Спецтехника для рытья выемок, котлованов и траншей

Основными снарядами при производстве земляных работ являются экскаваторы различных типов и мощности, а также различного назначения.

Основными преимуществами механизации являются:

1. ускорение темпов работы, т.е. сокращение сроков производства работ;
2. значительное уменьшение количества потребных для работы рабочих;
3. удешевление стоимости работ по сравнению с ручной разработкой.

Производительность экскаваторов очень велика, достигая у больших снарядов нескольких сот кубических метров грунта в час на один экскаватор. Экскаватор обслуживает бригада из 4-6 человек. Обычно и стоимость работ в этом случае, несмотря на большую стоимость снаряда и оплату высококвалифицированных механиков, обходится значительно дешевле ручного выполнения той же работы. Однако при этом всегда следует подбирать мощность и производительность снаряда  в соответствии с объемом предстоящих работ. Так, если на стройке имеется малый объем работ, то ставить мощный экскаватор вряд ли будет целесообразно, потому что в этом случае затраты на организацию экскаваторной разработки придется распределять на малый объем, отчего и стоимость 1 куб. м грунта получится высокой. В этом случае следует прибегать к более простым снарядам и механизированному инструменту.

Экскаваторы могут работать либо «в отвал», когда они сбрасывают грунт в сторону, или на бровку котлованов, либо «на транспорт», когда они нагружают выкопанным грунтом различные приборы перемещения — самосвалы, прицепы, контейнеры и.т.д. Для того чтобы экскаватор работал с высокой производительностью следует:

• обеспечить ему достаточный фронт работ и достаточную высоту забоя;
• обеспечить экскаватор достаточным количеством транспорта, если экскаватор должен работа «на транспорт», так, чтобы экскаватор не простаивал без работы в ожидании подачи к нему самосвалов на погрузку;
• обеспечить снаряд квалифицированным обслуживающим персоналом (механики, слесари) для управления снарядом при работе и ухода за ним, так как от опытности этого персонала в значительной мере зависит выработка и сохранность снаряда;
• наладить своевременный ремонт экскаваторов.

Экскаватор — это самодвижущаяся машина на колесном или гусеничном ходу, которая может выполнять следующие четыре основных действия:

1. отрыв ковшом грунта от общей его массы (резание и наполнение ковша);
2. подъем грунта в ковше на некоторую высоту;
3. перемещение грунта с ковшом;
4. отвал грунта (разгрузка ковша).

Ковш экскаватора при этих операциях производит примерно те же движения, которые совершает и землекоп при копании грунта и выкидке его на бровку или погрузке в приборы перемещения.

Существуют различные типы экскаваторов, отличающиеся друг от друга как своими размерами, так и устройством.

Разнообразие типов снарядов объясняется тем обстоятельством, что на строительных площадках приходится выполнять работы в разных условиях и на сооружениях разного типа (котлованы, открытые выемки, планировки, траншеи и. т. д.).

Экскаваторы различаются между собой по следующим основным признакам:

1. по числу ковшей (одноковшевые и многоковшевые экскаваторы);
2. по роду двигателя, приводящего экскаватор в движение, — паровые, с двигателями внутреннего сгорания и электрические;
3. по способу передвижения самих экскаваторов (колесные по рельсам, гусеничные, на автомобильном ходу);
4. по характеру оборудования, т.е. по назначению экскаватора (прямая лопата, дрегляйн, грейфер, обратная лопата для одноковшевых снарядов, канавокопатель для многоковшевых);
5. по емкости ковша.

Прежде чем перейти к описанию работы и устройству рабочего оборудования снарядов, остановимся на их силовом и ходовом оборудованиях.

Число двигателей на каждом снаряде не менее одного, а на некоторых имеется и три двигателя. Такое количество двигателей вызывается необходимостью производить целый ряд движений ходового и рабочего оборудования. Так как эти движения очень сложны и в каждом частном случае требуют разной скорости и силы, то и ставится несколько двигателей, из которых каждый служит для выполнения определенных операций.

