Машины для земляных работ. Общая характеристика

Земляные работы относятся к главнейшим и наиболее распространенным в современном строительном производстве. Большая трудоемкость этих работ предопределяет необходимость максимальной их механизации , а массовость и разнообразие — применение машин многих типов.

Классификация земляных работ

Основная цель земляных работ — строительство земляных сооружений и добычи полезных ископаемых.

Земляные сооружения создаются вырезыванием их в грунтовом массиве или отсыпанием из грунта, который добывается в карьерах ли в специальных разрезах. Разновидности, формы и размеры земляных сооружений определяются прежде всего их назначением.

К земляным сооружениям относятся спланированные площадки, котлованы, дамбы, траншеи, каналы, насыпи и т.п..

Из полезных ископаемых (глины, керамзита, песка и т.п.) изготовляются строительные материалы.

Земляные работы выполняются не только в строительном производстве, но и в других областях — сельском хозяйстве, мелиоративном строительстве, в случае прокладывания разнообразных линий коммуникаций и т.д.

Земляные работы делятся на:

• подготовительные и вспомогательные — очищение территории от кустов, пней, снос разных сооружений, срезание растительного покрова, снижение уровня вод, закрепление грунтов, предварительное рыхление;
• основные — копание траншей, котлованов, насыпка дамб, насыпей и т.п.;
• специальные — прокладывание кабелей, бурение скважин, безтраншейное прокладывание трубопроводов, мелиоративные роботы, забивание в грунт разнообразных свай, камнерезательные роботы др.
• Отдельный вид работ – связанных с разработкой, транспортированием и укладыванием грунта с помощью средств гидромеханизации.

Классификация и общая характеристика машин для земляных работ

Машины для земляных работ классифицируются таким образом:

• по назначению — для подготовительных и вспомогательных работ, землерийно-транспортные, землеройные, для уплотнения грунтов,.для специальных земляных работ и средства гидромеханизации земляных работ;
• по типу привода — с приводом внутреннего сгорания, электрическим, гидравлическим и комбинированным;
• по количеству двигателей — одно- и много- двигательные;
• по мощности — малой, средней и большой мощности;
• по типу ходовой части — гусеничные, пневмоколесные, шагающие, рельсовые;
• по климатическому исполнению — в северном, тропическом и обычном выполнении.

К машинам для подготовительных и вспомогательных работ относятся разрыхлители на базе гусеничных и колесных тракторов, кусторезы, выкорчевыватели, оснащение для вырезания пней из грунта и т.п., а также специальное оснащение для водопонижения и укрепления грунтов.

Землеройно-транспортные машины делятся на ковшовые (скреперы), ножевые (бульдозеры и автогрейдеры) и машины с дополнительным транспортировочным органом (грейдеры-элеваторы).

К землеройным машинам относятся одно- и многоковшовые экскаваторы, а также одноковшовые погрузчики грунта.

Машины для уплотнения грунтов бывают статического действия (катки), ударные (трамбовочные), вибрационные и комбинированной.

К машинам для специальных земляных работ относятся буровые машины и оснащение, сваезабивные машины и оснащение, кабелеукладчики, оснащение для бестраншейного прокладывания трубопроводов, для копания ям под столбы линий связи и т.п.

К средствам гидромеханизации земляных работ относятся гидромониторы и земснаряды.

Различают машины статического и динамического действия.

В машинах статического действия (Рис. 1.1, а) энергия от двигателя (М) передается рабочему органу (РО) через несколько промежуточных механизмов — тяговый (ТМ), передающий (ПМ), ходовой (ХМ), напорный (НМ). Количество промежуточных механизмов может быть разной, но в любом случае не происходит непосредственная передача энергии на рабочий орган. Поэтому эти машины имеют сравнительно невысокие КПД и производительность и их работа сопровождается большими энергозатратами. И вдобавок повысить производительность таких машин можно лишь увеличением их размеров и мощности.

Большинство современных машин для земляных работ относятся к механизмам «статического» действия, то есть скорость взаимодействия их рабочего органа с грунтом не превышает 1 м/с. Это одноковшовые экскаваторы, погрузчики, скреперы, бульдозеры, автогрейдеры, разрыхлители.

Рис. 1.1. Схемы работы землеройных машин. а — статического действия; б, в – динамического действия

Большинства указанных недостатков лишены машины динамического действия, которые в последнее время применяются все более широко. Рабочие органы таких машин имеют отдельные приводы. Энергия от двигателя (ли нескольких двигателей) передается непосредственно на рабочий орган (Рис. 1.1, б, в). Это дает возможность уменьшить мощность основного двигателя и массу машины.

