Технический термин применяют в строительной и горнодобывающей отрасли в том случае, когда речь идёт о работе тяжёлой техники на разработке карьеров, котлованов зданий, сооружений. Забой экскаватора представляет собой производственную площадку, в границах которой происходит перемещение грунта.
В зависимости от масштаба работ, технологической карты подбирают вид и мощность машины. Экономически целесообразно заказать аренду экскаватора (http://www.mtarenda.ru/arenda_ekskavatora) согласно техническим требованиям. Техника небольшой производительности стоит дешевле, но увеличит сроки работы на объекте. Кроме того, чрезмерные нагрузки выведут из строя узлы и агрегаты рабочего оборудования.
Виды экскаваторов
Ковш является основным органом экскаватора. Технику для разработки горной породы оснащают одним или несколькими ковшами. Одноковшовая машина перемещает землю при повороте осевой платформы. Существует следующие виды одноковшовых экскаваторов:
- драглайн;
- прямая;
- обратная лопата.
В зависимости от направления движения стрелы техника снабжена прямой или обратной лопатой. Ковш жёстко закреплён на рукоятке машины, выгрузка грунта происходит в отвал и автотранспорт. Модели оснащены механическим или гидравлическим приводом. Драглайн оборудован ковшом на гибкой подвеске из троса. Вылет стрелы самоходной машины достигает 120 метров, а ёмкость ковша до 4–120 м3. Драглайном перемещают рыхлый грунт с площадки, расположенной выше или ниже уровня стоянки.
В роторной и цепной многоковшовой машине рабочее оборудование движется по кругообразной траектории. Производительность шагающего роторного экскаватора 800–10000 м3/час. Различия в устройстве рабочего оборудования влияют на технологию разработки, площадь и форму котлована.
Виды забоев
Цепные многоковшовые экскаваторы производят выработку горной породы во фронтальном забое. Мощное оборудование, перемещаясь по площадке, режет ковшами плотные грунты с удалением в отвал. Используют технику в сооружении каналов, траншей, для вскрытия карьеров.
Торцовый забой выполняют роторные экскаваторы, драглайны, лопаты с механическим приводом. В результате деятельности горно-разрабатывающего оборудования получают характерную для открытой добычи угля форму карьера. Разработка проходит из плоскости, расположенной ниже горизонта экскаватора.
Сложный забой, с грунтами различной плотности, выполняют уступами. Технику для рыхления размещают в верхней части, а экскаваторы на нижних участках карьера. В проектировании ступенчатого забоя рассчитывают высоту уступа исходя из наполняемости ковша, производительности оборудования и создания безопасных условий работы.
В процессе разработки происходит нависание породы над нижними ярусами. Устойчивость козырька зависит от вида горной породы, её способности к осыпанию. Параметры забоя являются расчётными величинами, находятся в прямой взаимосвязи с техникой, свойствами грунта, способами разработки.
ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА (ТТК) / документ в сокращенном виде/
1. Область применения
Типовая технологическая карта разработана на разработку траншей экскаватором Э0-3322Б, оборудованным обратной лопатой и профильным ковшом, с выгрузкой грунта в отвал
Разработка грунтов землеройными машинами
Технологический процесс устройства выемки включает разработку грунта с погрузкой в транспортные средства или на бровку выемки, транспортировку грунта, планировку дна и откосов.
Выбор способа разработки грунта и схемы комплексной механизации зависит от объемов и сроков выполнения работ, вида грунта, геометрических параметров земляного сооружения и условий производства работ.
При комплексно-механизированной разработке грунта кроме ведущей землеройной машины в комплект включаются также вспомогательные машины для транспортировки грунта, планировки и т.д.
В качестве ведущей машины при разработке постоянных выемок значительной глубины, котлованов и траншей больших размеров принимают одноковшовый экскаватор. Для транспортировки грунта используют чаще всего автосамосвалы, а также железнодорожный транспорт, конвейерный и гидравлический. Количество транспортных средств и схема их подачи к экскаватору назначаются из условия обеспечения бесперебойной работы экскаватора.
Для зачистки дна выемки, разравнивания грунта и обратной засыпки пазух используются, как правило, бульдозеры.
Технологические возможности экскаватора зависят от вида рабочего оборудования, системы его привода и главного параметра-емкости ковша. Рекомендации по выбору емкости ковша и других параметров экскаватора в зависимости от объема выемки приводятся в нормативной и справочной литературе по земляным работам.
Для выемок значительных объемов принимают экскаваторы с большой емкостью ковша. При разработке обводненных грунтов предпочтительнее применять экскаваторы с рабочим оборудованием "обратная лопата", "драглайн". Разработку грунта в глубоких траншеях с креплением вертикальных стенок, а также в опускных колодцах целесообразно производить грейферным ковшом.
Экскаваторы с гидравлической системой привода рабочего оборудования позволяют обеспечить высокую точность геометрических параметров выемки и большие возможности автоматизации процесса работы машины.
Пространство, в котором размещается экскаватор и происходит разработка грунта, называют экскаваторным забоем. Профиль экскаваторных забоев и их геометрические параметры для основных видов рабочего оборудования экскаватора представлены на рис.1.
Рис.1. Профили забоя экскаваторов с различным рабочим оборудованием:
а - прямая лопата с канатным управлением рабочим оборудованием; б - обратная лопата; в - драглайн; г - грейфер;
д - профиль забоя прямой лопаты с гидравлической системой управления; е - то же, обратная лопата; ж - грейфер;
- радиус копания; - радиус выгрузки; + - высота копания; - - глубина копания; - высота выгрузки
При проектировании производства работ размеры забоя назначают из условий обеспечения максимальной производительности экскаватора за счет сокращения времени рабочего цикла. Для этого высота (глубина) забоя должна обеспечивать заполнение ковша с "шапкой" за одну операцию резания грунта, угол поворота для разгрузки ковша должен быть минимальным и т.д.
