Строительные машины

ника последовательно устанавливают на каждой опорной точке и выполняют измерение. Полученные результаты сразу берутся в расч¸т параметров локализации. Для каждого проекта достаточно иметь пять плано- во-высотных точек. Измерение каждой опорной точки занимает примерно 15 секунд. После измерения очередной опорной точки параметры локализации обновляются, на экране контроллера отображается прогнозируемая точность определения плановых координат и высот для экскаватора и всех мобильных геодезических комплексов. Если эта точ- ность укладывается в допуски проекта, локализация считается выполненной. При отсутствии мобильного геодезического комплекта локализацию можно осуществить и «средствами» самого экскаватора, затратив на это немного больше времени. Следует заметить, что впоследствии возможно использование в качестве базовой станции любой участвовавшей в локализации опорной точки.

Для обеспечения точного расч¸та координат зубьев ковша на рабо- чем объекте выполняется калибровка основных узлов системы. С машины снимается «мерка»: тщательно определяется геометрическое положение обеих GPS-антенн относительно оси вращения стрелы, делаются замеры длин стрелы, рукояти, высоты и ширины ковша. Данная информация заносится в память бортового компьютера. Встроенное в GX-60 программное обеспечение позволяет использовать параметры шести разных ковшей на случай их быстрой замены.

Далее, после достаточно простых действий калибровки, машина готова к применению.

Первым делом новый «мозг» экскаватора необходимо заполнить информацией цифрового проекта. Учитывая большое разнообразие компьютерных систем автоматизированного проектирования, инженеры-конст- рукторы «Topcon» предложили использовать в качестве основного обменного формата формат чертежей AutoCAD DWG/DXF. Все известные программные пакеты САПР зарубежного и отечественного производства поддерживают этот формат. Для удобства анализа исходной информации и индикации результатов, выполненных экскаватором работ, в комплект системы входит программное обеспечение 3D-Office. Этот пакет позволяет вести идеальную базу данных цифрового проекта, в н¸м отображается динамика выполнения земляных работ, включая тр¸хмерную визуализацию рельефа с текстурами, построение картограмм земляных работ и окончательное приведение подготовленной поверхности в соответствие с проектом.

161

Интерфейс камеральной программы 3D-Office, а также 3D-MC, установленной в бортовом компьютере GX-60, и программы Pocket-3D всех контроллеров мобильных геодезических комплектов имеет схожую структуру. Это да¸т возможность работать в единой информационной среде проектировщикам, геодезистам, инженерам-технологам и операторам всего парка строительных машин, оснащ¸нных системами управления Topcon 3D. Любые изменения цифрового проекта в офисе могут быть моментально переданы на объект, и наоборот, все вновь измеренные точки, линии, поверхности, подготовленные экскаватором, найдут сво¸ отражение в офисных компьютерах. Для удобства и обеспечения наибольшей мобильности данные передаются с помощью носителей типа карт памяти Compact Flash или USB Flash drive.

После запуска бортового компьютера автоматически включается

èбортовой при¸мник GPS. Буквально через минуту вся система готова к работе, состояние которой также отображается на дисплее. Оператор может настраивать информацию, отражаемую на экране, по своему усмотрению. Экран программы делится на три основные части: главное окно — большая центральная часть экрана (показывается всегда), левое

èнижнее окна. В любом из них оператор может показать план проекта с изображением экскаватора, продольное, поперечное сечение и индикатор рабочих отметок.

Система автоматически выполняет определение текущих координат зубьев ковша и показывает положение проектной поверхности. Оператор точно знает, на какой глубине находится нулевая отметка в любом месте рабочего объекта. Для этого в бортовом компьютере используется несколько способов индикации: одновременное отображение вида экскаватора и проектной поверхности (центральная часть экрана), цифровое значение глубины проекта (нижняя часть экрана) и тр¸хцветный высотный индикатор (левая часть экрана), наглядно показывающий приближение зубьев ковша к проектной отметке в динамике.

