Решение задач по специальности «Машиностроение»

ВЫБОР МАШИНЫ ДЛЯ СНЯТИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЛОЯ 1. Исходные данные К подготовительным работам относят снятие растительного и вскрышного слоев грунтов. В данной работе рассматривается технология разработки растительного слоя грунта. 2. Состав задания 2.1. Изучить ГОСТ [3]; 2.2. Размеры котлована и толщину растительного слоя грунта принимаем по варианту из 1-го практического задания (Работа №1); 2.3. Определение параметров бульдозера; 2.4. Определение производительности бульдозера; 2.5. Разработать схему снятия растительного слоя грунта. 3. Рекомендации по выполнению 3.1. Общие сведения Растительный слой грунта до начала основных земляных работ должен быть снят в пределах, установленных проектом, и уложен в отвалы (кавальеры). Позднее его используют для укрепления откосов и рекультивации нарушенных или малопродуктивных сельскохозяйственных земель, а также для озеленения различных площадей. Снимать слой следует до наступления морозов, при этом обязательно соблюдать СП 45.13330.2012 (СНиП 3.02.01-87) и ГОСТ 17.5.3.06-85. После срезки растительный слой необходимо консервировать. Срезают при помощи грейдеров, бульдозеров и скреперов. Наиболее эффективно применять бульдозеры, которые могут перемещать грунт на расстояние до 100 м или окучивать его в штабеля для последующей погрузки в автосамосвалы одноковшовым экскаватором или тракторным погрузчиком и вывоза. 1 — ось рабочего хода бульдозера; 2 — ось холостого хода бульдозера; 3 — плодородный слой; 4 – отвал плодородного слоя грунта (кавальер). 3.2. Подготовительные и вскрышные работы Перед началом работ в котлованах проводятся подготовительные и вскрышные работы, обеспечивающие в дальнейшем нормальную бесперебойную работу. При подготовительных работах удаляют растительность, устраивают водоотводные канавы и подъездные пути. Для расчистки площадей, заросших кустарником и редкими небольшими деревьями, применяют кусторез, который представляет собой навесное оборудование к трактору. Заболоченные участки, покрытые сплошным кустарником и деревьями, очищают кусторезом Д-306А с уширенными гусеницами. Для корчевания крупных пней, валки деревьев диаметром до 35 см, срезки кустарников и рыхления почвы применяют навесные корчеватели. В процессе подготовительных работ особенное внимание надо уделять устройству подъездных путей к котловану (карьеру). При вскрышных работах удаляют растительный слой, почву, подзол, песок, т.е. все непригодные для производства слои, покрывающие толщу глины. Землеройное оборудование и способ вскрышных работ выбирают в соответствии с особенностями котлована и рельефа местности на основе проекта разработки котлована Грунт режут и перемещают отвалом бульдозера. Бульдозеры используют при дальности перемещения грунта до 100 м. При срезке грунта растительного слоя челночным способом согласно рисунку 2 заполнение отвала грунтом, его перемещение производится при движении бульдозера вперед, а холостой ход — при движении бульдозера задним ходом по той же прямой. Срезка грунта растительного слоя бульдозером на площадке ведется от середины участка в обе стороны, образуя двухстороннее размещение отвалов. Площадь участка строительства разбивают на две захватки. Сначала бульдозер срезает грунт растительного слоя на одной захватке и транспортирует его в ближайший отвал, путь перемещения грунта выбирается по кратчайшему расстоянию, поверхность пути перемещения следует предварительно выровнять бульдозером. По окончании работ на первой захватке бульдозер разворачивается и ведет работы на второй захватке. Разновидностью челночной схемы разработки грунта растительного слоя является траншейная схема, представленная на рисунке 3. При траншейной схеме участок для срезки растительного слоя грунта разделяется на ряд параллельных проходов (полос). 