Выемка, образующаяся в результате последовательной разработки грунта при периодическом передвижении экскаватора в забое, называется экскаваторной проходкой.
В зависимости от расположения экскаватора относительно забоя и его перемещения в процессе разработки грунта проходка может быть лобовой (торцовой) или боковой.
Траншеи разрабатываются, как правило, за одну лобовую проходку. выполняется одной или несколькими параллельными проходками. При значительной глубине выемки она разрабатывается ярусами, постепенно углубляясь до образования проектного контура котлована (рис.2).
Рис.2. Схемы экскаваторных проходок с рабочим оборудованием "прямая лопата":
а - лобовая (торцовая) проходка; б - то же, с двусторонним расположением транспорта; в - уширенная лобовая проходка с движением экскаватора "зигзаг"; г - поперечно-торцовая проходка; д - боковая проходка; е - разработка котлована по ярусам:
I, II, III, IV - яруса разработки; 1 - экскаватор; 2 - автосамосвал; 3 - направление движения транспорта
В зависимости от геометрических параметров выемки и характеристики рабочего оборудования экскаватора назначают вид, размеры и количество проходок.
Одноковшовые экскаваторы с рабочим оборудованием "прямая лопата" целесообразно применять для разработки выемок значительных размеров при отсутствии грунтовых вод или незначительном их притоке.
При разработке грунта с погрузкой в транспорт "прямая лопата" - наиболее производительный вид рабочего оборудования. Экскаватор с таким оборудованием размещается на подошве забоя и разрабатывает грунт выше уровня стоянки. Разработка грунта, как правило, осуществляется с погрузкой в транспортные средства, которые могут располагаться на одном уровне с экскаватором или выше подошвы забоя.
В зависимости от ширины котлована лобовая проходка экскаватора может быть прямолинейной, зигзагообразной и поперечно-торцовой. Боковая проходка применяется при разработке широких котлованов.
Для въезда в котлован устраивают траншею с уклоном 10-15° и шириной до 3,5м при одностороннем движении и до 8м при двустороннем.
Экскаваторы с рабочим оборудованием "обратная лопата" и драглайн разрабатывают выемки (котлованы, траншеи и др.) любой ширины и глубиной, не превышающей максимальной глубины резания. Поярусная разработка выемки при этом виде оборудования, как правило, не практикуется. Экскаватор размещается выше забоя, что облегчает разработку мокрых и обводненных грунтов.
Экскавация грунта может осуществляться в направлении, совпадающем с перемещением экскаватора, - торцовой проходкой и перпендикулярно направлению перемещения - боковой. В последнем случае глубина разработки меньше, чем при торцовой.
Грунт разрабатывают с погрузкой в транспорт или в отвал. Драглайн более производительно работает с перемещением грунта в отвал или насыпь.
Многоковшовые экскаваторы - землеройные машины непрерывного действия, наиболее эффективные при разработке выемок постоянного поперечного сечения и большой протяженности.
Экскаваторы поперечного копания используют, как правило, при разработке карьеров, больших котлованов, прокладке каналов, планировке откосов постоянных выемок значительных размеров и т.д.
Разработка грунта экскаваторами
Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами. В промышленном и гражданском строительстве применяют экскаваторы с ковшом вместимостью от 0,15 до 2, реже до 4 м. Они имеют комплект сменного оборудования, включающий прямую и обратную лопаты, драглайн и грейфер. Кроме того, стрела, входящая в комплект драглайна и грейфера, может быть оборудована грузовым крюком или клином-бабой.
Прямая лопата представляет собой открытый сверху ковш с режущим передним краем, жестко насаженный на рукоять, которая шарнирно соединена со стрелой машины и выдвигается вперед с помощью напорного механизма. Опорожняется ковш путем открывания его днища. Такая конструкция прямой лопаты обеспечивает ей наибольшую производительность. Для рыхления грунта режущий край ковша снабжен зубьями. Это относится ко всем видам сменного оборудования, но выпускаются ковши и без зубьев - со сплошной (обычно полукруглой) режущей кромкой. При разработке грунтов I и II групп экскаватор может быть оборудован ковшом увеличенного объема. Разрабатывают грунт, когда экскаватор стоит на дне разрабатываемого забоя. На небольшую глубину он может отрывать грунт и ниже горизонта стояния, для чего устраивают пандус, позволяющий установить машину в забое выемки.
Обратная лопата - это открытый снизу ковш с режущим передним краем, жестко насаженный на рукоять, шарнирно соединенную (без напорного механизма) со стрелой. По мере протягивания назад ковш заполняется грунтом. Затем при вертикальном положении рукояти ковш переводят к месту выгрузки и разгружают путем подъема с одновременным опрокидыванием. Рабочая зона расположена ниже горизонта стояния машины. Современные модели экскаваторов с обратной лопатой имеют гидропривод, позволяющий ковшу поворачиваться относительно рукояти.
Ковш драглайна навешивают на канатах на удлиненную стрелу кранового типа. Ковш забрасывают в выемку на расстояние, несколько превышающее длину стрелы, его заполняют грунтом путем подтягивания по поверхности к стреле. Затем ковш поднимают в горизонтальное положение к стреле и поворотом машины переводят на место разгрузки. Опорожняется ковш при ослаблении тягового каната. Драглайном можно разрабатывать грунт не только сильно насыщенный влагой, но и находящийся под слоем воды.
Грейфер представляет собой ковш с двумя или более лопастями и канатным приводом, принудительно смыкающим эти лопасти. Грейфер навешивают на такую же стрелу, что и драглайн. С помощью грейфера можно разрабатывать выемки с вертикальными стенками. При повороте стрелы ковш перемещается к месту разгрузки и опорожняется при принудительном раскрытии лопастей. Грейфер погружается в грунт только за счет собственной массы ковша. Грейфер применяют обычно для разработки грунтов малой плотности (I и II группы) и находящихся под водой. Более плотные грунты предварительно необходимо рыхлить.
