Грунтозаборные устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1.Грунтозаборные устройства без разрыхлителей

2.Грунтозаборные устройства с гидравлическим разрыхлителем

3. Грунтозаборные устройства с фрезерными разрыхлителями

4. Конструктивные решения фрез

5. Роторно-ковшовые рыхлители

Список используемой литературы

Введение

Грунтозаборное устройство включает в себя подвижную часть всасывающего грунтопровода - сосун, грунтоприемник, разрыхлитель, привод к нему и раму - металлоконструкцию, на которой монтируют перечисленные элементы.

Устройство выполняет главные функции землесосного снаряда -- отделение грунта от массива с минимальными затратами энергии на его рыхление и всасывание, образование гидросмеси заданной концентрации и профилирование разрабатываемого участка. От того, в какой мере грунтозаборное устройство отвечает перечисленным требованиям, зависит эффективность землесоса в целом. Потому грунтозаборным устройствам уделяется особое внимание.

1.Грунтозаборные устройства без разрыхлителей

Наиболее простым является грунтозаборное устройство без разрыхлителя.

Оно состоит из сосуна, сравнительно легкой несущей рамы и грунтоприемника.

Всасывание грунта происходит следующим образом. По мере приближения грунтоприемника к массиву грунта между ним и кромкой зева образуется щель таких размеров, что скорость проходящей через нее воды достигает на поверхности грунта значения, при котором твердые частицы взвешиваются и увлекаются потоком воды в зев грунтоприемника.

Скорость воды по высоте щели минимальна вблизи поверхности грунта.

Поэтому в процессе всасывания со свободной щелью через нее будет поступать главным образом вода и концентрация смеси окажется слишком низкой. Для повышения концентрации гидросмеси грунтоприемник настолько приближают к грунту, что на большей части периметра зева щель всасывания отсутствует, а вода фильтруется через грунт, увлекая его в грунтоприемник.

Эффективная разработка несвязного грунта обычными землесосами возможна при условии заглубления грунтоприемника в грунт. При этом большая часть всасываемого грунта сама поступает к зеву, обрушаясь под действием силы тяжести. Для равномерного обрушения откосов грунта нужно некоторое время, поэтому, чем медленнее движется грунтоприемник, тем равномернее поступает грунт в зону всасывания. В свою очередь землесос перемещается медленнее, если над грунтоприемником больше грунта, т. е. больше площадь сечения траншеи.

Увеличить площадь сечения траншеи можно большим заглублением грунтоприемника в грунт или увеличением его ширины b -- размера зева в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения. Поскольку значительное переуглубление грунтоприемника часто невозможно вследствие наличия подстилающих слоев связного грунта или вечной мерзлоты, наибольшее распространение получили уширенные грунтоприемники.

Ширину зева желательно иметь как можно большей, особенно на дноуглубительных снарядах, которые должны обеспечивать ровное дно после выполнения работ. Однако с увеличением ширины возрастает периметр зева, а в связи с тем, что высоту зева нельзя принимать слишком малой и во избежание частого засорения крупными включениями, -- и площадь зева. В результате размеры щели всасывания могут стать настолько малыми, что появление просвета между грунтом и кромкой зева даже на небольшой части периметра приведет к поступлению большого количества воды, уменьшению фильтрационного расхода и снижению концентрации смеси. Повышение ее становится возможным лишь за счет большого усилия перемещения грунтоприемника или невозможным вообще. Иногда грунтоприемник с чрезмерно большими размерами зева не удается заглубить в грунт.

Ориентация зева грунтоприемника также имеет большое значение.

Для того чтобы условия всасывания по всему периметру зева были одинаковыми, он должен быть ориентирован параллельно откос обрушающегося грунта.

Благоприятные условия ориентации зева характерны для траншейных грунтоприемников потому, что ими извлекается грунт при движении в одном направлении.

Зев эллиптического грунтоприемника траншейного землесоса (рис.1а) очерчен двумя параллельными прямыми, сопрягающимися дугами круга.

