инж подг тер

bк ≤ а(b)−0,1 м;

тации. Основные параметры включают в себя главные параметры, определяющие проходимость и маневренность, усилия на рабочем органе, основные рабочие размеры машин. Маневренность и проходимость машин в первую очередь характеризуются их давлением на грунт в рабочих и транспортных режимах, преодолеваемым углом подъема машины, скоростями передвижения и наименьшим радиусом поворота. Геометрическими размерами, определяющими проходимостьиманевренность,являютсягабаритныеразмерывтранспортном положении, колея, база, дорожный просвет, углы въезда и съезда. Рабочие размеры одноковшовых экскаваторов характеризуются радиусами и высотой (или глубиной) копания, радиусом и высотой выгрузки; бульдозеров и автогрейдеров – шириной и высотой отвалов.Косновнымпараметрамтакже относятсяэргономические иэкологические характеристики машин, обеспечивающие возможность использования машин в том или ином регионе (требования чистоты вредных выбросов двигателя, требования безопасности для работы оператора и др.).

Вспомогательными параметрами называют параметры, характеризующие условия технического обслуживания, ремонта, перебазирования, сервиса и др.

Главныепараметрыземлеройныхмашинопределяютсягосударственными стандартами (с 2010 г. государственными техническими регламентами).

3.2. Выбор одноковшового экскаватора

Выбор экскаватора, его ходового и рабочего оборудования зависит от размеров выемки, объемов работ, условий разгрузки ковша приработенавыметивтранспорт,группытрудностиразработкигрунта и его влажности.

В расчетно-пояснительной записке в первую очередь отмечаетсявозможностьразрабатыватьгрунтзаданнойгруппытрудностиразработки. Для слабых и влажных грунтов рекомендуется выбирать гусеничное ходовое оборудование, на сухих – желательно использовать пневмоколесные экскаваторы.

Одноковшовые экскаваторы с рабочим оборудованием «обратная лопата»применяются для разработки траншей и неглубоких кот-

лованов ниже уровня стоянки, причем длягрунтов III–IVгрупп рекомендуются машины с гидравлическим приводом.

Для разработки грунта ниже уровня стоянки применяется также рабочее оборудование «драглайн», имеющее большие радиус и глубину копания. Экскаваторы с таким оборудованием эффективны при разработке грунтов I–II групп или, с уменьшенным по емкости ковшом, III–IV групп трудности разработки, особенно обводненных и со слабой несущей способностью.

Для рытья глубоких и широких траншей и котлованов в слабовлажных грунтах любой группы можно применять экскаваторы «прямая лопата», работающие на дне разрабатываемой выемки, с погрузкой грунта в транспортные средства, которые перемещаются по дну отрываемого земляного сооружения.

Наибольшая вместимость ковша ограничивается шириной проходки по дну выемки. Для «обратной лопаты» в связных грунтах

ширин а ко вшаbк:

(15)

в малосвязных грунтах:
bк ≤ а(b)−0,15 м;	(15а)
для драглайна:
bк ≤ а(b)−0,25 м.	(15б)

Ковши прямой и обратной лопаты можно считать примерно кубическими.Соотношение длиныlк кширинеbк и высоте hк удраглайна следующее:

lк : bк : hк =1,2 :1: 0,8.

(16)

Объем ковша экскаватора q рекомендуется выбирать в зависимости от объема работ Vэ согласно табл. 4.

Длясвязныхгрунтовцелесообразно использовать ковшсзубьями, для песков и супесей – со сплошной режущей кромкой.

При определении условий, необходимых для успешной работы экскаватора в забое, требуется учитывать наименьшую глубину забоя, обеспечивающую наполнение ковша (прил. 2).

18

19

		Таблица 4
	Объем разработки	Объем ковша
	грунта Vэ, м3	экскаватора q, м3
	До 500	0,15−0,4
	500−1500	0,4−0,5
	1500−3000	0,5−0,8
	2000−8000	0,63−1,0
	6000−12 000	0,8−1,6
	10 000−18000	1,2−2,5
	Свыше 18000	1,8−3,2

Дляобеспечениябезопасностипривыполненииработминимальное расстояние от поворотной платформы экскаватора до автосамосвалов, строений, откосов выемок и насыпей и других неподвижных препятствий должно быть не менее 1 м.

