Определение оптимальной траектории движения одноковшового экскаватора при разработке котлованов различных размеров в плане

Лекция 2 1.Определение оптимальной траектории движения одноковшового экскаватора при разработке котлованов различных размеров в плане Рассмотрим проходки одноковшовых экскаваторов для разработки котлованов различных геометрических размеров в плане. Определение типа проходки одноковшовых экскаваторов — очень важная и актуальная задача, которую необходимо решать при разработке технологических карт. Тип принятой проходки одноковшового экскаватора влияет не только на последовательность выполнения действий машиниста, но и на продолжительность выполнения технологического процесса вскрытия котлована. Известны четыре типа проходок одноковшового экскаватора, применяемые при разработке котлованов: 1) лобовая проходка одноковшового экскаватора; 2) зигзагообразная проходка одноковшового экскаватора; 3) поперечно-торцевая проходка одноковшового экскаватора; 4) боковая проходка одноковшового экскаватора. На рисунке 1 изображена лобовая проходка одноковшового экскаватора с ковшом «обратная лопата». Данным типом проходки можно разрабатывать в основном траншеи или узкие котлованы. Экскаватор при разработке перемещается от одной стоянки к другой вдоль одной линии. Расстояние между двумя соседними стоянками называется длиной передвижки и обозначается lП . Рис. 1. Пространственная схема разработки котлована лобовой проходкой одноковшовым экскаватором, оборудованным рабочим органом «обратная лопата» с погрузкой в автосамосвал КАМАЗ с обозначением основных параметров: RВ — максимальный радиус выгрузки одноковшового экскаватора; H — глубина котлована; RМАХ — максимальный радиус копания на уровне стоянки; H ВМАХ — максимальная высота выгрузки грунта из ковша в кузов автосамосвала; H БОР — максимальная высота борта кузова автосамосвала для безопасного прохода ковша в наполненном грунтом состоянии; lП — длина шага передвижки одноковшового экскаватора; Ст — стоянка одноковшового экскаватора Максимальный радиус копания на уровне стоянки RМАХ — это максимальное расстояние от оси вращения экскаватора до зубьев ковша, при врезании его в грунт. Глубина котлована H — это расстояние от дна котлована до уровня планировочной отметки земли (поверхности земли). Максимальный радиус выгрузки одноковшового экскаватора RВ — это максимальный радиус, на котором одноковшовый экскаватор может осуществить выгрузку наполненного грунтом ковша. Максимальная высота выгрузки грунта из ковша в кузов автосамосвала H ВМАХ — расстояние от поверхности земли до зубьев одноковшового экскаватора в состоянии его выгрузки. Максимальная высота борта кузова автосамосвала для безопасного прохода ковша в наполненном грунтом состоянии H БОР — расстояние от поверхности земли до самой верхней точки кузова автосамосвала в его транспортном состоянии. Максимальная глубина копания экскаватора H К — расстояние от дна котлована до уровня стоянки одноковшового экскаватора. На рисунке 2 показан разрез в пространственном виде, который наглядно показывает максимальную глубину копания экскаватора. Рис. 2. Максимальная глубина копания экскаватора: H К — глубина котлована 2. Подбор оптимальной проходки одноковшового экскаватора с ковшом «прямая лопата» при вскрытии котлована Для разработки узких котлованов глубиной свыше 4 м необходимо применять одноковшовый экскаватор с ковшом «прямая лопата». Важным параметром для определения проходки одноковшового экскаватора является ширина котлована поверху B. На рисунке 41 приведена схема лобовой проходки одноковшового экскаватора с ковшом «прямая лопата» с погрузкой грунта в автосамосвалы. При лобовой проходке одноковшовый экскаватор, оборудованный ковшом «прямая лопата», перемещается поэтапно вперед от одной стоянки к другой, разрабатывая грунт перед собой. Так как на схеме одноковшовый экскаватор установлен по центру вскрываемого котлована, то автосамосвал устанавливается под погрузку с задней его