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 — траншеи; 8 — перемычки (ребро) шириной 0,7 м; 9 — участки проходов; 10 – место складирования грунта растительного слоя; 11 — ось котлована; 12 — направление разработки грунта растительного слоя После разработки грунта растительного слоя в двух первых рядах проходок перемычки (ребра) нетронутого грунта необходимо убирать бульдозером в отвал. Полный цикл работы бульдозера состоит из операций: — опускание отвала и установка его в требуемое положение; — срезание и заполнение отвала грунтом; — перемещение грунта растительного слоя к месту укладки; — разгрузка (укладка) грунта растительного слоя в отвал; — возвращение бульдозера в забой. 3.3. Рабочий цикл бульдозера и бульдозера-рыхлителя при разработке карьера (котлована) бульдозером Б10М.0811-1Е Рабочий цикл бульдозера состоит из копания грунта, образования призмы волочения, транспортирования ее к месту штабелирования, остановки для переключения передач и подъема отвала, обратного хода машины, остановки для включения переднего хода и опускания отвала на рабочую поверхность. Рабочий цикл бульдозера-рыхлителя состоит из операций рыхления передним ходом, остановки для переключения передачи назад и выглубления рабочего органа, обратного хода машины и остановки для включения передней передачи. При перемещении материала машинист продолжает набирать грунт в призму, так как неизбежны утечки его в боковые валики. После этого машина останавливается (III) для разгрузки и подъема отвала на 200…300 мм над поверхностью дна траншеи и включения задней передачи. Холостой ход (IV) бульдозера выполняют со скоростью Vз. Последняя операция цикла — остановка (V) машины для включения передней передачи и опускания отвала. Опытные машинисты совмещают переключение передач и рабочие движения рабочего оборудования. 3.4. Определение производительности бульдозеров Производительность бульдозера при послойной разработке грунта и перемещении его на расстояние до 100 м можно определить по формуле: П_Э^ч=q*3600/t_ц *К_п*1/К_р *К_В (м3/ч) (3.1) где q – объём грунтовой призмы перед отвалом бульдозера на конечной стадии копания (принимаем по табл.1), м3; tц – длительность рабочего цикла, с; КП – коэффициент потерь грунта при движении бульдозера; KП=1-0,005* lтр KП=1-0,005*49,5=0,8 КР – коэффициент разрыхления грунта при разработке, для супеси =1,15; КВ – коэффициент использования рабочего времени смены (=0,80…0,90). Длительность рабочего цикла определим по формуле: tц=tкоп+tтр+tр+tпор+tдоп (с) (3.2) где tкоп – длительность операции копания-набора грунта в призму (по табл.1), с; tкоп=9 с. tтр – длительность транспортировки грунтовой призмы, с; tтр=lтр/Vтр (с) (3.3) где lтр – путь транспортировки грунтовой призмы, м; lтр=а1/2+с (м) (3.4) lтр=69/2+10=44,5 м. Vтр — скорость транспортировки грунтовой призмы (по табл.1), м/ч; Vтр=8,8*1000/3600=2,44 (м/ч) tтр=44,5/2,44≈19 с. tр – длительность раскладки грунтовой призмы слоем определённой толщины, при сосредоточенной разгрузке грунтовой призмы (в отвал, в кавальер, в обратную засыпку) tр=0 (с). tпор – длительность порожнего хода бульдозера, с; tпор=(lкоп+lтр+lр)/Vтр (с) (3.5) где lкоп – средний путь набора грунта в призму (по табл.1), м; lр – длина пути раскладки (при сосредоточенной разгрузке грунтовой призмы в кавальер) lр=0, м tпор=(4+19+0)/2,44≈10 с. tдоп – дополнительное время на переключение передач, перестановку отвала и повороты, tдоп=10с. tц=9+19+0+10+10=48 с. П_Э^ч=1,4*3600/48*0,8*1/1,15*0,9=65,739 ≈ 66 (м3/ч). РАБОТА № 3 « Разработка котлована. Выбор экскаватора и автосамосвала » 1. Исходные данные Выбор экскаватора для разработки котлована зависит от размеров котлована, принятой схемы разработки. Выбор автосамосвала зависит от параметров выбранного экскаватора. Варианты данных для расчета котлована приведены в приложении 1. 