочими усилиями, коротким циклом работы, что обуславливает по сравнению с другими экскаваторами тех же типоразмеров большую производительность при погрузке в транспортные средства, особенно при прочных грунтах. Экскаваторы средней (ёмкость ковша 2-4 м³) и большой (ёмкость ковша 5-20 м³) мощности, массой 76-900 т, предназначены для работы в карьерах, особенно в прочных, предварительно взорванных породах и грунтах, с погрузкой главным образом в большегрузные автосамосвалы.

Строительно-карьерные экскаваторы средней и большой мощности предназначены для работы в основном на карьерах нерудных строительных материалов. По своей конструкции они занимают среднее положение между строительными и карьерными.

Вскрышные экскаваторы изготовляют обычно с оборудованием прямой или обратной лопаты для перемещения в отвал вскрышных пород на карьерах. Вскрышные экскаваторы с ковшами ёмкостью до 15 м³ применяются также для погрузки в транспортные средства, расположенные на бровке разрабатываемого забоя. Ёмкость ковша от 6 до 153 м³, масса 700-12700 т. Ходовое оборудование мощных моделей – 4 спаренные гусеницы. Скорость хода 0,3-0,5 км/ч. Помимо механической лопаты на вскрышных работах применяются драглайны на шагающем ходу со стрелами длиной до 100 м, с ковшами ёмкостью от 5 до 168 м³, массой до 14 тыс.т. Они являются основным оборудованием при бестранспортных системах разработки месторождений полезных ископаемых.

Тоннельные и шахтные экскаваторы используют в подземных условиях в выработках большого поперечного сечения при проходке тоннелей, сооружении камер подземных сооружений, выемке полезных ископаемых. Ёмкость ковша 0,75-1 м³, масса 16-30 т.

 

Многоковшовые экскаваторы.

По назначению различают:

· траншейные (разработка траншей);

· дреноукладочные (строительство дренажных систем);

· мелиоративные и канальные (разработка, ремонт и очистка каналов);

· карьерные (вскрышные и добычные работы).

Многоковшовые или как их еще называют траншейные экскаваторы – это землеройные машины, выполняющие все операции технологического цикла (разработку грунта, транспортировку его на поверхность и выгрузку в отвал или транспортное средство) одновременно.

Они являются самоходными землерой­ными машинами непрерывного действия, которые при своем посту­пательном движении отрывают позади себя продольную выемку - траншею определенной глубины и ширины. В отличие от одноковшовых траншейные постоянно передвигаются во время работы и отделяют грунт от массива с помощью группы непрерыв­но движущихся по замкнутому контуру ковшей или скребков и одновременно эвакуируют его в сторону от траншеи в отвал или в транспортные средства с помощью отвального устройства. Таким образом, производительность траншейных экскаваторов, постоянно передвигающихся во время работы и отделяющих грунт от массива с помощью группы непрерывно движущихся по замкнутому контуру ковшей или скребков, в 2-2,5 раза выше, чем у одноковшовых машин, при более высоком качестве работ и меньших энергозатратах на 1м³разработанного грунта. Причем траншейные экскаваторы способны эффективно разрабатывать как немерзлые, так и мерзлые грунты. Типы и параметры траншейных экскаваторов определены ГОСТом. В качестве главного параметра принимается глубина отрываемых траншей.

Совместно с другими видами машин и вспомогательного оборудования экскаваторы непрерывного действия образуют технологические комплексы, предназначенные для выполнения различных видов работ при строительстве нефте- и газопроводов, оросительных и осушительных каналов, устройстве дренажных систем, закрытых напорных водоводов, добыче и переработке нерудных строительных материалов, строительстве подземных кабельных линий связи и электропередач, других коммуникаций.

Траншейные экскаваторы классифицируют по следующим основным признакам:

- по типу рабочего органа - цепные (ЭТЦ) и роторные (ЭТР);

- по способу соединения рабочего оборудования с базовым тяга­чом - с навесным и полуприцепным рабочим оборудованием;

- по типу ходового устройства базового тягача - на гусеничные и пневмоколесные

- по типу привода - с механическим, гидравлическим, электрическим и комбинированным приводом.

 

Рабочим органом цепных экскаваторов (рис 1.) является однорядная или двухрядная свободно провисающая бесконечная цепь 5, огибающая наклонную раму 7 и несущие на себе ковши или скребки 6.

 

Рис 1. Схема цепного траншейного экскаватора

Рабочим органом роторных экскаваторов (рис 2.) является жесткий ротор (колесо) 12 с ковшами или скребками 11,вращающийся на роликах 8 рамы 9.

Рис 2. Схема роторного траншейного экскаватора

 

Виды бурения грунтов.

В строительстве бурение используют при исследовании свойств и качества грунтов, определении уровня грунтовых вод, устройстве скважин водоснабжения и водопонижения грунтовых вод, устройстве свайных фундаментов, искусственном закреплении грунтов и т. п.

Буровые выработки делают в виде шпуров и скважин.

Шпуры —это цилиндрические выработки диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м.

Скважины — выработки более глубокие с диаметром, превышающим 75 мм.

