Типы экскаваторных забоев

Экскаваторами разрабатывают грунты I-IV категорий в забоях. Забоем называют зону, ограниченную радиусом действия рабочего оборудования экскаватора. Сюда же включают площадку, на которой он размещается, часть массива, из которого вынимают грунт, а также площадку для установки транспортных средств под погрузку. Если разработку ведут в отвал, то к забою относят также площадку для вынутого грунта. По мере разработки грунта в забое экскаватор перемещается, оставляя разработанные участки, называемые проходками, которые должны удовлетворять следующим требованиям: ширину выбирают с таким расчетом, чтобы экскаватор мог работать при средней величине углов поворота не более 70°; глубину (высоту) проходки назначают из условия обеспечения заполнения ковша «с шапкой» за один рабочий цикл экскаватора (табл. 8.21 - для экскаватора, оборудованного прямой лопатой; табл. 8.22 - обратной лопатой); длину - с учетом возможно меньшего количества переходов экскаватора в забое.

Размеры и форма забоя зависят от типа рабочего оборудования экскаватора, назначения земляного сооружения и принятой схемы разработки грунта. Во всех случаях забой проектируют и организуют работу в нем так, чтобы обеспечить наилучшее использование оборудования, высокую производительность труда и снижение стоимости работ.

Основные типы экскаваторных забоев - лобовой и боковой (рис. 8.27), которые также называют лобовыми и боковыми проходками.

При разработке грунта лобовым забоем ось перемещения экскаватора находится в пределах разрабатываемого массива. Лобовым забоем грунт разрабатывают при рытье пионерных траншей, ленточных фундаментов и узких выемок.

Рис. 8.27. Схемы забоев:
а - лобовой; б - боковой; 1 - ось проходки; 2 - автотранспорт; 3 - ось землевозной дороги; Н - высота забоя

Они эффективно используются экскаваторами, оборудованными обратной лопатой или драглайном.

Для экскаваторов с прямой лопатой этот тип забоя затрудняет работу транспортных средств и увеличивает угол поворота на выгрузку грунта до 180°, что снижает его производительность.

Лобовые забои в зависимости от ширины проходки делятся на узкие (ширина проходки до 1,5 R; где R - наибольший радиус копания), нормальные (ширина 1,5-1,8 R) и широкие (ширина более 1,8).

Узкие котлованы шириной до 1,5 R разрабатывают лобовой проходкой с односторонней погрузкой в транспортные средства (рис. 8.28, а), при ширине 1,5-1,8 R - с двусторонней подачей транспортных средств (рис. 8.28,6).

Котлованы шириной 2,0-2,5 R целесообразно разрабатывать уширенной лобовой проходкой с перемещением экскаватора по зигзагу (рис. 8.28, в) с двусторонней или односторонней погрузкой, а при ширине до 3,5 if - поперечно-лобовой проходкой с двусторонней погрузкой грунта в транспортные средства (рис. 8.28, г).

При ширине разработки более 3R после первой лобовой проходки по одному из упомянутых выше способов ее следует расширить до необходимого размера последующими проходками боковых забоев.

Рис. 8.28. Схемы разработки котлованов экскаваторами, оборудованными прямой лопатой:
а - лобовая с односторонней погрузкой грунта в автосамосвалы; б - то же, с двусторонней; в - то же, с перемещением по зигзагу; г - уширенная проходка с перемещением экскаватора поперек котлована

Лобовые забои при разработке выемок шириной более 3R применяют только при необходимости обеспечить фронт последующих работ.

При работе экскаватора с транспортными средствами в узких и неглубоких забоях (менее половины радиуса копания) наиболее рационально размещать подъездные дороги выше уровня стоянки экскаватора, параллельно оси его передвижения. В этом случае автомобили подходят под погрузку без затрат времени на развороты. Угол поворота платформы экскаватора не превышает 120°, что дает возможность получать высокую производительность обеих машин.