Чтобы предотвратить попадание в грунтоприемник твердых предметов, размеры которых превышают размеры проходных сечений грунтового насоса, зев перекрывают защитной решеткой. Обычно отдают предпочтение наружной защитной решетке, поскольку ее удобнее очищать от застрявших между колосникам предметов. Решетка не должна выступать за пределы зева более чем на половину его высоты Н, иначе она упрется в грунт и создаст большое сопротивление перемещению снаряда по траншее. При разработке несвязных грунтов папильонажным способом такой грунтоприемник оказывается недостаточно эффективным, так как ширина его b (размер в направлении перемещения) оказывается меньше значения h. Поэтому у папильонажных грунтоприемников (рис.1б) большую ось зев располагают в вертикальной плоскости, проходящей через ось сосуна, а зев ориентируют к массиву разрабатываемого грунта. Кроме того, наличие скоса передней части зева под углом примерно 30° к горизонтали облегчает подачу землесоса по становому тросу.

Грунтозаборные устройства без разрыхлителей применяют так же на самоотвозных землесосах при разработке ими песка, гравия, ила. Эти грунтоприемники конструктивно отличаются от рассмотренных выше из-за иного способа подвески сосуна. В связи с необходимостью работы на волнении, самоотвозные землесосы оснащают волочащимися сосунами и грунтоприемниками, конструкция которых обеспечивает неизменное положение их зева при значительных вертикальных перемещениях сосуна.

Наиболее широкое применение на самоотвозных землесосах получили так называемые саморегулирующиеся грунтоприемники, состоящие из неподвижной и подвижной частей - козырьков.

Волочащийся грунтоприемник типа «Калифорния» (рис.2а.), успешно использующийся для разработки различных грунтов, состоит из неподвижной части 1, соединенный с сосуном, и двух козырьков 2, шарнирно закрепленных на неподвижной части.

Шарнирные крепление позволяет нижним кромкам козырьков лежать на грунте независимо от угла наклона сосуна. На опорной части кромки на некотором расстоянии друг от друга устанавливают литые пластины 3 из износостойкого материала. Поток, проходящий с большой скоростью через отверстия между пластинами, отрывает от дна частицы грунта. Два козырька приняты для увеличения периметра зева, так как отрыв частиц грунта происходит главным образом под кромками козырьков. В шарнирное соединение козырьков включен буфер 4 с пружиной и ограничителем угла поворота козырьков. Буфер предотвращает повреждение конструкции в случаях, когда козырьки внезапно подбрасываются вверх при ударе о препятствие на дне.

У волочащего грунтоприемника фирмы IHC Holland (рис.2б.) неподвижная часть состоит из двух секций 1 и 5, соединенных шарнирно. Шарнир 6 расположен в верхней части грунтоприемника, а нижняя часть секций соединяется плитками 2 с заданным предельным сопротивлением разрыву. Такая конструкция предусмотрена для защиты от неподвижных преград.

Отделение грунта от массива таким грунтоприемником происходит главным образом под задней кромкой козырька, причем отверстие между задней кромкой и грунтом можно регулировать, устанавливая колодки 4 в различном положении. Все детали, соприкасающиеся со дном, изготовляют из износостойких материалов или подвергают износостойкой наплавке. На опорной части под шарниром закрепляют сменную пяту 3.

грунтозаборный разрыхлитель фрезерный роторный

2.Грунтозаборные устройства с гидравлическими разрыхлителями

Эффективная работа землесосов с грунтозаборными устройствами без разрыхлителей возможна только на легкообрушающихся грунтах - неслежавшихся песках, гравии, гальке, иле. Особенности конструкции волочащихся грунтоприемников и характер ориентации их зева по отношению к грунту позволяют достаточно эффективно разрабатывать ими и мелкий плотный песок. Разработка плотных песков грунтоприемниками атакующего типа оказывается затруднительной. Это относится и к крупным пескам, если в них содержится прослойка глинистого грунта. В результате возрастает сопротивление перемещению землесоса, снижаются концентрация и производительность.

