 |
2.5. Автоматизация процессов работы экскаваторов
|
|
|
|
2. 5. Автоматизация процессов работы экскаваторов
Существенным средством повышения производительности одноковшовых экскаваторов является автоматизация процесса их управления (работы). Известно, что при производстве земляных работ одноковшовым экскаватором вследствие криволинейного движения ковша в зоне резанья грунта образуется профиль, обусловленный траекторией этого движения. Ручная доводка полученного профиля с целью выравнивания поверхности основания составляет 10…20 % общего объема земляных работ и более 70 % их трудоемкости. Для ликвидации ручной доводки профиля необходимо поддержание заданной зависимости между углами поворота стрелы и рукоятки, обеспечивающей прямолинейное перемещение ковша гидравлического экскаватора. Для этого используется следящее устройство, схема которого приведена на рис. 2. 12 [3].
Рис. 2. 12. Схема рабочего оборудования экскаватора со следящим устройством
Рабочее оборудование экскаватора включает стрелу 8, рукоять 10, гидроцилиндр 12 поворота стрелы, гидроцилиндр 11 поворота рукояти, золотник 5, имеющий электромагниты управления 4, распределительные золотники 1 и 6, гидронасос 2 с предохранительным клапаном 3. Электромагниты управления 4 золотника 5 подключены к электрической системе, состоящей из источника питания 14, усилителя 7 и датчиков 9 и 13 углов поворота, установленных в шарнирной опоре стрелы и в шарнире крепления рукояти к стреле.
Следящая система работает следующим образом. При изменении угла наклона стрелы гидроцилиндром 12 с помощью золотника 1 происходит изменение сопротивления датчика 13 угла поворота, которое до включения было сбалансировано сопротивлением датчика 9 угла поворота. Рассогласование сопротивлений вызывает сигнал в виде электрического тока определенного направления, который через усилитель 7 подается на соответствующий электромагнит золотника 5, вызывая срабатывание гидроцилиндра 11, который изменяет угол между стрелой и рукоятью, что, в свою очередь, изменяет сопротивление датчика угла поворота 9. При работе с такой следящей системой ковш по отношению к рукояти не перемещают.
|
|
|
Вопросы, касающиеся технологии экскаваторных работ, в частности, проектирования схем забоев, приемов, обеспечивающих повышение производительности экскаваторов, изложены в [1, 4, 6].
3. УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ ДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ
(практическое занятие № 6)
Цель занятия: ознакомление с критериями выбора, классификацией и областью применения средств уплотнения, конструкцией различных типов грунтоуплотнительных машин, эффективными методами производства работ при уплотнении грунтов в процессе возведения земляного полотна железных дорог.
3. 1. Общие сведения
В ходе отсыпки земляного полотна обязательной и ответственной операцией является уплотнение грунтов, так как грунты, которые укладываются в разрыхленном состоянии, должны иметь плотность большую, чем в естественном сложении. Нормативные коэффициенты уплотнения грунтов должны быть в пределах 0, 9…0, 98, а на линиях I категории и в верхнем слое насыпи – в пределах 0, 95…0, 98. В то же время рыхлый грунт, находящийся в насыпи после отсыпки ее грейдер – элеваторами, имеет относительную плотность всего 0, 76…0, 8. В процессе разравнивания и планировки коэффициент уплотнения увеличивается при движении бульдозера до 0, 85, автомобилей-самосвалов – до 0, 85…0, 90, скреперов – до 0, 90…0, 92 [1, 4].
3. 2. Классификация средств уплотнения
Для уплотнения грунтов применяют:
катки прицепные, полуприцепные и самоходные (гладковальцовые, ребристые, кулачковые, решетчатые, пневмоколесные, вибрационные, комбинированные) – производят уплотнение за счет веса машины и пригруза (балласта), создающих высокое давление на контакте с грунтом (у виброкатков – в сочетании с вибрацией);
|
|
|
трамбующие и вибротрамбующие машины и устройства – используют для уплотнения энергию удара, передаваемую на грунт непосредственно от рабочего органа, или через промежуточный элемент - шабот, (у вибротрамбующих имеет место сочетание ударного воздействия с вибрацией);
вибрационные машины – передают на грунт колебания достаточно высокой частоты, за счет которых в совокупности с воздействием веса машины достигается уплотнительный эффект.
