Машины для земляных работ

Основное рабочее оборудование автогрейдера состоит из тяговой рамы, поворотного круга и отвала со сменными двухлезвийными ножами (рис. 1). Полноповоротный в плане отвал обеспечивает работу автогрейдера при прямом и обратном ходе машины. Поворот отвала в плане осуществляется гидромотором через редуктор. Передняя часть тяговой рамы шарнирно соединена с рамой машины, а задняя часть подвешена на двух гидроцилиндрах, с помощью которых грейдерный отвал устанавливают в различные положения: транспортное (поднятое) и рабочее (опущенное). В рабочем положении отвал внедряется в грунт ножами и при движении срезает слой грунта и перемещает его в направлении, определяемом установкой отвала в плане под углом к продольной оси машины.

Угол резания отвала в зависимости от категории грунта регулируется гидроцилиндром. Вынос тяговой рамы в обе стороны от продольной оси машины обеспечивается гидроцилиндром. Дополнительное рабочее оборудование автогрейдера включает удлинитель отвала, кирковщик, управляемый гидроцилиндром, и бульдозерный отвал, управляемый гидроцилиндром.

Гидравлическая система управления рабочим оборудованием автогрейдеров обеспечивает подъем и опускание тяговой рамы вместе с поворотным кругом и отвалом, поворот отвала вместе с поворотным кругом в плане на 360°, боковой вынос отвала в обе стороны от продольной оси машины, установку отвала под углом (до 18°) в вертикальной плоскости, боковой вынос отвала для планировки откосов под углом (до 90°), а также совмещение различных установок отвала.

Отдельные автогрейдеры могут оснащаться автоматической системой управления отвалом типа “Профиль”, предназначенной для автоматической стабилизации отвала в поперечном и продольном направлениях, что позволяет существенно повысить производительность машины и точность обработки поверхности. На автогрейдерах устанавливаются автоматические системы “Профиль-10”, “Профиль-20” и “Профиль-30”.

Рис.5 Схема основного рабочего оборудования автогрейдера

 

1–грейдерный отвал; 2–поворотный  круг; 3–бульдозерный отвал;

4–тяговая рама; 5–передний  мост; 6–основная рама; 7–кабина (навес)

 

Грейдерный отвал:

Оснащён нижним и боковыми ножами.

Поворотный круг:

Прочный поворотный круг со сменным зубчатым венцом обеспечивает надежность оборудования.

Бульдозерный отвал:

Бульдозерный отвал имеет параллелограммную подвеску.

Тяговая рама:

Шарнир рамы обеспечивает складывание автогрейдера в обе стороны на угол до 30°.

Передний мост:

Передний мост качанием балки, наклоном колес и их поворотом обеспечивает эффективную работу автогрейдера.

Основная рама:

Несущая опора конструкции машины.

Кабина или навес:

Кабина имеет оптимальную обзорность, регулируемые рулевую колонку и сиденье, звукоизоляцию, отопительно-вентиляционную установку.

 

6.Бурильные машины

 

Общая характеристика машин для буровых работ 
 
Бурением называют процесс образования земляной выемки обычно круглого поперечного сечения путем разрушения грунта (горной породы) в ее лобовой (донной) части и извлечения на поверхность продуктов разрушения. В зависимости от ориентации подачи рабочего органа на забой различают вертикальное, горизонтальное и наклонное бурение. Вертикальные выемки глубиной, соизмеримой с размерами поперечного сечения, называют ямами. В ямы устанавливают столбы дорожных знаков, надолб и ограждений, железобетонные опоры линий электропередачи и связи и т. п. Выемки большой глубины по сравнению с размерами поперечных сечений называют скважинами (например, вертикальные колодезные скважины, горизонтальные скважины для бестраншейной прокладки труб под насыпями дорог и т. п.). Скважины с малыми размерами поперечных сечений, используемые для закладки в них взрывчатых веществ при разработке прочных грунтов и горных пород взрывом, называют шпурами. 
 
Для образования ям и вертикальных или наклонных скважин применяют бурильно-крановые машины, на которых кроме бурового рабочего оборудования монтируют крановое оборудование для установки в ямы столбов, надолб, опускания в скважины свай, блоков колодезных облицовок и т. п.