Забоемназывают зонуразработки ивыгрузки грунтаэкскаватором,включающуюместостоянкиэкскаваторавовремяработы,часть массива грунта, отрываемого с одной стоянки, место стоянки и маневрирования транспортных средств под погрузкой и место отсыпки

грун та п ри работе н авым ет. О п асн о й зо н о й работы экскавато раFо

считается площадка радиусом:

Fо ≥ Rк +5 м,

(17)

где Rк – наибольший радиус копания.

Разработка грунта производится проходками, параметры которых определяются размерами выемки, технологическимивозможностями экскаватора и оптимальными затратами времени выполнения рабочегоцикла. Приторцевой(для «прямойлопаты»–лобовой)про- ходке ось движения экскаватора находится в площади сечения получаемойвыемки,прибоковойпроходкеэкскаваторперемещаетсясбоку от разрабатываемой выемки.

В реальных условиях одноковшовые экскаваторы не могут полностью реализовать заводские значения таких технических характеристикрабочегооборудования,какглубинаHк* ирадиускопанияRк*.

Для выбора по технической характеристике предварительно принимается:

для обратной лопаты

H к ≥

H

;

(18)

0,7

R ≥

aз

– работа в транспорт;

(19)

0,8

к

R ≥

aз

+1,5 м – работа навымет;

(19а)

0,8

к

для драглайна

H к ≥

H

;

(20)

0,9

Rк ≥

аз

+1 м,

(21)

0,7

где аз – ширина проходки по верху; для прямой лопаты

	H к ≥	H	.	(22)
		0,9

Техническиехарактеристикивыбранногоэкскаватора,необходимые для дальнейших расчетов, следует привести в расчетно-поясни- тельной записке в форме табл. 5.

20

21

		Техническаяхарактеристикаэкскаватора	Таблица 5
	№	Наименование	Марка
	п/п		машины

1Группа разрабатываемого грунта

2Вместимость ковша q, м3

3 а,в Глубина копания Hк, м

3 б Высота копания Hк, м

4 а,б Наибольший радиус копания Rк, м

4 в Длина стрелы lс, м

5 Радиус задней части поворотной платформы rк, м

6 Расстояние от оси пяты стрелы до оси вращения rш, м

7 Высота оси пяты стрелы hш, м

8 Ходовое оборудование

9База Б, м

10			Колея К, м
	11		Усилие на зубьях ковша S0, кН
	12 б		Просвет под поворотной платформой hк, м
	13		Продолжительность рабочего цикла Тц, с

Примечание: а – для обратной лопаты; б – для прямой лопаты; в – для драглайна.

3.3. Расчет забоя одноковшового экскаватора «обратная лопата»

Расстояние отпереднейопорыэкскаватора добровкиоткосаlmin (ширина бермыбезопасности)(рис. 8)должноисключать обрушение откоса, сползание или опрокидывание экскаватора в разрабатываемую выемку. Ширина бермы безопасности определяется размерами призмы обрушения и является минимальным расстоянием для установки или движения транспортных, землеройных, грузоподъемных и других машин, укладки кавальера от бровки откоса. При глубине выемки на сухих грунтах до 7 м можно принять:

lmin = 0,5−1 м,

(23)

а на увлажненных грунтах это расстояние (см. рис. 8):

lmin = H (mв −m)+ 0,5 м ≥1,5м,

где mв = 1,35 – заложение откоса на увлажненном грунте.

а)

o

hш

p1

rк rш

Б

l0 lmin

p Rст

Rнmin

б)

l0

l

H m

Lп

Rн

Rр

lmin

(23а)

n1

H

n

Рис. 8. Продольный разрез забоя экскаватора «обратная лопата»: а – схема для расчета забоя; б – определение расстояния от передней опоры до бровки откоса на увлажненных грунтах

22

23

Расстояние от оси вращения поворотной платформы до бровки откоса Rст должно быть не меньше, чем:

Rст ≥l0 +lmin ,

(24)

где l0 – расстояние от оси вращения до передней опоры экскаватора.

У гусеничных машин l0 = Б2 + (0,1...0,15) м, у колесных машин

l0 = Б2 , где Б – продольная база машины.

Тогда наименьший радиус копания по дну проходки:

Rmin ≥ R + H m.		(25)
н	ст

Так как технические характеристики экскаваторов в реальных условиях полностью не реализуются, рабочий радиус копания принимается:

Rp = (0,85− 0,95) Rк.

(26)

Наибольший радиус копания на глубине H определяется из треугольника nop:

Rн ≤	l2 −(H + hш)2				+ rш,		(27)
при этом из n1op1:
						.
l =	(R	p	−r	)2 +h2			(28)
			ш	ш

Для производительной работы экскаватора шаг его перемещения в забое Lп должен быть не менее рекомендованного (прил. 2):

Lп ≥ Rн − Rнmin .

