Методичка по путевым работам

21

максимальной мощности привода Nmax=1.05Nном (Nном – номинальная мощность привода, данная в приложении 1) по вертикали на соответствующие кривые характеристик

HГС f (QГС ; ГС ) насоса.

Кавитационная линия К-К соединяет точки, полученные как вертикальные проекции

пересечений кавитационной характеристики	насоса	Нвак,пр. (см. приложение 2.) и
характеристик всасывающего грунтопровода	H ВС.ГС	f (QГС ; ГС ) на соответствующие
характеристики H ГС f (QГС ; ГС ) насоса.

Линия З-З ограничений по заилению может быть представлена как вертикаль из точки Q=Qкр (Qкр – критический расход при Vкр).

7.4. Определение расчетной производительности землесоса по грунту.

В случае пересечения рабочей линии с линией ограничений по заилению или с линией ограничений по мощности, расчетные производительность Qгс.расч и плотность гидросмеси гс.расч. определяются в точке пересечения. Если рабочая линия пересекается с линией ограничений по кавитации, расчетная производительность и плотность устанавливаются по точке рабочей линии, расположенной ниже точки пересечения на значение запаса Н=0.5 м. Если при гс≤1300 кг/м3 работа землесоса не ограничивается ни заилением ни мощностью двигателя, ни кавитацией, принимают расчетное значение плотности смеси гс.расч=1300 кг/м3. Расчетная производительность Qгс.расч берется в точке рабочей линии с этим значением гс.

Исходя из полученной гс.расч, определяется расчетная объемная консистенция гидросмеси СЕ.

	CЕ.РАСЧ .				ГС.РАСЧ .	о	,	(7.10)
			(1	Е )( Т		о )

где Е – коэффициент пористости грунта в естественном состоянии ( Е=0.35…0.38);т – плотность твердой компоненты грунта без учета пор ( т=2650 кг/м3). Расчетная производительность землесоса по грунту находится по следующей

зависимости

Q	ГР	Q	ГС.РАСЧ .	С	Е.РАСЧ .

(7.11)

7.5. Проверка всасывающей способности насоса.

По формуле (7.1) определяются потери напора во всасывающем трубопроводе при максимальной глубине грунтозабора (паспортной из приложения 1.), Qгс.расч и гс.расч. Если эти потери меньше Нвак.пред. при Qгс.расч , то мы имеем запас всасывающей способности. При отсутствии этого запаса необходимо создать дополнительный подпор во всасывающей магистрали насоса. Это достигается установкой во всасывающем трубопроводе вблизи от всасывающего наконечника водоструйного или лопастного бустерного насоса, восполняющего недостаток всасывающей способности грунтового насоса. Кроме этого возможно расположение грунтового насоса ниже поверхности воды (путем увеличения осадки землесоса, устройства заглубляемого под воду отсека корпуса с расположенным в нем грунтовым насосом, а также установкой насоса непосредственно на раме всасывающего трубопровода, опускаемой под воду при разработке грунта).

Потребное заглубление оси насоса под уровень воды определяется по формуле полученной преобразованием выражения (7.1):

22

V

2

k

L

D

4

(H

Т )

Z

T

ВС

Г

ВС

ВС

ВС

о

ВАК .ПР.

0

2g

ВС

1

НАК

ГС

D

D

С учетом колебания значений консистенции воды рекомендуется принимать на 50…60% больше,

(7.12)

заглубление насоса под поверхность чем для осредненной консистенции.

7.6. Определение основных параметров всасывающего наконечника.

Размеры всасывающего наконечника, предназначенного для разработки участков дна траншейным способом (см.рис.7.2.), зависят от условий производства работ. Толстые слои песчаных грунтов целесообразно разрабатывать относительно узкими компактными наконечниками (рис.7.2.б) с сосредоточенной зоной воздействия гидрорыхлителя на грунт. При удалении тонких слоев наносного грунта эффективны уширенные (щелевидные) всасывающие наконечники (рис.7.2.а).

Рис.7.2 Траншейные всасывающие наконечники

Зев траншейного всасывающего наконечника обычно имеет форму вытянутого в ширину прямоугольника с полукруглыми боковыми стенками Площадь зева такой формы равна:

								h
		(b	h		)h			2	b h
								H
	З	C		H		H		4	C	H

	0.215h	2
		H

,

(7.13)

где bс и hн – ширина и высота зева наконечника.