Эффективность грунтозаборного устройства в этих условиях можно существенно повысить гидравлическим рыхлением грунта. При этом снижается усилие, необходимое для перемещения грунтозаборного устройства и потери напора в грунтозаборном устройстве, а также стабилизируется разрежение перед насосом, повышаются концентрация смеси и производительности.

Сопла разрыхлителя, струи которого размывают грунт, размещаются вблизи зева грунтоприемника (рис. 3), причем таким образом, чтобы вытесненный струями грунт оказывался в зоне всасывания, в грунтоприемник будет поступать взрыхленный грунт, находящийся в состоянии псевдосжижения. При этом неоднородность грунта не будет оказывать влияние на грунтозабор, и грунтоприемник можно вплотную приблизить к грунту. При уменьшении же щели всасывания можно получить более высокую концентрацию смеси. Все эти обстоятельства и наблюдаются при использовании гидравлических разрыхлителей.

При проектировании гидравлического разрыхлителя важно правильно выбрать место установки сопел и угол их наклона к плоскости грунтоприемника.

Из схемы (рис. 3) видно, что уменьшение среднего угла заложения мгновенного откоса будет наиболее значительным при горизонтальном направлении струй.

Однако для того, чтобы грунт, вытесняемый струями гидравлического разрыхлителя из массива, перемещался к зеву грунтоприемника, струи целесообразно направить под углом 7 - 15° в сторону его оси.

При расположении сопел в верхней части зева и угле наклона рамы и оси грунтоприемника к горизонту 40 - 45° угол наклона струй а ст составит 47 - 53°.

3.Грунтозаборные устройства с фрезерными разрыхлителями

Разработка тяжелых грунтов землесосными снарядами невозможна без предварительного механического разрыхления. Для этой цели используются различные типы механических разрыхлителей: фрезерные, роторно-ковшовые, винтовые, цепные с ковшами или зубьями, волочащиеся, качающиеся, вибрационные, а также комбинированные -- гидрофрезерные и гидровибрационные. Фрезерные разрыхлители получили наибольшее распространение.

Фрезерными разрыхлителями называют такие устройства, в которых главным рабочим органом является фреза той или иной формы. Фреза представляет собой тело вращения с прямолинейной или чаще криволинейной образующей.

В грунтозаборном устройстве с фрезерным разрыхлителем грунтоприемник размещается в нижней части внутренней полости фрезы (рис. 4).

При таком расположении грунтоприемника 3 основной объем взрыхляемого фрезой 2 грунта оказывается вне зоны активного всасывания гидросмеси. Поэтому фреза должна не только эффективно резать и рыхлить грунт, но и перемещать его к грунтоприемнику, соединенному со всасывающим грунтопроводом 1.

Режущие кромки ножей 4 в зависимости от рода разрабатываемого грунта выполняют гладкими, волнистыми или с зубьями. Волнистая режущая кромка и зубья способствуют сосредоточению усилия резания на малом участке и созданию значительных удельных давлений на грунт, обеспечивая его разрушение.

Для подачи грунта к грунтоприемнику и исключения залипания, поверхность отвала ножа выполняют линейчатой, развертывающейся, плавно переходящей к ступице и тыльной поверхности смежного ножа. Ее ориентируют к оси вращения и к образующей поверхности фрезы таким образом, чтобы обеспечивалось скольжение грунта по ножу к грунтоприемнику.

Размеры фрезы (диаметр и длина) должны быть согласованы с размерами зоны активного всасывания, зависящими от подачи грунтового насоса, формы и размеров зева грунтоприемника. С увеличением их возрастает глубина зоны активного всасывания и, следовательно, большими могут быть приняты размеры фрезы.

4.Конструктивные решения фрез

Фрезы бывают двух основных типов:

- открытые фрезы, т.е. такие, в которых между режущими элементами (прямолинейные или криволинейные ножи) и ступицей имеются соединяющие их спицы той или другой конструкции

- закрытые фрезы, в которых режущие элементы крепятся непосредственно к ступице, бывают с поворотными ножами, митрообразные, отвальные, плужные.

По способу изготовления различают фрезы:

- цельнолитые, сварные, элементы которых выполнены из прокатных профилей или представляют собой специальные поковки

- комбинированные, элементы которых представляют собой отливки.