(29)

Радиус выгрузки в транспортное средство Rвт (рис. 9, а):

Rвт ≤				−	lк
	l 2 −(hвт − hш )		2			+ rш;	(30)
	hт = h +h ,		2				(31)
	в	т з

где hвт – необходимая высота выгрузки; hт – высота транспортного

средства; lк ≈ 3q – длина ковша; q – вместимость ковша; hзт – запас

высоты режущей кромки (зубьев) ковша над призмой грунта в транспорте:

hт = ∆h +h ,		(31а)
з	δ

где h – превышение призмы грунта в транспортном средстве над его бортом, h = 0,3 м; h – запас высоты режущей кромки ковша над призмойгрунта;для гидравлических экскаваторовh =0,1…0,3м;для механических h = 0,3…0,5 м.

Расстояние между кузовом экскаватора и транспортным средством должно быть не менее 1 м (см. рис. 9, а).

При работе экскаватора навымет необходимые радиус Rвн и вы-

сота выгрузки(рис. 9,б)зависятотрасположения иразмеровкавальера и его формы.

Для кавальера треугольного сечения

Rвн =						− lк + rш;
		l 2 −(hвн −hш )2									(32)
						2
а для трапецеидального
Rвнт	=						+rш,				(33)
			l2 −(hвн −hш)2
		hн		= h	+h ,						(33а)
			в	к	з
где hз – запас высоты выгрузки над кавальером:
для механического экскаватора hз						≥ 0,1...0,3 м,
для экскаватора с гидроприводом hз ≥								lк		+0,1 м.
						2

24

25

а)

rк

rш

δ

≥1 м

h

h

з

h

в

∆

h′

ш

h

в

H

Bб′

aз

Rвт

б)	l

з

h

aз(bз)/2

в

з

h

h

к

в

Bк

к

ш

h h'

h'

h

rш

hк m1

в

Aк

H

A'к

Bδ

H m

Rвн

Rвн'

Рис. 9. Поперечный разрез экскаватора «обратная лопата»: а – работа в транспорт; б – работа навымет

План забоя (рис. 10) позволяет определить возможное расположение, наибольшую длинукавальера ирасстояние отторцевой бровки до ближайшего препятствия, а также наиболее целесообразную

ширину последующих проходок при известных Rвт и Rвн.

Ширина берм Вб и Вб’ зависит от вида грунта и его влажности

(см. формулы (23) и (23а)).

Угол поворота экскаватора в забое 2 0 и положение его первой стоянки в начале работ определяются планом забоя (см. рис. 10).

Для более производительной работы углы поворота на разгрузку т и н должны быть выбраны наименьшими из возможных, что достигается рациональным расположением экскаватора относительно кавальера и транспортного средства. При этом трасса его перемещения не обязательно должна совпадать с осью траншеи.

Углы поворота g нормируются (прил. 2), поэтому при разгрузке на одну сторону он не должен в среднем превышать 135°, а на две стороны – 270°. Если угол поворота в забое 2 0 меньше 55°, значит, выбран слишком большой экскаватор, в связи с чем возрастает стоимость работ. Из экономических соображений целесообразно принимать 2 0 в пределах:

55о ≤ 2γ0 ≤110о.

(34)

На основании вышеизложенного при разработке котлована ширина первой проходки по дну ап, обеспечивающая в него въезд, принимается равной 4 или 7 м, аз с одной стороны (рис. 11):

aз ≥ aп +2H m,	(35)
но должна быть в пределах:
при разгрузке на одну сторону
0,8Rp ≤ aз ≤1,6Rp;	(36)
при разгрузке на две стороны
1,3Rp ≤ aз ≤ 2Rp .	(37)

26

27

Рис. 10. План забоя экскаватора с рабочим оборудованием «обратная лопата»

H

n 1:m

		1
b
		b

в

L

1

(1:10)…(1:15)

aз

a'п

≥1 м

a'п

a'п

aп

a'п

a'п

a

Рис. 11. Схема проходок экскаватора при разработке котлована

3.4. Расчет забоя одноковшового экскаватора «драглайн»

Как и «обратная лопата», «драглайн»разрабатывает грунт ниже уровнясвоейстоянки.Нопосколькуегострелазначительнодлиннее, а ковш соединяется с ней гибкой связью, имеются некоторые особенности определения его технологических возможностей (рис. 12).