Площадь зева определяют, руководствуясь средней скоростью потока, поступающего через зев наконечника во всасывающий трубопровод. У узких наконечников, предназначенных для разработки плотных грунтов, среднюю скорость в зеве принимают VЗ=1.8…2.0 м/с, у широких наконечников VЗ=1.2…1.5 м/с.

Зная расход гидросмеси при критической скорости ее движения по трубопроводу и приняв указанные значения скорости в зеве, находят площадь зева. Ширину его у узких

23

наконечников назначают в 2…2.5 раза больше диаметра всасывающего трубопровода. Найденные таким образом площадь з и ширина bс зева позволяют с помощью формулы (7.13) определить его высоту hн.

Размеры зева уширенного наконечника следует определять, исходя из его высоты, которую желательно иметь не менее 0.8 от габаритного проходного размера bг грунтового насоса. При отсутствии данных о проходном размере bг минимальную высоту зева уширенного наконечника назначают равной

hH (0.35...0.4)DВС

,

(7.14)

где D ВС – диаметр всасывающего трубопровода.

Если на землесосе применено несколько параллельных всасывающих трубопроводов, подсоединенных к одному грунтовому насосу, то высоту зева уширенных наконечников также назначают, исходя из диаметра трубопровода за каждым из наконечников.

Длину lн, на которой сечение наконечника из вытянутого преобразуется в круглое, назначают с таким расчетом, чтобы каждая боковая стенка составляла угол н с осью не более 25…30о.

Шаг расстановки вертикальных ребер защитной решетки по ширине наконечника принимают равным

t	P	0.8b	Г

или

t	P	(0.35...0.4)D	ВС

(7.15)

Если высота зева больше указанного шага, то ребра связывают дополнительной горизонтальной пластиной или круглым прутом. У кромок зева ребра защитной решетки должны выступать не более чем на 100…150 мм, на оси – не более чем на 200…250 мм от плоскости зева. Пластины решетки вырезают из листовой стали толщиной 20…30 мм. Горизонтальный прут должен иметь диаметр 30…50 мм.

Число сопел гидрорыхлителя nс следует принимать равным или кратным числу просветов между вертикальными ребрами защитной решетки. Иногда дополнительно к этому устанавливаются сопла на боковых сторонах зева, направляя их под углом в стороны от оси наконечника; эти боковые сопла способствуют осыпанию грунта с боковых откосов траншеи, понижению гребней между траншеями и, следовательно, уменьшению запаса на неровность выработки. Чтобы обеспечить всасывание грунта по всей ширине зева и облегчить боковые перемещения землесоса при управлении его движением по оси траншеи, боковые кромки зева срезают под углом φН≈30°. Срезаемые участки по ширине равны 1-2 шагам установки вертикальных ребер защитной решетки. Если наконечник применяется в условиях относительно небольших изменений глубины извлечения грунта, то часто делают наклонный срез зева. На очень малых глубинах, когда ось наконечника имеет небольшой наклон к горизонтали, делают нижний скос зева, укорачивая нижнюю часть кромки по отношению к верхней. При извлечении грунта с больших глубин, когда ось наконечника наклонена под значительным углом, укорачивают верхнюю кромку, создавая верхний скос зева. В первом случае облегчается работа, то есть заглубление наконечника в грунт, во втором – улучшаются условия всасывания грунта с переднего откоса траншеи и снижается сопротивление грунта перемещению землесоса.

Расчет основных элементов гидрорыхлителя для траншейных наконечников землесосов производится в следующей последовательности.

1.Выбирают серийный центробежный водяной насос, расход которого q должен

быть приблизительно равен производительности Qгр землесоса. Напор насоса должен быть таким, чтобы за вычетом потерь напора в магистрали, то есть непосредственно перед соплами, напор истечения составлял Нс=20…25 м.

2.По принятому напору определяют скорость истечения воды из сопел

VC 2gH C , м/с,			(7.16)

где =0.92…0.95 – коэффициент скорости.

3. Определяют суммарную площадь сечений всех сопел на выходе:

(Vт),

24

C		q
		V
			C

4. Приняв все сопла одинаковыми, вычисляют их диаметр на выходе:

dC 4 C

nC

(7.17)

(7.18)

Диаметр Dг водоподводящих трубопроводов гидрорыхлителя выбирают с таким расчетом, чтобы скорость воды в трубах была не более 2.0…2.5 м/с. После вычисления выбирают трубу ближайшего стандартного диаметра (условного прохода) из следующего ряда: 100; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 500 мм.