Производительность одноковшового экскаватора снижается по мере увеличения плотности грунта. Кроме того, она зависит от способа разработки грунта (при работе "на вымет" производительность повышается, при погрузке на транспортные средства - снижается), вместимости ковша и конструктивного решения кромки ковша. Экскаваторы с ковшами малой вместимости (до 0,5 м) обслуживает один машинист; их применяют только для разработки грунтов I...III групп. Более мощные экскаваторы обслуживают машинист и его помощник. Они могут разрабатывать (кроме грейфера) грунты всех шести групп (наиболее плотные - после предварительного рыхления).
Производительность экскаватора можно повысить, уменьшив угол поворота стрелы и увеличив вместимость ковша. Для этого необходимо максимально заполнять ковш грунтом (с "шапкой"), а также совмещать процессы резания грунта с поворотом стрелы и др.
Разработанный одноковшовыми экскаваторами грунт перевозят самосвалы , тракторы с прицепами, железнодорожные составы, гидравлический транспорт, реже - ленточные конвейеры.
При транспортировании грунта ленточными конвейерами загрузочное звено конвейера устанавливают параллельно оси проходки экскаватора, а погрузочный ковш-питатель перемещают вдоль загрузочного звена по мере продвижения экскаватора. При перемещении экскаватора на следующую заходку загрузочное звено отрихтовывают в новое положение. При погрузке в железнодорожные составы рельсовый путь следует укладывать параллельно оси проходки экскаватора. График движения землевозных составов должен быть сделан таким образом, чтобы перерывы между отправлением загруженного состава и подачей порожнего были минимальными, и состав передвигался по мере загрузки вагонов. Обычно в автосамосвал входит 3-6 ковшей грунта. Допустимый недогруз не должен превышать 10%, перегруз - 5%.
Продолжительность нагрузки автосамосвала колеблется в широких пределах в зависимости от числа ковшей, погружаемых в кузов, рода грунта, среднего угла поворота машины при погрузке и типа экскаватора:
Продолжительность остальных операций для автосамосвалов различной грузоподъемности определяют на основе статистической обработки данных по выборочным замерам времени на объекте.
Рабочее место экскаватора (т.е. место, где он разрабатывает грунт) называется забоем. Геометрические размеры и форма забоя зависят от оборудования экскаватора и его параметров, размеров выемки, видов транспорта и принятой схемы разработки грунта. Применение рациональных приемов работы в правильно выбранном забое обеспечивает максимальную эффективность применяемого оборудования и высокую производительность при минимальной себестоимости землеройных работ. В технических характеристиках экскаваторов любой марки приведены, как правило, максимальные показатели их: радиусы резания, выгрузки, высота выгрузки и др. Работа на максимальных для данной машины параметрах приводит к ее быстрому износу и, как следствие, к снижению ее производительности. Поэтому для производства земляных работ следует принимать оптимальные рабочие параметры, составляющие 0,9 максимальных паспортных данных...
Если высота забоя относительно мала (например, при разработке планировочной выемки), целесообразно использовать экскаватор вместе с бульдозером. Последний разрабатывает грунт и перемещает его к рабочему месту экскаватора. Здесь бульдозер окучивает грунт, обеспечивая при этом достаточную высоту забоя, что позволяет эффективно использовать экскаватор.
Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены таким образом, чтобы средний угол поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки был минимальным, так как на поворот стрелы расходуется до 70% рабочего времени цикла экскаватора.
Для прямой лопаты различают лобовой и боковой забои. В лобовом забое экскаватор разрабатывает грунт впереди себя и отгружает его на транспортные средства, которые подают к экскаватору по дну забоя. В этом случае автомобили подходят задним ходом попеременно то с одной, то с другой стороны забоя. Соответственно и грунт разрабатывается то с одной, то с другой стороны от оси проходки, при этом угол поворота достигает 140° и более, что снижает производительность экскаватора. Лобовой забой применяют в редких случаях (при разработке экскаватором пионерной траншеи, въездного пандуса и др.).
В боковом забое экскаватор разрабатывает грунт по одну сторону от оси движения и грузит его на транспортные средства, подаваемые по другую сторону от оси проходки. При этом обеспечиваются благоприятные условия для движения транспорта, а средний угол поворота составляет 70... 90°. Поэтому после пионерной проходки весь оставшийся в выемке грунт разрабатывают способом продольного бокового забоя
Максимальная ширина разработки (по одну сторону от оси проходки) определяется катетом прямоугольного треугольника, гипотенузой которого является выбранный радиус резания, а вторым катетом - перемещение экскаватора между последующими стоянками. Эта величина равняется разности между максимальным и минимальным радиусами резания. Исходя из этого принимают:
Средний уголок поворота машины определяется между направлением стрелы при прохождении ее через центр тяжести объема грунта, разрабатываемого с одной стороны (точка 0), и положением стрелы в момент выгрузки ковша.
Для лобовой проходки целесообразно принимать ширину разработки, так как при этом средний угол поворота оказывается наименьшим.
Некоторые виды выемок (например, планировочные) можно разрабатывать боковым забоем с движением транспорта на одном уровне с экскаватором. Иногда для перехода к разработке с боковым забоем необходимо вначале отрывать так называемую пионерную траншею, которую экскаватор начинает разрабатывать, опустившись на дно забоя по пандусу (рис.5, а).
Рис.5. Схемы проходок одноковшового экскаватора с прямой лопатой и подачи транспорта:
а - при проходке пионерной траншеи и последующих боковых проходках:
О.Э.1, О.Э.2 - стоянки экскаватора; О.Т.1, О.Т.2 - стоянки транспорта;
1-3 - последовательность разработки грунта;
б - при поперечных проходках
Если высота выгрузки экскаватора больше или равна сумме глубины выемки, высоты борта автосамосвала или другой транспортной единицы и при этом добавляется 0,5 м (на "шапку" над бортом), пионерную траншею разрабатывают боковым забоем при движении транспорта по дневной поверхности на расстоянии не менее 1 м от края выемки.