Рекомендованный шаг перемещения в забое у драглайна значительно больше, чем у «обратной лопаты» (прил. 2), а угол поворота в забое 20 (см. рис. 10) меньше и, как правило, ограничивается:

28

29

при работе навымет
50	2 0		100 ;	(38)
при работе в транспорт
30	2 0		110 .	(38а)
	Rв

hку

		в
α
		h

hш

β

rш

H

rк

l0

lmin

Rст

H m

Lп

Rн

min

Rр = Rн

Рис. 12. Продольный разрез одноковшового экскаватора с рабочим оборудованием «драглайн»

Наименьшая глубина копания благодаря большой длине забоя не ограничивается, а наибольшая глубина выемки при лобовой проходкеограничена длинойканатов(прил. 2).Приугле наклона стрелы

a больше 45°, что может быть принято по условию выгрузки ковша, эта характеристика машинырассчитывается экстраполяцией данных о глубине копания при углах наклона в 30–45°.

Расстояние отпереднейопорыэкскаватора добровкиоткосаlmin надостаточноустойчивых,сухихгрунтахпринимаетсянеменее1,5м, а на увлажненных грунтах увеличивается до 3–5,5 м в зависимости от вместимости ковша.

Наименьшийрадиус копания на уровне стоянки Rст определяется так же, как и для «обратной лопаты» (см. формулу (25)).

Наибольший радиус копания Rр (см. рис. 12) определяется по формуле

Rр = lc cosα+(lc sin α+hш )tgβ+rш,

(39)

где –угол наклона стрелы–обычнопринимаетсяв диапазоне от30 до60°;lc –длина стрелы–выбираетсяпосправочникувзависимости от глубины копания и ширины траншеи поверху; – угол забрасыва-

нияковша –по условиюнормальной работыполиспаста								10…15°.
Так какнаибольшийрадиус копанияподнутраншеиRн								равенRр, то
	L	= R − Rmin .						(40)
	п			р	н
Радиусы выгрузки в транспорт и кавальер равны и составляют
R	= r		+l	c	cosα−	hк	,	(41)
в	ш				2

где hк – высота ковша «драглайна»; hк ≈ 0,83q (q – объем ковша экс-

каватора, м3).

Наибольшая высота выгрузки hв определяется длиной стрелы и углом ее наклона , а также размерами ковша с упряжью. Для предварительных расчетов можно принять, что высота выгрузки не превышает:

hв ≤ (lc sin α + hш )−lк.у,

(42)

где lк.у – длина ковша с упряжью; lк.у ≈1,83q .

30

31

В связи со сложностью регулирования положения ковша при разгрузке, особенно в транспортные средства, принимается (см.

формулы (31), (31а)):

при работе в транспорт

hз = 0,6…0,8 м;	(43)
при работе навымет
hз = 0,5…0,6 м,	(43а)
где hз – запас высоты.

Остальные параметры забоя и проходок определяются так же, как и для обратной лопаты.

3.5. Расчет забоя одноковшового экскаватора «прямая лопата»

Экскаваторы с рабочим оборудованием «прямая лопата», применяемые для разработки глубоких котлованов и траншей, особенно в прочных грунтах III–IV групп трудности разработки, выгружают грунт в транспорт, перемещающийся по дну забоя. Съезд в траншеюдляэкскаватораитранспортныхсредствдолжениметьуклонне более 10–15%. Ширина съезда ап (см. рис. 11), как правило, должна обеспечиватьдвустороннее движение. Наименьшаяглубина выемки, необходимая для заполнения ковша, определяется по табл. 2.1 (прил. 2).

В связи с тем что экскаватор и транспорт при лобовой проходке работают в стесненных условиях, в первую очередь определяется наименьшая возможная ширина забоя аmin (рис. 13):

amin ≥ 2Rст +1 м,

(44)

где Rст – радиус стоянки экскаватора.

Сдругойстороны,расстояниеотзаднейчастиповоротнойплатформы до откоса выемки должно быть не менее 1 м:

amin ≥ rк −hк m +1 м.

(45)

Наименьший радиус копания Rст (рис. 13) экскаваторов с механическим приводом приведен в прил. 2, а для экскаваторов с гидравлическим приводом можно принять:

Rст = 0,71К +3		,	(46)
	q

где К – ширина колеи экскаватора.