При разработке грунта боковым забоем ось перемещения экскаватора находится за пределами разрабатываемого массива. Экскаватор грузит грунт в транспортные средства или отсыпает его в отвалы, которые располагаются сбоку, параллельно оси его движения.

Организация разработки грунта боковыми проходками позволяет более полно использовать возможности экскаваторов, повышать их производительность за счет уменьшения угла поворота стрелы для разгрузки грунта в транспортные средства или отсыпки в отвал.

Если проектная глубина выемки превышает наибольшую высоту копания экскаватора, ее разбивают на ярусы.

Наиболее эффективная высота разработки грунта прямой лопатой должна быть 0,8-1,2 высоты напорного вала. Наименьшая высота проходки, обеспечивающая наполнение ковша экскаватора на 50%, должна быть не менее 1/3 высоты до напорного вала в нескальных грунтах и не менее 1/4 высоты до напорного вала в скальных породах.

Разработку недоборов грунта, как правило, необходимо производить механизированным способом: бульдозерами, автогрейдерами, экскаваторами со специальными зачистными ковшами, экскаваторами-планировщиками.

При работе экскаватора в скальных грунтах допускаются переборы проектных отметок основания забоя (выемки) не более 25 см.

Все простои экскаватора можно разделить на технические, технологические и организационные. Причинами первого вида простоев являются неисправности (отказы) машин, рассматриваемые в разделе технической эксплуатации дорожных и строительных машин. Технологические простои вызваны необходимостью перемещать экскаватор в забое по мере его разработки, потерями времени на маневрирование автомобилей при подаче под погрузку, на смену рабочего оборудования, очистку ковша от налипшего грунта и т. д. Организационные простои определяются отсутствием фронта работ, просчетами в организации поставки ГСМ и запасных частей, нарушением трудовой дисциплины и т. д. Сокращение этих простоев позволяет повысить производительность машин и выработку продукции на одного человека.

К атегория: - Механизация строительства земляного полотна

Забой – рабочее место экскаватора, включающее и участок маневрирования транспортом. Различают лобовой и боковой забои.

Лобовой забой (рис. 7.6). При лобовом забое разработка грунта ведется впереди и по обеим сторонам экскаватора полосой, определяемой рабочими параметрами экскаватора и положением транспортных средств. Параметры забоя (ширина В и глубина Нз.) зависят от параметров экскаватора и от расположения транспортных средств.

При расположении транспортных средств на дне выемки (на уровне стоянки экскаватора) параметры забоя зависят, также от требований к профилю выемки и прямолинейности откоса. Их легко определить, зная параметры экскаватора и транспортных средств.

Рис. 7.6. Схемы лобовых забоев

а) с разгрузкой в отвал; б) с погрузкой на а/м выше уровня стоянки; в) с погрузкой на а/м на уровне стоянки

При возможности выемки с «волнистым» откосом

При необходимости точного выдерживания профиля выемки и прямолинейности откоса

(7.5)

lпер = (0,6 ÷ 0,7)∙lх.р. (0,8 ÷ 1,2 м – для экскаваторов малой мощности, 1,5 ÷ 2,0 м – для экскаваторов средней мощности, 4,0 ÷ 6,0 м – для экскаваторов большой мощности).

При расположении транспортных средств выше уровня стоянки (на бровке выемки) параметры выемки зависят от условий погрузки грунта на транспорт (от односторонней или двусторонней разгрузки) (рис. 7.6,б).

При односторонней разгрузке

Нз = Нв – hтр. – a

где: втр. – ширина транспортных средств; С – расстояние от бровки откоса до транспортных средств; hтр. – высота транспортного средства; а – запас в положении ковша над транспортным средством в период разгрузки.

При 2-х сторонней разгрузке

В = 2В1 £ 2Rp (7.7)

Боковой забой (рис. 7.7). Боковой забой применяется при разработке грунтов по одну сторону от оси проходки и погрузке грунта на транспортные средства при больших размерах выемки.

Рис. 7.7. Схема бокового забоя

Параметры забоя:

Вmax = B1max + B2max Hp £ Hp.max

– при работе с ровным откосом.