При этом ширина проходки будет равна (см. рис.5, а), где - ширина части проходки, обращенной в сторону подачи транспорта. При определении следует исходить из минимально необходимой величины для обеспечения беспрепятственного разворота хвостовой части машины. Это требование является обязательным, так как радиус выгрузки, соответствующий принятой высоте выгрузки, должен быть больше или равен плюс заложение откоса (глубина проходки, умноженная на котангенс, где - угол наклона откоса), плюс 1 м (безопасный зазор от бровки до кузова) и плюс половина ширины транспортной единицы.
При значительных в плане размерах выемки целесообразно разрабатывать ее поперечными проходками вдоль меньшей стороны (рис.5, б). Такой способ разработки обеспечивает минимальную длину пионерной траншеи и позволяет организовать наиболее производительное кольцевое движение транспорта.
Выемки, глубина которых превосходит максимальную высоту забоя для данного типа экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов (рис.6). При этом нижний ярус разрабатывают аналогично верхнему, а автомобили подают к экскаватору так, чтобы ковш наводился на кузов сзади. Трасса движения автомобиля в этом случае должна быть параллельной оси проходки экскаватора, но направлена в противоположную сторону.
При работе с обратной лопатой также применяют торцовый или боковой забой. При разработке грунта торцовым забоем экскаватором с обратной лопатой "на себя" экскаватор движется по оси отрываемой им траншеи или котлована и попеременно разрабатывает то одну, то другую его сторону в зависимости от того, с какой стороны подходит очередной автомобиль. В торцовом забое средний угол поворота машины 70...90°. Траншею можно расширять параллельными боковыми забоями (рис.7). Боковой забой образуется при разработке грунта по одну сторону от оси движения экскаватора. Если при разработке траншеи грунт складывают в отвал по одну сторону от траншеи, ось проходки смещается в сторону отвала, а ширина разработки уменьшается по сравнению с максимально возможной при торцовой проходке. При разработке в отвал и на транспорт автомобили подходят к экскаватору со стороны, противоположной отвалу, а ось проходки смещается относительно оси траншеи в ту сторону, в которую отгружается большая часть грунта. При боковом и торцовом забоях автосамосвалы подходят по трассе, параллельной оси движения экскаватора, но навстречу ему, а при торцовом забое их устанавливают под загрузку под углом 15,..25° к оси движения экскаватора.
Наиболее целесообразно применять экскаватор с обратной лопатой для отрывки траншей глубиной до 6 м и небольших котлованов глубиной до 4 м (например, под фундаменты отдельных колонн).
Для торцовой и боковой проходок организация работ драглайна и обратной лопаты аналогична. При этом сохраняется такое же соотношение максимальной глубины резания. Драглайн обычно передвигается между очередными стоянками на 1/5 длины стрелы. Так как ковш драглайна гибко подвешен к стреле, для него весьма эффективной является челночная схема работы (рис.8). В этой схеме предусмотрено, что автосамосвал подходит к месту загрузки по дну забоя и загружается попеременными черпаниями ковша по обе стороны от кузова. Угол поворота экскаватора при погрузке по продольно-челночной схеме приближается к 0°, а при поперечно-челночной - к 15...20°, при этом продолжительность разгрузки уменьшается, так как ковш опорожняется без прекращения поворотного движения экскаватора в момент переноса ковша над кузовом машины. Благодаря этому общая продолжительность рабочего цикла экскаватора снижается на 20...26%.
При разработке грунтов I и II групп экскаватор, оборудованный грейферным ковшом, должен быть так расположен относительно траншеи, чтобы угол его поворота не превышал 70...90°. Грейфер на новую стоянку передвигается на 1/4 длины стрелы.
Экскаваторы на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называемый недобор. Недобор (5...10 см) оставляют, чтобы избежать повреждения основания и не допустить переборов грунта. Для повышения эффективности работы экскаваторов применяют скребковый нож, насаженный на ковш экскаватора. Это приспособление позволяет механизировать операции по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с погрешностью не более 2см, что исключает необходимость ручных доработок....
3.1. Определение вида проходок (лобовая: по прямой, по зигзагу, уширенная; боковая).
Разработка грунта экскаватором прямая лопата производится боковым и лобовым (тупиковым)
забоем. При боковом забое транспортные средства располагаются на уровне подошвы забоя или выше его и имеют сквозной проезд, расположенный параллельно пути перемещения экскаватора только на уровне подошвы забоя сзади или сбоку от экскаватора; схема транспортных путей при этом - тупиковая.
Разработка выемок способом лобового забоя создаёт тяжёлые условия для работы транспорта. Много времени затрачивается на развороты автомашин и подачу их под погрузку задним ходом. Средний угол поворота платформы экскаватора для погрузки грунта в транспортные средства, особенно при работе в узких забоях, может достигать 180°, что увеличивает время рабочего цикла и снижает производительность экскаватора. Поэтому ширину лобового забоя целесообразно увеличить до размеров, в 2,5 – 3,5 раза превышающих наибольший радиус резания грунта экскаватором, и разработку вести путём перемещения экскаватора по зигзагу или поперёк котлована (рис.21).
Уширенный лобовой забой улучшает условия подачи транспорта и
позволяет работать с углом поворота экскаватора в пределах 90 – 110° вместо 180°, что в итоге повышает производительность экскаватора и работающих с ним в комплекте автомобилей-самосвалов.
Уширенный лобовой забой следует применять только в тех случаях, когда по местным условиям нельзя применять боковой забой либо
при устройстве съезда в котлован и отрывке пионерной траншеи. Уширенным лобовым забоем рекомендуется пользоваться также в тех случаях, когда параметры экскаватора позволяют за одну проходку отрыть котлован, в котором можно производить разворот автосамосвалов и уменьшить углы поворота экскаватора на выгрузку.