Площадь живого сечения коллектора (hк·bк) рассчитывается на такую же скорость воды. По мере отдаления от подводящего трубопровода сечение коллектора может уменьшаться в связи с расходованием воды через сопла.

8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА РАБОТЫ ЗЕМЛЕСОСА ПРИ ТРАНШЕЙНОМ СПОСОБЕ РАЗРАБОТКИ ПРОРЕЗИ В НЕСВЯЗНОМ ГРУНТЕ

Технологическая карта работы, вид которой дан на рис. 8.1., представляет собой связь между заглублением всасывающего наконечника в грунт (Нс) и скоростью рабочего перемещения землесоса вдоль траншеи обеспечивающую максимальную производительность землесоса по грунту (Qгр).

Величина заглубления всасывающего наконечника в грунт в функции полезной толщины снимаемого слоя определяется по зависимости:

								b		2
	b	2	4mm							b
				h				Т
	С		0		П			2m		С
H С										,	(8.1)
				2m
						0

где m=3 – коэффициент заложения установившегося откоса; m0=1 – коэффициент заложения неустановившегося откоса; bc – ширина всасывающего наконечника;

bт – ширина траншеи, принимаемая равной ширине корпуса земснаряда Вс (см. приложение 1);

hп – полезная толщина снимаемого слоя грунта.

Скорость рабочего перемещения землесоса по траншее определяется по зависимости

V		Q	ГР
T		60F
			T

Площадь поперечного сечения первой траншеи Fт,1

F
	m h	П
T ,1

а всех последующих траншей – по формуле

F	b
		h	П
T ,2	T

, м/мин.

вычисляется по формуле

		b		2
				, м2,
		T
		2m
		b		2
				, м2.
		T
		4m

(8.2)

(8.3)

(8.4)

Элементы грунтозабора рассчитываются для значений полезной толщины снимаемого слоя в интервале от 0.2 м до 1.2 м с шагом 0.2 м. Результаты расчета сводятся в таблицу (см. табл. 8.1), по данным которой строятся графики зависимостей Нс=f(hп), VT,1=f(hп), VT,2=f(hп) (см. рис. 8.1.).

25

Таблица 8.1. Значения заглубления всасывающего наконечника в грунт и скорость перемещения

землесоса по траншеям

hП, м	НC, м	FT,1, м2			VT,1, м/мин		FT,2, м2	VT,2, м/мин
0.2
0.4
…
1.2
	Т е х н о л о г и ч е с к а я		к а р т а		р а б о т ы	з е м л е с о с а

мh п

H	с = f ( h п )
V T , 2	= f ( h п )
	V T	, 1	= f ( h п )
	H c
	м
	V	T
	м / м и н

Р и с .

8

.1 .

9.СОСТАВЛЕНИЕ БАЛАНСА ВРЕМЕНИ ЗЕМЛЕСОСА

Вкурсовой работе определяются следующие элементы баланса времени землесоса:

tр, – рабочее время землесоса, ч;

tпр, - время, затрачиваемое на производственные остановки, ч; tпер, - время, затрачиваемое на периодические остановки, ч;

tвал, - валовое время, ч;

kвр, - коэффициент использования землесоса по времени.

Рабочее время землесоса определяется делением суммарного объема выемки грунта Wп на расчетную производительность землесоса Qгр:

t Р WП (9.1)

Q

ГР

К вспомогательным производственным операциям, требующим временного прекращения работы землесоса, относятся: установка земснаряда на месте работы и сборка каравана после окончания разработки прорези, переход земснаряда с траншеи на траншею, перекладка якорей, переводы плавучего грунтопровода.

Количество перекладок станового якоря зависит от длины станового троса и конфигурации прорези. Количество перекладок в пределах одного колена прорези вычисляется по формуле

	n			1.5LК	1,	(9.2)
		С.Я .К .		lТ

26
где Lк – длина колена прорези, м;
lт – длина станового троса, м (lт=500 м),
и округляется до большего целого числа.
Общее количество перекладок станового якоря
nС.Я . nС.Я .К . k 1 ,	(9.3)

где k – количество колен прорези.

Количество переходов с траншеи на траншею определяется по выражению

	I
nТ .Т .	(nТ .i	1)	,
	i 1

(9.4)

где nт.i=Вп.i/bт – число траншей в i-ой серии числа);

Bпi-ширина i-той серии; I – количество серий.

Количество перекладок боковых якорей

n	Б.Я .

(округляется до большего целого

2(I 1) .

