Визначення продуктивності

Технічна продуктивність, м³/год, ущільнювальних машин без­перервної дії становить:

,

де В — ширина смуги ущільнення, м; b — ширина перекриття суміжних смуг ущільнення при b = 0,1 м; V — середня швидкість руху машини, км/год; h — товщина шару ущільнення, м; m — необхідна кількість проходів по одному сліду.

Лекція 15

МАШИНИ ДЛЯ ПАЛЬОВИХ РОБІТ

При спорудженні приміщень використовують пальові фунда­менти. Порівняно з іншими типами фундаментів вони дозво­ляють у 2 - 3 рази зменшити об'єм земляних робіт, скоротити в 1,5 - 2,0 рази витрати бетону, зменшити на 20% трудомісткість робіт нульового циклу, скоротити терміни будівництва.

Існує кілька способів улаштування пальових фундаментів. Найпоширенішим є спосіб, при якому в ґрунт заглиблюють готову палю шляхом забивання, вібрації, вдавлювання або їх комбінації. Залізобетонні палі переважно квадратного пере­різу, рідше — металеві і дерев'яні. Застосовують також палі круглого перерізу і палі-оболонки. Круглі палі інколи загвин­чують.

Влаштовують також фундаменти з буронабивними палями й пальові фундаменти у витрамбуваних котлованах. У першому випадку бурять свердловину, розширюють її нижню частину, потім заповнюють бетоном, закладаючи необхідну арматуру. В другому випадку свердловину роблять шляхом ущільнення трам­буванням, тобто ущільнюючи ґрунт. У міру буріння свердловину заповнюють щебенем або бетонною сумішшю, які також трамбують. Ці способи дають змогу зменшити вартість пальових фундаментів. Для пальових робіт використовують копрове обладнання й пальові заглибники. Перші застосовують також при спорудженні в ґрунті шпунтових стін, які влаштовують заглибленням у ґрунт впритул один до одного металевих стержнів спеціального профілю— шпунтів. Шпунтові стіни необхідні при водозниженні та в деяких інших випадках. Після закінчення роботи шпунти витя­гують.

Копрове обладнання

Копрове обладнання виготовляють як навісне на тракторах, автомобілях, екскаваторах і як спеціальні машини на рейковому ходу.

Рейкові копри використовують на будівництві великих про­мислових і гідротехнічних об'єктів Із великими обсягами пальових робіт для заглиблення важких паль завдовжки 12—16 м та більше, а також похилих паль. Їх комплектують пароповітряними та дизельними молотами.

Найпоширеніші навісні копри, які мають енергетичну авто­номність, мобільність і маневреність, високу механізацію допо­міжних операцій. За конструктивним виконанням їх поділяють на універсальні, напівуніверсальні й прості. Перші забезпечують повний оберт платформи, де встановлена копрова стріла, зміну вильоту і робочий нахил копрової стріли (необхідно для заглиб­лення нахилених паль); другі — тільки поворот платформи або робочий нахил копрової стріли для заглиблення вертикальних паль.

Копрова установка має двигун, трансмісію, систему керуван­ня, ходове та вантажопідіймальне обладнання й комплектується пальовим заглибником (молотом).

Схема копрової установки на базі трактора наведена на рис. 15.1. На базовому тракторі 9 встановлено шоглу 5 .з напрямними, в яких може переміщуватися дизель-молот 4. Щогла 5 закріплена на поворотній рамі 2, здатній нахилятися до 5° вперед і назад за допомогою двох гідроциліндрів 7 відносно шарнірів на крон­штейні 1.

Гідроциліндри 7 також призначені для переведення щогли в транспортне (гори­зонтальне) положення. Крім того, копрова щогла за до­помогою гідроциліндрів мо­же переміщуватися вздовж поздовжньої осі машини. Це дає змогу швидко і точ­но встановити палю в по­трібній точці та під певним кутом.

Рис. 15.1. – Схеми копрової установковки (а) та гідрополіспастів (б):

1 — кронштейн; 2 — поворотна рама, З — стріла; 4 — дизель-молот; 5 — щогла; 6 — гідроциліндр повороту стріли; 7 — гідроциліндр нахилу по­воротної рами; 8— гідроциліндр поліспаста; 9 — базовий трактор

Молот і палю підніма­ють окремо за допомогою двох канатних гідрополіспастів, рухомі обойми яких з'єднані зі штоками гідроциліндрів 8. Під молот палю встановлюють за допомогою стріли З, що висувається вперед гідроциліндром 6 і яку прибирають поміж напрямних при забиванні палі.