По характеру образования буровых выработок различают бурение сплошным забоем и колонковое. При бурении сплошным забоем всю породу в скважине разрушают и удаляют в разрушенном виде. При колонковом бурении разрушение породы происходит лишь по кольцевой поверхности забоя, а внутреннюю часть породы в виде цилиндра (керна) извлекают из скважины целиком.

Технологический процесс механического бурения складывается из операций по разрушению породы, транспортированию породы на поверхность, обеспечению устойчивости стенок буровых выработок и вспомогательных операций.

Грунт в забое разрушают резанием, истиранием, ударами, сколом и комбинированным воздействием (например, истиранием и ударом).

Транспортирование на поверхность измельченного грунта осуществляют двумя методами: гидравлическим, при котором грунт удаляется путем вымывания его водой, направляемой в выработку под давлением, и

сухим, когда измельченный грунт удаляют сжатым воздухом или шнеком.

Механическое бурение в основном ведут тремя способами:

ударно-вращательным,

ударным и

вращательным.

Ударно-вращательное бурение применяют для бурения скважин диаметром 100...200 мм, глубиной до 30 м в труднобуримых породах. Производительность применяемых станков — 10...35 м/смен.

Особенность этого способа состоит в том, что вращение и ударное действие инструмента выполняют двумя независимыми механизмами: вращателем и пневмоударником.

Ударное бурение (бурение ударом) осуществляют пневматическими бурильными молотками —перфораторами, которые бывают ручными, массой до 24 кг (при глубине шпура до 3 м) и станковыми, массой до 40 кг. Они обеспечивают бурение шпуров глубиной до 5 м. Воздух (2...4 м3/мин) к перфоратору подводится шлангом от компрессора. Рабочий орган перфоратора — буровая головка.

Перфораторные молотки по характеру очистки каналов от пыли и каменной мелочи подразделяют на сухие и мокрые. Перфораторы мокрого типа имеют специальные устройства для промывки канала водой, а в перфораторах сухого типа канал продувается воздухом. Более предпочтительным является мокрое бурение, так как промывка канала водой снижает сопротивляемость породы и увеличивает стойкость головки бура из-за ее охлаждения водой и уменьшения трения о стенки канала.

При вращательном способе бурения порода забоя истирается, ее режут или скалывают буровым инструментом, жестко закрепленным на нижнем конце вращающейся штанги. Основные виды вращательного шнековое и роторное, выполняемые с помощью самоходных установок. Шнековое бурение применяют для скважин диаметром 125... 160 мм и глубиной до 30 м в мягких и средней крепости фунтах. Шнековые буровые станки имеют металлическую рамку, состоящую из двух направляющих стоек, установленных на передвижной платформе или на полозьях. По направляющим стойкам рамы движется электродвигатель с редуктором, в шпиндель которого вставлены рабочие буровые штанги. Рабочие штанги длиной 2 м представляют собой трубы, на поверхности которых по винтовой линии наварены стальные полосы — реборды. По мере углубления скважины штанги наращивают, соединяя их между собой специальными патронами. Звенья заканчиваются рабочей частью в виде долота или лопастного резца. Разработанный фунт с помощью шнека выдается на поверхность.

Колонковое бурение применяют для проходки скважин диаметром 45...130 мм и глубиной до 200 м. Колонковые установки или станки имеют лебедку подъема трубчатых штанг и механизм для их вращения. На конце штанги находится рабочая часть — колонковый снаряд (рис. 1б) с кольцевой коронкой, армированной резцами из твердых сплавов или алмазами (рис. 1в). При вращении бурового снаряда колонка под действием осевого давления внедряется в породу, образуя кольцевую выработку породы вокруг керна, входящего в колонковую трубу. После проходки на необходимую глубину буровые штанги вместе с колонковым снарядом и керном поднимают лебедкой на поверхность. В процессе бурения в забой скважины насосом через бурильные трубы подают глинистый раствор (или воду). Смешиваясь с частицами разрушенной породы, глинистый раствор выносит их на поверхность по кольцевому пространству между штангами и стенками скважины. Глинистый раствор охлаждает бурильный инструмент и одновременно предотвращает обрушение стенок скважины.

Роторное бурение чаще всего используют для устройства скважин значительных диаметров (300...400 мм) и большой глубины (150...1200 м). Роторная бурильная установка состоит из вращателя — ротора, сборной вышки и оборудования для промывки скважины глинистым раствором (рис. 1г). Рабочая (ведущая) труба проходит через вкладыши круглого стола ротора, который предназначен для передачи вращения от двигателя к бурильным трубам, присоединенным к рабочей трубе. Размеры вкладышей ротора соответствуют наружному диаметру рабочей трубы, что позволяет ей одновременно с вращением перемещаться вверх и вниз. Нижний конец бурильной трубы чаще всего имеет шарошечные и лопастные долота (рис. 1д), которые разрабатывают грунт по всей площади забоя скважины. Верхним концом рабочая труба соединена с вертлюгом, к нему присоединен рукав от насоса, подающий в бурильные трубы глинистый раствор. Всю систему рабочих и бурильных труб с вертлюгом подвешивают к крюку. Рабочие и бурильные трубы поднимают и опускают канатом, навитым на барабан лебедки.