Тракторист категории «В»

Основные сведения об экскаваторных забоях и разработке грунтов.

Под забоем экскаватора понимают место его работы, то есть рабочую зону. Сюда включена площадка, на которой стоит экскаватор, часть поверхности, с которой вынимают грунт, а также площадка для установки транспортных средств, подаваемых под погрузку. Когда разработку ведут в отвал, к забою относят также площадку для размещения выгружаемого из ковша грунта. Забой перемещается по мере разработки грунта экскаватором.

Размеры и формы забоя зависят от габарита экскаватора, от типа рабочего оборудования, его размеров и вида транспортных средств. Если земляные работы ведут для постройки земляного сооружения (котлована, траншеи и т. п.), то размеры забоя зависят также и от масштаба земляного сооружения. В меньшей степени размеры забоя зависят от размеров выемки при карьерных работах, когда экскаваторную разработку ведут с целью добычи материала для возведения земляных сооружений или получения сырья для приготовления строительных материалов.

Габаритные размеры экскаваторов характеризуют основные линейные размеры гусеничного хода и поворотной платформы с кузовом. На рис. 1 показаны основные габаритные размеры, необходимые для определения размеров рабочего места экскаватора.

Так, например, радиус вращения хвостовой части кузова Н необходимо знать для правильной расстановки транспортных средств или правильной установки экскаватора у откоса, так как по правилам техники безопасности при любом повороте платформы расстояние между задней частью кузова и откосом или транспортным средством должно быть не меньше 1 м.

Рис. 1. Габаритные размеры экскаваторов: А — наибольшая длина, Б — наибольшая ширина, В — наибольшая высота, Г — ширина кузова, Д — высота по крыше, Е — высота оси пяты стрелы от уровня стоянки, Ж — расстояние от оси пяты стрелы до оси вращения, 3 — ширина гусеничной ленты, И — ширина гусеничного хода. К — длина гусеницы, Л — просвет под противовесной плитой, М — просвет под картером ходового механизма, Н — радиус вращения хвостовой части кузова

При всех экскаваторных работах забой проектируют и организуют так, чтобы лучше использовать оборудование, добиваться высокой производительности труда и снижения стоимости работ. Большую помощь здесь оказывают технологические карты на установку экскаватора в забое, в которых регламентированы размеры забоя, расстановка транспортных средств, величина передвижек и т. п.

Забои экскаватора с прямой лопатой

Жесткое крепление ковша прямой лопаты позволяет работать как в отвал, так и с погрузкой в транспортные средства. Однако ввиду сравнительно небольших рабочих размеров прямой лопаты целесообразно использовать ее в первую очередь для погрузки грунта в транспортные средства.

Основные размеры экскаваторов, оборудованных прямой лопатой, определяются емкостью ковша, длиной стрелы и рукояти, а также углом наклона стрелы.

Рис. 2. Рабочие размеры экскаватора с прямой лопатой

К рабочим размерам экскаватора с прямой лопатой относятся следующие.

1. Радиус копания Р — горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до зубьев ковша при копании; различают радиус копания на уровне стоянки или радиус планировочной площадки и наибольший радиус копания Рп. макс при максимально выдвинутой рукояти.

2. Высота копания Вк — вертикальное расстояние от уровня стоянки экскаватора до зубьев ковша при копании (наибольшая высота копания Вк. макс соответствует максимально поднятой рукояти) .

3. Радиус выгрузки Рр — горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до середины ковша при разгрузке; различают радиус выгрузки при наибольшей высоте выгрузки и наибольший радиус выгрузки Pp. макс-

4.Высота выгрузки Вр— вертикальное расстояние от уровня стоянки экскаватора до нижней кромки открытого днища ковша в процессе выгрузки (наибольшая высота выгрузки Вр. макс соответствует максимально поднятому ковшу).

5. Глубина копания — расстояние от уровня стоянки экскаватора до зубьев ковша при копании ниже уровня стоянки.