При производстве работ боковым забоем транспортные пути расположены параллельно оси перемещения экскаватора, что позволяет подавать транспортные средства под погрузку без разворотов и значительно уменьшить угол поворота стрелы экскаватора при погрузке. А это в свою очередь увеличивает производительность экскаватора и работающих с ним транспортных средств.
В широких выемках (котлованах), разрабатываемых несколькими
проходками, лобовым уширенным забоем выполняется лишь пионерная
траншея, а вся дальнейшая разработка грунта в выемке, как правило, производится способом бокового забоя.
Рис. 21. Разработка грунта экскаватором прямая лопата:
а) лобовая проходка с односторонней погрузкой грунта в автосамосвалы;
б) лобовая проходка с двусторонней погрузкой грунта в автосамосвалы;
в) лобовая проходка с перемещением экскаватора по зигзагу;
г) уширенная проходка с перемещением экскаватора поперёк котлована .
а) при B£1,5R – лобовая проходка с односторонней погрузкой грунта в транспорт, рис. 21а.
б) при 1,5R£B£1,8R – с двухсторонней подачей транспортных средств, рис. 21 б.
Наибольшая ширина лобовой проходки составит
B£2 
, (46)
где R оп. – оптимальный радиус резания, принимаемый равным от
0,8 до 0,9 наибольшего радиуса резания;
l n – длина рабочей передвижки экскаватора, принимается
равной 0,75 длин рукояти экскаватора или 2м.
в) при 2R£B£2,5R – уширенная лобовая с перемещением экскаватора по зигзагу, рис. 21 в.
Ширина зигзагообразной лобовой проходки по верху составляет
B з = 2 , (47)
г) при 2,5R£B£3,5R – поперечно-лобовая проходка с двухсторонней погрузкой в транспорт, рис. 21 г.
Ширина поперечно-лобовой проходки
д) при B³3,5R – после первой лобовой проходки продолжается разработка одной или несколькими боковыми проходками.
Ширина каждой боковой проходки равна, рис.22
В б =В 1 +0,7R ст, (49)
Рис. 22. Разработка котлована боковой проходкой экскаватором прямая лопата
Экскаваторы, оборудованные обратной лопатой, используются для разработки грунтов ниже уровня стоянки экскаватора и применяются при разработке траншей и небольших неглубоких котлованов (например, под отдельно стоящие фундаменты). Разработка грунта осуществляется лобовыми и боковыми проходками. При этом лобовые проходки применяются в основном при разработке траншей, а боковые – при разработке широких котлованов. Разработку грунта можно осуществлять как в отвал, так и с погрузкой в транспортные средства. В последнем случае экскаваторы с обратной лопатой имеют преимущество по сравнению с экскаваторами с прямой лопатой, т.к. не требуется спуск автомашин в котлованы. Кроме того, экскаваторы с обратной лопатой имеют возможность отрывать траншеи с вертикальными стенками (в соответствующих грунтах). Экскаваторы с обратной лопатой при разработке грунта могут передвигаться вдоль и поперёк котлована, а также зигзагом, рис.23
Рис. 23. Разработка котлована экскаватором обратная лопата:
а) лобовая проходка по прямой; б) лобовая проходка по зигзагу;
в) лобовая уширенная проходка.
а) B£1,6-1,7R – лобовая проходка по прямой
Ширина лобовой проходки по верху при односторонней выгрузке грунта составляет:
B=b 1 +b 2 = , (50)
где R max – наибольший радиус резания, м;
l п – длина рабочей передвижки экскаватора, 2м;
R т – наибольший радиус выгрузки грунта в транспорт;
b k – ширина транспортных средств или отвала грунта.
При двухсторонней выгрузке грунта, м,
B=2b 1 =2(R ст - -1) , (51)
Ширина проходки понизу, м,
В 1 =В - 2mH , (52)
где m – коэффициент откоса;
H – высота забоя, м.
б) 1,7R£В£3R – лобовая уширенная по зигзагу
в) 3R£B£3,5R –лобовая уширенная поперечная проходка.
Ширина лобовой уширенной поперечной проходки определяется по формуле
г) B³3,5 – после первой лобовой проходки продолжают дальше разрабатывать одной или несколькими боковыми проходками.
Ширина каждой боковой проходки равна,м,
где R n – радиус резания по дну котлована.
Драглайн.
Выемки разрабатываются экскаватором-драглайном за несколько боковых или за одну лобовую проходку. Размеры забоя для драглайна определяются так же, как и при разработке грунта экскаватором с обратной лопатой.
Дополнительно применяют поперечно челночный и продольно челночный способ (с подачей транспорта по подошве забоя).
При работе экскаватора, оборудованного драглайном, грунт разрабатывается ниже уровня стоянки и грузится в автосамосвалы, устанавливаемые на уровне стоянки экскаватора или в забое (при работе челночным методом). Перед началом работы участки пути, по которым передвигается драглайн, выравниваются бульдозером или автогрейдером. Площадки на местах стоянок экскаватора после перемещения должны иметь горизонтальную поверхность.
В зависимости от ширины котлована и рабочих параметров экскаватора первая проходка выполняется лобовым забоем с перемещением экскаватора по оси отрываемой траншеи или уширенным лобовым забоем с перемещением экскаватора по зигзагообразной линии. Эти схемы применяются главным образом в тех случаях, когда такой проходкой можно отрыть котлован на полную ширину. В остальных случаях первая проходка осуществляется узким лобовым забоем с установкой экскаватора на оси, совмещенной с нижней бровкой котлована.
После отрывки пионерной траншеи, выполненной за первую проходку экскаватора, разработка грунта в котловане ведётся последовательно боковыми продольными забоями с погрузкой грунта в автосамосвалы, устанавливаемые на уровне стоянки экскаватора или в котловане (рис., м).
Расстояние перемещения экскаватора между стоянками принимается равным 1/5 длины стрелы.
При погрузке грунта на транспортные средства, подаваемые к экскаватору на одном с ним уровне, средний угол поворота экскаватора должен быть равен 70°. При разработке грунта навымет ширина проходок должна быть такой, чтобы величина угла поворота при работе не превышала 90°.