Стандартные функции бортового компьютера предусматривают выполнение топографической съ¸мки средствами самого экскаватора. Для этого достаточно опустить ковш, чтобы он касался необходимой точки своим правым или левым краем, и запустить из меню режим измерений. Все закоординированные точки также сохраняются во внутренней памяти, позднее могут быть переданы в офисные и полевые компьютеры.

162

7.3. Организационно-технические мероприятия по повышению производительности одноковшовых экскаваторов

В качестве технологических мероприятий, способствующих повышению коэффициента Kí, применяют различные схемы вырезания стружки. В малопрочных грунтах забой разрабатывают прямой лопатой так, чтобы каждое последующее копание несколько перекрывало предыдущее (рис. 37, à).

Рис. 37. Разработка забоев: à — в малопрочных грунтах; á — шахматная разработка забоя в прочных грунтах: Â — ширина ковша; ñ — ширина копания; b — величина перекрытия проходов ковша; 1 — первый проход ковша; 2 — второе резание; 3 — третье резание

Величина перекрытия возрастает с увеличением толщины стружки, высоты забоя и коэффициента разрыхления грунта и составляет 0,2–0,3 ширины ковша. Это позволяет уменьшить усилие, необходимое для копания грунта, за счет применения полублокированного резания вместо блокированного и сократить потери на боковую грань ковша.

В прочих грунтах забой целесообразно разрабатывать в шахматном порядке (рис. 37, á). Второе резание 2 производят на расстоянии ñ от левой кромки первого прохода ковша 1, которое меньше ширины ковша. Третьим копанием 3 грунта забивают оставшуюся часть.

Наличие разблокированного резания и эффекта бокового разрыхления грунта позволяет снизить удельное сопротивление копанию и повысить рабочую скорость перемещения ковша. Эти технологические схемы сокращают время копания на 10–15 %.

163

Время на копание грунта составляет 30–35 % от общего времени рабочего цикла. Это показывает, что его сокращение — важный резерв повышения производительности экскаватора.

Время копания определяют из выражения

tê = lê/Vê,

ãäå lê — путь набора грунта в ковш, м; Vê — скорость копания, м/с;

lê qK í , bhRê

ãäå b — ширина ковша, м;

h — толщина вырезаемой стружки, м; Rê — радиус копания.

Скорость копания определяется по формуле

Vê N êîâø ,

P1

ãäå Nêîâø — мощность, развиваемая в процессе копания на ковше, необходимая для его перемещения, кВт;

Ð1 — напорное усилие, возникающее на режущей кромке ножа, кН;

— КПД привода.

Ñучетом приведенных выше формул время копания tê будет определяться выражением

ãäå Kð — коэффициент рыхления грунта.

Таким образом, уменьшить время копания при прочих равных условиях можно, увеличив мощность, развиваемую на ковше экскаватора. Это может быть достигнуто увеличением коэффициентов полезного действия трансмиссии и канатно-блочной системы управления, а также путем расхода и давления жидкости в гидросистеме. Последнее ставит задачу создания более совершенных систем управления экскаватором.

164

Время, необходимое для перемещения грунта в ковше, его разгрузки

èвозвращения в исходное положение, занимает до 65 % времени цикла экскаватора. Совмещение поворота платформы на разгрузку с подъемом ковша и обратный поворот стрелы в забой с опусканием ковша сокращает продолжительность цикла на 20 %.

Уменьшить время поворота стрелы экскаватора-драглайна при разгрузке и перемещении в забой можно за счет использования инерции ковша. При этом стрела экскаватора поворачивается на возможно малый угол, равный 40–45 %, а далее ковш за счет инерции опережает стрелу

èдоходит до места выгрузки или забоя. Рабочий цикл при этом сокращается на 10 %.

Значительное влияние на производительность экскаватора оказывает величина угла поворота стрелы. Так, при уменьшении угла поворота с 90 до 70° производительность повышается на 8 %, а при увеличе- нии угла поворота до 135 и 180° она снижается соответственно на 20 и 33 %.

Производительность экскаватора можно также повысить за счет уменьшения высыпания грунта при повороте и при разгрузке. Этого можно добиться в первом случае обеспечением плавности разгона и поворота платформы экскаватора, во втором — применением рабочего оборудования, соответствующего условиям погрузки грунта в транспортные средства, изменением угла наклона передней стенки ковша

èувеличением размеров рабочего оборудования.