Пальові заглибники

За способом заглиблення пальові заглибники бувають ударні, вібраційні, статичні й комбіновані. Їх вибір залежить від щіль­ності ґрунту і параметрів заглиблюваних елементів.

Ударним способом забивають дерев'яні, металеві, залізобе­тонні палі та шпунти практично в будь-які ґрунти. При цьому маса ударної частини молотів повинна дорівнювати масі за­лізобетонних паль (при довжині палі понад 12м) або перевищувати її в 1,5 рази (при довжині палі до 12 м).Вібраційний спосіб застосовують при заглибленні паль в пі­щані та водонасичені ґрунти.

Статичне заглиблення відбувається шляхом загвинчення або вдавлювання у ґрунти, які не містять великих кам'янистих вклю­чень. Вдавлювання і вібровдавлювання застосовують для корот­ких (до 6м) паль. За видом споживаної енергії розрізняють механічні, паро­повітряні, гідравлічні, дизельні та електричні пальові заглибники (молоти).

Механічний молот — найпростіший вид пальового заглибника. Його ударна частина масою 1000—3000 кг піднімається на 2—4 м фрикційною лебідкою. При розгальмуванні барабана лебідки ця ударна частина падає вниз і відбувається удар. Такі молоти можна використовувати для забивання паль завдовжки до 3—5 м.

Серед їх переваг: проста конструкція; можливість регулювати роботу молота за рахунок зміни висоти піднімання ударної части­ни; довговічність; низька вартість. Недоліком є мала частота ударів (4—10 хв-¹).

Пароповітряні молоти використовують енергію стиснутого по­вітря або пари. Їх комплектують компресорними станціями або парогенераторами. Розрізняють пароповітряні молоти простої і подвійної дії.

Пароповітряний молот простої дії (рисунок 15.2) має циліндр 2, який може пересуватися по поршню 3. Останній штоком 4 з'єднаний з наголовником палі 5. На циліндрі 2 встановлено розподільний пристрій 1. Коли пара або стиснуте повітря надхо­дять у циліндр, останній піднімається, розподільний прилад перемикається, з'єднуючи порожнину циліндра з атмосферою, а циліндр падає, наносячи удар і забиваючи палю. Такі молоти відносно прості в експлуатації. Однак вони великогабаритні і мають малу частоту ударів (до 50 хв-¹), тому їх застосовують рідко.

Пароповітряні молоти подвійної дії використовують частіше. Вони працюють автоматично з частотою ударів 100—300 хв-¹, маса ударної частини до 2250 кг. Їх застосовують для забивання і вилучення паль в гідротехнічному будівництві. Пароповітряний молот подвійної дії (рисунок 15.3) має корпус 2, з'єднаний з наголовником 1 палі, в корпусі переміщується поршень 3.

Рис. 15.2 – Схема пароповітряного молота

простої дії: 1 – розподільний пристрій; 2 – циліндр;

3 – поршень; 4– шток; 5–наголовник палі

Рис. 15.3 – Схема пароповітряного молота

подвійної дії: 1 – наголовник палі; 2 – корпус;3 – поршень;

4 – розподільний пристрій

Стиснуте повітря чи пара підводяться через автоматичний розподільний пристрій 4. Коли енергоносій подають у нижню порож­нину, верхня з'єднується з атмосферою і пор­шень рухається вверх.

Потім розподільний пристрій перемикається і поршень рухається вниз під дією власної маси та тиску енерго­носія й наносить удар, заглиблюючи палю.

Такі молоти можна використовувати для забивання вертикальних і похилих паль, а також для виконання робіт під водою (на глибині до 20 м). Ці молоти мають порівняно невеликі габаритні розміри, високу продуктивність. Їх недоліки такі: велика маса нерухомих частин (60—70% загальної маси молота); можливість заглиблення лише легких паль та шпунтів; потреба в дорогих і громіздких компресорних станціях або парогенераторах.