Бурильно-крановые машины Для бурения шпуров при разработке прочных грунтов и горных пород взрывом в строительстве применяют самоходные буровые установки на базе пневмоколесных и гусеничных тракторов. Перечисленные машины и оборудование реализуют вращательный или ударно-вращательный способы бурения, наряду с которыми известны также другие способы (ударный, термический), применяемые в горных работах. Бурильно-крановые машины. Отечественная промышленность выпускает бурильно-крановые машины на базе автомобилей, пневмоколесных и гусеничных тракторов для бурения ям и скважин диаметром 0,3...0,8 и глубиной 3 м (на тракторной базе) и до 8 м (на автомобильной базе). Для разработки выемок различного диаметра машины комплектуют сменным буровым оборудованием. Эксплуатационная скорость бурения скважин в грунтах немерзлого состояния без каменистых включений составляет в среднем 0,6... 1.4 м/мин в зависимости от диаметра и глубины скважины. При разработке мерзлых грунтов эта скорость снижается в 3 раза. Процесс бурения грунтов — наиболее энергоемкий способ их разработки. На бурение 1 м3 грунта немерзлого состояние затрачивается на порядок больше энергии чем на разработку одноковшовыми экскаваторами. В меньшей мере эти машины уступают одноковшовым экскаваторам по удельной материалоемкости (в среднем в 1,5...3 раза). Однако для полной оценки бурильно-крановых машин по технико-эксплуатационным показателям следует учитывать, что для отрывки ям и скважин эти машины пока что являются единственно возможными технически и экономически обоснованными средствами. Лишь в отдельных случаях при разработке выемок больших поперечных сечений в грунтах немерзлого состояния возможно использовать одноковшовые экскаваторы с грейферным рабочим оборудованием, энергоемкость которого несколько ниже, чем у бурильных машин. При сооружении колодцев, свайных оснований трубопроводов, фундаментов зданий, опор энергомагистралей и линий связи применяются самоходные бурильно-крановые машины, оснащенные бурильным и грузоподъемным (крановым) оборудованием. Бурильное оборудование таких машин предназначено для проходки вертикальных и наклонных скважин большого диаметра (от 0,3 Д° 0>8 м) способом вращательного бурения в талых, мерзлых и вечномерзлых грунтах на глубину до 8 м, крановое — для установки в пробуренные скважины блоков колодезных облицовок, свай, столбов и других элементов массой до 1500 кг.             Рис.6. Бурильно-крановая машина с поворотным рабочим оборудованием: а — общий вид; б —кинематическая схема Бурильно-крановые машины монтируются на грузовых автомобилях нормальной и повышенной проходимости, пневмоколесных и гусеничных’ тракторах. У некоторых типШ бурильно-крановых машин на базе автомобиля рабочее оборудование размещается на поворотной платформе и приводится в действие от самостоятельного двигателя, установленного там же. Поворотное в плане рабочее оборудование (угол поворота составляет ±90°) обеспечивает бурение нескольких скважин с одной прзиции машины, что существенно повышает ее производительность. Неповоротное рабочее оборудование монтируется на специальной раме сбоку или сзади базовой машины и приводится в действие от ее силовой установки. Бурильно-крановые машины .на базе гусеничных тракторов могут иметь навесное бульдозерное оборудование с гидравлическим управлением для выполнения предварительных планировочных работ на участках бурения и обратной засыпки скважин. Основным рабочим органом машин служат лопастные и шнековые буры, режущие кромки которых оснащены резцами с твердосплавными пластинами. Бурение Скважины происходит при сообщении буру одновременно вращательного и поступательного (вдоль оси) движений, а также дополнительного осевого усилия напора. Частота вращения бура может быть постоянной и переменной. Для удаления разрушенного грунта из скважины бур периодически поднимают на дневную поверхность; грунт разбрасывается вращающимися лопастями в сторону от скважины. У машин с глубиной бурения до 3 м подача бура в забой и его подъем осуществляются гидроцилиндром двустороннего действия, с большей глубиной бурения — подача посредством гидроцилиндров и гидропатрона, подъем с помощью фрикционной лебедки и каната. Каждая машина оборудована лебедкой и полиспастом с крюковой подвеской для подъема-опускания грузов. Буровое и грузоподъемное оборудование монтируется на мачте, установка которой в рабочее и горизонтальное транспортное положение производится гидроцилиндрами. Устойчивость машин при работе обеспечивается выносными опорами с гидроприводом. Рассмотрим в качестве примера конструкцию самоходной бурильно-крановой машины с поворотным в плане рабочим оборудованием, предназначенным для бурения скважин диаметром 0,3 и 0,4 м на глубину до 6 м. Базой для машины служит трехосный автомобиль (рис. 9.5), на раме которого вместо кузова укреплено опорно-поворотное устройство с поворотной платформой. На поворотной платформе размещены дизельный двигатель, трансмиссия привода, буровое и крановое оборудование, а также кабина машиниста. Рабочий орган машины — шнековый бур, механизмы его привода и подачи, а также крановое оборудование смонтированы на четырехгранной трубчатой мачте. Сверху к мачте прикреплен гусек с блоками для грузового каната. Нижний конец мачты шарнирно установлен в проушинах поворотной платформы. Подъем мачты в вертикальное (рабочее) и опускание ее в горизонтальное (транспортное) положения относительно оси поворота, производятся двумя гидроцилиндрами двустороннего действия. Буровой инструмент крепится к нижнему концу буровой штанги квадратного сечения, свободно пропущенной через квадратные отверстия в механизме зажима и подачи и в ступице ведомой цилиндрической шестерни редуктора вращателя. Верхний конец штанги шарнирно закреплен в вертлюге. Вертлюг подвешен на канате, сходящем с барабана Б для подъема штанги двухбарабанной фрикционной лебедки. Грузовой барабан А лебедки служит для подъема грузов, установки свай, столбов и оболочек с помощью крюковой подвески и каната, образующего двукратный полиспаст. Привод двухбарабанной лебедки, а также механизма вращения поворотной платформы производится от редуктора отбора мощности через цепную передачу, промежуточный вал, реверс я шестеренчатую распределительную передачу. Вращение штанги с буровым инструментом осуществляется от дизельного двигателя через механическую трансмиссию, в состав которой входят карданный вал, коробка передач, поворотный редуктор и вращатель. Механическая коробка передач обеспечивает шесть скоростей вращения бура в диапазоне от 28 до 259 об/мин. Принудительная подача бурового инструмента в забой производится гидравлическим механизмом зажима и подачи штанги, основным узлом которого является четырехкулачковый гидравлический патрон, подвешенный к штокам двух гидроцилиндров двустороннего действия. В процессе бурения патрон зажимает штангу, а гидроцилиндры подают ее в забой. Скорости подачи и вращения бура меняются в зависимости от физико-механических свойств разрабатываемого грунта. При работе машина дополнительно опирается на два гидравлических аутриггера. Гидравлическая система машины обслуживается шестеренным насосом. Производительность машины 120—130 м/смен при бурения скважин диаметром 0,400 м на глубину 6 м в мерзлых и вечномерзлых грунтах.