Фрезы для небольших снарядов иногда выполняются сборными на заклепках или даже на болтах. Режущая кромка ножей во многих конструкциях защищается сменными элементами, изготовляемыми из материала повышенной износоустойчивости. Если фреза предназначается для разработки сцементированных и полускальных пород, то режущая кромка вооружается клыками.

На рис.5а. показаны две фрезы открытого типа: землесосного снаряда 100-35 и типа «Моонзунд». Фреза снаряда 100-35 имеет прямолинейные ножи, сечение ее представляет собой усеченный конус. Опыт эксплуатации такой фрезы показал, что она работает удовлетворительно в рыхлых песках средней крупности. В этих условиях фреза играет в основном роль питателя, предохраняя всасывающую трубу от завалов. В более тяжелых условиях, при наличии даже незначительных прослоек связных грунтов, такая фреза работает плохо, сильно возрастает просор.

Несмотря на технологическое несовершенство таких фрез, предельная простота изготовления и ремонта их привела к тому, что они применяются на небольших землесосных снарядах, предназначенных для работы в легких грунтах. Иногда такие фрезы изготавливаются без связывающего кольца, что снижает прочность, но еще больше упрощает конструкцию.

Фреза типа «Моонзунд» сборная имеет пять ножей криволинейной формы с волнистой режущей кромкой. Ножи литые. На рис.5б. показана фреза такого типа, установленная на землесосном снаряде типа 500-70гл. Ножи такой формы достаточно хорошо врезаются в грунт и перемещают его к всасывающему отверстию. В вязких грунтах наблюдается залипание ножей фрезы. Конструкция фрезы относительно проста. Эти фрезы вытесняются более эффективными, хотя и более сложными, отвальными фрезами.

Типичной закрытой минтрообразной фрезой является фреза землесосного снаряда типа 1000-80 (рис.6). Аналогичными фрезами оборудовались снаряды 300-40 и ряд дноуглубительных землесосных снарядов. Они до настоящего времени являлись наиболее распространенным типом фрез. В этих фрезах ножи имеют сложную изогнутую поверхность, верхними загнутыми концами сведены к ступице, нижние концы соединены с массивным кольцом. Митрообразные фрезы чаще всего изготавливаются цельнолитыми, хотя известны и сборные конструкции.

Большим недостатком фрез этого типа является их залипаемость при разработке связных грунтов. Промежутки между лопатками в лобовой части таких фрез при разработке глин и даже суглинков плотно забиваются грунтом. Грунт между лопатками уплотняется на столько, что очистка фрезы может быть произведена только при помощи лома или кирки.

В отвальных фрезах удалось наилучшем образом сочетать незалипаемость и относительно небольшую энергоемкость. Правильно выбранная ориентация отвальных поверхностей обеспечивает перемещение срезанного грунта к всасывающему отверстию.

Отвальная фреза показана на рис.7а. На рис.7б. изображена плужная фреза. Отличается она от отвальной отсутствием кольца, связывающего концы лопастей фрезы.

На рис.8 приводится чертеж отвальной фрезы для землесосного снаряда 350-50Т. В решение этой фрезы имеется ряд принципиальных особенностей, отличающих ее от существующих фрез, а именно: укороченная длина для приближения зоны резания грунта к зоне всасывания; наличие сильно развитых отвально-направляющих поверхностей (для принудительной подачи грунта к всосу) с оптимальными углами в плоскости резания; более развитые размеры в передней части для придания фрезе митрообразной формы и обеспечения лучшего зарезания ее в плотный грунт; выполнение примыкание ножей к кольцу. С закруглением для уменьшения возможности заклинивания и зависания здесь различных включений. Фреза имеет приварные сменные режущие элементы: в лобовой части ножа 1 и в нижней части 2. Фреза сварена из литых элементов. Лопасти одним концом приварены к ступице и вторым к массивному кольцу.