3. 3. Уплотнение катками
Наиболее простыми, дешевыми и надежными уплотняющими машинами являются катки. Они предназначены для работы главным образом в связных грунтах.
По способу силового воздействия на уплотняемый грунт различают катки статического действия и виброкатки. По типу рабочего органа катки изготовляют с гладкими, кулачковыми, ребристыми, решетчатыми вальцами и с пневмоколесами. По способу соединения с тягачом катки могут быть прицепными, полуприцепными и самоходными. Последние применяют в основном для уплотнения дорожных оснований и покрытий. Катки эффективно применять на линейных объектах большой протяженности или площадях с большими размерами [1, 2, 4].
Катки с гладкими вальцами наиболее просты по конструкции. Такой каток состоит из гладкого пустотелого вальца 5 (рис. 3. 1, а) и охватывающей его рамы 3 с дышлом 2 и сцепным устройством 1 на конце. Валец соединяется с рамой через подшипники 4 на торцовых шипах. Для увеличения давления на грунт валец загружают песком (балластируют) через люк 7. Налипший на поверхность вальца грунт очищается скребком 6, установленным на раме. Катки этого типа перемещаются за тягачом (трактором). Последовательные проходы выполняются либо с разворотами на концах гонов для возвратного движения, либо челночным способом, для чего тягач перецепляют на противоположную сторону катка.
Гладкие катки уплотняют грунт слоями 0, 15…0, 2 м без разрыхления его поверхности или с незначительным разрыхлением на глубину 1…3 см (в несвязных грунтах). Их применяют преимущественно для прикатки в один – два прохода поверхности грунта, уплотненного другими катками.
|
|
|
Рис. 3. 1. Виды катков
Кулачковые катки (рис. 3. 1, б) отличаются от катков с гладкими вальцами наличием на рабочей поверхности вальцов кулачков 9, расставленных в шахматном порядке. Кулачки приваривают либо непосредственно к обечайке вальца, либо к полубандажам 8, которые затем монтируют на обечайке гладкого вальца. Междурядья кулачков очищают штырями, собранными на общей балке, прикрепленной к раме вместо скребка. Грунт уплотняют внедряемыми в него кулачками, а на первых проходах также поверхностью вальца. Кулачковые катки эффективны для работы в рыхлых связных грунтах. Для уплотнения несвязных грунтов их не применяют из-за интенсивного перемещения частиц грунта вверх и в стороны, вследствие чего практически невозможно достигнуть требуемой плотности. Отечественной промышленностью выпускаются прицепные кулачковые катки массой до 28 т при диаметре вальцов до 2, 4 м, ширине уплотняемой полосы до 2, 7 м и толщине уплотняемого слоя до 0, 4 м.
Разновидностью катков с особой формой поверхности катания являются решетчатые катки. Вальцы такого катка выполнены с поверхностью в виде решетки. Масса катков (с балластом) колеблется в пределах 12…35 т, ширина уплотняемой полосы 2, 7…3 м, толщина слоя до 40…50 см. Решетчатые катки хорошо уплотняют и связные, и несвязные, особенно крупнокомковые грунты. Их используют для уплотнения насыпей из дресвы, взорванных скальных и мерзлых грунтов, галечников и т. п. Число проходов решетчатого катка для уплотнения слоя толщиной 25…50 см колеблется в пределах 4…10. Для тяги катков используют тракторы мощностью 74…132 кВт. Затраты на уплотнение решетчатыми катками больше, чем затраты при уплотнении кулачковыми катками, но последние нецелесообразно применять в зимнее время, тогда как решетчатые катки хорошо приспособлены для зимних условий работы.