Ходовое оборудование экскаватора в настоящее время почти исключительно состоит из опорной тележки на гусеничном ходу (рис. 86). Существуют также снаряды, у которых опорная тележка смонтирована на железнодорожном ходу (рис. 87). Экскаваторы на гусеничном ходу получили широкое распространение благодаря целому ряду удобств, свойственных этому способу передвижения:

• легкая проходимость по всяким грунтам (кроме топких и болотистых);
• большая маневренность, что очень важно при стесненных условиях производства работ на строительных площадках.

На гусеничном ходу экскаватор может перемещаться своим ходом на небольшие расстояния (1-3 км). Для переброски же на значительные расстояния экскаватор приходится обычно перевозить на трале (тягач с прицепом). Однако ввиду несколько большей простоты работы экскаватора и обычно большей мощности экскаваторы этого типа особо пригодны на постоянных работах, каковыми являются разработка карьеров строительных материалов, производство работ по устройству больших выемок и некоторые другие.

Для производства земляных работ небольшого объема, а также при разбросанности работ и при необходимости быстрой переброски экскаватора с одного места на другое применяется экскаватор на автомобильном ходу (рис. 88).

Ниже рассматриваются следующие одноковшевые экскаваторы:

• механическая (прямая) лопата;
• дрегляйн (канатно-скребковый экскаватор);
• грейфер (самосхватный и храповый экскаватор);
• дитчер или обратная лопата.

Механическая прямая лопата

Лопатой этот экскаватор назван потому, что движения ковша его очень схожи с движениями лопаты в руках землекопа. Механическая лопата применяется главным образом при производстве открытых выемок глубиной от 3 до 10 м и больше, а также при глубокой планировке, при рытье больших котлованов, при разработке карьеров или вскрышных работах.

Прямая лопата может работать в грунтах различной плотности, но скалу и мерзлый грунт предварительно рыхлить взрывами.

Устройство прямой лопаты. Прямая лопата состоит из следующих основных частей (рис. 89):

опорной ходовой тележки а с гусеничным или колесным ходом и поворотного круга;

парового котла б для получения пара, нужного для работы экскаватора, и одной или двух паровых машин; если экскаватор электрический или дизельный, то на месте котла и паровых машин помещаются двигатели внутреннего сгорания или электромотор;

лебедки в и состоящей из металлической балки стрелы г, которой можно придавать любой уклон; стрела укреплена металлическими тросами д к особой треноге е. На стреле помещена напорная машина ж, сообщающая поступательное движение рукоятке к ковша з. Ковш снаряда представляет собой клепаный или сварной металлический ящик с открытым верхом, глухими боками и открывающимся на петлях днищем л. 

Для облегчения работы передняя (режущая) кромка ковша снабжается либо стальным лезвием (мягкие грунты), либо зубьями (для более плотных грунтов).

Открывающееся днище устраивается для разгрузки ковша.

Емкость ковша обычно имеет величину от 0,35 до 3,0 куб. м.

На рукояти ковша снизу имеется зубчатая рейка. Напорная машина, помещающаяся на стреле, вращает зубчатое колесо, зубцы которого зацепляются на зубчатую рейку на рукояти ковша, вследствие чего рукоять ковша перемещается вперед или назад.

Механик с помощью рукоятей, имеющихся в передней чсти кузова экскаватора, управляет ходовыми частями экскаватора, напорной машиной и подъемом ковша.

Работа снаряда происходит следующим образом.

Приводя в действие напорную машину, механик выдвигает вперед по направлению к разрабатываемому грунту рукоять с ковшом, одновременно опуская ковш. Комбинация этих двух движений позволяет привести ковш в соприкосновение с грунтом в самой нижней точке забоя. Далее, продолжая нажим ковша в грунт, механик включает поворотную машину и вращает весь корпус вместе со стрелой, рукоятью и ковшом до тех пор, пока ковш не остановится над место отвала грунта или над прибором перемещения. Тогда, дергая за веревку, идущую к замку днища ковша, механик открывает ковш, и грунт вываливается.

Вращая снаряд в исходное положение, механик начинает новое черпание. После того как снаряд проработает на стоянке некоторое время и выберет весь грунт, до которого может достать рукоять ковша, снаряд меняет место своей стоянки и продвигается ближе к забою, для чего механик включает ходовой двигатель.

Механическая лопата благодаря наличию напорно движения ковша обладает большой режущей силой и потому может работать во всех категориях грунта.