Для разработки сцементированных и скалывающихся грунтов, гладкие сменные режущие элементы фрезы заменены режущими элементами с мощными зубьями. Такая фреза показана на рис.9. Каждый режущий элемент этой фрезы несет в себе по три зуба, имеющих форму клина, расширяющегося к режущей кромке. Так как испытаниями было установлено, что наибольшему износу подвержены передние зубья фрезы и что интенсивность износа постепенно снижается к опорному кольцу, то на описываемой фрезе размер зубьев постепенно уменьшается от передних к задним. Такое решение приводит к одновременному износу передних и задних зубьев, что, конечно, удобно при ее ремонте. Сменные режущие элементы с зубьями и гладкие в фрезах конструкции КПИ взаимозаменяемы.

5.Роторно-ковшовые рыхлители

Это грунтозаборное устройство аналогично роторному экскаватору, но отличается от него тем, что черпаемый и высыпаемый в бункер грунт транспортируется не на ленточном конвейер, а грунтовым насосом.

На рис.10 изображен однороторный разрыхлитель системы В.А. Морозова, состоящий из ротора 1, охватывающего цилиндрический бункер 2. Бункер в верхней части. К нижней части бункера присоединена всасывающая труба 9. Грунт, захваченный ротором, в период прохождения ковшей над верхней открытой частью бункера будет высыпаться в него и вместе с водой засасываться.

На консоли вала 4 посажены боковые фрезы 3, облегчающие передвижения ротора в стороны. Вращение ротора осуществляется при помощи цепной передачи на звездочку 8. Вал ротора вращается в подшипниках 5. Цепная передача закрыта кожухом 6. На днище ковшей приварены козырьки 7, защищающие ковши от попадания негабаритных кусков грунта или крупных камней.

В последних конструкциях однороторных разрыхлителей цепная передача заменена зубчатой, что существенно повысило надежность устройства.

6.Скребковые (волочащиеся) грунтозаборные устройства

Этот тип грунтозаборных устройств представляет собой своеобразный подводный скрепер или лопату, причем срезанный грунт поступает непосредственно во всасывающую трубу. На это принципе основаны грунтозаборные устройства системы Фрюлинга грунтоотвозных дноуглубительных землесосных снарядов.

Основанное на этом принципе скребковое или ковшовое грунтозаборное устройство землесос-лопата системы Б.М. Шкундина состоит из двух ковшей (рис.11), поворачивающихся вокруг оси 2 на некоторый угол. При повороте вправо заднее отверстие правого ковша окажется совмещенным с входным отверстием всасывающей трубы и, наоборот, при повороте влево с входным отверстием совместится отверстие левого ковша. повороты ковша происходят под влиянием натяжения папильонажного троса, и направление поворота будет соответствовать направлению папильонирования. Так, при натяжении левого троса левый ковш будет снимать стружку грунта, толщина которой определяется величиной подачи снаряда вперед перед данным папильонажным ходом. Срезаемый грунт будет продвигаться в глубь ковша под давлением новых порций грунта, а так как выход из ковша совмещен со входом во всасывающую трубу, то грунт будет всасываться вместе с соответствующим количеством воды. При папильонировании вправо в работу включится правый ковш.

В этом грунтозаборном устройстве созданы оптимальные условия для всасывания грунта. Существенным его преимуществом является отсутствие вращающихся частей. Ковши по своему конструктивному оформлению несколько напоминают рабочий орган одноковшового экскаватора, но движения их происходят в горизонтальной, а не в вертикальной плоскости. На режущей кромке ковша могут быть получены весьма значительные усилия резания грунта, соответствующие тяговому усилию палильонажных лебедок.

Для грунтозаборного устройства системы Б.М. Шкундина желательно иметь систему папильонирования, обеспечивающую постоянную толщину снимаемой стружки. Этим требованиям отвечает напорный свайный ход.

Список используемой литературы

1. http://stroy-technics.ru/article/gruntozabornye-ustroistva

2. http://niidg.ru/gruntnasos/gruntozabornye-ustrojstva/

3. Гидромеханизация // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. -- 3-е изд. -- М. : Советская энциклопедия, 1969--1978., Автор Г. А. Нурок

Размещено на Allbest.ru