Физические свойства грунта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Физические свойства грунта

При замерзании грунтов их основные физические свойства изменяются: механическая прочность значительно возрастает. Наибольшей величины достигает при этом прочность на сжатие, ко вместе с тем возникает сопротивление на растяжение (около 1/3 сопротивления на сжатие), которое в талых грунтах близко к нулю. Поэтому наиболее эффективно разрушать твердомерзлые грунты не путем их раздавливания (резания), а скалыванием. Эффективность этого способа резко снижается при повышении температуры разрабатываемого грунта, когда он приобретает пластичномерзлые свойства, а механическая прочность его резко падает. Механическая прочность грунта в значительной степени зависит от его водонасыщенности. При этом наибольшей прочности соответствует влажность, равная полной влагоемкости грунта (порядка 20-22% для супесчаных и 30-35% для глинистых грунтов). При увеличении влажности сверх указанных пределов грунт приобретает игольчатую или слоистую структуру, причем в нем образуются прослойки льда, нарушающие прочностную структуру скелета грунта.

При разработке мерзлых грунтов в зимнее время при низких отрицательных температурах разрешается проходить траншеи н котлованы глубиной до 4 м без креплений с вертикальными стенками с замораживанием грунта в стенках. При этом не допускается какая-либо загрузка бровок выемки (в том числе и вынутым из нее грунтом). При повышении температуры (хотя бы и не доходящей до оттепели) необходимо принимать меры к обеспечению устойчивости вертикальных стенок и крутых откосов.

Разрыхленный при отрицательной температуре, но не убранный грунт при последующих колебаниях температуры (даже только в отрицательном диапазоне) может повторно смерзаться. Поэтому необходимо без задержек производить предварительное рыхление мерзлого грунта. Явление повторного смерзания чаще всего наблюдается при температурах, близких к нулю, и, наоборот, при весьма низких температурах (от -30 до -40° С) его практически не бывает. Разрабатываемый в зимнее время талый грунт может замерзнуть как в процессе его транспортирования, так и при перерывах в работе.

Разрыхленный мерзлый грунт состоит из отдельных глыб или комьев, размер которых меняется в зависимости от примененного способа рыхления и вида оборудования. Объем пустот, образующихся между этими глыбами или комьями, достаточно велик, вследствие чего величина первичного разрыхления для мерзлого грунта больше, чем для талого, и достигает 40-50%, причем величина эта зависит как от вида грунта, так и от примененного метода рыхления.

Поэтому запас на осадку насыпей без уплотнения с примесью мерзлого грунта увеличивается по сравнению с нормой для талого нескального грунта до 30% и более.

Современные способы перевозки грунта

Графический метод сводится к построению кривых объемов по двум взаимно перпендикулярным осям отдельно для выемки и насыпи. Ординаты и абсциссы, образующие кривые объемов, откладывают последовательно в направлении угла площадки как нарастающие объемы элементарных фигур. Суммы всех выемок и насыпей, представленные в виде ординат и абсцисс, делят в углах пополам и из их середин восстанавливают перпендикуляры до пересечения с кривыми объемов. Проекция полученных точек на поверхность площадки определяет положение центра тяжести соответственно для участка выемки и насыпи. Отрезок между центрами тяжести представляет собой расстояние перевозки грунта из выемки в насыпь.

Графоаналитический метод предусматривает построение совмещенных кривых объемов выемки и насыпи в виде двух графиков по двум взаимно перпендикулярным осям. Кривые объемов грунта строят по нарастающим итогам в пределах вертикальных колонок относительно оси х и в пределах горизонтальных колонок относительно оси у.

Площади фигур между кривыми объемов представляют собой произведение объема грунта на проекцию среднего расстояния перевозки, т.е. работу перемещения масс грунта из выемки в насыпь при равенстве этих объемов.

При сложном очертании выемок и насыпей их разделяют на участки, сохраняя равенство объемов грунта в частях выемки и насыпи. Положение границы, расчленяющей площадку на участки с равновеликими объемами выемки и насыпи, можно определить графическим способом. После определения равновеликих по объему участков для каждого из них строят кривые объемов по нарастающим итогам вертикальных и горизонтальных колонок. Затем определяют средние расстояния перемещения грунта для каждого участка в отдельности.

Драглайн имеет стрелу больших размеров и ковш на гибкой подвеске. Экскаватор, оборудованный драглайном, целесообразно использовать для разработки грунта с выгрузкой в отвал или непосредственно в насыпь. С его помощью можно отрывать траншеи и котлованы значительной глубины и размещать вынутый грунт в односторонние отвалы у бровки при движении вдоль выемки или в двухсторонние отвалы.

Драглайном разрабатывают выемки лобовыми и боковыми забоями с применением тех же видов, что и для экскаватора, оборудованного обратной лопатой. По аналогичным формулам, что и для обратной лопаты, определяют размеры забоев при погрузке грунта на транспорт. Оптимальная глубина забоя (из условия наполнения ковша драглайна при его подтягивании) составляет 0,15-0,2 длины стрелы.