Механическая лопата очень удобна для нагрузки разрабатываемого грунта на транспорт, причем лопаты с малой емкостью (до 1 куб. м) ковша обычно работают в вагонетки, а при большей емкости ковша — в железнодорожный транспорт нормальной колеи. Для работы в отвал механическая лопата почти не применяется. Одним из существенных недостатков механической лопаты является то обстоятельство, что рытье грунта ниже отметки дна забоя возможно лишь на незначительную глубину — 1-1,5 м. Таким образом механическая лопата всегда работает на дне той выемки, которую она разрабатывает. Например при разработке глубоких котлованов применение механических лопат неудобно вследствие того, что углубиться и подойти для отвоза грунта путями железной дороги или даже автомобильными съездами в такой котлован очень трудно. Также затруднительно применение механической лопаты в выемках, покрытых водой. В обоих этих случаях приходится пользоваться экскаваторами другого типа.

Необходимо отметить, что при работе механической лопаты стенкам котлована и выемок нельзя придать правильной гладкой поверхности, часто необходимой по проекту, поэтому в этих случаях вслед за проходом экскаватора идет бригада землекопов, которая производит зачистку выемки и планировку откосов.

Хотя гусеничный ход экскаватора позволяет передвигаться по очень мягким и неплотным грунтам, однако иногда приходится заготавливать специальные щиты из толстых досок (до 10 см) или же из пластин и подкладывать их под гусеницы.

Таких щитов необходимо иметь не меньше двух: на одном снаряд стоит, а другой укладывается впереди снаряда для последующей стоянки; когда снаряд перейдет на него, первый щит переносится вперед и. т. д.

Экскаватор обслуживается двумя бригадами: А) верхней и Б) нижней.

В состав верхней бригады входят механик, слесарь-смазчик и, если экскаватор паровой, то еще и кочегар.

Обязанности верхней бригады заключаются в производстве работ по рытью грунта и наблюдении за исправным состоянием снаряда, двигателей, за пополнением топлива, за смазкой механизмов и в передвижке экскаватора по забою по мере его разработки.

В состав нижней бригады входят:

• при экскаваторе на гусеничном ходу — 2 рабочих 2-го разряда;
• при экскаваторе на железнодорожном ходу — 1 рабочий 3-го разряда и 6 рабочих 2-го разряда.

К обязанностям нижней бригады относятся: очистка ковша (если работа производится в вязких или липких грунтах), помощь экскаватору при его продвижении в забое (засыпка рытвин, уборка отдельных препятствий в виде валунов, камней), расчистка обвалов забоя и путей вокруг экскаватора, погрузка на экскаватор топлива, укладка под гусеницы экскаватора щитов при работе в мокрых грунтах и. т. д. От четкой работы нижней бригады зависит общий успех работы снаряда. Особенно велика роль нижней бригады при снарядах на железнодорожном ходу. Здесь вся передвижка снаряда лежит на обязанности нижней бригады, состоящей в этом случае из 6-7 человек. Продолжительность передвижки снаряда на одно звено рельсов составляет от 8 до 15 мин.. Так как одна передвижка приходится на 40-50 мин. непрерывной работы экскаватора, то отсюда видно, что за смену в первом случае (15 мин.) на все передвижки уйдет 120 мин., а во втором (6 мин.) — 54 мин., и таким образом экскаватор во втором случае сможет проработать на чистой экскавации лишних 66 мин. и за это время дать около 150-200 кубических метров грунта.

Производительность прямых лопат зависит от очень многих условий производства работ, а именно — размеров высоты забоя, рода грунта, от емкости ковша и главным образом от организации работы в целом, от уменьшения всякого рода простоев, от опытности и квалификации механика.

Так, прямая лопата с ковшом емкостью 1,5 куб. м даст в час до 120 куб. м грунта I-II категорий или до 80 куб. м грунта III-IV категорий при погрузке его на железнодорожные платформы, заменяя, следовательно, 60-70 землекопов 3-го разряда.

Прямая лопата с ковшом емкостью 3 куб. м в легких грунтах I-II категорий дает на транспорт уже до 230 куб. м грунта в час, заменяя собой по производительности до 150 рабочих.