Широкие выемки разрабатывают за несколько лобовых проходок или применяют такие технологические приемы, как перемещение по зигзагу или поперечно-торцовую проходку, а также челночный способ работы экскаватора. При устройстве широких котлованов, а также насыпей из грунта резерва в ряде случаев применяют боковую проходку,
ширина которой составляет около (0,7 – 0,8)R, а поворот стрелы экскаватора для разгрузки – 180°.
Преимуществом боковых забоев является возможность перемещения грунта на значительно большие расстояния, чем при работе в лобовых забоях. Однако ширина боковых забоев меньше лобовых, а глубина не превышает 2/3 полной глубины резания.
При разработке грунта в отвал на расстояние, превышающее радиус разгрузки ковша, следует применять бульдозеры для перемещения грунта от места выгрузки из ковша до места укладки в сооружение или отвалы.
Для разработки широких котлованов, когда состояние грунта и размеры проходки драглайна позволяют подавать автомобили-самосвалы по дну проходки, рекомендуется применение челночных способов погрузки грунта. При этих способах автосамосвалы подаются в забой по дну выемки или котлована.
При поперечно-челночной схеме набор грунта производится поочерёдно с каждой стороны автосамосвала. При этом ковш разгружается без остановки поворота стрелы (без реверсирования) в момент нахождения его над кузовом самосвала.
Поперечно-челночная схема обеспечивает уменьшение угла поворота стрелы экскаватора-драглайна до 10 – 15°.
При продольно-челночной схеме грунт набирают перед торцовой
(задней) стенкой кузова самосвала и, подняв ковш, разгружают его над кузовом. При работе по этой схеме поворотные движения экскаватора фактически отсутствуют.
В результате применения челночных способов погрузки грунта
уменьшаются высота подъёма ковша и угол поворота стрелы, что значительно сокращает рабочий цикл экскаватора и повышает его производительность.
Пример:
Требуется определить тип экскаватора для разработки котлована, выбрать типы проходок, рассчитать размеры проходок и их количество, которое необходимо для того, чтобы разработать котлован при следующих данных: V котл = 4500 м 3 , размеры котлована поверху 40×60 м, H котл = 1,85 м, m отк = 0,5.
Так как V котл = 4500 м 3 для разработки котлована принимаем одно-
ковшовый экскаватор, оборудованный обратной лопатой с ёмкостью ковша 0,5 м 3 марки ЭО 5015А (табл. П.3). Согласно ЕНиР § Е 2-1-9 табл. 1 (см. также соответствующие таблицы приложения) экскаватор ЭО 5015А имеет следующие технические характеристики:
- ёмкость ковша – 0,5 м 3 ;
Наибольшая глубина копания – 4,5 м;
Наибольший радиус копания – 7,3 м;
Наибольшая высота выгрузки – 3,9 м.
Ширина котлована В = 40м ³3,5R = 3,5 7,3 = 25,6.
Следовательно, разработка котлована будет вестись боковыми проходками.
Первая проходка – лобовая. Определим её ширину по формуле, подставив следующие значения R ст =7,3 м, L n = 2 м, R вт = 6,0 м, b к = 2,64 м – для МАЗ-503 (табл. П.7)
В 1 = 
= 10,7 м,
Определим ширину боковых проходок по формуле
В n = R вт - mH - – 1+ ,
где R н = R ст - mH – наибольший радиус резания на уровне подошвы
R н =7,3-0,5 1,85=6,38 м,
В н = 6 – 0,5 - – 1+ = 8,8 м.
Определим количество проходок, за которое можно разработать котлован:
40 – 10,7 = 29,3 м
29,3: 8,8 = 3,3 (принимаем 4 проходки).
Котлован разработают за 5 проходок:
I – лобовая, шириной 10,7 м;
II, III, IV – боковые полные, шириной 8,8 м;
V – боковая неполная, шириной 29,3 – (8,8x3) = 2,9 м.
Схема разработки котлована представлена на рис. 6.8.
Рис.6.8. Схема разработки котлована
8.1.1 Котлованы и сооружения с большим объемом грунта, перемещаемого в отвалы, целесообразно разрабатывать экскаваторами «обратная лопата», а при значительной их глубине – также и драглайнами.
8.1.2 На схему движения и размеры забоев оказывают влияние размеры котлована и основные рабочие параметры экскаватора (рисунок 8.1): оптимальный радиус копания (резания) R 0 , составляющий 0,8…0,9 наибольшего радиуса копания R max ; максимально возможные высота и глубина копания ±H max ; наибольшие радиус и высота выгрузки грунта. Эти параметры указаны в сборнике ЕНиР Е2-1 и других справочниках по строительным машинам .
8.1.3 Грунт вначале разрабатывают на перемещение, как правило, в средней части (зоне) котлована (с проходками, параллельными длинной стороне котлована) с применением забоев лобового – шириной до 1,7R 0 или уширенного лобового – шириной до 2R 0 , с движением по зигзагу (рисунок 8.2). При ширине этой части более 2R 0 целесообразно предусматривать ряд параллельных проходок вдоль длинной стороны: первую с применением лобового и последующих с применением боковых забоев. Разработанный грунт автосамосвалами или бульдозерами перемещают на специальную карту (см. подраздел 5.2).
8.1.4 Затем грунт разрабатывают боковыми забоями в отвалы, располагаемые вдоль длинных сторон котлована так, чтобы не создавать помех для выполнения последующих работ. В отвалы направляют и грунт «недобора».
8.1.5 Толщину «недобора» (таблица 8.1) при разработке грунта экскаваторами с гидравлическим приводом можно принимать h нед = = 0,05…0,1* м. Объем «недобора», м 3 , для прямоугольного в плане котлована можно определить по формуле
V нед =А ∙ Б ∙ h нед , (8.1)
где А и Б – соответственно, ширина и длина котлована по дну, м.