С точки зрения сокращения передвижек выгодно увеличивать высоту забоя. Однако это увеличение ограничивается соображениями безопасного ведения работ. Рациональная высота забоя определяется также длиной пути, необходимого для того, чтобы при разработке грунта нормальной стружкой к концу набора полностью наполнить ковш.

Ширина забоя, как правило, определяется размерами рабочего оборудования; расстояние между экскаватором и транспортными средствами выбирается таким, чтобы работать с наименьшими углами поворота.

Рытье различных выемок, котлованов, каналов, траншей прямой лопатой и работу в карьерах с погрузкой в транспортные средства производят двумя основными способами:
а) лобовыми забоями, при которых транспортные средства подают сзади экскаватора по дну образуемой выемки;
б) боковыми забоями — продольными проходами с продольным расположением транспортных средств параллельно движению экскаватора.

В лобовых забоях приходится работать с большим, чем в боковом забое, углом поворота, что удлиняет цикл. Здесь менее удобно применять рельсовый транспорт и ограничено число транспортных единиц, которые могут одновременно подходить к забою. Этот способ разработки применяют весьма редко (при проходе начальных траншей и в других исключительных случаях).

Больше всего распространены боковые забои, в которых грунт погружают в транспортные средства, устанавливаемые на уровне движения экскаватора. Для выгрузки грунта экскаватор необходимо поворачивать на относительно небольшой угол, а ковш поднимать на небольшую высоту.

Забои экскаватора с драглайном

Большие, чем у прямой лопаты, размеры драглайна определяют его преимущества при работе с выгрузкой грунта в отвал или при укладке грунта непосредственно в возводимое сооружение. Гибкое крепление ковша делает менее удобной погрузку грунта в транспортирующие машины (по сравнению с прямой лопатой). Однако на практике погрузку драглайном в транспорт применяют многие машинисты.

В настоящее время для погрузки грунта в автотранспорт применяют ковши драглайна емкостью до 1,6 м3.

На рис. 4 показаны основные рабочие размеры экскаватора, оборудованного драглайном. Эти размеры определяются емкостью ковша, длиной стрелы, углом наклона стрелы и величиной заброса ковша за пределы горизонтальной проекции стрелы.

При концевом проходе экскаватор движется вдоль оси разрабатываемого забоя в пределах полосы, на которой вынимается грунт. Грунт можно укладывать в двухсторонние или односторонние отвалы или грузить в транспортные средства.

При последующей разработке экскаватор разрабатывает лишь один откос. Грунт можно укладывать в односторонний отвал или грузить в автомашины. Угол поворота при концевом проходе составляет в среднем 70—80°.

Для поперечной разработки забоя экскаватор устанавливают сбоку забоя и копают в направлении, поперечном оси движения. При погрузке в автотранспорт средний угол поворота составляет 80—90°, а при работе в отвал — 160—170°. Такая схема работы целесообразна при необходимости увеличения ширины выемки и дальности переноса грунта.

Забои экскаватора с обратной лопатой

Экскаваторы с обратной лопатой ведут работы в забоях, аналогичных забоям экскаваторов с драглайном.

Обычно ось рабочего перемещения экскаватора для уменьшения угла поворота смещается в сторону транспортного пути. Автомашины устанавливают таким образом, чтобы во время загрузки угол между стрелой экскаватора и продольной осью автомобиля был около 40°.

Разработка забоев многоковшовыми экскаваторами производится в различных условиях разными способами.

По расположению ковшовой рамы при начале разработки каждой новой линии забоя различают работу с черпанием из глубины выемки и черпанием сверху откоса.

По способу перемещения ковшовой рамы в рабочем положении черпание (бывает радиальным или параллельным.