(9.5)

Количество переводов плавучего грунтопровода (рефулера) при разработке прорези сериями против течения принимается равным количеству серий (nр=I). При разработки прорези сериями по течению время на перевод рефулера не предусматривается.

Время, затрачиваемое на производственные остановки, определяется как сумма произведений количества производственных остановок данного вида nj на норму времени tj на каждую остановку:

t пр=Σ ni ti , ч.

(9.

Нормы времени на отдельные виды производственных остановок даны в приложении 4.

При выполнении курсового проекта в периодических остановках учитываются: время на очистку грунтовых путей - 3% от рабочего времени и время на пропуск судов - 5% от рабочего времени. Таким образом время, затрачиваемое на периодические остановки

tПЕР 0.08tР

, ч.

Валовое время –

tВАЛ tР tПР tПЕР , ч.

Коэффициент использования землесоса по времени вычисляется по формуле

kВР		t	Р	.
	t
		ВАЛ

(9.7)

(9.8)

(9.9)

10. ВЫБОР МНОГОЧЕРПАКОВОГО ЗЕМСНАРЯДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО РАСЧЕТНОЙ РОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Исходя из объема дноуглубительных работ на прорези в связном грунте Wп и приняв ориентировочно коэффициент эксплуатации многочерпакового земснаряда kэ=0.6, определяют производительность земснаряда, необходимую для разработки прорези за 4…6 суток.

	Q			WП	3
		Г			, м /ч.	(10.1)
				kЭ t

27

Далее по приложению 3. выбирается серийный многочерпаковый земснаряд с технической производительностью Qт, близкой к вычисленной потребной Qг.

Расчетная производительность серийного снаряда определяется путем умножения его технической производительности на расчетный коэффициент снижения производительности kр:

Q	k	Q
P	P	T

(10.2)

Коэффициент kр принимается равным меньшему из двух коэффициентов: коэффициента снижения производительности по роду грунта kг (задается в исходных данных) и коэффициента снижения производительности по толщине снимаемого слоя kсл. Коэффициент kсл определяется исходя из средней толщины снимаемого слоя грунта на прорези hсн (см. табл. 11.2) по формуле

k			h
			СН
	СЛ		a

,

(10.3)

в которой а – вылет черпака, зависящий от его емкости W и определяемый по зависимости

a 1.043 W

, м.

(10.4)

При hсн/а 0.7 принимают kсл=1.

Определив расчетную производительность серийного снаряда, находят рабочее и валовое время:

tР WП	/ QP , ч,	(10.5)
tВАЛ tP	/ kВР , ч,	(10.6)

где kвр=0.8…0.85 – коэффициент использования снаряда по времени.

11. СОСТАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КАРТЫ РАБОТЫ МНОГОЧЕРПАКОВОГО СНАРЯДА

Производительность многочерпакового земснаряда находится в прямой зависимости от величины подачи по становому тросу lс, скорости папильонирования Vп, толщины снимаемого слоя hсн, скорости движения черпаковой цепи nч, емкости черпака W и степени его наполнения.

Так как скорость черпаковой цепи на каждом объекте работы подбирают опытным путем, стремясь достичь наибольшего ее значения, то режимом работы земснаряда и его производительностью управляют, регулируя скорость папильонирования Vп, которая определяется по формуле:

где Fс=hсн·lc – площадь стружки папильонажной ленты грунта, м2;

=0,95 – коэффициент неполноты объема снимаемой стружки из-за криволинейности очертания зева черпака.

Значение подачи по становому тросу lс зависит от толщины разрабатываемого слоя грунта. При работе папильонированием на толстых слоях (hсн>a) связного грунта подачу вперед ограничивают значением радиального вылета черпака ар=0.9а и назначают равной

Подача снаряда на тонких слоях (hсн<a) назначается исходя из длины шлейфа черпаковой цепи S:

Значение длины шлейфа снимаются с графика ее зависимости от глубины черпания: S=S(Hч). Этот график строится по трем точкам. Данные для построения графика берутся из приложения 3. и представляются в табличной форме в соответствии с табл. 11.1.

		28
			Таблица 11.1
	Значение длины шлейфа S при шаге цепи tц= ….м.
Глубина черпания Нч, м		Длина шлейфа S, м.
	значение		значение
Нч=Тс		S=3.5 tц
Нч=Нч.опт.		S=1.5 tц
Нч=Нч.max		S=0.5 tц

В целях предупреждения смятия грунта боковыми поверхностями черпаков и обеспечения заданной чистоты разработки дна необходимо, чтобы следы, оставляемые отдельными черпаками, перекрывались на величину 0.4…0.5 ширины черпака. Поэтому максимальная скорость папильонирования ограничивается ее предельным значением

где ширина зева черпака bч=1.22а, а число черпаков, проходящих через верхний барабан за минуту nч (скорость черпаковой цепи), берется среднее из приведенных в приложении 3. крайних значений. Скорость папильонирования должна проверяться на

соблюдение неравенства Vп Vп.пред..

