Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами

Одноковшовыми экскаваторами разрабатывается около 45% всех грунтов. Машины имеют различное по виду и объему ковша рабочее оборудование, механический или гидравлический привод. На механических экскаваторах ковш жестко соединен с рукоятью и его движение осуществляется за счет напорного усилия рукоятью и за счет тягового усилия — канатами. У гидравлических экскаваторов движение ковша происходит за счет усилий штоков гидроцилиндров стрелы, рукояти или ковша.

Рабочее место экскаватора — это зона его работы в пределах геометрических параметров рабочего оборудования, а также размеров площадки стоянки транспорта под погрузку грунта и укладки его в отвал при разработке навымет.

При возведении инженерных сооружений для разработки грунтов широко используются одноковшовые экскаваторы с различным сменным оборудованием с ковшом вместимостью 0,25...3,2 м³. Выбор типа одноковшового экскаватора зависит от характера и условий выполняемых работ, размеров и вида земляного сооружения. Экскаватор, оборудованный прямой лопатой (рис. 4.5, а), предназначен для разработки грунтов I—VI групп и дробленых скальных пород выше уровня стоянки экскаватора. При наличии грунтовых вод уровень их следует понизить так, чтобы рабочее место экскаватора было сухим. Прямая лопата используется, как правило, для разработки котлованов, траншей, резервов с погрузкой грунта в транспорт и реже навымет.

Рис. 4.5.

Одноковшовые экскаваторы:
а — экскаватор прямая лопата:
1 — ходовое устройство;
2 — поворотная платформа;
3 — рукоять;
4 — стрела;
5 — ковш;
6 — гидроцилиндры;
б — схема рабочего места экскаватора прямая лопата;
в — экскаватор обратная лопата (основные технологические параметры);
г — экскаватор драглайн:
1 — стрела;
2 — ковш;
3 — подъемный канат;
4 — тяговый канат;
д — технологические параметры рабочего места драглайна;
е — технологические параметры экскаватора, оборудованного грейфером

Основными технологическими параметрами рабочего места экскаватора являются параметры, обеспечивающие эффективную его работу (рис. 4.5, б).

Радиус габаритной зоны (R0) обеспечивает разработку переднего и боковых частей откоса разрабатываемого участка и равен радиусу габарита ходового устройства. Наименьший радиус копания на уровне стоянки (R1) определяет наименьший размер площадки для установки экскаватора:
R1 = Ro + Го, где Го зависит от габарита ковша, наклона стрелы у механических экскаваторов, положения ковша относительно рукоятки — у гидравлических (рис. 4.5, б).

Для предохранения от удара ковша о ходовую тележку вводится запас 10...15 см.

Наибольший радиус копания на уровне стоянки
R2 = R1 +а, где а — путь движения ковша по горизонтали.

Величина а для механических экскаваторов определяется возможной длиной пути движения ковша по горизонтали из положения б в положение в, когда нижняя часть передней стенки ковша ложится на грунт и при дальнейшем движении сминает его.

Для гидравлических экскаваторов а определяется на уровне стояния величиной возможного перемещения по горизонтальной плоскости передней стенки ковша. У гидравлических экскаваторов с поворотным ковшом горизонтальный путь ковша очень большой и для определения R2 принимается равным а/2. Практически для экскаваторов с вместимостью ковша 0,4...3,2 м³ величина R2 = = 4...9 м.

Наибольший радиус копания R3 равен наибольшему расстоянию по горизонтали от оси платформы до режущей части ковша. Для механических экскаваторов R3 определяется рабочим положением ковша при полностью выдвинутой вперед рукояти и угле наклона стрелы 45°. У гидравлических экскаваторов R2 определяют на высоте пяты стрелы, когда ковш находится под оптимальным углом копания, рукоять предельно повернута вперед, а стрела устанавливается с углом наклона 20...25°.

После выработки грунта на рабочем месте производят передвижку экскаватора на расстояние а. Наибольшая длина передвижки равна а. Для механических экскаваторов она зависит в основном от угла наклона стрелы. Гидравлические экскаваторы с поворотным ковшом способны передвинуться на большее расстояние а, но это требует учитывать высоту разработки забоя, снижает производительность машины. Экспериментально установлено, что наибольшая производительность достигается при передвижке, равной 0,75 а.

Высота разработки (Н3) определяется параметрами экскаватора, способом его работы и физико-механическими свойствами грунта. Увеличение Н3 обеспечивает более высокие экономические показатели, однако реальная высота определяется в основном условием безопасной работы (без «козырька»). Для экскаваторов механического и гидравлического действия, разрабатывающих грунт путем снятия «стружки» вдоль откоса выемки, Н3= (0,6...0,65) Нн, где Hн — наибольшая (кинематическая) высота подъема ковша, или Н3= 1,2 Нн, где Нн —высота напорного вала (до уровня горизонтального положения рукоятки механического экскаватора).

Гидравлические экскаваторы, разрабатывающие грунт путем заглубления ковша в любом месте откоса движением стрелы и рукоятки с последующим поворотом его для набора грунта, тратят меньше времени и энергии на копание грунта и способны отрывать выемки глубиной (0,6...0,7) Н3. Разработку грунта начинают с верхней части откоса выемки.

Рабочее оборудование обратная лопата применяется на механических и гидравлических экскаваторах, предназначенных для разработки грунтов I—VI групп ниже уровня стояния экскаватора при рытье траншей, небольших котлованов с погрузкой грунта в транспорт и работой навымет. Отрывка ведется независимо от уровня грунтовых вод. При потоке воды, препятствующем работе экскаватора или ухудшающем состояние грунта земляного сооружения, производят понижение УГВ. Рассмотрим основные технологические параметры экскаватора обратная лопата (рис. 4.5, в).

Радиус габаритной установки R0 — определяется так же, как и для прямой лопаты.

Наименьший радиус копания на уровне стоянки (R1) измеряется расстоянием от оси экскаватора до места выхода зубьев на поверхность из грунта при полностью повернутой к стреле рукояти. Величина R1 принимается из условий безопасной работы экскаватора и должна быть не меньше R0 + 1 м.

Наибольший радиус копания на уровне стоянки (R2) равен расстоянию от оси экскаватора до зубьев ковша при наибольшем угле поворота рукояти относительно стрелы.

Наибольший радиус копания на заданной глубине (R3) зависит от значения R2 и глубины копания.