Глава 7. Машины для земляных работ
7.1. Способы возведения земляных сооружений, рабочие органы машин и их классификация
Земляные сооружения - это устройства в грунте, полученные в результате его удаления за пределы сооружений, или из грунта, внесенного в сооружения из вне. Это выемки и насыпи. Различают выемки: котлованы, траншеи, канавы, кюветы, ямы, скважины, шпуры, каналы. Насыпи: кавальеры, резервы, насыпи, дамбы, платины.
Способы разработки грунтов разделяют в зависимости от способа их разрушения. Наибольшее применение нашло механическое разрушение грунтов (резание). Различают статистическое и динамическое (ударное и виброударные) разрушение грунтов. Энергоёмкость механического разрушения грунта составляет от 0,05 до 0,5 кВтч/м3, которым выполняют 85% всего объёма земляных работ в строительстве.
Есть комбинированные способы: газомеханический, гидравлический (гидромониторы, земснаряды), гидромеханический, взрывной, термомеханический, термопневматический и электрогидравлический.
Реже применяют физические способы разрушения грунтов (прожигание, оттаивание, токов высокой частоты, ультразвука, электромагнитной и инфракрасной энергии). Выбор способа зависит от прочности грунта, его мерзлоты (сезонного промерзания).
Таблица 7.1
Классификация грунтов по профессору А.Н. Зеленину:
Категория грунта |
Плотность, кг/м3 |
Число ударов плотно-мера |
Коэф-фициент разрых-ления |
Удельное сопротивление, кПа |
|||||
резанию |
копанию при работе |
||||||||
прямыми и обрат-ными лопатами |
драг-лайнами |
экскаваторами непрерывного копания |
|||||||
поперечного копания |
траншей-ными |
||||||||
роторными |
цепными |
||||||||
I |
1,2-1,5 |
1-4 |
1,08-1,17 |
12-65 |
18-80 |
30-120 |
40-130 |
50-180 |
70-230 |
II |
1,4-1,9 |
5-8 |
1,14-1,28 |
58-130 |
70-180 |
120-150 |
120-250 |
150-300 |
210-400 |
III |
1,6-2 |
9-16 |
1,24-1,3 |
120-200 |
160-280 |
220-400 |
200-380 |
240-450 |
380-660 |
IV |
1,9-2,2 |
17-35 |
1,26-1,37 |
180-300 |
220-400 |
280-490 |
300-550 |
370-650 |
650-800 |
V |
2,2-2,5 |
36-70 |
1,3-1,42 |
280-500 |
330-650 |
400-750 |
520-760 |
580-850 |
700-1200 |
VI |
2,2-2,6 |
71-140 |
1,4-1,45 |
400-800 |
450-950 |
550-1100 |
700-1200 |
750-1500 |
1000-2200 |
VII |
2,3-2,6 |
141-280 |
1,4-1,45 |
1000-3500 |
1200-4000 |
1400-4500 |
1800-1500 |
2200-5500 |
2000-6000 |
VIII |
2,5-2,8 |
281-560 |
1,4-1,6 |
- |
220-250 |
230-130 |
- |
- |
- |
Х
арактеристики
грунтов, влияющие на процесс их
взаимодействия с землеройными и
грунтоуплотняющими рабочими органами
машин, следующие: влажность (оптимальная
- пески - 8 - 14%, глины 20-30%);коэффициент
разрыхления (пески - 1, 0,8-1,15; мерзлый
грунт 1,45 - 1,6);коэффициент остаточного
разрыхления (пески и суглинки - 1,02- 1,05;
скальные 1,2 - 1,3);уплотняемость (коэффициент
уплотнения 0,9- 0,1);прочность и
деформируемость;силы внутреннего и
внешнего трения (коэффициенты: внутреннее
трение-0,18-0,7 внешнее трение
0,15-0,55);изнашивание (абразивность);липкость.
Рабочие органы, с помощью которых грунт отделяют от массива (ковши, отвалы, зубья) называют землеройными. Их называют ковшовыми, отвальными, зубья рыхлителей. Отвалы оснащают в нижней части ножами - ножевые овалы (рис. 7.2).
Р
Рис.7.2. Рабочие органы землеройных
машин: а-зуб рыхления; б,в,г,е-ковшовые
с зубьями; д,ж,з-то же, без зубьев;
и-отвальный
Р
ис.7.3.
Параметры режущего клина: 1-передняя
грань; 2-задняя грань; 3-линия пересечения
граней или режущая кромка; 4-заостренный
клин; δ – угол резания; θ –
задний угол; υ – угол
заострения.
Запишем другие составляющие сопротивления грунта копанию: сила трения между рабочим органам и грунтом, сопротивление перемещению призмы грунта перед рабочим органом (призма волочения), сопротивление перемещению грунта в ковш (при ковшевом рабочем органе), сопротивление перемещению грунта по отвалу (при отвальном рабочем органе).
Сопротивление грунта резанию зависит от вида грунта и параметров рабочего органа, а сопротивление копанию ещё от способа разработки(типа машин, см. табл. 7.1).
Машины классифицируют по назначению: землеройные, землеройно-транспортные, бурильные, оборудование гидромеханизации. По режиму работы: цикличного и непрерывного действия. По степени подвижности: самоходные, прицепные, стационарные и полустационарные. Землеройные машины для отрывки и перемещения грунта в пределах зоны досягаемости рабочего органа в отвал либо в транспорт( одно-, многоковшовые и роторные экскаваторы). Землеройно-транспортные - для послойной разработки грунта и перемещения его на большее расстояния (бульдозеры, скреперы, грейдеры, грейдеры — элеваторы, стругометатели).
Бурильные машины - для бурения скважин, шпуров. Они позиционного действия.
Средства гидромеханизации - для разработки грунта с использованием скоростного напора струи воды или водяного потока. Машины и оборудования для уплотнения грунтов, для разработки мёрзлых грунтов, для бестраншейной прокладки коммуникаций.Машины для полготовительных работ: кусторезы, корчеватели-собиратели, рыхлители, оборудование для водоотлива и понижения уровня грунтовых вод.