стороны. Если ширина котлована B ≤ 1,5Ro, то необходимо принять проходку одноковшового экскаватора лобовой. Оптимальный радиус копания Ro экскаватора на уровне стоянки определяется по формуле: Rо  (0,8...0,9)  Rmax . (1) Котлован необходимо разрабатывать на оптимальном радиусе Ro, так как на данном значении радиуса минимизируется значение времени цикла работы экскаватора. Длина рабочей передвижки определяется как разность наибольшего и наименьшего радиусов резания на уровне стоянки по формуле (43) или может приниматься равной 0,75 длины рукояти землеройной машины по формуле (44). lП  Rmax  Rmin , (2) где lП — длина передвижки одноковшового экскаватора; Rmax — максимальный радиус копания одноковшового экскаватора на уровне стоянки; Rmin — минимальный радиус копания одноковшового экскаватора на уровне стоянки. lП  0,75  lр , (3) где 0,75 — величина коэффициента; lр — длина рукояти одноковшового экскаватора. Рис. 3. Пространственная схема лобовой проходки одноковшового экскаватора, оборудованного «прямой лопатой»: 1 — одноковшовый экскаватор; 2 — автосамосвал; 3 — откос котлована; 4 — въездная траншея; 5 — дно котлована; 6 — котлован, который образуется при работе одноковшового экскаватора; 7 — прямолинейная траектория движения экскаватора, оборудованного ковшом «прямая лопата»; 8 — стоянки одноковшового экскаватора «прямая лопата»; B — ширина котлована поверху; Rо — оптимальный радиус копания одноковшового экскаватора на уровне стоянки Если ширина котлована B ≤ 1,5Ro поверху, то необходимо принять проходку одноковшового экскаватора лобовой. Однако в том случае, когда, например, Ro = 9 м, а значение ширины котлована B = 13 м, то установку автосамосвала при лобовой проходке можно выполнять с одной стороны от экскаватора (рис. 4). Рис. 4. Лобовая проходка одноковшового экскаватора, оборудованного ковшом «прямая лопата» с односторонней погрузкой в автосамосвалы: 1 — одноковшовый экскаватор; 2 — автосамосвал; 3 — откос котлована; 4 — въездная траншея; 5 — дно котлована; 6 — криволинейный откос котлована, равный оптимальному радиусу копания экскаватора; 7 — траектория движения экскаватора при лобовой проходке; 8 — стоянки одноковшового экскаватора при осуществлении вскрытия котлована; B — ширина котлована поверху; Rо — оптимальный радиус копания одноковшового экскаватора на уровне стоянки; φ — угол поворота рабочего органа экскаватора при осуществлении каждого цикла В случае если ширина котлована поверху лежит в интервале 1,5Ro ≤ B ≤ 1,9Ro, то проходка принимается лобовой с погрузкой в автосамосвалы, установленные по обе боковые стороны от экскаватора (рис. 5). Возможность установки автосамосвалов зависит от ширины котлована поверху B. Рис. 5. Лобовая проходка одноковшового экскаватора, оборудованного ковшом «прямая лопата» с двухсторонней погрузкой в автосамосвалы: 1 — одноковшовый экскаватор; 2 — автосамосвал, который устанавливается под погрузку с левой стороны по ходу движения одноковшового экскаватора; 3 — автосамосвал, который устанавливается под погрузку с правой стороны по ходу движения одноковшового экскаватора; 4 — откос котлована; 5 — въездная траншея; 6 — траектория движения экскаватора при лобовой проходке; 7 — стоянки одноковшового экскаватора; lП — величина передвижки одноковшового экскаватора; B — ширина котлована поверху; Rо — оптимальный радиус копания одноковшового экскаватора на уровне стоянки В случае если ширина котлована поверху лежит в интервале 2Rmax ≤ B ≤ 2,5Rmax, то проходка принимается зигзагообразной, но так как разработку котлованов необходимо осуществлять на оптимальном радиусе копания Rо, то будет справедлив и интервал 2Ro ≤ B ≤ 2,5Ro. Пространственная схема зигзагообразной проходки одноковшового экскаватора с ковшом «прямая лопата» приведен на рис. 6. Рис. 6. Зигзагообразная проходка одноковшового экскаватора, оборудованного ковшом «прямая лопата» с односторонней погрузкой в автосамосвалы: 1 — одноковшовый экскаватор; 2 — автосамосвал, который устанавливается