Машины и оборудование для разработки мерзлых грунтов

Продолжительность зимнего периода в нашей стране от 3 до 7 мес. Глубина промерзания грунтов— 1 … 2, 5 м. Мерзлые грунты обладают повышенной прочностью и сопротивлением разработке. Так, коэффициент удельного сопротивления резанию у мерзлых грунтов повышается до 40 раз по сравнению с талыми, а предел прочности при сжатии — до 20 раз. Это требует особого внимания к созданию машин для земляных работ в условиях низких температур. Мерзлые грунты можно разрабатывать машинами, применяемыми в обычных условиях, но с предварительной подготовкой забоя или применением специальных сменных рабочих органов.

Подготовка забоя заключается в рыхлении грунта или расчленении массива на отдельные блоки путем нарезания в нем сетки щелей. Ослабленный таким образом массив грунта в дальнейшем разрабатывается обычными землеройными машинами.

Замерзшие грунты и твердые покрытия разрабатываются одно- и многоковшовыми экскаваторами, бульдозерами, специальными землеройными машинами, рыхлителями, устройстрами для дробления грунта и покрытий, машинами для нарезания щелей, агрегатами для термического воздействия.

Многоковшовые роторные экскаваторы широко применяются для разработки мерзлых песчано-глинистых грунтов при прокладке коммуникаций в городском строительстве. Регулируя скорость передвижения и применяя различные типы режущей части рабочего органа, одни и те же модели машин можно использовать для разработки как обычных, так и мерзлых грунтов. Это достигается применением зубьев-клыков, установленных на цепь или ротор. Зубья-клыки сосредоточивают усилие резания на малых участках воздействия на грунт.

Цепные экскаваторы, снабженные специальными зубками, называются баровыми. На роторные машины устанавливаются фрезы для прорезания узких щелей в грунте.

Одноковшовые экскаваторы с ковшами активного действия используются для непосредственной разработки мерзлых грунтов и твердых покрытий. Особенность их конструкции заключается в оснащении ковша зубьями ударного, виброударного или вибрационного действия. Благодаря этому помимо подъемного и напорного усилий ковша осуществляется еще и воздействие на грунт подвижными (активными) зубьями, в результате чего повышается производительность экскаватора. Энергия подвижным зубьям передается посредством электрического или пневматического привода.

Одноковшовые гидравлические экскаваторы для разработки мерзлых грунтов и покрытий оснащаются дополнительным одно- зубым рыхлителем, или гидромолотом. Экскаватор в этом случае имеет дополнительную тягу, кронштейн со стойкой-зубом и наконечник. Это позволяет увеличить усилие копания в 2 … 2, 5 раза по сравнению с обычным рабочим оборудованием, а наличие зуба обеспечивает скол мерзлого слоя или покрытия дорог. Гидравлические молоты двойного действия монтируются на рукояти экскаватора и предназначаются для разрушения мерзлых грунтов и покрытий, для забивки свай и шпунта.

Свободнопадающие рабочие органы в виде клино- и шаромоло- та служат для дробления мерзлого грунта в массиве и твердых покрытий. Базой для навески скалывающего агрегата служат краны и одноковшовые экскаваторы с канатной подвеской рабочего оборудования, Их недостатки — трудность нанесения повторных ударов по одному и тому же месту, низкая производительность из-за больших затрат времени на подъем сбрасываемого молота, большой расход канатов, сотрясение массива, вредно сказывающееся на прилегающих зданиях, тяжелые условия работы машиниста.

Дизель-молоты — один из эффективных типов оборудования для разрушения замерзших грунтов и твердых покрытий, которые сохраняют постоянство контакта рабочего органа с грунтом и покрытием. Это дает возможность рационально использовать рабочий орган с несколькими клиньями, что способствует увеличению производительности. Большое число ударов позволяет уменьшить их силу, а следовательно, массу рабочего органа и всего агрегата. Это, в свою очередь, значительно уменьшает вредное влияние на здания, расположенные вблизи места проведения работ.

Виброударные и вибрационные устройства создают динамическое воздействие на грунт. Вибрация уменьшает сцепление между частицами грунта, трение рабочего органа о грунт и между кусками разрушенного грунта. В результате сила, необходимая для внедрения рабочего органа в грунт, снижается в 2 … 3 раза, а также масса рабочего органа и мощность его привода. У вибрационного устройства (рис. 6.17, а) вибратор жестко закреплен на рабочем органе, у виброударных — с помощью дополнительных пружин (рис. 6.17, б). Производительность устройств, использующих энергию направленных колебаний, достаточно высока.

Гидромолоты (рис. 5) используются как навесное оборудование к гидравлическим экскаваторам. Они являются эффективным средством для разрушения мерзлых грунтов, твердых покрытий, дробления валунов, разрушения зданий и фундаментов энергией единичного удара 5… 120 кДж. Принцип действия гидромолотов состоит в следующем. Рабочая жидкость поступает от насоса гидросистемы экскаватора в аккумулятор, заполняет объем полости под поршнем гидроцилиндра. Затем распределительный золотник соединяет поршневую полость рабочего цилиндра с напорной линией. После остановки поршня в верхней мертвой точке начинается разгон груза вниз накопленной в аккумуляторе жидкостью. В конце хода груз наносит удар по хвостовику рабочего инструмента, укрепленного в корпусе.

Рис. 5

Схема виброклина (а) и вибромолота (б):

1 — вибратор;

2 — дебалансы;

3 — клин;

4 — боек;

5 — пружины;

6 — наковальня

При перемещении вверх поршень открывает доступ рабочей жидкости через обратный клапан, который соединяет полость со сливной магистралью, когда поршень начинает рабочий ход, в течение которого рабочая жидкость поступает из аккумулятора, давление в аккумуляторе снижается и он начинает заряжаться для нового удара. После удара поршень 5 останавливается до достижения рабочего давления в полости. Цикл повторяется многократно с частотой 50 … 170 ударов в минуту.