Использование методов защиты ковшей экскаватора от налипания грунта позволяет также повысить производительность машин этого типа.

Значительное влияние на продолжительность цикла оказывает утомляемость машиниста, вызываемая сложностью его работы за пультом управления экскаватора. Производительность машины зависит от физи- ческого состояния машиниста. Возрастающая механо- и энерговооруженность экскаваторов, круглогодичное производство работ в любых климатических условиях — все это отражается на работоспособности человека.

При работе с погрузкой грунта в автотранспортные средства значи- тельная часть простоев экскаваторов вызывается несогласованной работой машин. Правильный учет работы самосвалов не только по числу их ездок, но и по объему перевезенного грунта способствует лучшему их использованию.

165

7.4. Определение основных параметров одноковшовых экскаваторов в зависимости от условий эксплуатации

Разработка рекомендаций для расч¸та основных параметров и выбора экскаватора в зависимости от условий эксплуатации с уч¸том вероятностного их изменения имеет большое практическое значение. Задача решается методом минимизации времени рабочего цикла машины töý или максимизации производительности Пý. Время на каждую операцию определяется как отношение работы сил сопротивления, возникающих при выполнении операции, к мощности, которая может быть реализована на преодоление сил сопротивления.

Время рабочего цикла экскаватора

töý tê tïîä tïîä.ãð tâ tïîâ.õ tîï ,

ãäå tê — время операции копания;

tïîä — время подъ¸ма ковша с грунтом;

— время поворота платформы и ковша с грунтом к месту выгрузки грунта;

tâ — время выгрузки грунта;

— время поворота платформы с ковшом без грунта обратно в забой;

— время опускания ковша.

Расч¸тными являются режимы экскавации, при которых продолжительность отдельных операций цикла наименьшая с учетом осредн¸н- ных исходных данных. При расч¸те töý учитывают совмещение рабочих операций. Подъ¸м рабочего оборудования выполняют без совмещений с другими движениями только в начале этой операции до его извлечения выше уровня нулевой отметки. Затем его совмещают с поворотом платформы с рабочим оборудованием на выгрузку, в составе которого энергия затрачивается только на разгон поворотной части. Время разгона составляет 30–35 % от tïîâ.ãð , время tâ учитывают только при работе в режиме погрузчика. Коэффициент использования мощности k è в этом случае понижают до 0,17–0,2. Для других видов рабочего оборудования выгрузку совмещают с поворотными движениями, поэтому в общем балансе затрат времени е¸ не учитывают.

Поворот платформы без груза выполняют одновременно с безнасосным опусканием рабочего оборудования. Вместе с установкой ковша на исходную позицию следующего рабочего цикла на эти операции затра-

166

чивается до 35 % от töý при работе эскавационным ковшом и 27 % от töý —

погрузочным. Принимая во внимание эти ограничения, töý можно представить в виде аналитической зависимости

töý Ä ý1 mý Ä ý2 ,

mý N

ãäå Ä ý1 è Ä ý2 — размерные коэффициенты;

N — мощность двигателя экскаватора, Вт; mý — общая масса экскаватора.

Ä ý1 qê k óä.ý k ïîä.ê ,

k m gvê ê

ãäå qê — вместимость ковша;

k óä.ý — удельное сопротивление грунта копанию ковшом экскаватора, Н/м2;

kïîä.ê — безразмерный экспериментально-аналитический коэффициент, учитывающий увеличение времени на подъ¸м ковша с грунтом, k ïîä.ê 1,7–2,3;

km — коэффициент перераспределения массы экскаватора на зубья ковша, k m 0,5–0,55;

g — ускорение свободного падения, g 9,81 ì/ñ2;

vê — средняя скорость копания грунта экскавационным ковшом (по данным Н. Г. Домбровского и А. Н. Зеленина), vê 1–2 ì/ñ;

ê — КПД механизма подъ¸ма ковша, ê 0,85.

