Выбор и разработка технологических схем разработки котлованов одноковшовыми экскаваторами (проектирование экскаваторного забоя).

3.1. Определение вида проходок (лобовая: по прямой, по зигзагу, уширенная; боковая).

Разработка грунта экскаватором прямая лопата производится боковым и лобовым (тупиковым)

забоем. При боковом забое транспортные средства располагаются на уровне подошвы забоя или выше его и имеют сквозной проезд, расположенный параллельно пути перемещения экскаватора только на уровне подошвы забоя сзади или сбоку от экскаватора; схема транспортных путей при этом - тупиковая.

Разработка выемок способом лобового забоя создаёт тяжёлые условия для работы транспорта. Много времени затрачивается на развороты автомашин и подачу их под погрузку задним ходом. Средний угол поворота платформы экскаватора для погрузки грунта в транспортные средства, особенно при работе в узких забоях, может достигать 180°, что увеличивает время рабочего цикла и снижает производительность экскаватора. Поэтому ширину лобового забоя целесообразно увеличить до размеров, в 2,5 – 3,5 раза превышающих наибольший радиус резания грунта экскаватором, и разработку вести путём перемещения экскаватора по зигзагу или поперёк котлована (рис.21).

Уширенный лобовой забой улучшает условия подачи транспорта и

позволяет работать с углом поворота экскаватора в пределах 90 – 110° вместо 180°, что в итоге повышает производительность экскаватора и работающих с ним в комплекте автомобилей-самосвалов.

Уширенный лобовой забой следует применять только в тех случаях, когда по местным условиям нельзя применять боковой забой либо

при устройстве съезда в котлован и отрывке пионерной траншеи. Уширенным лобовым забоем рекомендуется пользоваться также в тех случаях, когда параметры экскаватора позволяют за одну проходку отрыть котлован, в котором можно производить разворот автосамосвалов и уменьшить углы поворота экскаватора на выгрузку.

При производстве работ боковым забоем транспортные пути расположены параллельно оси перемещения экскаватора, что позволяет подавать транспортные средства под погрузку без разворотов и значительно уменьшить угол поворота стрелы экскаватора при погрузке. А это в свою очередь увеличивает производительность экскаватора и работающих с ним транспортных средств.

В широких выемках (котлованах), разрабатываемых несколькими

проходками, лобовым уширенным забоем выполняется лишь пионерная

траншея, а вся дальнейшая разработка грунта в выемке, как правило, производится способом бокового забоя.

Рис. 21. Разработка грунта экскаватором прямая лопата:

а) лобовая проходка с односторонней погрузкой грунта в автосамосвалы;

б) лобовая проходка с двусторонней погрузкой грунта в автосамосвалы;

в) лобовая проходка с перемещением экскаватора по зигзагу;

г) уширенная проходка с перемещением экскаватора поперёк котлована.

При расчётах необходимо следовать рекомендациям, а именно:

а) при B£1,5R – лобовая проходка с односторонней погрузкой грунта в транспорт, рис. 21а.

б) при 1,5R£B£1,8R – с двухсторонней подачей транспортных средств, рис. 21 б.

Наибольшая ширина лобовой проходки составит

B£2 , (46)

где R_оп. – оптимальный радиус резания, принимаемый равным от

0,8 до 0,9 наибольшего радиуса резания;

l_n – длина рабочей передвижки экскаватора, принимается

равной 0,75 длин рукояти экскаватора или 2м.

в) при 2R£B£2,5R – уширенная лобовая с перемещением экскаватора по зигзагу, рис. 21 в.

Ширина зигзагообразной лобовой проходки по верху составляет

B_з= 2 , (47)

г) при 2,5R£B£3,5R – поперечно-лобовая проходка с двухсторонней погрузкой в транспорт, рис. 21 г.

Ширина поперечно-лобовой проходки

В_п= , (48)

д) при B³3,5R – после первой лобовой проходки продолжается разработка одной или несколькими боковыми проходками.

Ширина каждой боковой проходки равна, рис.22

В_б=В₁+0,7R_ст, (49)

Рис. 22. Разработка котлована боковой проходкой экскаватором прямая лопата

Экскаваторы, оборудованные обратной лопатой, используются для разработки грунтов ниже уровня стоянки экскаватора и применяются при разработке траншей и небольших неглубоких котлованов (например, под отдельно стоящие фундаменты). Разработка грунта осуществляется лобовыми и боковыми проходками. При этом лобовые проходки применяются в основном при разработке траншей, а боковые – при разработке широких котлованов. Разработку грунта можно осуществлять как в отвал, так и с погрузкой в транспортные средства. В последнем случае экскаваторы с обратной лопатой имеют преимущество по сравнению с экскаваторами с прямой лопатой, т.к. не требуется спуск автомашин в котлованы. Кроме того, экскаваторы с обратной лопатой имеют возможность отрывать траншеи с вертикальными стенками (в соответствующих грунтах). Экскаваторы с обратной лопатой при разработке грунта могут передвигаться вдоль и поперёк котлована, а также зигзагом, рис.23

Рис. 23. Разработка котлована экскаватором обратная лопата:

а) лобовая проходка по прямой; б) лобовая проходка по зигзагу;

в) лобовая уширенная проходка.

а) B£1,6-1,7R – лобовая проходка по прямой

Ширина лобовой проходки по верху при односторонней выгрузке грунта составляет:

B=b₁+b₂= , (50)

где R_max – наибольший радиус резания, м;

l_п – длина рабочей передвижки экскаватора, 2м;

R_т – наибольший радиус выгрузки грунта в транспорт;

b_k – ширина транспортных средств или отвала грунта.