При разработке выемок драглайном в односторонний отвал необходимо, чтобы объем 1 м проходки с учетом первоначального разрыхления грунта составлял не более объема 1 м отвала, а линейные размеры проходки и отвалов соответствовали параметрам драглайна.

Для повышения производительности экскаватора, оборудованного драглайном, при работе на транспорте в широких котлованах при сухих грунтах применяют челночные способы их разработки с заездом автосамосвалов на дно выемки, непосредственно к тому месту забоя, где вынимают грунт.

При поперечно-челночной схеме грунт набирают поочередно с каждой стороны автосамосвала, не прекращая поворота стрелы в процессе разгрузки ковша в кузов.

При продольно-челночной схеме грунт набирают перед задней стенкой кузова. После разгрузки ковш, челночно двигаясь в продольном направлении по отношению к автосамосвалу, снова возвращается к месту набора.

Эксплуатационная сменная производительность одноковшовых экскаваторов прямо зависит от длительности цикла, а также от продолжительности использования экскаватора в течение смены.

Длительность цикла можно уменьшить, выбрав рациональный вид забоя и определив его оптимальные параметры. Эту цель можно также достичь путем уменьшения среднего угла поворота экскаватора, от которого зависит общая длительность поворота, составляющая до 50% продолжительности всего рабочего цикла. Оптимальный угол поворота стрелы составляет 60°.

Передовики производства сокращают длительность цикла за счет постоянного совершенствования рабочих приемов. Продолжительность загрузки ковша снижают путем уменьшения пути резания грунта благодаря увеличению толщины стружки. Для ускорения резания твердых грунтов и полного наполнения ковша забой разрабатывают в шахматном порядке, оставляя размер целика, меньшим ширины ковша. Затем их удаляют на больших скоростях при меньшем сопротивлении грунта срезу. Продолжительность поворотов ковша сокращают путем совмещения его подъема и опускания с поворотом платформы. При выгрузке грунта в отвал разгружается ковш в процессе своего движения. Над отвалом для облегчения разгрузки влажного грунта из ковшей большой вместимости на их стенках устанавливают вибратор.

В легких грунтах применяют экскаваторы с ковшами повышенной вместимости, входящими в комплект рабочего оборудования, что значительно повышает производительность машины.

При разработке котлованов и траншей одноковшовыми экскаваторами для сохранения основания обычно оставляют некоторое количество грунта (недобор), величина которого зависит от вместимости ковша. При вместимости ковша 0,25 м: недобор составляет до 10 см, при 0,5 м³ до 20 см и при ковшах емкостью более 0,5 м³ до 30 см. Для уменьшения недобора грунта ковш экскаватора оснащают сплошной режущей кромкой (вместо зубьев) и устанавливают специальные механические и электромеханические контрольные приборы-глубиномеры, позволяющие вести разработку выемок точно до проектных отметок.

Разработка грунта погрузчиками

В зависимости от мощности и грузоподъемности погрузчиков, физико-механических свойств разрабатываемых грунтов ковш погрузчика можно наполнять раздельным, совмещенным, экскавационным и комбинированным способами.

При раздельном способе ковш устанавливают режущей кромкой горизонтально или под углом 3-5°. При движении со скоростью. 1,4…1,8 км/ч ковш внедряют в грунт на глубину 0,85…1 длины ковша. После внедрения ковша и остановки машины его запрокладывают до упора и поднимают стрелу в транспортное положение. При высокой квалификации машиниста процесс подъема стрелы в транспортное положение и движения к месту разгрузки можно совместить. Во избежание ударных нагрузок на конструкции и большого износа шин не рекомендуется превышать скорость движения свыше 4 км/ч. Кроме того, для погрузчиков грузоподъемностью до 6 т нежелательно производить слишком глубокое внедрение ковша, так как происходит перенапряжение гидросистемы подъема стрелы. Этот способ наиболее широко применим при погрузке сыпучих строительных материалов.

Рис. 1. Основные схемы разработки грунта погрузчиками: а - раздельный; б - совмещенный; в - экскавационный; г - комбинированный; 1, 4, 7, 10 - внедрение ковша; 2 - запрокидывание и поворот ковша; 3, 6, 12 - подъем стрелы для установки ковша в транспортное положение; 5, 8 - поворот ковша с одновременным продвижением вперед; 9 - подъем ковша и подъем (опускание) опускание стрелы для установки ковша в транспортное положение; 11 - попеременный поворот ковша и подъем стрелы с одновременным движением вперед

При совмещенном способе внедрение ковша в грунт происходит на глубину 0,5…0,6 длины ковша, при скорости 2,5…5 км/ч ковш запрокидывают постепенно. Для наилучшего заполнения ковша необходимо, чтобы скорость движения погрузчика была близка к средней линейной скорости запрокидывания режущей кромки ковша. Тогда напорное усилие внедрения снижается в 2-3 раза по сравнению с раздельным способом. Данный способ копания наиболее эффективен для погрузчиков грузоподъемностью до 10 т при разработке грунтов I-II групп из целика и в разрыхленном состоянии, а также погрузке строительных материалов.