Ä ý2 rý2 ý ðàä 2k ïë.ý k ïîâ.ê ,ïîâ

ãäå rý — радиус центра массы вращающихся частей экскаватора, м;ý — угловое ускорение поворотной платформы экскаватора, 1/с2;

ðàä — угол поворота платформы экскаватора, рад, ðàä ãðàä ; 57,2

kïë.ý — безразмерный коэффициент, учитывающий долю массы поворотной платформы mïë.ý в общей массе машины mý , êã,

k ïë.ý mïë.ý 0,5–0,55; mý

167

kïîâ.ê — безразмерный экспериментально-аналитический коэффициент, учитывающий увеличение времени поворота платформы экскаватора с заполненным грунтом ковшом, k ïîâ.ê 1,5–1,7 (для предварительных расч¸тов);

ïîâ — КПД механизма поворота платформы, ïîâ 0,85. Производительность экскаватора рассчитывается на основании из-

вестной общей зависимости отношения вместимости ковша к времени цикла:

k è , k ç , k ð — коэффициент соответственно использования экскаватора по времени, заполнения грунтом ковша, разрыхления грунта.

Значения töý è Ïý зависят от технических и эксплуатационных факто-

ðîâ.

7.5. Особенности производства работ одноковшовыми экскаваторами в зимних условиях

В районах сезонного промерзания грунтов производство земляных работ в зимний период допускается, если это обеспечивает своевременное выполнение последующих общестроительных работ, повышение экономической эффективности всего строительства, равномерное использование в году рабочих кадров и механизмов.

Работы в зимних условиях выполняют по специальному проекту, который должен быть обоснован технико-экономическими расчетами. Рекомендуется разрабатывать разрыхленные скальные, сухие песчаные, щебенистые и гравелистые несмерзшиеся грунты, несвязные и малосвязные грунты (содержание глинистых частиц 3–12 %), которые легко уплотняются и после оттаивания меньше оседают.

Максимальная толщина мерзлого слоя грунта, разрабатываемая без рыхления экскаваторами с прямой и обратной лопатами с ковшом

168

0,65 ì3, допускается до 0,25 м, с ковшами 1–1,6 м3 — до 0,4 м; драглайнами с ковшом 1 м3 — äî 0,5 ì.

Для уменьшения промерзания грунтов в проектах производства работ предусматривают:

–рыхление (вспахивание) с последующим боронованием талых грунтов. Выполняют осенью на участках промерзания глубиной до 1–1,2 м. Рыхление грунта на 0,5 м отодвигает срок его замерзания на 20 % и уменьшает глубину его промерзания на 40–60 %. При уровне грунтовых вод на 20–25 % ниже глубины рыхления эффективность метода повышается;

–укрытие талых грунтов пенопластом. Эффективно для длительного сохранения грунтов в талом состоянии;

–утепление промерзших грунтов снегом в начале зимы. Устраивают снегозадержание в начале зимы установкой щитов, образованием снежных валов. Добиваются ограничения промерзания грунта до 0,2 м, что обеспечивает разработку грунта без дополнительного рыхления;

–укрытие талых грунтов полиэтиленовой пленкой толщиной 1–0,8 мм. Применяют на небольших площадях. Задерживает промерзание грунта на 2–3 недели в начале зимы. Укрытие пленкой весной ускоряет оттаивание грунта;

–предохранение грунтов от промерзания введением в них химиче- ских реагентов. При небольших объемах работ и глубине промерзания до 1 м чаще применяют хлористый натрий и хлористый кальций в виде кристаллов или растворов.

Выемки, котлованы, траншеи в скальных, сухих песчаных щебени- сто-гравелистых грунтах разрабатывают на полный профиль. В остальных грунтах, особенно в районах вечномерзлых пород, на дне котлованов, траншей и откосах выемок сохраняют слой грунта или дно покрывают различными утеплителями, если окончательная доработка их приходится на более поздний срок. Эти слои убирают непосредственно перед возобновлением работ в котлованах и траншеях или после оттаивания грунтов на откосах.

Обратную засыпку котлованов и траншей выполняют немедленно по окончании в них работ.

Мерзлые грунты нельзя укладывать наклонными слоями во избежание их оползания при оттаивании.

169