При черпании из глубины выемки экскаватор располагается на поверхности карьера над разрабатываемой толщей глин. Ковшовая рама экскаватора при этом устанавливается под некоторым углом наклона к горизонту (постоянным или меняющимся), ниже плоскости поверхности карьера.

Рис. 1. Положение ковшовой рамы экскаватора при радиальном способе черпания из глубины выемки: а, б, в—различные пласты глин; 1 — шаг передвижки пути экскаватора.

Ппи этом ковши снимают с наклонной поверхности забоя небольшой слой глины в 5—10 см или, как говорят, срезают стружку. У экскаваторов с емкостью ковшей 30—50 л глубина резания (толщина стружки) не должна быть более 5—6 см.

После очередного срезания стружки во время продвижения экскаватора в одну сторону забоя необходимо опустить ковшовую раму в глубь забоя на величину, равную толщине срезаемой стружки. При радиальном способе черпания это перемещение рамы вниз осуществляется за счет некоторого вращения ее вокруг шарнирной оси, которая соединяет рабочую часть ковшовой рамы с ее плечом—частью рамы, лежащей в проеме кабины. Свободный конец ковшовой рамы при этом описывает как бы дугу окружности радиусом, равным длине рамы от шарнирного соединения. Это и дало основание называть такой способ перемещения рамы радиальным.

При каждом новом опускании рамы ковши углубляются в поверхность забоя и, двигаясь в сторону экскаватора, уносят срезаемую глину вверх к цепным блокам, где и сбрасывают ее в бункер.

Каждый раз после снятия стружки со всей поверхности забоя конец ковшовой рамы все более и более углубляется в забой, и рама по отношению к горизонту составляет все больший угол. Наконец, когда угол наклона поверхности забоя достигнет установленного предела, ковшовая рама займет предельно наклонное положение.

Для дальнейшей разработки забоя экскаватор необходимо переместить вместе с рельсовым путем на некоторое расстояние (на шаг передвижки) в сторону от линии выработанного забоя. Ковшовую раму поднимают, и экскаватор отодвигают. После передвижки пути экскаватора от линии забоя по всему фронту ковшовую раму опускают до соприкосновения ковшей с разрабатываемой поверхностью, и работа возобновляется.

Когда склон выработки достигнет предельного угла откоса, экскаватор снова перемещают в сторону от выработки, и рабочий ‘цикл повторяется в той же последовательности.

Этот способ разработки забоя с радиальным черпанием совершенно непригоден при разработке толщи глин, состоящей из разнородных пластов. Из рис. 1 видно, что пласты глины разрабатываются при таком способе перемещения ковшовой рамы поочередно: сначала верхний пласт а, затем-средний пласт и наконец, нижний в с небольшой по количеству примесью ‘глин двух верхних пластов.

Составление однородной шихты при таком способе добычи глин сильно затрудняется. Точнее говоря, шихтование производится с огромными колебаниями составляющих шихту компонентов, что ухудшает качество кирпича.

Колебания качественных показателей продукции в таких условиях будут весьма значительны, начиная от линейных размеров и кончая показателями механической прочности, водопоглощения и морозоустойчивости. Кроме того, при столь непостоянной по составу шихте в условиях завода с искусственной сушкой сырца трудно установить также оптимальный режим сушки.

Иначе обстоит дело при разработке забоя с параллельным перемещением ковшовой рамы. При параллельном черпании угол наклона ковшовой рамы постоянен и соответствует предельному углу откоса разрабатываемой поверхности забоя. Черпание происходит одновременно со всех горизонтов залегания, что при разнородных глинах обеспечивает подачу в цех формовки сырья, содержащего глину всех слоев данного залегания.

Смесь глин все время имеет постоянный состав, и различные слои входят в нее в количествах, пропорциональных мощности пластов залегания.

Параллельное перемещение ковшовой рамы возможно при условии применения специального промежуточного звена рамы, которое вставляется между ее рабочей частью и плечом, покоящимся в проеме кабины. Звено это представляет собой отрезок ковшовой рамы и соединяется своими концами на шарнирных осях с обеими частями ковшовой рамы. Длина этого звена является производной от величины шага передвижки экскаватора.