Для бурения шпуров при разработке прочных грунтов и горных пород взрывом в строительстве применяют самоходные буровые установки на базе пневмоколесных и гусеничных тракторов. Перечисленные машины и оборудование реализуют вращательный или ударно-вращательный способы бурения, наряду с которыми известны также другие способы (ударный, термический), применяемые в горных работах. Бурильно-крановые машины. Отечественная промышленность выпускает бурильно-крановые машины на базе автомобилей, пневмоколесных и гусеничных тракторов для бурения ям и скважин диаметром 0,3...0,8 и глубиной 3 м (на тракторной базе) и до 8 м (на автомобильной базе). Для разработки выемок различного диаметра машины комплектуют сменным буровым оборудованием. Эксплуатационная скорость бурения скважин в грунтах немерзлого состояния без каменистых включений составляет в среднем 0,6... 1.4 м/мин в зависимости от диаметра и глубины скважины. При разработке мерзлых грунтов эта скорость снижается в 3 раза. Процесс бурения грунтов — наиболее энергоемкий способ их разработки. На бурение 1 м3 грунта немерзлого состояние затрачивается на порядок больше энергии чем на разработку одноковшовыми экскаваторами. В меньшей мере эти машины уступают одноковшовым экскаваторам по удельной материалоемкости (в среднем в 1,5...3 раза). Однако для полной оценки бурильно-крановых машин по технико-эксплуатационным показателям следует учитывать, что для отрывки ям и скважин эти машины пока что являются единственно возможными технически и экономически обоснованными средствами. Лишь в отдельных случаях при разработке выемок больших поперечных сечений в грунтах немерзлого состояния возможно использовать одноковшовые экскаваторы с грейферным рабочим оборудованием, энергоемкость которого несколько ниже, чем у бурильных машин. 
 