Экскавационный способ заключается в том, что ковш наклоняют к основанию забоя на угол 3-5°. После внедрения ковша на глубину до 0,4-0,5 глубины ковша производят подъем стрелы. При выходе из забоя во избежание потерь грунта ковш запрокидывают. При разработке тяжелых грунтов, когда не обеспечивается необходимая глубина внедрения, следует производить дополнительные внедрения. Этот способ целесообразен при разработке плотного и связного грунта при высоте забоя 1,5 м и выше.

Для погрузчиков грузоподъемностью более 10 т максимальное наполнение ковша, в особенности на грунтах IV-V групп, достигается при комбинированном способе разработки. По мере внедрения котла с наклоном днища 3…5° одновременно с напорным движением погрузчика с помощью механизмов поворота ковша и подъема стрелы осуществляют попеременно поворот котла на угол 2…3° и подъем стрелы на 5…10° до момента выхода ковша из забоя. Такой способ из-за сложности применяют пока только высококвалифицированные машинисты. При этом производительность погрузчика повышается на 5…10%.

Основные способы разгрузки ковша

Большинство отечественных (ТО-30, ТО-28, ТО-25А) и ряд зарубежных погрузчиков разгружаются запрокидыванием ковша до максимального положения, поднятием стрелы на необходимую высоту и последующим опорожнением ковша (после подачи к автотранспорту).

У погрузчиков ТО-21-1А, ТО-18А и др. в процессе подъема стрелы ковш автоматически из максимально запрокинутого положения выходит в положение разгрузки. После разгрузки ковш устанавливается в положение копания без вмешательства машиниста.

Ковш можно разгружать двумя способами. При первом способе стрелу поднимают на высоту, достаточную для поворота ковша, а при втором - стрелу поднимают на высоту кузова самосвала так, чтобы зубья ковша находились примерно в центре кузова. Затем ковш поворачивают при незначительном подъеме стрелы. При этом высота разгрузки существенно зависит от угла поворота коша в момент его полного опорожнения.

При втором способе минимально необходимая высота разгрузки меньше на 8…10%, что значительно влияет на эффективность использования погрузчика в стесненных условиях. Однако при этом продолжительность разгрузки ковша на 30…40% больше.

Разработка грунта погрузчиками

В зависимости от мощности и грузоподъемности погрузчиков, физико-механических свойств разрабатываемых грунтов ковш погрузчика можно наполнять раздельным, совмещенным, экскавационным и комбинированным способами.

При раздельном способе ковш устанавливают режущей кромкой горизонтально или под углом 3-5°. При движении со скоростью. 1,4…1,8 км/ч ковш внедряют в грунт на глубину 0,85…1 длины ковша. После внедрения ковша и остановки машины его запрокладывают до упора и поднимают стрелу в транспортное положение. При высокой квалификации машиниста процесс подъема стрелы в транспортное положение и движения к месту разгрузки можно совместить. Во избежание ударных нагрузок на конструкции и большого износа шин не рекомендуется превышать скорость движения свыше 4 км/ч. Кроме того, для погрузчиков грузоподъемностью до 6 т нежелательно производить слишком глубокое внедрение ковша, так как происходит перенапряжение гидросистемы подъема стрелы. Этот способ наиболее широко применим при погрузке сыпучих строительных материалов.

Объем призмы волочения

Vгр = LH2kн / 2tgФkр

L, Н - соответственно длина и высота отвала, м;

Ф - угол естественного откоса грунта в движении, = 20 50;

kр - коэффициент разрыхления грунта.

Продолжительность цикла Тц, с, составляет

Тц = Lp/Vp + Ln/Vn + Lo/Vo + tn

Lp, Ln, Lo - длина соответственно участков резания, перемещения грунта и обратного хода бульдозера, м,

Lp = Vпр/S

S - площадь срезаемого слоя грунта, м2, S = Lc (с - средняя толщина срезаемого слоя, м);

Vр, Vn, Vo - скорости бульдозера при резани перемещении грунта и обратном ходе соответственно,

tn - время на переключение передач во время цикла, с, tn от 15 до 20.

Грунт режут на низшей передаче со скоростью 2,5-4,5 км/ч, перемещают со скоростью 4,5-6 км/ч

Техническая производительность бульдозера с поворотным отвалом при выполнении планировочных работ Пт, м3/ч будет

Пт = 3600L (LsinQ - 0,5) / n (L/v + tn)

L - длина планируемого участка, м; Q - угол установки отвала в плане, град; 0,5 - величина перекрытия проходов, м; n - число проходов по одному месту; v - скорость движения бульдозера, м/с.

грунт мерзлый драглайн экскаватор

Фронтальный колесный погрузчик XCMG ZL60G создан по технологии Kawasaki. На XCMG установлена гидромеханическая трансмиссия, обеспечивающая бесступенчатое переключение передач. Z - образная схема погрузочного оборудования. Отличный ход благодаря мостам Meritor (США-КНР). Передний мост фиксированный, а задний - качается вместе с рамой. Угол качания - 35. В качестве дополнительного оборудования предлагается челюстной захват для бревен.

Размещено на Allbest.ru