Т а б л и ц а 8.1 – Допустимая величина недобора грунта
8.1.6 Ширину зон разработки в отвалы по верху и по низу при указанном выше котловане определяют по формуле (см. рисунок 8.2)
Ш о = (V зп – V нед)/[ N зо (H к – h нед) l зо ] , (8.2)
где V зп – объем засыпки пазух фундамента (см. таблицу 4.1), м 3 ;
____________________________
*Со специальными средствами контроля и автоматизации (инфракрасными излучателями и др.)
N зо – число зон котлована, разрабатываемых в отвалы, и число отвалов. При прямоугольном котловане N зо = 2;
l зо – длина зон котлована, разрабатываемых в отвалы и расчетная длина самих отвалов, определяемая как среднее арифметическое между длинами котлована понизу (Б ) и поверху (Б в ), м;
H к – глубина котлована, м.
8.1.7 Ширину зоны проходки (проходок) с разработкой грунта на перемещение поверху Ш тв , влияющие на схему движения экскаватора (см. рисунок 8.2), определяют по формуле
Ш тв = А в – 2Ш о . (8.3)
8.1.8 Отвалы грунта с крутизной откосов 1:m 0 = 1:1 следует располагать не ближе 1 м от бровок котлована (берма должна быть шириной, Ш б , не менее 1 м). Высоту отвалов h о (при условии h о ≤ ) можно определить по формуле
, (8.4)
где К р – коэффициент первоначального разрыхления грунта (см. таблицу 3.2);
, – см. в формуле (8.2).
8.2 Выбор модели экскаватора «обратная лопата»
8.2.1 Рекомендуем выбирать модели экскаватора с гидравлическим приводом и максимальной глубиной копания большей, чем глубины котлованов на 0,5…1 м при связных и на 1…1,5 м при несвязных грунтах и с учетом наибольшей заполняемости ковшей (см. таблицу 5.1). При этом следует указывать в КП исполнения выбранных экскаваторов по вместимости ковшей, характеристикам стрел и рукоятей.
8.2.2 Окончательный выбор модели выполняют после проверки возможности работы «в отвалы» в боковом забое по главным условиям:
Возможности охвата работой с одной стоянки наиболее удаленных точек в зоне разработки (S ) и выгрузки в отвал (Т ), по рисунку 8.3;
Безопасности работы у бровки откоса.
8.2.3 Возможность охвата крайних точек забоя с отвалом может быть определена графически или по формуле
где b 1 и b 2 – максимально допустимые расстояния от оси проходки экскаватора до точек резания (S) и отсыпки (Т) грунта (ось проходки по берме показана условно) ;
В – заложение откоса, м. В = (H к – h нед )m 0 ;
Ш о – см. формулу (8.2);
Ш б – см. п. 8.1.8;
b о – ширина отвала, м. b о = 2 h о (см. п. 8.1.8).
Наибольшие величины b 1 и b 2 определяются по формулам
; (8.6)
, (8.7)
где R n – наибольший радиус копания на уровне подошвы откоса, м;
l пер – длина рабочей передвижки экскаватора, которую можно принимать по таблице 8.2, м;
R в – наибольший радиус выгрузки на соответствующей высоте, м.
8.2.4 При отсутствии графиков траектории режущей кромки ковша определенной модели «обратной лопаты», с достаточной степенью точности R n можно определить с использованием графика на рисунке 8.4. Для этого следует рассчитать отношение глубины выемки (Н к ) к максимальной глубине копания грунта экскаватором выбранного исполнения и по нему определить отношение R n /R max = N n
R n = R max ∙ N n . (8.8)
Например, при глубине котлована Н к =2 м, при планировании применения экскаватора Э-5015 с вместимостью ковша 0,5 м 3 (-Н max = 4,5 и R max = =7,3 м) результаты определений следующие:
= 2/4,5 = 0,44. Тогда интервал N n
= 0,88…0,94. Принимаем с гарантией N n
= 0,88, при котором R n
= 7,3 ∙ 0,88 = 6,24 м.
8.2.5 Аналогично, с достаточной степенью точности можно определить и R в с использованием графика на рисунке 8.5*. Для этого следует рассчитать отношение требуемой высоты выгрузки (Н в ) к R max и по нему определить отношение Н в /R max =N в , соответствующее вышеописанному условию. Тогда
Н в =R max ∙ N в . (8.9)
Например, при требуемой высоте выгрузки по высоте отвала Н в = 2,2 м (экскаватор Э-5015 с = 3,9 м), результаты определений следующие: Н в / R max = 2,2/7,3 = 0,30. Интервал N в = 0,67…0,71. Тогда, учитывая вместимость ковша менее 1 м 3 , принимаем с гарантией N в = 0,67,
____________________________
*Графики на рисунках 8.4 и 8.5 построены по данным восьми исполнений экскаваторов: РС200-7 и ZX200 японского производства; ЕК220-06, ЕК270-05 и ЕК400-05 российского производства.
при котором R в = 7,3 ∙ 0,67 = 4,89 м.*
8.2.6 Безопасность работы обеспечивается при условии
b 1 ≥ B + 1 + B o K o , (8.10)
где B – см. в формуле (8.5);
B o – ширина опорного контура экскаватора, м, составляющая от 2,5…2,9 м до 3,0…3,9 м у экскаваторов с вместимостью ковшей, соответственно, от 0,4…1,0 м 3 до 1,25…2,5 м 3 ;
K o – коэффициент, учитывающий положение бровки откоса относительно крайней точки опоры – Q; K o = 0,5…0,7. **
8.2.7 Значительное превышение левой части формулы (8.5) над правой позволяет выгрузку грунта осуществлять на большем радиусе R в ’ (вместо R в ) в точку Т" (вместо Т ), уменьшая угол поворота платформы экскаватора, или смещать ось его пути (см. рисунок 8.3).
8.2.8 Поперечное сечение части котлована, грунт из которой предназначен для перемещения на карту насыпи вначале лобовым, а затем боковым (боковыми) забоем (забоями), приведен на рисунке 8.6. Границы забоев (проходок) определяются рабочими параметрами экскаватора.