2. Состав задания 2.1. Назначить объем ковша и марку экскаватора 2.2. Рассчитать количество полос разработки котлована с учетом применяемых забоев 2.3. Определить производительность экскаватора 2.4. Назначить автосамосвал к экскаватору, определить его производительность и количество на 1 экскаватор 2.5. Представить схему разработки котлована 3. Теоретическая часть 3.1. Общие сведения Разработка грунта в котловане может осуществляться одноковшовыми экскаваторами с рабочим оборудованием прямая и обратная лопата, драглайн, грейфер. Более плотные грунты и большого объема целесообразно разрабатывать экскаватором прямая лопата, лёгкие -обратная лопата, драглайн. Наибольшую популярность нашли экскаваторы обратная лопата для малых и средних котлованов. 3.2. Подбор машин для разработки котлована Разработка грунта в котловане нормируется по ЕНиР (§ Е 2-1-7 — § Е 2-1-11). Весь грунт, разрабатываемый экскаватором, транспортируется в отвал. Назначение объема ковша и марки экскаватора по таблице приложения 2. Рекомендуемая грузоподъемность автосамосвалов в зависимости от емкости ковша экскаватора и расстояния транспортирования грунта и марка машин принимается по таблицам приложения 3. Разработка котлована начинается с проходки пионерной траншеи (разрезной траншеи -при работе 2-х и более экскаваторов) лобовым забоем вдоль желательно длинной стороны котлована. Последующая разработка массива осуществляется последовательными боковыми проходками параллельно пионерной траншеи. Наклонный въезд в котлован (обычно с уклоном i = 10%) экскаватор обратная лопата разрабатывает в том случае, если в соответствии со схемой организации работ в котлован предусмотрен въезд автотранспорта, катковых или гусеничных машин. Размеры пионерной траншеи обычно принимают: — ширина понизу b = 2,0…3,5 м (3-3,5м при использовании бульдозера на отметке дна котлована в помощь экскаватору); — ширина поверху В = b +2mН Возможна реализация и других схем разработки котлована. Узкий котлован шириной 20…25 м целесообразно разрабатывать одним лобовым забоем. 3.3. Определение производительности одноковшового экскаватора Производительность одноковшового гидравлического экскаватора определяем по формуле (1): П_Э^ч=q*3600/t_ц *К_п*1/К_р *К_В (м3/ч) где: q — геометрический объем ковша, м3 ; — длительность рабочего цикла, с; — коэффициент наполнения ковша; — коэффициент разрыхления грунта; — коэффициент использования рабочего времени смены. Основные характеристики некоторых моделей экскаваторов даны в табл. приложения 2, где указаны и длительности основного цикла (при угле поворота 90°). Коэффициенты и даны в табл. приложения 4. Коэффициент использования рабочего времени должен быть в пределах 0,80…0,90, что обеспечивают оптимальная технологическая схема разработки котлована и четкая работа транспортных средств. 3.4. Определение производительности транспортного средства На начальном этапе расчетов следует подобрать автосамосвал требуемой грузоподъемности (табл. приложение 3 и 5). Установлено, что производительностьэкскаваторов снижается при работе с автосамосвалами малой грузоподъемности, так как увеличиваются простои экскаватора из-за длительности маневров самосвалов. Использование большегрузных машин приводит к увеличению длительности их погрузки, что снижает эффективность работы автотранспорта. Наилучшим является отношение вместимости ковша экскаватора к вместимости кузова автосамосвала 1:4 … 1:6. Производительность автосамосвала определяем по формуле (2): Пэч=q*Кв*60/tц (м3/ч) где q — объем грунта в кузове автосамосвала* м3 ; tц — длительность цикла (рейса), мин; Кв — коэффициент использования рабочего времени смены. Длительность цикла автосамосвала складывается из следующих операций определяем по формуле (3): tц=tм+tп+tр+tгх+tпх где tм: — время маневрирования при погрузке и разгрузке tп — время погрузки; tр — время разгрузки; tгх — время груженого хода; tпх — время порожнего хода. Время маневрирования машины при подходе на погрузку и разгрузку можно в среднем принять