Гідравлічні молоти

Гідравлічні молоти за принципом роботи аналогічні паро­повітряним, але порівняно з ними у гідравлічних вищий ККД (0,55—0,65) і менша у 8—10 разів маса приводної станції; вони компактніші, надійніші, менше створюють шуму, простіші в експлуатації, їх можна навішувати на екскаватори, крани та всі інші копрові пристрої. Енергія удару становить 3,5—120 кДж при частоті ударів 50—170 хв^-1, маса ударної частини 210—7500 кг. Гідравлічні молоти можна використовувати для забивання паль і металевого шпунта у складних геологічних умовах при чергуванні шарів ґрунту різної щільності. За принципом роботи вони бувають простої і подвійної дії. В перших піднімання ударної частини відбувається примусово, а робочий рух — під дією сили ваги, у других на ударну частину при холостому та робочому русі діє робоча рідина.

Ударна частина гідромолота простої дії (рисунки 15.3, а) пере­міщується за трьома напрямними трубчастими штангами 5. Ос­танні закріплені у верхній 2 і нижній 1 траверсах з пазами 4, якими молот ковзає по напрямних копрової щогли. Молот підвішується до підіймального ремболта 3. До нижньої траверси знизу при­кріплено наголовник 8 для паль, а також вста­новлено гідроциліндр-штовхач 7. У напрямних штангах розташовані гідроакумулятори й механізм керування.

Рис. 15.4 – Схема гідромолота простої дії: а – зовнішній вигляд; б – гідросхема; 1, 2– нижня і верхня траверси; 3 – ремболт; 4 – паз; 5 – напрямна штанга; 6 – ударна частина; 7 – гідроциліндр-штовхач; 8 – наголовник палі; 9, 14 – відповідно напірний і зливний гідроакумулятори; 10 – гідророзподільник; 11 – гідронасос; 12 – бак для робочої рідини; 13 – запобіжний клапан; 15 – клапан

Гідросхема автоматичної системи керування гідромолотом простої ди (рисунок 15.3, б) має гідроциліндр-штовхач 7, напірний 9 і зливний 14 гідроакумулятори, клапан 15 та гідрокерований двопозиційний золотник (паророзподільник 10). Бак 12 для робочої рідини, гідронасос 17 і запобіжний клапан 13, а також привод гідронасоса (тобто в цілому насосна станція) встановлюються окремо й з'єднуються з гідромолотом шлангами.

Робочий цикл гідромолота починається із зарядження гідро­акумулятора 9 до тиску Р1 (показано на схемі). При цьому клапан 15 перебуває у нижньому положенні, оскільки тиск у нижній його порожнині, з'єднаній зі зливом, відсутній, а порож­нина гідроакумулятора 9 від'єднана від поршневої порожнини гідроциліндра 7. Мастило від насоса надходить у штокову порож­нину гідроциліндра 7, опускаючи поршень і заряджаючи гідро­акумулятор 9.

Досягнувши тиску Р1, золотник гідророзподільника 10 пере­микається, мастило від насоса потрапляє до нижньої порожнини клапана 15, перемикає його, після чого через клапан йде до поршневої порожнини гідроциліндра 7. Гідроциліндр-штовхач розганяє ударну частину вгору, при цьому рідина, накопичена в гідроакумуляторі 9, також надходить до поршневої порожнини гідроциліндра-штовхача, прискорюючи його рух. Ударна частина розганяється і далі рухається вгору по напрямних штангах за інерцією. При спаді тиску в гідроакумуляторі 9 до значення Р2 золотник розподільника, перемкнувшись, з'єднує нижню порож­нину клапана 15 зі зливною лінією. Клапан пересувається вниз, перекриваючи напірну лінію і з'єднуючи зливну з гідроакумуля­тором 14. Одночасно ударна частина піднімається, потім падає, наносячи удар, який заглиблює палю. Далі цикл повторюється. Зливний гідроакумулятор 14 призначений для зменшення швид­кості руху рідини у зливній магістралі при опусканні поршня гідроциліндра 7.

Виготовляють також гідромолоти простої дії з кількома циліндрами-штовхачами і механізмом закачування газу в газові порожнини гідроакумуляторів. Наявність напірного гідроакуму­лятора дає змогу зменшити встановлену потужність насосної станції, оскільки енергія, яка виробляється станцією протягом циклу, передається ударною частиною у вигляді імпульсу. При використанні імпульсного впливу на ударну частину при її роз­гоні створюється додатковий силовий імпульс, який передається на палю, що збільшує ефект заглиблення. Використання автома­тичної системи керування гідромолотом дозволяє збільшити час­тоту ударів.