Технологическая карта (см. табл. 11.2) составляется для двух глубин черпания, задаваемых преподавателем. Значения элементов грунтозабора рассчитываются при толщине снимаемого слоя от 0.2 до 1.2 м с интервалом 0.2 м.

Таблица 11.2 Технологическая карта для многочерпакового земснаряда проекта …….. при скорости

черпаковой цепи nч=…… м/мин

Нч,	S,	hсн,	kг	kсл	kр	а,	а,	lc,	Fс,	Qр,	Vп,
м	М	м				м	м	м	м2	м3/с	м/с
		0.2
		0.4
		…
		1.2
		0.2
		0.4
		…
		1.2

При превышении Vп расчетным Vп.пред. необходимо принять за расчетное Vп.пред. и на основе зависимости 11.1 определить возможное Qр

12. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБНОГО КОЛИЧЕСТВА ШАЛАНД

Для обеспечения работы многочерпакового земснаряда без простоев в ожидании шаланд продолжительность их погрузки не должна превышать времени, затрачиваемого на транспортировку грунта к месту отвала и возвращение шаланды к земснаряду. Необходимое количество шаланд для выполнения этих условий при расчетной производительности земснаряда Qр и расчетной вместимости шаланды Wш определяется по формуле

( ∑ )

где L1 и L2 – расстояние от земснаряда соответственно до места отвала и обратно;

V1 и V2 – скорость хода шаланд, соответственно груженых к месту отвала и порожних обратно к земснаряду;

29

t0 – суммарное время, затрачиваемое на опорожнение шаланд и на маневры при отходе от земснаряда и швартовке к нему.

При выполнении курсового проекта условно принимается: L1=5 км, L2=4 км, V1=10 км/ч, V2=15 км/ч, t0=10 мин. Емкость самоходной шаланды Qш принимается

равной 150, 300 или 450 м3. Расчетная вместимость шаланды Wш=Qш/kрых, где kрых=1.2 – коэффициент разрыхления грунта.

30

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

Данные по землесосам

		Ед.	Обоз			Проект землесоса
	Параметры						23-	23-
		изм.	нач.	246-б	324	1-516			1-517	2104
							110	112
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	Проектная	м3/ч	Qпр	250	350	500	750	1000	2500	4000
	произв-ность
	Мощность	кВт	Nном	75	150	300	350	450	1300	2000
	привода насоса
	Ном. частота
	вращения. раб.	1/мин	nном	450	350	380	325	320	180	180
	колеса
	Диаметр
	напорного	м	Dн	0.3	0.4	0.5	0.5	0.7	0.9	1.0
	трубопровода
	Длина
	напорного	м	Lн	250	250	400	400	500	500	150
	трубопровода
	Макс. глубина	м	Tmax	8	14	10	10	12	12	10
	грунтозабора
	Возвышение оси	м	Z0	1.0	1.0	0.0	0.5	0.5	0.0	-1.0
	насоса
	Высота подъема	м	Zн	1.5	2.0	0.5	1.0	1.0	2.0	1.0
	трубопровода
				80	100М	ДВА1	120М	ДВА7	ДВА9	ОиК
	Марка насоса			МП-						531-
					П-350	200	П-325	00	00
				450						1000
	Диаметр
	приемного	м	D1	0.35	0.40	0.50	0.55	0.67	0.90	1.00
	отверстия
	Наружный
	диаметр	м	D2	0.8	1.0	1.2	1.1	1.4	2.2	2.3
	рабочего колеса
	Габаритный
	проходной	м	bг	0.19	0.20	0.12	0.32	0.26	0.40	0.46
	размер
	Осадка	м	Tс	0.5	0.7	1.14	0.9	1.3	1.68	1.95
	Ширина корпуса	м	Вс	7.0	7.5	10.8	9.0	9.2	10.8	16.5
	Номера
	характер-тик (в			1	2	3	4	5	6	7
	прил. 2.)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Характеристики насосов

%

70			1	2
60
				Q
50				2000 м 3/ч
0	500	1000	1500