Различают машины независимого динамического действия и зависимой (рис. 1.1, б и в соответственно). В машинах зависимого действия между рабочим органом и каким-то механизмом (напорный, ходовым или тяговым) устанавливается упругий элемент (УЭ), который аккумулирует энергию от сил сопротивления грунта разрушению, которая потом передается на рабочую среду.

Машины динамического действия имеют важные преимущества сравнительно со статическими. Например, производительность одноковшового экскаватора массой 14.5 т с двигателем мощностью 59 квт и обычным рабочим оснащением на грунтах II группы составляет приблизительно 100 м 3 /ч, и такую самую производительность в одних и тех же грунтовых условиях имеет землеройный механизированный инструмент динамического действия массой 80 кг с двигателем мощностью 3,8 квт. Удельная производительность (то есть производительность, отнесенная к установленной мощности двигателей) этого одноковшового экскаватора равняется 1,7 м 3 /ч на 1 квт, а для механизированного землеройного инструмента — 26,0 м 3 /ч на 1 квт.

К указанной категории машин относят роторные экскаваторы, одноковшовые экскаваторы с сменным оснащением динамического действия (роторным, дисковым, фрезерным и т.п.) ли с виброзубъями, скреперы с элеваторной загрузкой, разрыхлители активного действия, землеройный механизированный инструмент, другие машины и оснащение

Основные термины и определения

Трактор — самоходная гусеничная или колесная машина, используемая для реализации напорного или тягового уси­лия посредством смонтированного на ней оборудования.

Погрузчик — самоходная гусеничная или колесная машина со встроенной опорной конструкцией и рычажной системой с фронтально расположенным ковшом, которая черпает или копает материал за счет движения машины вперед, а также поднимает, транспортирует и выгружает материал.

Обратная лопата – погрузчик — Самоходная колесная машина с главной металлоконструкцией, предназначенной служить в качестве опоры как для смонтированного впереди погрузочного механизма с фронтальным ковшом, так и для смонтированного сзади оборудования обратной лопаты. При использовании в режиме обратной лопаты машина обычно копает материал ниже уровня опорной площадки при движении ковша в направлении к машине. Обратная лопата поднимает, перемещает с поворотом и выгружает материал при стационарном положении ходового устройства. При использовании в режиме погрузчика машина черпает или копает материал за счет движения машины вперед, а также поднимает, транспортирует и выгружает материал.

Экскаватор — самоходная гусеничная или колесная машина, цикличного действия с одним ковшом или другим рабочим органом, осуществляющая, кроме копания грунта (или иного материала) и его перемещения путем вращения поворотной части, погрузочные, сваебойные или другие работы при помощи одного из видов сменного рабочего оборудования.

Землевоз – самосвал — самоходная колесная машина с открытым кузовом, которая транспортирует и выгружает или распределяет материал. Загрузка землевоза осуществляется внешними средствами.

Самоходный скрепер — самоходная колесная машина, имеющая открытый ковш с режущей кромкой, расположенный между передними и задними колесами, которая режет, набирает, транспортирует и распределяет материал при движении вперед. Набору материала при движении машины вперед может способствовать снабженный приводом механизм элеваторной загрузки, установленный на ковше скрепера.

Автогрейдер — самоходная колесная машина с регулируемым отвалом, расположенным между передними и задними колесами, которая режет, перемещает и распределяет материал в целях профилирования.

Каток и уплотняющая машина — самоходная прицепная, перемещаемая вручную или выполненная в виде дополнительного оборудования машина, которая уплотняет материалы, в том числе каменные насыпи, грунты, асфальтобетонные покрытия и мусор, путем укатывания, трамбования или вибрационного воздействия.

Трубоукладчик — самоходная гусеничная машина, специально предназначенная для подъема и укладки труб и транспортирования оборудования для трубопроводов. Данная машина, базой для которой служит гусеничный трактор, имеет специально сконструированные составные части, например ходовое устройство, главную раму, противовес, механизм подъема стрелы и груза и боковую стрелу, поворачивающуюся в вертикальной плоскости.

Бульдозер — Самоходная гусеничная или колесная машина с регулируемым фронтально-расположенным отвалом, которая режет, перемещает и распределяет материал при движении вперед.

Бульдозер-рыхлитель — самоходная гусеничная или колесная машина с регулируемым фронтально-расположенным отвалом и регулируемым рыхлителем заднего расположения, которая режет, перемещает и распределяет материал отвалом или рыхлит рыхлительным оборудованием при движении вперед.

