Машины для гидромеханизации земляных работ

 

Различают три вида гидромеханизированных работ - гидромониторные, землесосные и комбинированные.

При гидромониторных работах грунт разрабатывается струей воды высокого давления, вода выбрасывается гидромонитором в надводном забое, после отделения грунта из забоя образовавшаяся пульпа самотеком или грунтовыми насосами подается к месту укладки.

Землесосные работы ведутся в подводном забое. Образовавшаяся гидросмесь всасывается землесосным снарядом и перекачивается по трубам к месту укладки. Большая часть гидромеханизироватаных работ осуществляется этим способом. Комбинированный способ разработки грунта осуществляется землеройной машиной в сухом забое или черпаковой машиной в подводном забое. Вода при этом используется только для транспортирования и укладки грунта. Этот способ можно применять для подготовки грунтовых смесей, он позволяет намывать качественные земляные сооружения. При гидромеханизированных земляных работах операции выполняются непрерывно.

Гидромониторные работы могут выполняться по принципиально различным схемам: при встречном забое - размыв снизу вверх (см. рис. 6.1, а) и при попутном забое - размыв сверху вниз (рис. 6.1, б).

Рисунок 6.1 - Размыв грунта гидромонитором снизу вверх (а) и сверху вниз (б)

 

В первом случае размытый струей воды грунт перемещается противоположно движению струи воды. Движение гидросмеси от забоя к перекачивающей станции обеспечивается уклоном подошвы забоя. Угол уклона зависит от физико- механических свойств грунта. Этот способ имеет следующие преимущества. Угол между струей и стенкой забоя близок к прямому, что создает интенсивное разрушение; можно вести разработку так, чтобы у основания образовался вруб, что приводит к обрушению и более интенсивному размыву грунта.

При способе размыва сверху вниз направление движения струи гидромонитора совпадает с направлением движения пульпы. При таком способе размыва гидромонитор находится в сухом месте. Недостатком этого способа является значительное снижение интенсивности размыва (до 30%). Применяемые на предприятиях нерудных строительных материалов гидромониторы могут разрабатывать от 0,1 до 1,0 млн. м³ грунта в год.

Гидромониторная установка (см. рис. 6.2) состоит из следующих основных узлов: гидравлического насоса, трубопроводов, подающих воду к насосу, и гидромонитора.

1 - насадка; 2 - ствол; 3 - шарнир для вращения ствола в вертикальной плоскости;

4 - гидроцилиндры; 5 - салазки; 6 - противовес; 7 - верхнее колено; 8 – шарнир

для поворота гидромонитора в горизонтальной плоскости; 9 - нижнее колено;

10 - рычаг для ручного управления гидромонитором; 11 - пульт управления

Рисунок 6.2 - Схема гидромониторной установки

 

Гидромонитор монтируют из нескольких колен, на одном из которых установлены труба и коническая насадка. Гидромониторы можно классифицировать по способу управления (ручное или дистанционное), по способу передвижения - на несамоходные и самоходные, по условиям работы - на гидромониторы ближнего и дальнего боя, по рабочему напору - на низконапорные (давление 0,90 - 1,2 МПа) и высоконапорные (давление 1,5 - 2,0 МПа). Выпускаемые в РФ гидромониторы имеют насадки диаметром 30 - 500 мм, длину ствола 1,45 - 18 м и мощность - до 40 кВт.

Для разрушения грунта и пород гидромонитор должен развивать давление больше критического, при котором начинается разрушение. Скорость струи у забоя должна составлять, м/с: для разрушения песков – 10 - 12, легких суглинков и супесей средней плотности – 18 - 25, суглинков средней плотности и тяжелых супесей - 20 - 26, тяжелых глин – 30 - 35.

Свободный напор у насадки Н₀зависит от напора Н _н, развиваемого насосом, от разности уровней Н_у, на которых установлены гидромонитор и насос, а также от гидравлического уклона i и длины водопровода L_B

Н_о = Н_н – Н_у - iL_В.

По мере удаления струи от насадки скорость ее уменьшается, Поэтому выбирают такие значения L_B, чтобы при заданной скорости V ₀ значение V _р было достаточным для разрушения грунта. На разрушение 1 м³ грунта в зависимости от его категории требуется 6 - 12 м³ воды и 3,5 – 6 кВт-ч энергии.

Производительность гидромонитора определяют по объему разработанного грунта

Q_п = Q_в / q,

где Q _в - производительность гидромонитора по воде, м³/ч;

q - удельный расход воды, т. е. объем воды, необходимый для разработки 1 м³ грунта.

