Розрахунок продуктивності землерізально-транспортних і землекопальних машин та шляхи її підвищення.

Експлуатаційну продуктивність землерізально-транспортних і

землекопальних машин визначають за формулами:

- бульдозера (2.23)

де - тривалість зміни; - об’єм призми перед ножем; - коефіцієнт збереження ґрунту; ; - відстань переміщення ґрунту; - коефіцієнт використання змінного часу; - тривалість циклу розроблення ґрунту;

- скрепера (2.25)

де - місткість ковша; - коефіцієнт використання місткості ковша;

- одноківшового екскаватора

(2.26)

де - кількість циклів екскавації за хвилину;

- багатоківшевого екскаватора

(2.27)

де - число ковшів, що вивантажуються за хвилину,

(2.28)

- швидкість руху ковша; - відстань між ковшами. Решта параметрів

однакові для всіх формул.

 

Закриті способи розробки ґрунту. Спосіб п р о к о л ю в а н н я застосовують для прокладання тільки сталевих труб без ізоляції або футлярів діаметром до 400 мм на довжину до 50 м. Для проколювання по обидві сторони споруди, під якою виконується проколювання, влаштовуються котловани: робочий і приймальний. Проколювання виконують трубою з привареним на кінці конусоподібним наконечником, діаметр якого більше діаметра основної труби. Для цього в робочому котловані розміщують ланку труби з заведеним всередину шомполом (трубою меншого діаметра), який зблокований з штоком гідродомкрата. Під дією домкрата шомпол штовхає трубу вперед, проколюючи товщу ґрунту. Шляхом нарощування ланок процес повторюють до виходу труби в приймальний котлован.

П р о д а в л ю в а н н я застосовують для прокладання сталевих і залізобетонних із сталевою ріжучою кромкою труб діаметром 600...1400 мм, довжиною до 80 м. Трубу вдавлюють відкритим кінцем, застосовуючи декілька домкратів. Тиск на трубу передається за допомогою зовнішніх шомполів, які зблоковані натискною рамою з домкратом. Після вдавлювання всередину труби ґрунту, його видаляють за допомогою шнекового пристрою або шляхом розмиву струменем води з наступним відкачуванням водогрунтової суміші.

Г о р и з о н т а л ь н е б у р і н н я виконують за допомогою спеціальних машин, які одночасно з бурінням подають трубу в отвір і видаляють ґрунт з труби. Цей спосіб застосовують переважно в глинистих ґрунтах для прокладання сталевих труб діаметром до 1000 мм на довжину до 100 м.

Ущільнення ґрунту. При будівництві гребель, дамб, ґрунтового полотна дороги, засипанні пазух котлованів виникає необхідність одержати ґрунти з заданими фізико-механічними властивостями. Ущільнення ґрунту до проектної щільності з найменшими енергетичними витратами можна досягнути при відповідній його вологості, котру називають оптимальною.

Необхідну кількість води для зволоження ґрунту до оптимальної вологості визначають за виразом

(2.30)

де - відповідно оптимальна вологість, природна вологість ґрунту, втрати вологості при вкладанні і ущільненні ґрунту, %; - відповідно проектна щільність ґрунту і щільність води, кг/м³.

 

Проектна щільність може бути досягнута наступними способами:

· статичним природним самоущільненням ґрунту під дією власної ваги земляної споруди;

· механічними машинами статичної дії (котки), машинами динамічної дії (ущільнюючі плити), машинами вібраційної дії (вібратори).

 

Рис. 2.20. Способи механічного ущільнення ґрунту

 

Найбільш поширеним способом механічного ущільнення ґрунту є укатування котками: гладкими, кулачковими, пневмоколісними, решітчастими. Схеми руху котків повинні бути ув’язані з розмірами поперечного перетину створюваних насипів.

Залежно від ширини насипу ущільнення ґрунту може виконуватись з розворотом на насипу (при ширині насипу ) і з розворотом зі з’їздом з насипу (при ширині насипу ) (рис. 2.21).

 

Рис. 2.21. Схеми руху котків при ущільненні ґрунту в насипах різної ширини: а – широкий насип; б – насип шириною ; в – насип шириною

 

В останньому випадку для розвороту котка за межами насипу необхідно влаштовувати з’їзди і виїзди.

Довжину ділянки приймають 100...300 м. Ущільнення повинно проводись шарами від країв земляної споруди до її середини.

Від краю насипу котки проходять не ближче 0,5 м, що призводить до неущільненої зони вздовж укосу. Неущільнений ґрунт зрізується і повертається в насип.