8.2.9 Расстояние b 1 определяют по формуле (8.6) с соблюдением условия по формуле (8.10), а b 3 в КП можно принимать до 0,85R 0 . Расположение автосамосвала должно отвечать условиям:
Центр кузова должен располагаться по дуге радиуса не более R в ;
Между окружностью, описываемой хвостовой частью экскаватора,
и выступающими частями автосамосвала должен быть интервал шириной не менее 1 м;
Как и экскаватор, автосамосвал должен двигаться и устанавливаться на расстоянии не ближе 1 м от бровок выемок (за пределами призмы обрушения грунта).
1- ось первой проходки экскаватора;
2 - то же, последующих;
3 - линии контуров проходок.
Рисунок 8.6 – Схема для определения размеров боковых забоев при разработке грунта на перемещение
____________________________
* При погрузке грунта в автосамосвал высота выгрузки должна быть выше борта кузова не менее чем на 0,5…1 м.
** Для пневмоколесных экскаваторов следует принимать К о ≥ 0,7 с учетом расположения выносных опор.
1, 2 – линии границ максимальных величин R n / R max .
Рисунок 8.4 – График для определения радиуса резания грунта экскаваторами «обратная лопата» у подошвы откосов, R n
1, 1а – линии границ максимальных величин R в / R max для экскаваторов с вместимостью ковшей 0,8…1 м 3 (R max = 8,8…10,0 м); 2, 2а – то же, для экскаваторов с вместимостью ковшей 1,2…1,9 м 3 (10,0..11,9 м).
Рисунок 8.5 – График для определения радиуса выгрузки грунта экскаваторами «обратная лопата», R в
Похожая информация.
Технология и организация производства работ экскаватором
Технологическая схема производства земляных работ одноковшовыми экскаваторами складывается из четырех основных рабочих процессов: разработка и выемка грунта; перемещение его к месту укладки; укладка грунта в насыпь или отвал; отделка земляного сооружения, т.е. доведение выемки и насыпи до проектного профиля. При организации работ и рабочих мест, производстве работ руководствуются требованиями СНиП 12-03-2001 «Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования» и СНиП 12-04-2002 «Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство». Машинисту экскаватора перед началом работ выдают технологическую карту и наряд на выполнение работ.
Разработка и выемка грунта. Одноковшовыми экскаваторами грунт в забое разрабатывают несколькими проходками. Параметры проходок и забоев должны обеспечивать возможность работы экскаватора с наименьшими затратами времени на выполнение рабочего цикла экскавации (копание, поворот платформы с груженым ковшом, разгрузка ковша, поворот платформы в забой и опускание ковша в положение резания).
Продолжительность цикла экскавации - один из основных факторов,
влияющих на производительность экскаватора. При этом особое
значение
имеют операции поворота платформы, занимающие до 60 %
продолжительности цикла. Для сокращения времени на выполнение
рабочего цикла экскавации:
Ширина проходок должна обеспечивать работу экскаватора при среднем значении углов поворота в пределах 70°;
Глубина (высота) забоев должна быть не менее длины стружки грунта, необходимой для заполнения ковша;
Длина проходок должна обеспечивать наименьшее число вводов экскаватора в забой и выводов из забоя;
Радиус копания должен быть в пределах 0,7 - 0,9 наибольшего радиуса копания для данного типа экскаватора;
Копание грунта производят при полной мощности двигателя; по возможности максимально совмещают рабочие операции; при разработке грунтов I - III категорий применяют ковши увеличенной вместимости.
При использовании прямой лопаты грунт разрабатывают выше уровня стоянки экскаватора лобовой или боковой проходкой (рис. 7.2). При лобовой проходке малой ширины экскаватор перемещается по центру, а при большой - зигзагообразно. Мягкие грунты разрабатывают так, чтобы каждое последующее копание перекрывало предыдущее; твердые грунты - в шахматном порядке; глубокие выемки - уступами, при этом сначала разрабатывают пионерную траншею лобовым или расширенным забоем, а затем - боковыми забоями. Подошва каждого уступа должна иметь уклон в сторону разработки для отвода ливневых вод. Прямой лопатой с поворотным ковшом ковш заполняют движением, близким к прямолинейному, с последующим поворотом его «на себя». Разработку забоя или погрузку сыпучих материалов осуществляют с верхней части забоя. Поворотом рукояти и ковша или только поворотом ковша наполняют его, поворачивают «на себя», поднимают стрелу, выводят ковш из забоя, поворачивают платформу на выгрузку и разгружают ковш.
При использовании обратной лопаты грунт разрабатывают в основном ниже уровня стоянки экскаватора лобовой проходной (рис. 7.3), а при очистке каналов, зачистке откосов котлованов - боковой. При разработке широких котлованов грунт разрабатывают лобовой проходкой, при этом экскаватор перемещают зигзагообразно или параллельно. Размеры проходок зависят от параметров обратной лопаты. Наполняют ковш поворотом ковша «к себе» или поворотом рукояти «к себе» с последующим поворотом ковша. Толщину резания грунта регулируют подъемом или опусканием стрелы. Заполненный ковш поднимают из забоя, поднимая стрелу и поворачивая рукоять «от себя». После вывода ковша из забоя поворачивают платформу в сторону разгрузки. Разгружают ковш поворотом его «от себя». При погрузке грунта в транспортные средства ширина проходки составляет 1,2 -
1,3 наибольшего радиуса копания, при отсыпке в отвал 0,5 - 0,8 этого же радиуса, причем ось рабочего перемещения экскаватора смещают в сторону подхода транспортных средств. Экскаватор и транспортные средства во
время разгрузки ковша устанавливают так, чтобы угол между осью экскаватора и осью транспортного средства был не более 40°, а угол поворота экскаватора для большей производительности - не более 70°.
Для вывоза грунта из забоя применяют самосвалы.