Гідромолот подвійної дії (рисунок 15.4) має ударну частину 3, яка переміщується в трубі 2, у нижній частині якої прикріплено шабот 1, а до нього монтується наголовник палі або інший робочий орган. Ударна частина переміщується за допомогою робочого гідроциліндра 5. В одному блоці з робочим гідро­циліндром виготовлено розподільний золотник 8 та гідроакуму­лятор 10. Золотник може рухатися під дією пружини 15. З метою спрощення на схемі не наведено окремі конструктивні елементи.

Гідромолот приводиться в дію від насоса 11. Цикл його роботи складається з розгону ударної частини вгору, гальмування її перед верхньою мертвою точкою (ВМТ), розгону вниз й удару по шаботу. Всі переміщення ударної частини відбуваються при швидкості, що змінюється, тобто ділянок стабільного руху немає. Це дає змогу зменшити хід поршня і збільшити частоту ударів. Гідромолот подвійної дії працює таким чином. У початковому положенні (показано на схемі) ударна частина лежить на шаботі, золотник під дією пружини встановлений у верхньому положенні, поршень гідроакумулятора 10 також перебуває в цьому поло­женні. Після вмикання гідронасоса мастило під тиском по кана­лах 9 і 14, через канали золотника 8 і канал 16 потрапляє у штокову порожнину гідроциліндра 5. Мастило з поршневої по­рожнини гідроциліндра через канал 7 і виточку золотника надхо­дить у зливний канал 12. Поршень робочого гідроциліндра разом з ударною частиною починає прискорено рухатися вгору. Одночасно частина мастила, що подається насосом, йде до поршневої порожнини гідроакумулятора 10, зміщуючи його пор­шень

Рисунок 15.4 – Схема гідромолота подвійноі дії:

1 — шабот, 2 — труба; 3 — ударна частина; 4 — зворотний талан; 5 — робочий гідроциліндр; 6, 7 — канали для надходження робочої рідини; 9 — розподільний золотник; Р, 12 — напірний і зливний канали; 10 — гідроакумулятор; 11 — тюж: 13 — замкнена порожнина; 14, 16 — канали; 15 — пружина

донизу. При цьому шток поршня входить у замкнену порожнину 13, стискаючи в ній мастило. Таким чином, порожнина 13 і шток поршня робочого гідроциліндра 5 утворюють гідравлічну пружину. В кінці переміщення вверх поршень робочого гідро­циліндра перекриває канал 7, відповідно тиск у поршневій порож­нині робочого циліндра і каналі 6 підвищується. Під дією цього тиску золотник 8 пересувається униз (наведено пунктиром), пере­криваючи канали 7 і 16. Поршнева порожнина робочого гідро­циліндра 5 з'єднується з напірним каналом 9, а штокова — зі зливним 12. Починається гальмування ударної частини, мастило з поршневої порожнини робочого гідроциліндра та від насоса подається в гідроакумулятор 10, заряджаючи його і стискаючи гідравлічну пружину (мастило в порожнині 13). Після зупинки ударної частини у ВМТ починається її розгін униз під дією ваги та тиску мастила на поршень робочого циліндра. Після досягнен­ня ударною частиною швидкості, яка визначається подачею на­соса та площиною поршня робочого гідроциліндра 5, гідроаку­мулятор починає розряджатися, витискуючи мастило у поршневу порожнину гідроциліндра 5 і збільшуючи швидкість руху ударної частини. Поршень гідроакумулятора 10 при цьому піднімається. У кінці ходу вниз ударна частина 3 наносить удар по шаботу 1, занурюючи палю. При русі поршня вниз відкривається спочатку канал зворотного клапана 4, потім сам клапан, з’єднуючи поршневу порожнину зі штоковим і зливним каналами 12. Тиск у порш­невій порожнині падає й золотник 8 під дією пружини 15 пе­реміщується угору. Далі цикл повторюється