На рис. 2 показано положение промежуточного звена перед началом очередной разработки новой линии забоя. После передвижки экскаватора звено находится в горизонтальном.

Рис. 2. Разработка забоя с параллельным перемещением ковшовой рамы: а, б, в—различные пласты глины.

При таком положении рамы выработка забоя с данной линии движения экскаватора закончена. Промежуточное звено после этого подтягивается лебедкой экскаватора в исходное горизонтальное положение, причем ковшовая рама (ее рабочая часть) при подъеме звена отходит от поверхности разработки.

Путь экскаватора перемешается в сторону от линии выработанного забоя на длину промежуточного звена так, чтобы ковши приблизились вплотную к поверхности склона забоя, и рабочий цикл добычи начинается снова.

При черпании сверху откоса способы перемещения ковшовой рамы для углубления в разрабатываемую поверхность re же, что и при черпании из глубины выемки, т. е. радиальным и параллельный.
При черпании в таком положении ковши срезают глину лишь с верхней кромки забоя, причем одновременно черпают глину только один-два ковша. Вместе с тем, благодаря большому углу наклона рамы и ковшей (в сторону открытой части ковша) последние сбрасывают зачерпнутую глину, особенно, если она недостаточно вязка, тут же перед стенкой (уступом) забоя, образуя навал из глины.

По мере опускания ковшовой рамы и углубления ее в забой навал этот увеличивается до тех пор, пока между уступом забоя и экскаватором создастся покатая насыпь такой высоты, при которой ковши смогут увлекать глину с поверхности этой насыпи. С этого момента экскаватор начинает черпание с полной производительностью, снимая глину как с целика забоя, так и с поверхности навала. Далее разработка продолжается до тех пор, пока ковшовая рама не примет горизонтального положения, т. е. не выберет весь полезный слой. После этого ковшовую раму поднимают, пути экскаватора перемещают возможно ближе в сторону забоя и цикл разработки повторяется.

Рис. 3. Разработка забоя сверху откоса при радиальном перемещении ковшовой рамы.

Легко заметить, что этот способ разработки имеет еще больше недостатков, нежели радиальный, при работе из глубины выемки. При радиальном черпании из глубины выемки главным недостатком является невозможность черпания глины со всей поверхности забоя сразу, а при радиальном черпании сверху откоса к этому прибавляется еще необходимость предварительной подготовки склона путем сбрасывания глины на основание забоя в навал. Такая подготовка занимает до 20% полезного времени и снижает производительность экскаватора. Следовательно, радиальный метод разработки забоя при черпании сверху откоса крайне нецелесообразен.

На рис. 4 указаны положения ковшовой рамы и склона забоя при работе экскаватора сверху откоса с параллельным перемещением рамы.

Параллельное перемещение ковшовой рамы в рабочем состоянии при черпании сверху откоса осуществляется так же и при черпании из глубины выемки, т. е. при помощи промежуточного звена ковшовой рамы.

Кроме того, раму можно перемещать, поднимая и опуская ее нерабочее плечо (часть рамы, находящаяся в проеме кабины), установив для подъема рамы дополнительную ручную лебедку, или используя основной подъемный механизм. Шаг полного перемещения рамы в этом случае будет невелик. Применив промежуточное звено, можно получить больший шаг перемещения рамы и, следовательно, сократить частоту передвижения экскаватора и его пути.

Необходимо остановиться еще на одной характерной особенности при черпании из глубины выемки. В большинстве случаев на кирпичных заводах применяются экскаваторы с прямой ковшовой рамой без планирующего звена. Разработка забоя экскаватором, имеющим такую рам>, не дает возможности полностью выбрать полезное ископаемое со дна выработки. На рис. 33 показано дно котлована карьера после разработки его экскаватором с прямой ковшовой рамой.

