Модернизация экскаватора ЭО-4324 с разработкой новой конструкции рабочего органа, с целью повышения эффективности работы при разработке пр

Копают грунт либо поворотом  рукояти при фиксированном на ней ковше, либо поворотом ковша  при фиксированных стреле и рукояти, либо совместным поворотом рукояти и ковша. Чаще всего используют первый способ. При этом гидроцилиндр стрелы отключают от насоса, переведя его в плавающий режим работы. Поворотом рукояти к стреле ковш перемещается снизу вверх, отделяя грунт от массива и заполняясь им, стрела при этом в каждый момент времени занимает положение, соответствующее минимуму затрат энергии на перемещение рабочего оборудования и на преодоление сил сопротивления грунта копанию. Этому же условию подчиняется траектория движения режущих кромок ковша. В общем случае эта траектория может отличаться от требуемой, например, по условиям получения однородных по форме срезов на всех рабочих циклах. Ее корректируют кратковременным включением стрелового гидроцилиндра на подъем или опускание стрелы. Такая схема копания характерна при работе экскаватора открытой проходкой - удлинением или уширением уже имеющейся выемки. При разработке же выемки закрытой проходкой (от поверхности земли), включая разработку пионерной выемки, грунт копают любым из перечисленных выше способов.

В конце операции копания для  предотвращения от просыпания грунта из ковша на следующей транспортной операции ковш подворачивают к рукояти, после чего рабочее оборудование поднимают стреловым гидроцилиндром. Поворотное движение платформы начинают после того как рабочее оборудование будет выведено из выемки. Одновременно с подъемом стрелы маневровыми движениями рукояти и ковша добиваются установки последнего в конце поворота платформы в положение выгрузки.

Разгружают грунт отворотом  ковша от рукояти. Различают разгрузку  в отвал и в транспортное средство. В первом случае эта операция не требует полной остановки платформы - разгрузку начинают в конце поворотного движения в прямом направлении и заканчивают в начале возвратного вращения. Во втором же случае во избежание просыпания грунта при его разгрузке требуется четкая координация ковша относительно кузова транспортного средства. Для этого платформу останавливают и включают на возвратное вращение только после полной выгрузки ковша. Разгрузка в транспортное средство требует большего времени чем разгрузка в отвал, а следовательно, она менее производительна по сравнению с последней. Заметим, что эта оценка справедлива только в части производительности экскаватора, но не всего механизированного комплекса, занятого на отрывке выемки. Если, например, отвал рассматривать как промежуточное хранилище грунта, который впоследствии будет вывезен за пределы строительной площадки, то на этом последнем этапе дополнительно будут задействованы те же экскаваторы или погрузочные машины, что безусловно снизит производительность комплекса по сравнению с работой экскаватора вместе с транспортными средствами без промежуточного отвала.

По составу рабочих движений последняя операция - возврат рабочего оборудования на исходную позицию следующего рабочего цикла - аналогична операции транспортирования грунта на разгрузку, но выполняется в обратной последовательности указанных движений.

После отработки элемента забоя  в пределах допустимой СНиП части рабочей зоны экскаватора последний перемещают на новую стоянку (позицию), предварительно сориентировав рабочее оборудование вдоль гусениц. При межпозиционных передвижках пневмоколесных экскаваторов, кроме того, требуется поднять выносные опоры и бульдозерный отвал, если таким оборудован экскаватор, а на новой позиции установить эти устройства в рабочее положение. Совокупность всех рабочих циклов, выполненных с одной позиции экскаватора, вместе с его передвижкой на новую позицию образует большой цикл.

 

 

2. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА РАЗРАБОТКИ ПРОЧНЫХ И МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ОДНОКОВШОВЫМИ ЭКСКАВАТОРАМИ

 

2.1. Классификация грунтов по  трудности разработки 

 

Классификация грунтов по трудности  разработки землеройными машинами представляет определенную сложность ввиду значительного многообразия и изменчивости прочностных характеристик.

С накоплением фактических данных о свойствах грунтов оказалось возможным классифицировать их по одному характерному показателю — прочности, хорошо коррелирующемуся с сопротивляемостью грунта разрушению рабочими органами землеройных машин.