под погрузку с одной стороны по ходу движения одноковшового экскаватора; 3 — откос котлована; 4 — дно котлована; 5 — траектория движения экскаватора при зигзагообразной проходке; 6 — отвал грунта, который устраивается автосамосвалами после выезда из котлована для последующего выполнения обратной засыпки пазух котлована; lП — величина передвижки одноковшового экскаватора; Ст — стоянка одноковшового экскаватора; Став — стоянка автосамосвала при погрузке в него грунта экскаватором; B — ширина котлована поверху; Rо — оптимальный радиус копания одноковшового экскаватора на уровне стоянки В случае если ширина котлована поверху лежит в интервале 2,5Rmax ≤ B ≤ 3,5Rmax, то проходка будет поперечно-торцевой (рис. 7). Рис. 7. Поперечно-торцевая проходка одноковшового экскаватора, оборудованного ковшом «прямая лопата» с односторонней погрузкой в автосамосвалы: 1 — одноковшовый экскаватор; 2 — автосамосвал, который устанавливается под погрузку с одной стороны по ходу движения одноковшового экскаватора; 3 — откос котлована; 4 — дно котлована; 5 — траектория движения экскаватора при зигзагообразной проходке; 6 — направление движения одноковшового экскаватора по траектории; lП — величина передвижки одноковшового экскаватора; Ст — стоянка одноковшового экскаватора; B — ширина котлована поверху В случае если ширина котлована поверху B ≤ 3,5Rmax, то необходимо принять боковую проходку (рис. 8). Рис. 8. Пространственная схема разработки котлована боковой проходкой одноковшовым экскаватором, оборудованным ковшом «прямая лопата»: 1 — одноковшовый экскаватор; 2 — автосамосвал, который устанавливается под погрузку с одной стороны по ходу движения одноковшового экскаватора; 3 — въездная траншея; 4 — дно котлована; 5 — отвал грунта, который устраивается автосамосвалами после выезда из котлована; 6 — границы котлована поверху, который необходимо разработать одноковшовым экскаватором; 7 — траектория движения одноковшового экскаватора; 8 — направление движения одноковшового экскаватора, оборудованного ковшом «прямая лопата» при разработке котлована; B — ширина котлована поверху; Rо — оптимальный радиус копания одноковшового экскаватора на уровне стоянки; Rmax — максимальный радиус копания, принятого для разработки котлована одноковшового экскаватора Отвал грунта необходимо устраивать для выполнения обратной засыпки пазух котлована после устройства подземной части здания. 3. Подбор оптимальной проходки одноковшового экскаватора с ковшом «обратная лопата» при вскрытии котлована Для вскрытия земляных сооружений применяется не только экскаватор с ковшом «прямая лопата», но и экскаватор с ковшом «обратная лопата». Причем последний тип рабочего органа применяется намного чаще. Рассмотрим более подробно, как перемещается одноковшовый экскаватор, оборудованный ковшом «обратная лопата», при разработке котлованов и траншей. На рисунке 47 приведена схема разработки траншеи или узкого котлована лобовой проходкой, при которой экскаватор перемещается вдоль одной линии. Если ширина котлована или траншеи поверху находится в пределах 1,6Rmax ≤ B ≤ 1,7Rmax, то проходка будет лобовая (рис. 9). Рис. 9. Пространственная схема разработки котлована или траншеи одноковшовым экскаватором, оборудованным ковшом «обратная лопата» лобовой проходкой с выгрузкой разработанного грунта в отвал «навымет»: 1 — одноковшовый экскаватор; 2 — отвал разработанного грунта; 3 — откосы; 4 — дно котлована; 5 — стоянка одноковшового экскаватора; 6 — траектория движения одноковшового экскаватора; 7 — направление движения одноковшового экскаватора, оборудованного ковшом «обратная лопата» при разработке котлована; lП — величина передвижки одноковшового экскаватора; B — ширина котлована или траншеи поверху; Rо — оптимальный радиус копания одноковшового экскаватора на уровне стоянки При лобовой проходке одноковшовый экскаватор может разрабатывать котлован или траншею «навымет» без присутствия автосамовалов для вывоза грунта. Если ширина котлована или траншеи