Гідромолоти подвійної дії використовують як змінне на­вісне обладнання на гідравлічні екскаватори 2-, 3- і 4-ї розмірних груп. Ці гідромолоти закріплюють на рукоятці замість ковша зворотної лопати або навішують безпосередньо на ківш. Крім пальових робіт, такі молоти застосовують для руйнування до­рожнього покриття, ущільнення ґрунту, при реконструкції бу­дівельних конструкцій. Робочі органи прикріпляються до шабота або виготовляються як єдине ціле з ним. При навішуванні на екскаватор гідромолоти приводяться в дію від його гідросистеми. Для віброізоляції базової машини при роботі з гідромолотом стрілу екскаваторного обладнання вста­новлюють у плаваюче положення.

Дизельні молоти

Дизельні молоти одержали в будівництві велике поширен­ня. За принципом роботи вони є двотактними дизельними двигу­нами з вільно рухомим поршнем або циліндром. Розрізняють дизель-молоти штангові й трубчасті. Штанговий дизель-молот (рисунок 15.5) має масивне лите ковадло 9, до нижньої частини якого через сферичний підп'ятник прикріплено наго­ловник 10, що надягається на палю. На ковадлі зроблено пази для переміщення молота по напрямних копрової щогли. Як єдине ціле з наковадлом виготовлено поршень 1, у верхній частині якого встановлені компресійні кільця 2 і форсунка 3. В наковадлі є місткість для палива — дизельного пального та змонтований паливний насос високого тиску 8 (наведено умов­но). У ньому ж закріплені нижні частини двох циліндричних штанг 7, по яких може рухатися ударна частина молот-циліндра 6. На цих же напрямних штангах встановлено захватний пристрій — "кішка" 5. У верхній частині напрямні штанги 7 закріплені в траверсі 4, де також є пази для переміщення по на­прямних копрової щогли.

Перед початком роботи дизель-мо­лот піднятий у верхню частину копрової щогли, у наголовник заведена паля. Його маса передається на палю. Ци­ліндр вимкнутого дизель-молота пере­буває у нижньому положенні й надяг­нутий на поршень. Дизель-молот запускають таким чином. "Кішку", за­здалегідь закріплену на траверсі, звільняють і опускають за допомогою лебідки по напрямних штангах униз. Вона автоматично захоплює нижню частину.

Рисунок 15.6 – Схема штангового дизель-молота:

1 – поршень; 2 – компресійне кільце; 3 – форсунка; 4 – траверса;

5 – захватний пристрій –"кішка"; 6 – молот-циліндр;7 – штанга;

8 – паливний насос високого тиску; 9 – ковадло, 10 – наголовник палі

Потім вми­кають лебідку копрового обладнання на підйом і піднімають "кішку" з ударною частиною. У верхньому положенні вона за­кріплюється на траверсі й автоматично звільняє ударну частину. Остання, ковзаючи по напрямних штангах, падає вниз і ци­ліндр надягається на поршень. Завдяки наявності компресорних кілець повітря з циліндра вийти не може, воно стискається, дуже нагріваючись (до температури понад 700°С).

Наприкінці падіння ударна частина штирем натискує на важіль паливного насоса високого тиску. Останній подає порцію пального до встановленої в центрі поршня форсунки, яка розпилює його в атмосфері розігрітого повітря. У результаті пальне займається і згоряє. За рахунок виділеного тепла продукти згоряння в циліндрі розши­рюються і підкидають ударну частину — циліндр догори. Ударна частина рухається вгору, ковзаючи по напрямних штангах, упо­вільнюється і падає знову. Робота дизель-молота відбувається в автоматичному режимі. Висоту піднімання ударної частини регу­лює оператор шляхом зміни витрат пального, що подається. Наприкінці заглиблення палі оператор перекриває подачу паль­ного, і дизель-молот вимикається.

Трубчасті молоти (рисунок 15.6) виготовляють з повітряним або водяним охолодженням. Ударна частина трубчастого дизель-молота — поршень 4, що рухається у відкритій згори трубі. До нижньої частини цієї труби прикріплено шабот 6, а до остан­нього — наголовник палі. У трубі є вентиляційні вікна 2 і паз, вздовж якого може пересуватися "кішка" 3. На трубі встановлено паливний насос низького тиску 5.