Конспект лекций по курсу «Машины для земляных работ» для студентов специальности 7.090214 “Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, мелиоративные машины и оборудование” (ПТМ) / Лавшонок А.В. – Донецк: ДонНТУ, 2004. – 100 с.

Классификация машин для земляных работ

По технологическому назначению машины для земляных работ подразделяют на следующие основные группы:
1. Машины для подготовительных .и вспомогательных работ: кусторезы, корчеватели пней, рыхлители, машины и оборудование для водоотлива и водопонижения.

2. Землеройно-транспортные машины, предназначенные для послойной разработки, перемещения грунта и планировки грунта: скреперы, бульдозеры, грейдеры, грейдер-элеваторы или струги.

3. Экскаваторы, являющиеся наиболее универсальными землеройными машинами, поскольку перемещение рабочего органа у них не зависит от других частей машины и они обладают разнообразием технологических приемов.
По характеру рабочего процесса экскаваторы подразделяются на машины цикличного действия, у которых все операции протекают последовательно в определенном порядке и повторяются через некоторые промежутки времени (одноковшовые экскаваторы), и машины непрерывного действия, у которых все операции производятся одновременно (многоковшовые и фрезерные экскаваторы).
4. Машины для гидравлической разработки грунта, производящие отделение грунта от массива в сухих забоях струей воды из насадка гидромонитора под напором 1—3 Мн/м2 (10—30 ат), а в забоях под водой — засасыванием легкого песчаного грунта вместе с водой плавучим или передвижным землесосным снарядом. 5. Также к машинам для земляных работ можно отнести трамбующие и вибрационные машины, предназначенные для искусственного уплотнения грунта.

Машины для подготовительных работ

Машины для подготовительных работ предназначены для расчистки территории строительства от кустарника и леса, удаления пней, корней, разрыхления плотных грунтов для последующей разработки их землеройными машинами.

Кусторезы

Кусторезы предназначены для расчистки площадей от кустарника и мелколесья. Они выполняются в виде сменного навесного оборудования к трактору и по принципу действия рабочего органа делятся на пассивные и активные.

Пассивные рабочие органы, как правило, выполняются в виде клинового отвала, с расположенными в нижней части плоскими горизонтальными ножами имеющими гладкую или волнообразную режущую кромку. Такими ножами хорошо срезается кустарник с диаметром стволов у корневой шейки не менее 2. 3 см. При работе сдвигается часть плодородного слоя почвы.

1 — Клин-колун; 2 — Наклонная поверхность рабочего органа; 3 – гидроцилиндр подъема РО; 4 – ножи; 5 – шарнир крепления 6 – лыжа, на которую, в рабочем положении опирается отвал, что позволяет ему самоустанавливаться по рельефу почвы, причем гидроцилиндры находятся в т.н. «плавающем положении»; 7 – универсальная толкающая рама; 8 – заточное устройство (наждач. Круг и гибкий вал http://stroy-technics.ru/article/kustorez-d-174v); 9 (др!) – ограждение трактора.

Активные рабочие органы кусторезов могут быть режущего (сегментные, дисковые) или ударного действия c приводом от вала отбора мощности трактора.

б – циркулярная пила или фреза;

В – нож косилочного типа

Г – ножи фрезерные горизонтальные

Д – вращающиеся диски с ножами

Е – ножи, вращающиеся на гибкой связи.

Такие кусторезные рабочие органы могут монтироваться на трактор как неподвижно, так и с помощью подвижной рукояти, позволяющей изменять положение рабочего органа в пространстве.

Корчеватели

Предназначены для корчевки и уборки пней диаметром до 50 .см, расчистки участков от камней, корней, удаления сваленных деревьев и срезанного кустарника.

Для выкорчевывания пней, корней деревьев и крупных валунов используется целый ряд различных методов и машин:

А – корчевание прямой тягой;

Б – с помощью тракторной лебедки;

Г, Д – корчеватели-собиратели с передней и задней навеской рабочего органа

Е – корчевальная борона.

Корчеватель-собиратель предназначен для корчевания пней и крупных валунов, а также для их перемещения и погрузки в низкие транспортные средства.

1 – клыки

3 – гидроцилиндры поворота РО

4 – базовая машина

6 – толкающая рама

7 (обозначить) гидроцилиндр подъема рамы.

Отвал представляет собой решетчатую конструкцию с мощными «клыками» в нижней ее части. При работе, клыки заглубляются в грунт и подводятся под объект корчевания, после чего, комбинированным воздействием толкающего усилия трактора и поворота рабочего органа производится извлечение пня или валуна из грунта.