Прямая рама, совершая цикл рабочих перемещений при углублении в поверхность забоя, после каждого цикла оставляет на дне выемки гребни нетронутой глины во всю длину Фронта забоя. Гребни эти тем больше, чем значительнее величина шага передвижки экскаватора. В тех случаях, когда нижний пласт добываемой глины представляет собой полезное ископаемое, такие потери особенно нежелательны. Вообще же такой порядок разработки является хищническим и не может оыть оправдан ни с какой стороны.

Этот отрезок закрепляется неподвижно или шарнирн на конце ковшовой рамы, под некоторым углом к ней. Концевой барабан (турус) переносится вместе с натяжным механизмом для ковшовой цепи на конец планирующего звена.

На ось шарнира, соединяющего звено с рамой, свободно надевают два ролика с широкими ободами для направления обеих ветвей ковшовой цепи при переходе их из направляющих планирующего звена в направляющие прямой рамы. Шарнирное соединение звена с прямой рамой делается из соображений удобства изменения угла наклона звена по отношению к раме в случае изменения углов наклона черпания.

Рис. 4. Разработка забоя с черпанием из глубины выемки. Ковшовая рама экскаватора не имеет планирующего звена.

Так, при угле наклона черпания в 45° внутренний угол между ковшовой рамой и планирующим звеном должен быть:
180°—45°= 135°; при угле склона выработки в 55° этот угол составит:
180°—55°= 125°;
при пологом черпании, с углом откоса забоя в 35р, звено и рама образуют угол:
180°—35р— 145°.

Таким образом, внутренний угол, составляемый ковшовой рамой и планирующим звеном, всегда будет дополнительным углом до 180° к тому углу наклона, при котором ведется разработка данного забоя. Длина же звена не зависит от угла откоса забоя и равна величине шага передвижки экскаватора.

Планирующее звено, как показывает само название, при предельных положениях ковшовой рамы в забое зачищает дно выемки, снимая гребни невыбранной глины, т. е. планирует дно котлована.

Радиальное черпание при разработке забоя сверху откоса совершенно недопустимо вследствие больших потерь рабочего времени машины на подготовку откоса.

Несоблюдение этих условий неминуемо приведет к снижению продуктивности работы карьера как с точки зрения количества добычи, так и с точки зрения качества добываемого сырья.

Руководители карьера должны обеспечить работу экскаватора с максимальной производительностью и наилучшие условия для добычи сырья, содержащего глины разрабатываемых пластов в таких пропорциях, которые позволяют сохранять постоянство заданного состава шихты.

Какова зависимость между возможной глубиной (высотой) черпания многоковшового экскаватора и длиной рабочей части ковшовой рамы?

При среднем угле откоса выработки в 45° по длине рабочей части ковшовой рамы (от шарнирного соединения рамы с ее плечом до конца ковша на натяжном барабане) легко определить возможную глубину черпания и, наоборот, по заданной глубине черпания определяется необходимая длина рабочей части ковшовой рамы.

На строке, соответствующей этому показателю, подбираем число, близкое заданной длине рамы, т. е. числу 12. На пересечении с вертикальной графой 7 стоит цифра 11, а в следующей графе 8—цифра 12,5. Таким образом, искомая глубина черпания лежит между 7 и 8 м, ближе к 8 м.

Угол откоса выработки на карьерах устанавливается лицами, руководящими разработками, и утверждается главным: инженером завода на основании действующих правил техники безопасности при эксплуатации карьеров, а также с учетом свойств, характеризующих устойчивость разрабатываемых по род.

Превышение установленного предельного угла откоса может вызвать оползание породы со склона выработки. При этом не исключена возможность падения экскаватора в выемку (при черпании из глубины выемки), что неизбежно приведет к поломке машины и тяжелым увечьям рабочих, обслуживающих экскаватор.