Для укатки грунта на обширных площадях используют сцепы из двух – пяти катков и более, объединенных общими траверсами (рис. 3. 1, в).
|
|
|
Прицепной пневмоколесный каток (рис. 3. 1, г, д) состоит из рамы 3, соединенной посредством дышла 2 и сцепки с тягачом (трактором или автомобилем), 4…6 пневмоколес 11, соединенных с рамой одной осью (рис. 3. 1, г) или через балансиры (рис. 3. 1, д), и одного 10 (рис. 3. 1, г) или нескольких 12 (рис. 3. 1, д) по числу колес балластных ящиков. В последнем случае крайние балластные ящики жестко соединяются между собой передней и задней поперечными балками, а ось каждого из колес крепится к днищу соответствующего балластного ящика. Средние ящики балансирно закреплены на задней поперечной балке. Такая конструкция обеспечивает постоянный контакт всех колес с неровной поверхностью укатки и равномерную передачу нагрузки на грунт каждым колесом. Катки с общей осью колес этими свойствами не обладают, и при их перемещении может нарушаться контакт отдельных колес с грунтом.
Промышленность выпускает прицепные одноосные катки на пневмошинах с массой от 10 до 50 т. При массе 10…25 т подвеску колес делают жесткой. Такие катки уплотняют грунт в слоях толщиной 20…30 см при ширине полосы 2, 2…2, 5 м. Более тяжелые катки обычно имеют независимую подвеску колес и уплотняют слои толщиной 35…50 см при ширине полосы 2, 5…3, 3 м. Полуприцепные пневмокатки (рис. 3. 2) состоят из тягача 1, балластных ящиков 2, рамы 3, колес на пневмошинах 4, тормозной системы 5. Они имеют массу (с балластом) 40 и 57 т и предназначены для уплотнения слоев толщиной около 40 см при ширине уплотняемой полосы 2, 8 и 2, 7 м. Число проходов пневмокатка по одному следу колеблется в широких пределах в зависимости от его массы и требуемой степени уплотнения.
Рис. 3. 2. Полуприцепной пневмокаток
Пневмокаткам необходимы большие затраты уплотнительной работы, чем кулачковым каткам, но они являются универсальными машинами, ими можно уплотнять как связные, так и несвязные грунты в летнее и зимнее время. Полуприцепные катки обычно имеют систему централизованного регулирования давления воздуха в шинах, что позволяет приспосабливать машину для работы в грунтах различной степени рыхлости. Большим преимуществом полуприцепных катков в сравнении с прицепными является лучшая маневренность, что имеет большое значение при сооружении железнодорожного земляного полотна. Одноосный тягач может повернуться относительно продольной оси катка на 90°. Поэтому радиусы разворота полуприцепных катков меньше, чем радиусы разворота машинных агрегатов с прицепными катками. Полуприцепные катки также можно использовать при укатке грунта челночным способом(вперед – назад), хотя при заднем ходе они движутся сравнительно медленно.
|
|
|
Для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов и материалов широко применяют вибрационные катки, которые в 8…10 раз эффективнее катков статического действия. Под действием вибрации значительно снижаются силы трения и сцепления между частицами уплотняемого материала, который становится более подвижным. Эффективность уплотнения достигается за счет совместного действия на грунт гравитационных и возмущающих сил, генерируемых вибратором, что позволяет получить требуемую плотность грунта при меньшей массе катка. Так, при уплотнении песков за счет вибрационного воздействия масса катка может быть снижена примерно в пять раз, при супесях – в два раза, а при уплотнении средних и тяжелых суглинков лишь на 10…30%. Эффективность вибрационного воздействия снижается с увеличением содержания в грунте глинистых частиц. Поэтому для уплотнения связных и высокосвязных грунтов требуется применять весьма тяжелые катки. Виброкатки могут работать в вибрационном и виброударном режимах. Последний наступает при амплитудах возмущающей силы больше удвоенной силы тяжести катков.
Прицепные катки выпускают с взаимозаменяемыми гладкими, кулачковыми и решетчатыми вальцами. Внутри пустотелого вальца прицепного катка имеется мощный вибратор направленных колебаний, приводимый в действие от установленного на раме катка двигателя. Общая масса прицепных виброкатков 3, 6…12 т (рис. 3. 1, е).