Для запуску трубчастого дизель-молота за допомогою лебідки копрової установки опускають "кішку", яка захоплює поршень. Потім їх піднімають. "Кішка" у верхньому поло­женні закріплюється на трубі і звільнює поршень. Останній падає донизу, ковзаючи в трубі, і натис­кує на важіль паливного насоса. Насос впорскує порцію пального у заглиблення шабота. При по­дальшому падінні поршень перекриває вентиля­ційні вікна. Завдяки наявності компресійних кілець на поршні повітря в трубі стискається і нагрівається. У кінці падіння поршень ударяється, об шабот, заглиблюючи палю. Одночасно за раху­нок удару розпилюється пальне, яке займається, підкидаючи догори поршень та створюючи додат­ковий реактивний вплив на палю. Поршень ру­хається угору, відкриває вікна 2, простір всередині труби вентилюється. Подальша робота молота відбувається в автоматичному режимі. Трубчасті дизель-молоти інколи осна­щуються пневмобуфером, що дає змогу підвищити частоту ударів до 70 хв^-1.

Електричні молоти умовно поділяють на вібраційні — вібро-заглибники й ударно-вібраційні, або вібромолоти. Віброзаглибники передають елементам, що заглиблюються (або виймаються), коливання певної частоти, амплітуди, напряму, внаслідок чого забезпечуються ці процеси. Робота віброзаглибників грун­тується на різкому зменшенні коефіцієнта тертя між грунтом і поверхнею елемента під дією коливань.

Віброзаглибники

Віброзаглибник (рисунок 15.7) міцно з'єднаний з палею або шпун­том за допомогою наголовника 1. На останньому закріплено віброзбудник 2 з парною кількістю горизонтальних валів, що синхронно обертаються в протилежні боки і мають закріплені дебаланси. При обертанні останніх виникає сумарна відцентрова сила, спрямована вертикально, — збурююча сила, Н:

,

де — сумарна маса дебалансів, кг; е — ексцентриситет дебалансів, м; ω — кутова швидкість дебалансних валів, рад/с.

Дебалансні вали одержують обертання від електродвигуна З через пасову, ланцюгову або зубчасту передачі.

У віброзаглибнику двигун піддається вібраційному впливу (рисунок 15.7, а). Це негативно познається на його роботоздатність і збільшує кількість коливальних частот, що зменшує амплітуду їх коливань. Для низькочастотних віброзаглибників (300—500 хв"¹) це не суттєво, а високочастотні (700—1500 хв'¹). В останніх електродвигун 3 та додаткова привантажувальна плита 4 з'єднані з віброзбудником через пружини 5.

Вібромолоти забезпечують заглиблення паль у міцний ґрунт. У найпростішому вібромолоті (рисунок 15.8) віброзбудник І зв'язаний з наголовником 2 за допомогою пружин 3. У про­цесі роботи віброзбудник 1 ви­конує вертикальні коливання, завдаючи періодичних ударів по наголовнику, які сприяють заглибленню палі.

Рисунок 15.7. – Ві6розагли6ники з колив­ним (а) та віброізольованим (б) дви­гунами:

1 — наголовник; 1 — віброзбудник; 1 — електродвигун, 4— привакгажуяалиа ми­та; 5 — пружина

Рисунок 15.8. – Схема вібромолота:

1 — віброзбудник; 2 — наголовник; 3 — пружина

Головний параметр молотів ударної дії — енергія удару. Для пароповітряних і гідрав­лічних молотів подвійної дії і дизель-молотів енергія удару, Дж, становить:

,

де G — вага ударної частини молота, Р; р — середній ефективний тиск у робочому циліндрі. Па; S — робоча площина поршня молота, м²; H— робочий хід ударної частини молота, м; η — ККД молота (для штангових дизель-молотів η = 0,35...0,4, трубчастих — П= 0,55...0,6).

Для пароповітряних і гідравлічних молотів простої дії енергія удару, Дж, дорівнює

.

Змінна продуктивність пальового обладнання (паль за зміну) така:

,

де — тривалість зміни, год; — тривалість робочого циклу при заглибленні однієї палі, год; , — час заглиб­лення палі, год, який визначають за даними контрольного за­глиблення палі; — час, необхідний для виконання допоміжних операцій, год, і переїзду машини, підтягування, піднімання та орієнтації палі тощо.

Лекція 16