Дрегляйн (канатно-скребковый экскаватор)

Дрегляйн выбирает грунт, лежащий ниже того уровня, на котором он стоит. Глубина копания грунта в зависимости от мощности дрегляйна и длины его стрелы колеблется от 5 до 25 м.

Применяется дрегляйн для разработки канав, каналов, траншей, котлованов и для отсыпки насыпей.

Дрегляйн может работать как «в отвал», так и «на транспорт». Дрегляйн имеет радиус действия гораздо больший, чем прямая лопата, так как стрела его гораздо длиннее, чем длина стрелы лопаты, доходя в больших дрегляйнах до 60 м. Дрегляйн успешно работает в мокрых грунтах и даже по очистке наполненных водой канав и каналов, так как сам он может стоять на сухом берегу.

Дрегляйны обычно имеют гусеничный ход.

Дрегляйн хорошо работает в грунтах I-III категорий. Чем больше ковш дрегляйна и чем он тяжелее, тем более крепкий грунт он может разрабатывать. Однако в разрыхленных скальных и мерзлых грунтах дрегляйн работает плохо.

Высота отвала, отсыпаемого дрегляйном, колеблется в зависимости от размеров снаряда от 5 до 35 м.

Устройство дрегляйна отличается от устройства прямой лопаты тем, что он имеет длинную стрелу, и тем, что ковш дрегляйна не укреплен на рукояти, а подвешен к крайней точке стрелы на гибком металлическом тросе (рис. 90).

Ковш дрегляйна имеет вид открытого с двух сторон ящика, снабженного режущим козырьком и зубьями. Емкость ковша дрегляйна колеблется от 0,35 до 12 куб. м.

Дрегляйн имеет двухбарабанную лебедку, на одном из барабанов которой наматывается подъемный трос. На тросе подвешен к стреле ковш, на другой лебедке наматывается тяговый трос, прикрепленный к ковшу и заставляющий ковш передвигаться по грунту.

Работа дрегляйна производится в следующем порядке.

Подъемный барабан лебедки отпускают, и ковш стремительно опускается на грунт, врезаясь в него лезвием или зубьями под действием своей тяжести. В этот момент механик дает натяжение тяговому канату, и под действием этого натяжение тяговому канату, и под действием этого натяжения ковш принимает горизонтальное положение и, продвигаясь по направлению к экскаватору, загружается грунтом. Наполненный ковш поднимают к голове стрелы. После этого механик поворачивает экскаватор вокруг вертикальной оси и устанавливает ковш над местом разгрузки. Разгрузка производится простым отпусканием тягового каната, вследствие чего ковш опрокидывается благодаря особому устройству подвески.

После разгрузки снаряд возвращается в исходное положение. На этом рабочий оборот снаряда заканчивается, и работа продолжается в описанном порядке.

Так же как и при работе прямой лопаты, после работы дрегляйна при копке котлованов и траншей обычно приходится производить вручную зачистку дна и стенок. Обслуживается дрегляйн такими же бригадами (верхней и нижней), как и прямая лопата на гусеничном хожу, и обязанности бригад те же.

Производительность дрегляйнов колеблется от 20 до 400 куб. м/час (при ковше от 0,35 до 8 куб. м).

Если дрегляйн с ковшом емкостью 1,5 куб. м работает по рытью траншей глубиной до 9,0 м, то его производительность в грунте II категории равна около 100 куб. м/час, или 800 куб. м в смену, т.е. он заменяет около 400 экземпляров, работающих вручную с пятью перекидками по полкам.

Грейфер (самосхватный или храповой экскаватор)

Грейфер, так же как и дрегляйн, работает по копке грунта, расположенного ниже уровня его стояния.

Грейфер с успехом применяется при работе в грунтах I-III категорий при копке глубоких траншей или котлованов с небольшими размерами в плане. Хорошо работает грейфер по добыче из-под воды грунта или строительного песка и гравия. Грейфер может работать и «в отвал» и «на транспорт».