B1max = Rp.max – при работе с волнистым откосом.

В2.max = Rв.max – 0,5 втр – С – при расположении транспорта на уровне оси поворота стрелы (b = 90°). (7.8)

В2.max = Rв.max Sinb - 0,5 втр. – С – при расположении транспорта впереди экскаватора. Обычно bср. = 70 – 90°. (7.9)

Ширина забоя:

Взаб. = В1 + В2 – (Rp – Rmax) (7.10)

Все обозначения прежние.

При значительных глубинах и больших размерах выемки (H > Hp max) она разбивается на ярусы и отдельные ленты – забои (рис. 7.8). Вход экскаватора в каждый ярус осуществляется проходной пионерной траншеей, глубина которой определяется условиями выгрузки грунта и расположением транспорта.

Число ярусов: , (7.11) Число полных лент: , (7.12)

где: H – полная глубина выемки; Нз – максимальная высота забоя; В – ширина выемки в каждом ярусе поверху; Вп – ширина первой ленты (пионерной траншеи); Вл – ширина одной ленты разработки; nл – число полных лент в одном ярусе (с округлением до большего числа).

Рис. 7.8. Схема разработки котлована большой площади

а) план; б) разрез

1 – пионерская траншея; 2 – путь движения экскаватора; 3 – экскаватор

Примерные практические размеры высоты забоев для прямых лопат колеблются:

7.3. Технология производства работ экскаваторами «обратная лопата»

Основные рабочие параметры одноковшовых экскаваторов следующие: радиус резания Rр, радиус выгрузки Rв, высота выгрузки Hв, глубина резания Hр. Значения этих параметров, как правило, зависят от размеров рабочего оборудования, его вида и особенностей.

Радиус резания-это расстояние от оси вращения экскаватора до зубьев ковша при врезании его в грунт.

Радиус выгрузки - расстояние от оси вра

щения до центра тяжести ковша в момент выгрузки грунта.

Высота выгрузки - расстояние от уровня стояния экскаватора до нижней части ковша в момент выгрузки грунта.

Глубина резания (копания) - наибольшая глубина выемки, которая может быть образована экскаватором с одной стоянки от поверхности разрабатываемого грунта до дна забоя. Для «прямых лопат» вместо глубины резания существует максимально возможная высота копания.

У драглайнов и обратных лопат все параметры зависят от способа разработки грунта.

2. Ковш экскаватора-драглайн навешивается на канатах на удлиненную стрелу кранового типа. Забрасывая ковш в выемку на расстояние, иногда превышающее длину стрелы, ковш заполняют грунтом путем подтягивания по поверхности земли к стреле. Затем ковш поднимают в горизонтальное положение и поворотом машины перемещают к месту разгрузки. Опорожняется ковш при ослаблении натяжения тягового каната.

Применяют следующие основные способы разработки грунта драглайнами:

Лобовую (продольную, торцевую) разработку применяют для нешироких выемок при соблюдении условий:

RВ ≥ А Нр ≥ Н Нв ≥ Нк b ≥ 1,5bк

При продольной разработке оптимальный шаг экскаватора составляет Ш = 1/5 Lстрелы.

Боковую (поперечную) проходку применяют для широких выемок при соблюдении условий:

RР + RВ ≥ А1 Нр ≥ Н Нв ≥ Нк b ≥ 1,5lк

При поперечной разработке оптимальный шаг экскаватора составляет Ш = 1/3 Lстрелы. Экскаватор располагается в пределах полосы Е.

Обратная лопата – это открытый снизу ковш с режущим передним краем, шарнирно соединенный с рукоятью, соединенной в свою очередь со стрелой. По мере протягивания назад ковш заполняется грунтом. При вертикальном положении рукояти ковш подводят к месту выгрузки и разгружают путем подъема с опрокидыванием.

