Машины и оборудование для разработки мерзлых грунтов

Для разрушения мерзлых песчано-глинистых грунтов могут применяться многоковшовые цепные и роторные траншеекопатели. Чтобы приспособить эти машины к разработке мерзлых грунтов, их рабочие органы дополнительно оснащают резцами с узкими режущими кромками. При этом уменьшается площадь контакта инструмента с породой и за счет этого быстрее достигается уро­вень напряжений, необходимый для ее разрушения. Для защиты от интенсивного абразивного износа резцы наплавляют твердым сплавом или армируют твердосплавными пластинками.

Щеленарезные машины используют для образования в массиве мерзлого грунта системы щелей, разделяющих сплошной массив на блоки, которые затем удаляют бульдозером или одноковшо­вым экскаватором. Такой способ разработки рекомендуют для грун­тов, замерзших на глубину до 1 м. Щели достаточно прорезать на глубину 0,7...0,8 глубины промерзания, где прочность замерзше­го грунта значительно меньше. К числу недостатков фрезерных машин, так же, как и машин, разрушающих грунт сколом, относится необходимость привлече­ния дополнительной техники для уборки разрушенного грунта и зависимость глубины прорезаемой щели от диаметра фрезы. Для прорезания достаточно глубокой щели необходимо иметь фрезу большого диаметра, диск которой менее устойчив и склонен к короблению.

Той же цели могут служить траншейные роторные и цепные экскаваторы, на рабочем органе которых в определенном порядке устанавливают одиночные резцы и клинья. Резцы прорезают в грун­те канавки, а клинья, двигаясь следом за резцами по этим канав­кам, скалывают своими скошенными краями оставшиеся между канавками объемы грунта. Скорость движения резцов составляет 0,5...0,8 м/с. При работе с мерзлыми грунтами более надежны роторные машины.

Наименее энергоемким из существующих в настоящее время способов разрушения мерзлых грунтов является взрывной способ. Энергоемкость разрушения мерзлых грунтов взрывом в 10— 13 раз меньше, чем при резании.

Следующим по эффективности разработки мерзлых грунтов считается их разрушение способом крупного ударного скола (крупным считается скол, при котором размер отделяемого фрагмента грунта превышает ширину клина или зуба). Рабочим органом в данном случае является забиваемый в грунт клин. Наимень­шая энергоемкость достигается при внедрении клина в грунт под углом 85° к горизонту (угол скола 95°) и при центральном соударении падающего груза с рабочим органом. Внедрение узкого клина (угол резания 7... 12°) с последующим или одновременным сооб­щением ему дополнительного отрывающего усилия в сторону за­боя повышает производительность на скалывающем сплошном клине.

Наибольшую производительность при разработке мерзлого грун­та ударной нагрузкой можно получить, распределяя точки ударов по шахматной схеме. Сила одного удара не должна превышать 40 кН при высоте падения 2 м, так как ее увеличение может привести к поломке рабочего органа и создать опасность для расположенных вблизи подземных коммуникаций и фундаментов зданий.

Клинья, составляющие единое целое с падающим грузом, при­менять нецелесообразно, так как при теоретическом КПД = 1 ма­лая вероятность попадания клина при ударе в одно и то же место грунта ведет к увеличению энергоемкости. Кроме того, извлече­ния таких клиньев из грунта при их защемлении требует дополни­тельного времени и оборудования, исключающего передачу боль­ших динамических нагрузок на базовую машину.

Одним из эффективных и широко используемых типов обору­дования для разрушения замерзших грунтов при подготовке их к экскавации являются дизельные и гидравлические молоты, так как у них сохраняется постоянство контакта рабочего органа с грун­том до момента разрушения, и действуют они по принципу круп­ного скола. Использование молотов с посторонним источником

кинетической энергии снижает степень отрицательного воздей­ствия сотрясений прилегающего массива грунта на близко распо­ложенные сооружения.

Еще большее, чем у дизельных и гидравлических молотов, сни­жение массы рабочего органа и всего агрегата за счет высокой частоты силовых импульсов допускают виброударное и вибраци­онное оборудование.

Эффективными машинами для рыхления мерзлого грунта тол­щиной до 1,2 м являются бульдозерно-рыхлителъные агрегаты с одностоечными рыхлителями на гусеничных тракторах тягового класса 30 и выше. К числу их достоинств относится способность сдвигать разрыхленную породу с обработанного участка без при­влечения дополнительной техники. Отмечено повышение эффек­тивности рыхления мерзлых грунтов при нагреве наконечников зубьев рыхлителя.

Для рыхления вечномерзлого грунта в труднодоступных местах строительных площадок могут применяться винтоклиновые рабо­чие органы (рис. 1.75), выпускаемые как механизированный ин­струмент или навесное оборудование к бульдозерам, экскаваторам и т.д. Основным рабочим элементом этого оборудования яв­ляется шестигранная штанга 4 с заостренным коническим нако­нечником на рабочем конце. К внешней конической поверхности наконечника приварена однозаходная коническая винтовая ло­пасть 2. При вращении штанги вертикальная составляющая уси­лия, возникающего на винтовой лопасти, затягивает клин 1 в грунт. При работе в забое с открытой стенкой клин заглубляется, вдав­ливаемый напорным усилием винтовой лопасти, до скола эле­мента грунта в сторону открытой поверхности. Нагрузки, возни­кающие во время работы оборудования, и сопутствующие им ре­акции передаются на массив грунта, на котором расположено оборудование, в обход остова базовой машины.

Нагрузки, возникающие при работе винтоклинового оборудо­вания, практически не имеют ударной составляющей; кроме того, они приложены к массиву грунта в направлении, обеспечиваю­щем наименее энергоемкое его разрушение за счет деформации растяжения.

Рис. 1.75. Схема действия винтоклинового рабочего органа:

1 — двузубый клин; 2 — винтова лопасть; 3 - упорный подшипник; 4 — штанга винта; М_кр - крутящий момент