Устройство грейфера отличается от устройства дрегляйна конструкцией ковша и способом захвата грунта. Ковш грейфера обычно состоит из двух (иногда четырех) створок (рис. 82), которые могут сходиться и расходиться своими нижними режущими краями. Емкость ковшей грейферов колеблется от 0,35 до 3,0 куб. м, обычно не выше 1,0 куб. м. Это закрывание и открывание ковша управляется специальным канатом (захватным), а подъем и опускание ковша -подъемным канатом. Работа производится в следующем порядке — отпускают захватный канат, благодаря чему створки ковша открываются, стрелу поворачивают и устанавливают над забоем и ковш быстро опускают на грунт. Благодаря своей тяжести и острым краям створок ковш вонзается в грунт и заполняется им. При подъеме механик выбирает сразу два каната — и подъемный и захватный; последний канат при выбирании и производит закрытие створок ковша.

После поворота экскаватора и тем самым установки конца стрелы под местом разгрузки опускают захватный канат, и грунт высыпается. Экскаватор поворачивают в исходное положение, и работа продолжается в описанном порядке. Производительность снаряда с ковшом 1,0 куб. м составляет 200-300 куб. м за 8-часовую смену (рис. 91) при работе в отвал в средних грунтах.

Дитчер (обратная лопата)

Обратная лопата предназначается главным образом для копки узких и длинных канав или траншей.

Дитчер копает грунт ниже уровня своей стоянки и может работать и «в отвал» и «на транспорт».

Обратная лопата называется так потом, что в отличие от прямой лопаты она работает «на себя» (рис. 92).

Ковш дитчера имеет такой же вид, как на и ковш прямой лопаты, и имеет рукоять. Емкость ковша дитчера колеблется от 0,25 до 1,0 куб. м.

Рукоять, несущая на одном конце ковш, имеет на другом конце ролики для подъемного троса. при помощи которого производится подъем и опускание рукояти и стрелы. Вблизи от места крепления этих роликов рукоять шарнирно прикрепляется к стреле.

Подъемный механизм действует на верхнее, более короткое плечо рукояти, выступающее над концом стрелы.

Для осуществления всех необходимых операций по экскавации и выгрузке грунта обратной лопатой работа механизмов производится в следующем порядке: при опущенном тяговом тросе постепенно травится подъемный трос, и стрела с максимально вынесенной вперед рукоятью опускается до соприкосновения зубьев ковша с грунтом. Затем при постепенном травлении подъемного троса включается тяговая лебедка, и ковш, описывая кривую линию, производит экскавацию грунта. По заполнении ковша грунтом и выходе ковша из выемки включается подъемная лебедка и производится подъем стрелы и рукояти.

Положение ковша регулируется подъемным и тяговым тросами.

Бригада, обсуживающая дитчер, имеет те же обязанности как и при других снарядах.

Производительность дитчера в зависимости от емкости его ковша и рода грунта колеблется от 25 до 80 куб. м/час грунта. Например стандартный дитчер с ковшом емкостью 0,35 куб. м, работая в грунте II категории на разработке траншеи глубиной 3,0 м, дает около 30 куб. м/час грунта, т.е. заменяет собой 40 землекопов при ручной разработке грунта с перекидкой по полкам.

Многоковшевые снаряды (экскаваторы)

Рабочее оборудование многоковшевого экскаватора (рис. 93) состоит из бесконечной шарнирной цепи, на звеньях которой укреплены черпаки. Цепь с черпаками смонтирована на жесткой раме, которая одним концом прикреплена к экскаватору (шарнирно), а другим подвешена на тросах к вылету его стрелы. Благодаря такому креплению имеется возможность поднимать и опускать конец рамы и тем самым, меняя ее наклон к горизонту, разрабатывать откосы различного заложения.

Многоковшевые экскаваторы применяются при разработке выемок, котлованов, при вскрышных работах, при копке траншей и каналов и. т. д.

На строительстве многоковшевые снаряды применяются весьма редко вследствие сложности конструкции и трудности доставки, сборки и разборки.

Будучи поставлен на понтон или специальное судно, многоковшевые экскаваторы могут работать по дноуглублению или выемке грунта из-под воды.

Такие землечерпалки применяются на водных путях для расчистки русел рек.

Наконец есть специальные многоковшевые экскаваторы, предназначенные для рытья узких траншей, так называемые канавокапатели.

На рис. 94 показан многоковшевый канавокапатель, делающий траншеи с вертикальными стенками.

Эти канавокапатели удобны тем, что после них не надо производить зачистки стенок траншеи. Работают они с отвалом грунта на бровку.