При двухсторонней выгрузке грунта, м,

B=2b₁=2(R_ст- -1), (51)

Ширина проходки понизу, м,

В₁=В - 2mH, (52)

где m – коэффициент откоса;

H – высота забоя, м.

б) 1,7R£В£3R – лобовая уширенная по зигзагу

в) 3R£B£3,5R –лобовая уширенная поперечная проходка.

Ширина лобовой уширенной поперечной проходки определяется по формуле

В= , (53)

г) B³3,5 – после первой лобовой проходки продолжают дальше разрабатывать одной или несколькими боковыми проходками.

Ширина каждой боковой проходки равна,м,

В_б= , (54)

где R_n – радиус резания по дну котлована.

Драглайн.

Выемки разрабатываются экскаватором-драглайном за несколько боковых или за одну лобовую проходку. Размеры забоя для драглайна определяются так же, как и при разработке грунта экскаватором с обратной лопатой.

Дополнительно применяют поперечно челночный и продольно челночный способ (с подачей транспорта по подошве забоя).

При работе экскаватора, оборудованного драглайном, грунт разрабатывается ниже уровня стоянки и грузится в автосамосвалы, устанавливаемые на уровне стоянки экскаватора или в забое (при работе челночным методом). Перед началом работы участки пути, по которым передвигается драглайн, выравниваются бульдозером или автогрейдером. Площадки на местах стоянок экскаватора после перемещения должны иметь горизонтальную поверхность.

В зависимости от ширины котлована и рабочих параметров экскаватора первая проходка выполняется лобовым забоем с перемещением экскаватора по оси отрываемой траншеи или уширенным лобовым забоем с перемещением экскаватора по зигзагообразной линии. Эти схемы применяются главным образом в тех случаях, когда такой проходкой можно отрыть котлован на полную ширину. В остальных случаях первая проходка осуществляется узким лобовым забоем с установкой экскаватора на оси, совмещенной с нижней бровкой котлована.

После отрывки пионерной траншеи, выполненной за первую проходку экскаватора, разработка грунта в котловане ведётся последовательно боковыми продольными забоями с погрузкой грунта в автосамосвалы, устанавливаемые на уровне стоянки экскаватора или в котловане (рис., м).

Расстояние перемещения экскаватора между стоянками принимается равным 1/5 длины стрелы.

При погрузке грунта на транспортные средства, подаваемые к экскаватору на одном с ним уровне, средний угол поворота экскаватора должен быть равен 70°. При разработке грунта навымет ширина проходок должна быть такой, чтобы величина угла поворота при работе не превышала 90°.

Широкие выемки разрабатывают за несколько лобовых проходок или применяют такие технологические приемы, как перемещение по зигзагу или поперечно-торцовую проходку, а также челночный способ работы экскаватора. При устройстве широких котлованов, а также насыпей из грунта резерва в ряде случаев применяют боковую проходку,

ширина которой составляет около (0,7 – 0,8)R, а поворот стрелы экскаватора для разгрузки – 180°.

Преимуществом боковых забоев является возможность перемещения грунта на значительно большие расстояния, чем при работе в лобовых забоях. Однако ширина боковых забоев меньше лобовых, а глубина не превышает 2/3 полной глубины резания.

При разработке грунта в отвал на расстояние, превышающее радиус разгрузки ковша, следует применять бульдозеры для перемещения грунта от места выгрузки из ковша до места укладки в сооружение или отвалы.

Для разработки широких котлованов, когда состояние грунта и размеры проходки драглайна позволяют подавать автомобили-самосвалы по дну проходки, рекомендуется применение челночных способов погрузки грунта. При этих способах автосамосвалы подаются в забой по дну выемки или котлована.

При поперечно-челночной схеме набор грунта производится поочерёдно с каждой стороны автосамосвала. При этом ковш разгружается без остановки поворота стрелы (без реверсирования) в момент нахождения его над кузовом самосвала.

Поперечно-челночная схема обеспечивает уменьшение угла поворота стрелы экскаватора-драглайна до 10 – 15°.

При продольно-челночной схеме грунт набирают перед торцовой

(задней) стенкой кузова самосвала и, подняв ковш, разгружают его над кузовом. При работе по этой схеме поворотные движения экскаватора фактически отсутствуют.

В результате применения челночных способов погрузки грунта

уменьшаются высота подъёма ковша и угол поворота стрелы, что значительно сокращает рабочий цикл экскаватора и повышает его производительность.

Пример:

Требуется определить тип экскаватора для разработки котлована, выбрать типы проходок, рассчитать размеры проходок и их количество, которое необходимо для того, чтобы разработать котлован при следующих данных: V_котл = 4500 м³, размеры котлована поверху 40×60 м, H_котл = 1,85 м, m_отк = 0,5.

Решение.

Так как V_котл = 4500 м³для разработки котлована принимаем одно-

ковшовый экскаватор, оборудованный обратной лопатой с ёмкостью ковша 0,5 м³ марки ЭО 5015А (табл. П.3). Согласно ЕНиР § Е 2-1-9 табл. 1 (см. также соответствующие таблицы приложения) экскаватор ЭО 5015А имеет следующие технические характеристики:

- ёмкость ковша – 0,5 м³;

- наибольшая глубина копания – 4,5 м;

- наибольший радиус копания – 7,3 м;

- наибольшая высота выгрузки – 3,9 м.

Ширина котлована В = 40м ³3,5R = 3,5 7,3 = 25,6.

Следовательно, разработка котлована будет вестись боковыми проходками.

Первая проходка – лобовая. Определим её ширину по формуле, подставив следующие значения R_ст=7,3 м, L_n = 2 м, R_вт= 6,0 м, b_к = 2,64 м – для МАЗ-503 (табл. П.7)

В₁= = 10,7 м,