а)
	B

rк

≥1м

H

		≥0,5м
				Rст
										к
						A
										h
Rр
								Bmax

б)

	д
	l					rш
				з
			h
										H
	в
h				т
							ш
				h			h

lа	≥1м rк	Rст	Lп
	Rв		Rр

Рис. 13. Разрез забоя экскаватора «прямая лопата»: а – поперечный; б – продольный

32

33

Наибольшая ширина проходки по верху aзmax (на рис. 14 изображена пунктиром):

aзmax ≤ 2Rp ,	(47)
где Rp – рабочий радиус копания, принимается:
Rp = (0,8...0,9)Rк, т. е. Bmax ≤1,8Rк.	(48)
Тогда наибольшая ширина проходки по дну выемки:
Аmax ≤1,8Rк −2 H m.	(49)

При ширине проходки Вдо 1,4…1,5Rp под загрузку может устанавливаться один самосвал, больше 1,5Rp – два (на рис. 14 изображены штрихпунктиром). Расстояние между кузовом экскаватора и автомобилем должно быть не менее 1 м.

Шаг перемещения Lп определяется (см. рис. 13, б):

Lп = (Rp − H m)− Rст,

(50)

причемего величина не должна быть меньше значения, приведенного в прил. 2.

Наибольший радиус выгрузки рассчитывается по формуле (51), аналогично радиусу копания экскаватора «обратная лопата»(форму-

ла (30)):

	Rmax ≤				−	lк	+r
		l 2 −(h	−h	)2				(51)
	в	в	ш	2			ш,

где l = (Rp −rш )2 +(H − hш )2 .

Наименьший радиус выгрузки не должен превышать Rвmax . В любом случае

Rmin ≥ r		+	lа	+1 м,	(51а)
в	к	2

где lа – длина кузова автосамосвала; lа – принимается равным 0,75 от длины автосамосвала.

Bmin

Amin

Rр

Rст

≥1 м

rк

Lп

≥1 м

Rвт

Amax

Bmax

Рис. 14. План забоя экскаватора с рабочим оборудованием «прямая лопата»

34

35

Высота выгрузки должна быть в диапазоне (см. рис. 13, б):

hт + hз ≤ hв ≤ 0,9Hк − hз,	(52)
hз = ∆h +hδ,	(52а)

где h – превышение призмы грунта над бортом автосамосвала; h – запас высоты под ковшом; hδ =1,83q + 0,3 м.

Возможные забои одноковшовых экскаваторов изображены на рис. 15.

						г)
а)		б)		в)				д)

							и)
	е)		ж)						к)
					з)

Рис. 15. Забои одноковшовых экскаваторов:

а–г – «прямая лопата»; д–к – «обратная лопата» и «драглайн»

3.6. Расчет производительности экскаватора

По результатам расчета забоя делается окончательный выбор экскаватора, после чего рассчитывается нормативная и эксплуатационная производительность машины.

Для расчета нормативнойпроизводительности, м3/см, применяется зависимость

Пн =	tсм	100,	(53)
	Нвр

где tсм – продолжительность смены, ч; Нвр – норма времени согласно соответствующему параграфу ЕНиР Е2–1; 100 – переводной коэффициент.

Нормативная производительность экскаваторов с рабочим оборудованием «обратная лопата» и «драглайн» рассчитывается как при работе навымет, так и в транспорт с учетом налипания грунта, работы в забоях с мокрой подошвой и т. п. (см. прил. 3).

Для расчета эксплуатационной производительности экскаватора, м3/см, рекомендуется использовать зависимость

Пэ = 3600	q	k	o kн			kвtсм,	(54)
	T			1+k
	ц				п

где Tц – время рабочего цикла, с; k° – коэффициент, учитывающий угол поворота на разгрузку; kв – коэффициент использования экскаватора по времени в смену; при разработке навымет kв = 0,9; при работе в транспорт с погрузкой на одну сторону kв = 0,83; на две стороны kв = 0,85; коэффициент наполнения ковша kн не может превышать значения, приведенные в прил. 2, и зависит от условий наполнения ковша в спроектированном забое. Для успешного наполнения ковша нужно, чтобы соблюдалось условие

q ≤bкL*hc,

(55)

где bк – ширина ковша; L* – необходимый путь наполнения ковша в забое; hc – толщина снимаемой стружки (рис. 16).

Возможная толщина стружки определяется из зависимости

S р ≥ P ≥ k		fh ,	(56)
0	0	уд c

где S0р – рабочее усилие на зубьях (режущей кромке) ковша:

для гидравлических экскаваторов

S0р = 0,9S0 ;

36

37