поверху находится в пределах 2,5Rmax ≤ B ≤ 3Rmax, то проходка будет зигзагообразной (рис. 10). Рис. 10. Пространственная схема разработки котлована одноковшовым экскаватором, оборудованным ковшом «обратная лопата» зигзагообразной проходкой с выгрузкой разработанного грунта в автосамосвал: 1 — одноковшовый экскаватор; 2 — автосамосвал, который устанавливается под погрузку; 3 — откосы котлована; 4 — дно котлована; 5 — отвал грунта, который устраивается автосамосвалами после набора грунта в кузов или с ближайших к отвалу стоянок работой экскаватора «навымет»; 6 — траектория движения одноковшового экскаватора; 7 — направление движения одноковшового экскаватора, оборудованного ковшом «обратная лопата», при разработке котлована; 8 — стоянка одноковшового экскаватора; B — ширина котлована поверху При зигзагообразной проходке одноковшовый экскаватор перемещается по зигзагу, разрабатывая котлован то с одной (левой) стоянки, то с другой (правой), причем каждый раз при перемещении на последующую стоянку экскаватор смещается на величину шага передвижки. Если ширина котлована или траншеи поверху находится в пределах 3Rmax ≤ B ≤ 3,5Rmax, то проходка будет поперечноторцевой (рис. 11). Рис. 11. Пространственная схема разработки котлована одноковшовым экскаватором, оборудованным ковшом «обратная лопата» поперечноторцевой проходкой с выгрузкой разработанного грунта в автосамосвал: 1 — одноковшовый экскаватор; 2 — автосамосвал, который устанавливается под погрузку; 3 — откосы котлована; 4 — дно котлована; 5 — отвал грунта, который устраивается автосамосвалами после набора грунта в кузов или с ближайших к отвалу стоянок работой экскаватора «навымет»; 6 — границы котлована поверху, который необходимо разработать одноковшовым экскаватором; 7 — траектория движения одноковшового экскаватора; 8 — стоянка одноковшового экскаватора; 9 — направление движения одноковшового экскаватора, оборудованного ковшом «обратная лопата» при разработке котлована; B — ширина котлована поверху; Rо — оптимальный радиус копания одноковшового экскаватора на уровне стоянки; Rmax — максимальный радиус копания, принятого для разработки котлована одноковшового экскаватора При осуществлении вскрытия котлована поперечно-торцевой проходкой одноковшовый экскаватор последовательно перемещают от одной стоянки к другой, равномерно разрабатывая котлован по всей ширине. При осуществлении перемещения ходовая часть экскаватора должна быть расположена вдоль его траектории движения. Если ширина котлована или траншеи поверху находится в пределах B > 3,5Rmax, то проходка будет боковой (рис. 12). Рис. 12. Пространственная схема разработки котлована одноковшовым экскаватором, оборудованным ковшом «обратная лопата» боковой проходкой с выгрузкой разработанного грунта в автосамосвал: 1 — одноковшовый экскаватор; 2 — автосамосвал, который устанавливается под погрузку; 3 — откосы котлована; 4 — дно котлована; 5 — траектория движения одноковшового экскаватора; 6 — границы котлована поверху, который необходимо разработать одноковшовым экскаватором; Ст — стоянка одноковшового экскаватора; B — ширина котлована поверху; Rо — оптимальный радиус копания одноковшового экскаватора на уровне стоянки; Rmax — максимальный радиус копания, принятый для разработки котлована одноковшового экскаватора Сущность боковой проходки заключается в том, что сначала котлован разрабатывают лобовой проходкой, выполняя траншею на всю ширину котлована, после чего одноковшовый экскаватор перемещают в сторону и вновь уширяют котлован лобовой проходкой. Таким образом, получается, что боковая проходка состоит из нескольких лобовых проходок экскаватора, последовательно выполняемых друг за другом. Поперечно-торцевая проходка и боковая проходка одноковшового экскаватора наиболее часто применяются для разработки котлованов под уникальные здания и сооружения. Это обусловлено тем, что при строительстве уникальных зданий и сооружений котлованы проектируются с большими габаритными размерами.