Внутреннее устройство и принцип работы 
 
Машин для буровых работ 
 
Буровое оборудование рассматриваемых машин включает забурник или рыхлящую головку и две или более копающие лопасти, жестко закрепленные на конце граненой штанги. Последняя проходит через полую цапфу редуктора-вращателя, которым она приводится во вращательное относительно своей оси движение. При небольшой глубине бурения штангу перемещают в осевом направлении (на забой) гидроцилиндром, установленным на редукторе-вращателе, для чего ее верхний конец соединяют со штоком гидроцилиндра. При большой глубине бурения штангу перемещают перехватами четырехку-лачковым патроном помощью двух гидроцилиндров. По исчерпанию хода штоков патрон разжимают, поднимают вверх и снова зажимают на штанге. Для подъема рабочего оборудования над землей при одноцилиндровом напоре используют тот же гидравлический цилиндр, а при двухцилиндровом напоре — лебедку, канат которой закрепляется на вертлюге буровой штанги и навивается на барабан. Второй барабан этой лебедки предназначен для выполнения грузоподъемных операций при установке в пробуренные скважины свай, столбов и т. п. Для тех же целей на машинах с одноцилиндровым напором применяют грузовую лебедку и мачту. Обычно основное и вспомогательное (грузоподъемное) рабочее оборудование размещают консольно сзади шасси базовой машины. Его установку в требуемое положение бурения в плане выполняют путем соответствующих маневровых движений машины. У отдельных моделей рабочее оборудование располагают на поворотной платформе или сбоку шасси, чем предопределяется большая точность его установки в рабочее положение. Для повышения устойчивости машины при бурении базовое шасси или раму рабочего оборудования устанавливают на выносные опоры (гидравлические или винтовые). Отдельные модели бурильно-крановых машин оборудуют также бульдозерным отвалом для планирования рабочей площадки перед установкой машины и для засыпки ям по завершению монтажных работ.

 
Машины термического бурения.

 

Разрушение горных пород термическим бурением происходит вследствие разности термических напряжений в соседних слоях и значительных напряжений в среде из-за неравномерного расширения отдельных кристаллов в анизотропных породах.

Для интенсивного и непрерывного разрушения породы большое значение имеет способ подвода тепла и его количество в единицу времени. При интенсивном и концентрированном подводе тепла к породе прогревается лишь ее незначительная толщина и ограниченная площадь. Высокая температура при малой теплопроводности породы создает в ней большие напряжения, вызывающие растрескивание поверхностного слоя на мелкие частицы. Поэтому основным требованием к термическому бурению является высокая температура в сочетании с большой скоростью истекающих газов. Важной предпосылкой нормального режима бурения является непрерывное и быстрое удаление отделившихся частиц породы. В противном случае воздушные участки, образующиеся между отколовшимися частицами и поверхностью забоя, будут задерживать прогрев новых слоев породы, а накапливаемое тепло может вызвать плавление породы и замедлить или совсем остановить бурение.

Образование трещин в грунте снижает напряжение сдвига в данном месте забоя, так как каждая из них ограничивает расстояние, на котором возможно появление сдвигающих напряжений. На участках между трещинами происходит отделение более мелких частиц породы — шелушение, и эффективность термического разрушения снижается.

При разрушении некоторых прочных грунтов содержащийся в них кислород выгорает, за счет чего повышается эффективность разрушения.