Насосы для гидромониторов подбирают по заданной их производительности - один или несколько. Мощность, необходимая для привода насосов, кВт

N н = П H н / (440 ),

где П - производительность по пульпе;

Н_н - напор, развиваемый насосом;

 - КПД насоса ( = 0,7...0,75).

Важным при гидромониторных работах является водоснабжение. Различают следующие основные виды водоснабжения

а) прямое (см. рис. 6.3, а),когда вода подается из источника 1 насосом 2 по трубопроводу 3 к гидромонитору 4, разрабатывающему забой 5. Гидросмесь отсасывается землесосом 6, который подает ее по трубопроводу 7 к месту укладки грунта.

Рисунок 6.3 - Схема водоснабжения гидромониторов

 

б) по схеме (см. рис. 6.3, б) с кругооборотом (в отличие от прямой схемы) у места укладки грунта устанавливается водосборный колодец 9,из которого по трубопроводу вода поступает обратно в источник 8. Это позволяет использовать водоемы со сравнительно малым объемом воды.

 

Землесосные снаряды

 

Землесосный способ работ имеет широкое применение при намывании земляных плотин при гидротехническом строительстве, работах, связанных с выемкой котлованов под бетонные сооружения, устройстве ограждающих перемычек. Он существенно сокращает потребность в дорогостоящих водооткачивающих устройствах. Этот способ имеет широкое применение при добыче нерудных материалов. При работе на карьерах строительных материалов этим способом можно добывать, транспортировать, обогащать и складировать песчано-гравийные смеси. Применяя землесосный способ, важно знать глубину рыхления грунта, который всасывается землесосным снарядом.

Глубину рыхления у применяемых землесосных снарядов, производительность которых по пульпе Q = 0,75 - 3 м³/с, можно определить по формуле

h_p= (0,5 - 0,8) Q.

Землесосный снаряд (см. рис. 6.4) представляет собой плавучее устройство, на котором установлен грунтоприемник, всасывающий грунт с помощью центробежного насоса (см. рис. 6.4, а).

1 - грунтоприемник; 2 - всасывающий грунтопровод; 3 - землесос;

4 - двигатель землесоса; 5 - нагнетательный грунтопровод; 6 - понтон

Рисунок 6.4 - Схема работы землесосного снаряда

 

Грунтоприемник (см. рис. 6.4, б) и землесос соединены всасывающим грунтопроводом. Для облегчения всасывания грунт разрушают дополнительно гидромонитором (см. рис. 6.4, в), специальной фрезой (рис. 6.4, г) или гидроэжекторным устройством (рис. 6.4, д). Кроме того, на землесосном снаряде устанавливают лебедки, силовую установку и устройства для фиксирования положения понтона. Землесос всасывает смесь разрушенного грунта с водой и подает ее в трубопроводы, через которые она транспортируется к месту укладки. По мере выработки грунта у одной стоянки земснаряд перемещается на другое место.

На рис. 6.5 показана одна из конструкций землесосов.

1 - кронштейн; 2 - передняя крышка; 3 - рабочее колесо; 4 - корпус; 5 – задняя

крышка; 6 - вал; 7 - опорный подшипник; 8 - упорный подшипник; 9 - муфта

Рисунок 6.5 - Конструктивная схема землесоса

 

В корпусе установлено рабочее колесо, которое приводится в движение валом. На конце этого вала имеется муфта, соединяющая его с приводным валом двигателя. Корпус закрывается крышкой. Рабочее колесо - основная деталь землесоса (см. рис. 6.6) подвергается абразивному износу, быстро выходит из строя. Поэтому на быстроизнашивающиеся поверхности колес наносят износостойкие наплавки или на лопатках колес укрепляют сменные бронепластины. В последние годы колеса и корпуса землесоса покрывают резиной (гуммируют) для снижения их износа.

 

Рисунок 6.6 - Схема рабочего колеса землесоса

 

В отличие от обычных гидравлических насосов основные параметры землесосов меняются в зависимости от консистенции гидросмеси и количества крупных частиц. С увеличением плотности смеси развиваемый землесосом напор и потребляемая им мощность возрастают, а коэффициент полезного действия снижается.

Для того чтобы частицы гидросмеси, всасываемой земснарядом, находились во взвешенном состоянии (иначе трубопровод будет забиваться оседающими частицами грунта), скорость потока должна быть не меньше определенных величин. Эта скорость, м/с

,

где V ₀ - скорость падения частицы в стоячей воде, называемая также гидравлической крупностью, м/с;

ε - коэффициент турбулентности, принимаемый равным 12 - 20 с учетом размера частиц: чем они крупнее, тем больше значение ε.

При разработке полезных ископаемых производительность зависит от содержания частиц, загрязняющих материал или негодных для укладки в сооружение и сбрасываемых вместе с водой.