Корчеватели с задней навеской рабочего выполняются без выраженного отвала. Сам рабочий орган состоит из двух пар клыков, причем одна пара жестка зафиксирована на раме, а другая – с помощью шарнирного соединения.

1 – базовая машина

2 – основная рама

3 – гидроцилиндр подъема РО

4 – гидроцилиндр поворота подвижных клыков

(такие машины могут обойтись без противовесов, так как при корчевке крупных пней или валунов рабочий орган упирается в землю)

Корчевальная борона

предназначена для корчевания кустарника и пней диаметром до 15. 20 см. Борона, имеет треугольную раму сварной конструкции с тремя – девятью зубьями и навесное устройство.

Высоту зуба относительно рамы регулируют с помощью отверстий. Чтобы уменьшить забивание бороны, зубья устанавливают на разную глубину хода: передние — на меньшую, задние на большую.

1 — зуб; 2 — боковые брусья; 3 — задний брус; 4 — верхние полосы оковки; 5 — нижние полосы оковки; 6 — скобы и 7 — накладки, скрепляющие переднюю часть рамы; 8 — прицеп; 9 — транспортные полозки.

Корчевание с помощью канатной тяги может осуществляться путем вытягивания одиночных пней или попарно, с помощью систем отклоняющих блоков и полиспастов.

1 – направляющий пень, 2 – трактор, 3 – корчуемые пни.

Рыхлители

Применяются для рыхления грунтов III и IV категорий, используют для удаления корней, камней, мелких пней и взламывания старых дорожных покрытий. Навесной рыхлитель имеет подвижную раму, соединенную обычно параллелограммной системой с задним мостом трактора, что позволяет сохранять постоянным угол резания зубьев,снабженных сменными наконечниками из износостойкой стали. Подъем и заглубление зубьев производятся гидроцилиндрами.

1 — бульдозерное оборудование, 2 — трактор, 3, 9 — верхняя и нижняя рамы, 4 — верхняя тяга, 5 — гидроцилиндр, 6 —несущая балка, 7 — поворотный флюгер рыхлительного зуба, 8 — рыхлительный зуб.

Бульдозеры

Бульдозером называют гусеничный или колесный трактор с рабочим органом в виде отвала. Они предназначены для послойной разработки грунтов с их последующим перемещением перед рабочим органом (отвалом) по поверхности земли на небольшие расстояния. Установка на бульдозерах заднего рыхлительного оборудования позволяет эффективно разрабатывать прочные разборно-скальные грунты, в том числе в условиях зон холодного климата. Эффективная дальность перемещения грунта бульдозером составляет 15…70 м в зависимости от мощности трактора, достигая 180 м при работе наиболее тяжелых машин в горнодобывающей промышленности.

Основным параметром, определяющим технико-экономические показатели бульдозеров, является номинальное тяговое усилие, по которому различают:

1. бульдозеры очень легкие (малогабаритные) с номинальным тяговым усилием до 25 кН,

2. легкие − 25…135 кН,

3. средние − 135… 200 кН,

4. тяжелые − 200…350 кН

5. сверхтяжелые − свыше 350 кН.

По типу движителя различают бульдозеры гусеничные и пневмоколесные.

Бульдозеры могут выполняться с поворотным и с неповоротным отвалом:

1 – отвал; 2 – раскос; 3 – гидроцилиндры подъема отвала; 4 – базовый трактор; 5 – рама трактора; 6 – упряжные шарниры; 7 – толкающие брусья; 8 – универсальные шарниры; 9 – подкос.

1 – отвал; 2 – винтовые раскосы; 3 – гидроцилиндры подъема отвала; 4 – базовый трактор; 5 – упряжные шарниры; 6 – опорные кронштейны (по три штуки для разных положений); 7 – толкающая рама; 8 – боковые толкатели; 9 – кронштейны крепления гидроцилиндров; 10 – центральный шаровый шарнир.

Помимо землеройно-транспортных работ, бульдозеры могут выполнять планировочные работы, в частности, выравнивание площадки для строительства или передвижения другого транспорта. При этом могут использоваться системы автоматического управления положением отвала бульдозера.

1 — лазерный нивелир; 2 — приемник; 3 — лазерная плоскость.

Скреперы

Скрепером называют землеройно-транспортную машину с ковшовым рабочим органом, предназначенную для послойной разработки, транспортирования и отсыпки грунта в земляные сооружения. Для облегчения процесса копания скрепером грунты выше 2-й категории предварительно разрыхляют рыхлителями.

1 – одноосный тягач; 2 – сцепное устройство; 3 – тяговая рама; 4 – ковш; 5 – заслонка ковша; 6 – режущий нож; 7 – подрезной нож (боковой над режущим); 8 – гидроцилиндры подъема и опускания ковша; 9 – задняя стенка ковша; 10 – буфер.