tм = 2 мин. Время погрузки грунта получаем, умножив продолжительность цикла экскаватора на количество ковшей, необходимое для полной загрузки автосамосвала. tп, количество ковшей можно получить, разделив объем грунта в кузове самосвала на объем ковша экскаватора q. Время разгрузки (как правило, сосредоточенной) любого самосвала tр = 1 мин. Средняя скорость движения самосвалов в большей степени определяется типом покрытия дороги и дальностью возки, мало зависит от степени загруженности машины и ее технической скорости. Обычно она порядка 20…30 км/ч; меньше на пути 1 …3 км, больше для пути 4…8 км и движении по дороге с усовершенствованным покрытием. При различии путей груженого и порожнего хода составляющие и определяют исходя из фактических данных, при движении машин туда и обратно по одной трассе. tгх+ tпх=2L/Vср*60 где L — расстояние между пунктами погрузки и разгрузки, км; Vср — средняя скорость движения самосвала по трассе, км/ч; Коэффициент использования рабочего времени смены = 0,85…0,95; Количество самосвалов , необходимое для непрерывной работы экскаватора: NAC=Пээкс/ПэАС где Пээкс — эксплуатационная часовая производительность экскаватора, м3 /ч; ПэАС — эксплуатационная часовая производительность автосамосвала, м3 /ч. Округление до целой величины — всегда в большую сторону. 3.5. Расчет забоев котлована Дано: котлован – а=41 м; в=91 м; Н=4.5 м; грунт-сглинок; h гр =0,2 м 1. Находим расчетную глубину разрабатываемого котлована: Н р =Н – h гр =4,5 — 0,2=4,3 м, 2. Определяем размер по верху меньшей стороны котлована, при m = 0,85: a1 = a + 2mHр = 41 + 2 * 0,85 * 4,3 = 48,3 м, 3. Определяем Нкоп mах= Нр /0,7= 4,3/0,7 = 6,1 м, по табл. приложения 2 принимаем экскаватор ЭО-4321 с объемом ковша q=0,4м3 ; Нкоп mах =6,5 м; Rкопmах = 9,8 м. 4. Определяем размеры пионерной траншеи. Предполагаем, что в котловане будет работать бульдозер. Примем bпт =3м. Впт =bпт +2mHр =3+2*0,85*4,2=10,1 м, 5. Определяем ширину бокового забоя по верху Bбз =1,3*Rкопmах =1,3*9,8=12,7 м. 6. Определяем количество боковых забоев: nБЗ =(а1 -Bпт )/Bбз = (48,3-10,1)/12,7 = 3 Bбз =12,7 м 3.6. Расчет производительности экскаватора Определим эксплуатационную производительность экскаватора по формуле (6): П_Э^ч=0,4*3600/15*1,05*1/1,1*0,85=78(м3/ч) 3.7. Расчет производительности автосамосвала 1 — экскаватором, оборудованный обратной лопатой, с ковшом вместимостью 0,5 м3 ; 2 – направление движения экскаватора; 3 – автосамосвал; 4 – бульдозер. Производительность автосамосвала определяется по формуле: Пэч=q*Кв*60/tц (м3/ч) где q – объем грунта в кузове автосамосвала (по табл.4), м3; tц – длительность цикла (рейса), мин.; Кв – коэффициент использования рабочего времени смены(примем равным 0,90). tц=tм+tп+tр+tгх+tпх где tм=2мин – время маневрирования при погрузке и разгрузке, мин; tп – время погрузки, мин; tр=1 мин – время разгрузки, мин ; tгх – время груженого хода, мин; tпх – время порожнего хода, мин. tп= tцэкс*пк (мин) где tцэкс=22 с=0,4 мин. – продолжительность цикла экскаватора, мин; пк – количество ковшей, необходимое для полной загрузки автосамосвала; пк=qсам/qковша где qсам =7,4 м3 — объем грунта в кузове автосамосвала (по табл.4), м3; qковша=0,4 м3 – объём ковша экскаватора (по табл.2), м3. пк=7,4/0,4=18,5 м3. tп=0,4*18,5=7,4 мин. При движении автосамосвалов туда и обратно по одной трассе принимаем: tгх+ tпх=60*2L/Vср (мин) где L – расстояние между пунктами (1.8), км; Vср – средняя скорость самосвала по трассе (примем равной 20 км/ч), км/ч. tгх+ tпх=60*2*1,8/20=10,8 мин. tц=2+7,4+1+10,8=21,2 мин. Пэч=7,4*0,9*60/21,2=18,8 м3/ч. Определим необходимое количество автосамосвалов NAC для непрерывной работы по формуле: NAC=Пээкс/ПэАС Где Пээкс – эксплуатационная часовая производительность экскаватора, м3/ч; ПэАС — эксплуатационная часовая производительность автосамосвала, м3/ч. NAC=78/18,8=5 автосамосвалов необходимо для непрерывной работы.