Скорость термического бурения зависит от скорости рабочих движений термобура (подачи, вращения) и от петрографических особенностей породы. С увеличением скорости подачи термобура скорость бурения сначала растет и, достигнув максимального значения, уменьшается; при этом хрупкое разрушение переходит в плавление. С увеличением частоты вращения термобура до некоторого предела процесс разрушения породы, как правило, улучшается, после чего скорость проходки падает.

Горелки, работающие на смеси распыленного керосина и кислорода, при расходе керосина 150 л/ч и кислорода 220 м3/ч позволяют бурить, например, в криворожских кварцитах скважины диаметррм 200—220 мм со скоростью 8—12 м/ч. Сменная производительность станка достигает 20—35 м. Недостатками бурения с помощью этих горелок являются большой расход кислорода и снижение скорости проходки в трещиноватых породах.

Горелки, работающие на смеси распыленного бензина и воздуха, иногда вдвое эффективнее керосинно-кислородных. Например, на кварцитах Бакальского месторождения эти горелки обеспечили бурение скважин диаметром 200—220 мм со скоростью 14—16 м/ч. Те и другие горелки охлаждаются водой, подаваемой в количестве 300—400 л/ч, или сжатым воздухом, подогретым до температуры 400—500° С, который поступает затем в камеру сгорания, повышая температуру выбрасываемых из сопел газов и увеличивая тепловой поток, создаваемый горелкой.

Еще более мощные тепловые потоки дают горелки, в которых в качестве окислителя используется азотная кислота. Скорость бурения станков с такими горелками достигает 15—25 м/ч при диаметре скважин 300—400 мм.

В горелках с воздушным окислителем (плазменных) тепловой поток образуется за счет нагрева воздуха, продуваемого через газовый разряд. Высокая внутрикамерная температура таких горелок в факеле газов снижается значительно быстрее, чем в горелках с горючим, поэтому требуется весьма точная фиксация расстояния от сопла горелки до забоя скважины.

Термическое разрушение пород производится также методом кислородного копья, сущность которого заключается в том, что по трубке, через которую пропущено несколько струн стальной проволоки, продувается кислород; при нагревании на конце трубки образуется факел горящего в кислороде железа.

К машинам термического бурения относится также и бульдозер с поворотно-взрывным устройством. От обычного он отличается наличием камеры сгорания, которая размещается внизу с тыльной стороны отвальной поверхности. На базовом тракторе дополнительно устанавливается компрессор, топливная и регулирующая аппаратура, обеспечивающая подачу топлива и сжатого воздуха в камеру сгорания, а также воспламенение образующейся горючей смеси бензина (или дизельного топлива) и воздуха с определенной повторяемостью (рис. 51).

Смесь воспламеняется запальной свечой. Процесс, происходящий поел е. воспламенения, подобен работе двигателя внутреннего сгорания. Грунт при этом выполняет функции поршня. Под действием газов высокого давления, проходящих после воспламенения смеси через отверстия в нижней части отвала, грунт отбрасывается от отвальной поверхности вверх и вперед и в меньшей степени — в стороны. Процесс работы камеры сгорания разделяется на 5 фаз.

 

Рис.7. Схема работы бульдозера взрывного действия: 
а, б, в, г, д — фазы работы; 1 — воздушный канал; 2 — топливопровод; 3 — камера сгорания; 4 — регулировочный клапан; 5 — отвал; 6 — регулировочный шток; 7 — выхлопная -камера; 8 — свеча.

В фазе а по мере удаления из камеры сгорания выхлопных газов низкого давления от предыдущего взрыва выступающая часть отвала внедряется в грунт перед машиной.

В фазе б продолжается внедрение отвала в грунт, а в камеру сгорания через впускной клапан поступает нагретый сжатый воздух; одновременно туда впрыскивается определенное (дозированное) количество топлива, при испарении которого образуется однородная горючая смесь.

В фазе в отвал полностью внедряется в грунт, распределительное устройство замыкает цепь катушки трансформатора зажигания, которая обеспечивает срабатывание запальной свечи и воспламенение смеси.