Основними показниками, що характеризують роботу ущільнюючих машин, є:

· товщина ущільненого шару ґрунту;

· рівномірність ущільнення по глибині шару ґрунту;

· необхідна кількість проходів по одному сліду для досягнення проектної щільності.

Оптимальна товщина шару ущільненого ґрунту залежить від виду котків, їх параметрів, вологості ґрунту і може бути визначена за формулами:

для гладких котків

Ну = А (2.31)

для пневмоколісних котків

Ну = А (2.32)

для кулачкових котків

Ну = 0,65 (L - 0,25b - h₁), (2.33)

де - відповідно вологість ґрунту, що ущільнюється і оптимальна вологість, %; q - лінійний тиск котка, кН/см; R - радіус котка; Q - сила ваги одного колеса пневмоколісного котка, кН; р - тиск в шині, кН; - коефіцієнт жорсткості шини, = f (р); L - довжина котка; b - товщина кулачка; h₁ - товщина розпушеного шару після проходу кулачкового котка; А - експериментальний коефіцієнт: - для гладких котків 0,3...0,4; - для пневмоколісних котків - 0,2.

 

При ущільненні ґрунту машинами динамічної дії робочим органом ущільнюючих машин є трамбувальні плити різних розмірів, ваги і форми, що скидаються на поверхню ґрунту з різної висоти. Технологія ущільнення ґрунту трамбувальними плитами і вальцевою трамбівкою приведена на рис. 2.22.

 

Машини і механізми вібраційної дії передають ґрунту частий коливний рух. Під дією вібрації значно змінюється коефіцієнт внутрішнього тертя (К_т) ґрунту. Так сухий пісок до вібрації мав К_т = 0,5, під час вібрації - К_т = 0,07, після вібрації - К_т = 0,85. В виробничих умовах використовують віброплити, віброущільнювачі поверхневі і глибинні, віброкотки (рис. 2.23).

Котки і ущільнюючі машини слід вибирати так, щоб напруга, яка виникає в ґрунті, не була руйнівною:

=(0,8...0,9) _руйн. (2.34)

 

 

Продуктивність машин для ущільнення оцінюється в одиницях площі (м²/год) або в одиницях об’єму (м³/год):

- для машин безперервної дії (котки, віброплити)

(2.35)

де V - швидкість переміщення машини, м/год; В - ширина ущільненої смуги, м; с - ширина смуги перекриття, м; n - число проходів по одному сліду; к_в - коефіцієнт використання машини в часі;

- для машин циклічної дії

(2.36)

де F - площа ударної поверхні плити, м²; m - число ударів за хвилину; к_пер - коефіцієнт перекриття, 0,8; n - число ударів, необхідних для ущільнення, щоб досягнути проектної щільності.

Продуктивність в одиницях об’єму визначається за виразом

П_W = Н_у, (2.37)

де Н_у - товщина шару ґрунту в ущільненому стані, м.

Виконання земляних робіт в зимовий період. Для полегшення розробки замерзлих ґрунтів, виконують такі заходи (рис. 2.24):

Котки і ущільнюючі машини слід вибирати так, щоб напруга, яка виникає в ґрунті, не була руйнівною:

=(0,8...0,9) _руйн. (2.34)

 

 

 

 

Рис. 2.24. Способи підготовки мерзлого ґрунту до розробки

землерізальними машинами

 

Захист ґрунтів від глибокого промерзання виконують такими основними способами: вкривають ґрунт теплоізоляційними матеріалами (шлаком, соломою, торфом тощо); орють або глибоко розпушують ґрунт тракторним розпушувачем; затримують сніг (рис. 2.25, а, б, в).

 

Розморожування замерзлих ґрунтів виконують двома відомими основними способами: поверхневим і глибинним. За поверхневим способом розморожують ґрунт з поверхні землі нагрівальними елементами у вигляді печей або безпосередньо діючи вогнем на нього. За глибинним способом прогрівають ґрунт за допомогою нагрівальних приладів у вигляді голок (електричних, водяних циркуляційних або парових), що вставляються в пробурені свердловини.

Розпушування замерзлого ґрунту виконують з допомогою тракторних розпушувачів на глибину до 0,35 м., або одноківшовими екскаваторами, перелопачуючи його на глибину можливого промерзання. Замерзлий шар ґрунту завтовшки до 0,7 м. подрібнюють молотом у вигляді кулі, груші або клина, що падає, підвішеним до стріли крана або екскаватора (рис. 2.25, г, д, е, ж).

Розробка мерзлого ґрунту включає нарізування баровими або фрезерними машинами у мерзлому шарі блоків та наступне видалення їх за допомогою тракторів або кранів (рис. 2.25, л, м, н, о).