Самоходные виброкатки выпускают одно-, двух- и трехвальцовыми. Встроенные вибраторы имеют ведущие вальцы. Привод вибраторов – механический и гидравлический. Масса самоходных виброкатков до 18 т, вынуждающая сила 20…50 кН. Они уплотняют полосу до 1, 5 м при скорости рабочего хода 6…10 км/ч. Малогабаритные двухвальцовые виброкатки массой 0, 8…1, 4 т применяют для уплотнения грунтов и покрытий в стесненных условиях при малых объемах работ. Они оборудуются механическими вибровозбудителями колебаний и уплотняют полосу шириной до 0, 8 м.
Самоходные комбинированные катки оборудуются ведущим вальцом из пневмошин и гладким металлическим вибровальцом. Оба вальца имеют шарнирно-сочлененную раму. Высокая эффективность уплотнения грунтов и дорожно-строительных материалов достигается за счет последовательного воздействия вибрации и статической нагрузки. Привод ведущих пневмоколес и вибровозбудителя – гидравлический. Вынуждающая сила вибровозбудителя регулируется в широком диапазоне в зависимости от условий укатки и достигает 150…200 кН. Производительность комбинированных катков при уплотнении несвязных грунтов до 1000 м3/ч.
Технология уплотнения грунтов всеми катками, в общем, одинакова. При возможности разворота на насыпи катки в пределах захватки длиной порядка 200 м следуют по спирально-кольцевой схеме (рис. 3. 3). Вначале производят прикатку бровочных частей насыпи, предотвращающую потерю устойчивости откосов под весом катка и сползание его под откос. Первый подход катка начинают на расстоянии 1, 5 м от бровки, затем делают кольцевые захватки, постепенно смещаясь к бровке, но не ближе чем на 0, 5 м. После прикатки основное уплотнение ведут в обратном направлении: от краев насыпи к середине. Ширина площадки для разворота полуприцепных катков должна быть не менее 12, прицепных – не менее 15 м.
Рис. 3. 3. Движение катков по спирально-кольцевой схеме: а – прикатка;
б – уплотнение слоя (цифрами указана очередность проходок)
Рис. 3. 4. Челночная схема уплотнения грунтов: 1 – выносной рабочий орган; 2 – трактор
При меньшей ширине площадки разворот катков необходимо выполнять за пределами насыпи, используя для этого существующие въезды или нулевые места. Иногда для осуществления разворотов устраивают присыпные разъезды. При ограниченном фронте уплотнения (до 50 м) и недостаточной для разворота грунтоуплотняющих машин ширине насыпи работа может быть организована по челночной схеме (рис. 3. 4). При этом следует помнить, что данный способ требует дополнительного контроля за движением задним ходом во избежание чрезмерно близкого подхода агрегата к бровке откоса. В случае использования виброкатков при уплотнении очень рыхлого грунта первый проход по уплотняемой полосе делают с выключенным вибратором, а после прикатки грунта начинают уплотнение с вибрацией.
Эффективность уплотнения зависит от вида и влажности грунта, толщины уплотняемого слоя, характера и интенсивности уплотняющей нагрузки, режима работы грунтоуплотняющих машин, температурных условий. Наибольший экономический эффект достигается при уплотнении грунтов, имеющих оптимальную влажность. Поэтому в процессе производства работ нельзя допускать пересыхания уплотняемых грунтов или их переувлажнения. При назначении режимов работы грунтоуплотняющего оборудования необходимо учитывать, что большей толщине уплотняемого слоя соответствуют большие давления на поверхности контакта с грунтом рабочего органа, которые, однако, не должны быть выше предела прочности грунта. Если это условие не выполняется, то происходит разрушение структуры грунта, которое проявляется в сильном волнообразовании перед вальцами или колесами катков и выпирании грунта в стороны. Так как после каждой очередной проходки грунтоуплотняющей машины предел прочности грунта на его поверхности возрастает, то для повышения эффективности процесса целесообразно контактные давления увеличивать от прохода к проходу (для катков) или от удара к удару (для трамбующих машин). С этой целью рекомендуется двухстадийное уплотнение грунта: предварительное – легкой машиной, окончательное – тяжелой. Установлены также рациональные скоростные режимы грунтоуплотняющих машин [1, 4].
|
|
|