Ковш при наборе и выгрузке грунта движется по криволинейной траектории. Поэтому различают для обратных лопат по два значения рабочих параметров:

Радиус резания на уровне поверхности земли RР и при наибольшей глубине резания RР.п.;

Радиус выгрузки начальный RВ нач и конечный RВ кон;

Наибольшая глубина копания НР.п., зависящая от ширины выемки. При ширине выемки меньше расстояния между гусеницами в свету - большее, и меньшее для широких выемок;

Высота выгрузки начальная Нв. нач. и конечная Нв. кон.

Разработка грунта осуществляется также лобовой или боковой проходкой.

3. Прямая лопата представляет собой открытый сверху ковш с режущим передним краем. Ковш шарнирно соединен с рукоятью, которая, в свою очередь, шарнирно соединена со стрелой машины и выдвигается вперед при помощи напорного механизма. Конструкция экскаватора позволяет ему копать ниже уровня своей стоянки не более чем на 10 .20 см, нормативная производительность достигается при высоте забоя не менее высоты напорного вала (1,3-5 м. в зависимости от марки экскаватора и группы грунта).

Разработку грунта экскаватором «прямая лопата» производят лобовым и боковым забоями. Лобовой забой применяют при разработке экскаватором грунта впереди себя и отгрузке его на транспортные средства, которые подаются по дну забоя или сбоку по поверхности земли. При таких услових работы угол поворота экскаватора в цикле достигает 140-1800, что резко снижает его производительность. Лобовой забой применяется редко (например для устройства пандуса в котлован, пионерной проходки).

Ширина забоя поверху может быть:

До 0,8…1,5 Rр – при узком забое и подаче транспортного средства сзади экскаватора;

До 1,5 .1,9 Rр - при нормальном забое и подаче транспортных средств с двух сторон от экскаватора;

До 2,5 Rр - при уширенном забое и движении экскаватора по зигзагу;

До 3,5 Rр - при уширенном забое с трехступенчатым перемещением.

При узких забоях самосвалы подают под загрузку с одной стороны сзади экскаватора, а при нормальных - с обеих сторон от экскаватора попеременно, что исключает простои экскаватора.

Ширину лобовой прямолинейной проходки В можно определить по формуле:

и для зигзагообразной

где R0 – оптимальный радиус резания экскаватора; Ш - шаг экскаватора (принимается равным 8…75% длины напорного хода рукояти); Rс – радиус резания на уровне стоянки.

Более эффективным является разработка грунта боковым забоем (при В>2 Rр). По этой схеме транспорт подается под погрузку сбоку выработки, что дает уменьшение угла поворота экскаватора в рабочем цикле до 70-900.

Ширина боковой проходки

Выемки, глубина которых превышает максимальную высоту забоя для данного экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов

nя = Н/Нр max

4. Конструктивная (теоретическая) производительность (м3/ч) за час чистой работы равна:

Пк = 60∙q∙n’,

где q – геометрическая емкость ковша, м3; n’ – число циклов в единицу времени, мин-1.

Техническая производительность соответствует конкретным условиям работы в забое:

Пт = 60∙q∙Кн∙∙n

где - коэффициент приведения грунта к первоначальной плотности; Кн – коэффициент наполнения ковшей (от Кн = 0,9 для 1 группы грунта до Кн = 0,44 для 5-6 групп); n - число циклов в минуту в конкретных условиях забоя. Определяется по формуле: n = 60/tц, где tц – продолжительность одного цикла, мин.

Эксплуатационной называется средняя фактическая производительность (м3/ч) экскаватора при работе в конкретных условиях с учетом неизбежных простоев

Пэ = Пт·Кв,

где Кв-коэффициент использования рабочего времени машины (отношение времени чистой работы к затраченному).

Нормативная производительность - это объем работ, который должен быть выполнен с помощью машины за единицу времени согласно сборникам производственных норм. Обычно соответствует эксплуатационной производительности. Соотношение между производительностью экскаваторов и затратами машинного времени (по НиР) следующая:

П = ед. изм. по ЕНИР/Нмаш.