Одной из наиболее общих явилась  классификация горных пород (грунтов) М. М. Протодъяконовым на десять категорий (I–X) по коэффициенту крепости (прочности) —обобщенному показателю их сопротивляемости разрушению (таблица 2.1). Коэффициент крепости является интегральной численной характеристикой прочностных свойств горных пород. За единицу крепости скальных грунтов (I–VI категории) принята прочность кубика породы, имеющего сопротивление одноосному сжатию 10 МПа. Для нескальных грунтов (VIa—X категории) коэффициент прочности определен в виде , где угол внутреннего трения =9¸60°

Нескальные грунты, имеющие коэффициент  крепости 2, относятся к довольно мягким породам. Их разработку осуществляют землеройными машинами: экскаваторами, бульдозерами, скреперами, грейдер-элеваторами без предварительного рыхления.

Скальные и мерзлые грунты с  =2¸5 являются породами средней крепости. Разрабатывают их землеройными машинами после предварительного рыхления механическими средствами.

Скальные грунты с  >5 предварительно разрыхляют взрывом и затем перемещают землеройными машинами. В ряде случаев при относительно тонких прослойках (до 20 см) такие грунты можно разрабатывать механическим способом.

 

Таблица 2.1 – Классификация грунтов  по коэффициенту крепости

Категория	Наименование	Степень прочности	Коэффициент крепости (прочности)
1	2	3	4
I	Наиболее крепкие кварциты и  базальты	Высшая	20
II	Гранитные породы, кварцевый порфир, очень крепкий кремнистый сланец, менее крепкие кварциты, крепкие  песчаные известняки	Очень крепкие	15

 

Продолжение таблицы 2.1

1	2	3	4
III	Плотный гранит, менее крепкие песчаники и известняки, кварцевые рудные жилы, крепкий конгломерат, очень крепкие железные руды	Крепкие	10
IIIа	Некрепкий гранит, крепкий мрамор, доломит, колчеданы	»	8
IV	Обыкновенный песчаник, железные руды	Довольно крепкие	6
IVa	Песчаные сланцы, сланцевые песчаники	То же	5
V	Крепкий глинистый сланец, некрепкий  песчаник и известняк, мягкий конгломерат	Средние	4
Va	Разнообразные сланцы, плотный мергель	»	3
VI	Мягкий сланец, известняк, мел, гипс, мерзлый грунт, антрацит, обыкновенный мергель, разрушенный песчаник	Довольно мягкие	2
VIa	Щебенистый грунт, разрушенный  сланец, слежавшаяся галька и щебень, отвердевшая глина	То же	1.5
VII	Плотная глина, мягкий каменный уголь, глинистый грунт	Мягкие	1
VIIIa	Легкая песчанистая глина, лесс, гравий	»	0,8
VIII	Растительная земля, торф, легкий суглинок, сырой песок	Землянистые	0,6
XI	Песок, осыпи, мелкий гравий, насыпанная земля	Сыпучие	0,5
X	Плывуны, болотистый грунт, разжиженные  грунты	Плывучие	0,3

 

В строительстве при нормировании землеройных работ и определении расценок наибольшее распространение получила классификация Госстроя, распределяющая немерзлые и мерзлые грунты в состоянии природной влажности и плотности по группам в зависимости от трудности разработки, перемещения и укладки разными машинами. Принятая классификация позволяет оцепить трудность разработки не только однородных грунтов, но и с большим количеством включений валунов, строительного мусора, с примесями щебня, гравия и т. п.

 

 

2.2 Методы разработки прочных и мерзлых грунтов

 

В настоящее время  исследования в СНГ и за рубежом показывают, что общее количество способов разработки мёрзлых грунтов непрерывно растёт. Появляются новые технологии, основанные на последних достижениях механики, физики, химии, электротехники и др. В связи с этим возникает задача оценки этих технологий и определения областей их применения.

Земляные работы при  разработке прочных и мерзлых  грунтов осуществляются следующими методами:

• методом предварительной подготовки грунтов с последующей их разработкой обычными способами;
• методом предварительной нарезки мерзлых грунтов на блоки;
• методом разработки грунтов без предварительной подготовки.