Рабочий цикл скрепера состоит из следующих операций:

1. Копание грунта и заполнение ковша. При этом заслонка открыта, ковш опускается на поверхность и при движении скрепера заполняется грунтом. При этом скреперу может «помогать» бульдозер, упираясь отвалом в буфер скрепера.

2. Транспортировка. Заслонка опускается, ковш поднимается в транспортное положение

3. Разгрузка. В движении, скрепер открывает заслонку и при помощи разгрузочного устройства (например, подвижной задней стенки) выгружает грунт.

С помощью скреперов возводятся насыпи, устраиваются выемки с отвозкой грунта в насыпи, производится планировка строительных площадки, срезание растительного слоя грунта в полосе отвода дороги и т.д.

С учетом основных признаков скреперы классифицируются:
1. По емкости ковша (м3) — на скреперы малой емкости, с ковшом емкостью до 5; скреперы средней емкости, с ковшом емкостью до 6—15; скреперы большой емкости с ковшом емкостью более 15;

2. По способу загрузки — на заполняемые за счет подпора грунта при реализации тягового усилия базового тягача и загружаемые с помощью загрузочного устройства. К первому типу относятся скреперы обычного исполнения, а к второму типу — элеваторные, гребковые, роторные.

[показать элеватор, направление его вращения]

3. По способу разгрузки — на машины со свободной, принудительной и полупринудительной (комбинированной) разгрузкой. В скреперах со свободной разгрузкой опорожнение ковша осуществляется под действием собственного веса грунта. В скреперах с принудительной разгрузкой полное опорожнение ковша осуществляется с помощью задней стенки. В скреперах с полупринудительной (комбинированной) разгрузкой часть объема грунта высыпается под действием собственного веса, а часть с помощью принудительной очистки.

4. По типу привода — на машины с канатным, электромеханическим и гидравлическим приводом.
5. По способу агрегатирования — на прицепные, полуприцепные, самоходные и скреперные поезда.

Прицепной скрепер буксируется гусеничным или двухосным колесным трактором.

Прицепной двухосный и прицепной одноосный

Полуприцепный скрепер находится в сцепке с гусеничным или двухосным колесным трактором (тягачом) передней частью (хоботом) через опорно-сцепное устройство.

Полуприцепной нарисовать с гусеничным трактором.

Самоходный скрепер представляет собой единую конструкцию с индивидуальной энергетической установкой, обеспечивающей передвижение машины и работу всех агрегатов, в том числе и управление рабочими органами.

Грейдеры

Грейдеры относятся к землеройно-транспортным машинам с отвальным рабочим органом. Они применяются для планировочных и профилировочных работ в дорожном, аэродромном строительстве, а также для возведения насыпей, постройки грунтовых дорог, разравнивания и перемещения грунта, очистки дорог и площадей от снега, льда и т. п.

Грейдеры могут быть прицепными и полуприцепными, но чаще всего они выполняются самоходными и называются автогрейдерами.

1− приводные задние колеса; 2− балансирная балка; 3− подрамник; 4− основная (хребтовая) рама;

5− кронштейн; 6− установочные гребенки; 7− отвал; 8− поворотный круг; 9−тяговая

рама; 10− управляемые передние колеса; 12− вспомогательный отвал;

13 – гидроцилиндр подъема вспомогательного отвала

14 – гидроцилиндры подъема тяговой рамы

15 – гидроцилиндр выноса тяговой рамы

[рассказать что поворотный круг вращается гидромотором, рассказать как выносится тяговая рама, расск. Про гидроцилиндр наклона отвала]

Самый большой Acco Grader, 160т, 1980, длина ножа – 10 м, 2 двигателя на 700 и на 1000 л.с.

Грейдер-элеваторы

предназначены для копания грунтов и отсыпки его в насыпи, отвалы или в транспортные средства. Их используют для возведения насыпей из боковых резервов, образования продольных выемок, устройства каналов и других подобных сооружений.

Грейдер-элеваторы выполняются, как правило, в виде полуприцепных машины, для тракторов или одноосных тягачей. Иногда их выполняют как сменное навесное оборудование на автогрейдере.

Экскаваторы

Экскаватором называют землеройную машину, выполняющую операции по отделению грунта от массива и перемещению его в отвал или транспортные средства в пределах зоны досягаемости рабочего оборудования. Экскаваторы оборудуют одним или несколькими ковшами. В первом случае их называют одноковшовыми, во втором — многоковшовыми.