Предварительная подготовка грунта для разработки зимой заключается  в предохранении его от промерзания, оттаивании мерзлого грунта и предварительном рыхлении мерзлого грунта. Наиболее простой способ защиты поверхности грунта от промерзания состоит в утеплении его термоизоляционными материалами; для этого используются торфяная мелочь, стружки и опилки, шлак, соломенные маты и т. п., которые укладываются слоем 20-40 см непосредственно по грунту. Поверхностное утепление применяют в основном для небольших по площади выемок.

Для утепления значительных по площади участков применяется  механическое рыхление, при котором грунт вспахивается тракторными плугами или рыхлителями на глубину 20-35 см с последующим боронованием на глубину 15-20 см.

Механическое рыхление мерзлого грунта при глубине промерзания  до 0,25 м производится тяжелыми рыхлителями. При промерзании до 0,6-0,7 м при отрывке небольших котлованов и траншей применяют так называемое рыхление раскалыванием. Ударные мерзлоторыхлители хорошо работают при низких температурах грунта, когда для него характерны хрупкие деформации, способствующие его раскалыванию под действием удара. Для рыхления грунта при большой глубине промерзания (до 1,3 м) используется дизель-молот с клином. Разработка мерзлого грунта резанием заключается в нарезке взаимно перпендикулярных борозд глубиной, составляющей 0,8 глубины промерзания. Размер блока должен быть на 10-15% меньше размера ковша экскаватора.

Оттаивание мерзлого грунта осуществляется при помощи горячей воды, пара, электрического тока или огневым способом. Оттаивание является наиболее сложным, трудоемким и дорогим способом, поэтому к нему прибегают в исключительных случаях, например, при проведении аварийных работ.

Наиболее эффективным способом разработки мёрзлых грунтов является ударный, с использованием навесных устройств. Эффективность применения той или иной технологии разработки грунтов будет зависеть от научно обоснованного выбора конструктивных и технических параметров ударных устройств, схем средств навески и перемещения их в технологическом пространстве относительно разрушаемого объекта.

 

 

2.3 Разработка прочных и мерзлых грунтов машинами для земляных работ

 

Машины для земляных работ в основном рассчитаны на работу в грунтах и породах с удельным сопротивлением копанию до 4 кг/см². Работа в более тяжелых грунтах приводит к резкому снижению их производительности, перегрузке приводных двигателей и узлов, пробуксовке муфт, повышению энергоемкости процесса. В связи с этим, в последнее время большое внимание уделяется созданию машин динамического разрушения горных пород и мерзлых грунтов с последующим удалением разрыхленного грунта из забоя серийной машиной для земляных работ.

В зависимости от назначения и конструктивных особенностей машины для земляных работ при разработке прочных и мерзлых грунтов можно разделить на две группы.

К первой группе относятся землеройные и землеройно-транспортные машины, предназначенные в основном для выполнения земляных работ в летнее время, но имеющие прочность рабочего оборудования и мощность двигателей, достаточные для рыхления мерзлых грунтов, залегающих слоями ограниченной толщины (в большинстве случаев менее 20-40 см). К таким машинам относятся экскаваторы (прямая лопата) с геометрической вместимостью ковша более 0,5—1,0 м3 и бульдозеры, преимущественно гусеничные, с мощностью двигателей от 90 кВт и более.

Экскаватором с прямой лопатой вместимостью 0,65 м³ в средних условиях можно разрабатывать грунт, промерзший с поверхности на глубину до 25 см, а с лопатой вместимостью более 1 м3 — 40 см.

Возможности использования  экскаваторов для разработки мерзлого грунта значительно повышаются при применении так называемых ковшей активного действия. Особенность их заключается в том, что они имеют подвижные ударные зубья, установленные в полой передней стенке ковша. Эти зубья действуют подобно электромолоткам или пневматическим молоткам. Они включаются в работу при определенном (повышенном) сопротивлении погружению ковша в грунт. Экскаваторами с такими ковшами вместимостью 0,7 м3 можно разрабатывать мерзлые слои толщиной 0,5-0,8 м.