Способ ведения земляных работ при строительстве закрытого трубопровода, устройство для его осуществления, шнек и метатель

 

Использование: земляные работы при строительстве закрытого трубопровода. Сущность изобретения: складирование снятого вдоль трассы плодородного слоя и вынутого из траншеи грунта производят в одну сторону от проводимой трассы. Складирование грунта осуществляют перед траншеей и ранее расположенным валиком складированного плодородного слоя. Засыпку траншеи и распределение плодородного слоя производят тем же устройством, которое осуществляет и их разработку. Производят засыпку траншеи грунтом и распределение плодородного слоя по поверхности трассы с одновременном уплотнением грунта и плодородного слоя. Устройство для осуществления способа включает базовую машину с установленными на ней ротором для выемки грунта траншеи и шнеком, для снятия плодородного слоя. Транспортировка плодородного слоя в укладываемый валики обратно производится шнеком. Для транспортирования грунта на раме ротора расположен метатель. Последний выполнен в виде пластин вогнутой формы переменной кривизны. Для обеспечения уплотнения грунта на раме ротора с двух сторон устанавливают съемные рыхлители, рабочая поверхность которых выполнена в виде решетки. 4 с. и 2 з. п. ф-лы, 24 ил.

Изобретение относится к ведению земляных работ, в частности при строительстве закрытых трубопроводов.

Известен принятый за прототип способ ведения земляных работ при строительстве закрытого трубопровода, включающий снятие растительного слоя грунта (гумуса) бульдозерами (с будущей трассы строительства), отрывку траншеи роторным экскаватором, обратную засыпку траншеи бульдозерами, рекультивацию гумусного слоя (возвращение гумусного слоя на прежнее местонахождение, т.е. на дневную поверхность строящейся трассы и его распределение по этой поверхности толщиной, равной толщине ранее снятой).

Недостатками способа являются: малая точность (по толщине) выполняемых работ в пределах не менее 5 см, что составляет 30-60% при толщине снимаемого слоя, равной 15-30 см; низкое качество ведения земляных работ бульдозерами (несогласованность толщины смежных проходов 3 см при толщине слоя, срезаемого за один проход машины, равного 10-15 см), что вызывает перемешивание большого количества гумуса с инертным (ранее разработанным подстилающим слоем глиной, песком и т.п. грунтом); отсутствие уплотнения грунта обратной засыпки и рекультивированного гумусного слоя, что сопутствует развитию эрозии в дождливый и весенний периоды времени, что сопутствует возникновению оврагов, так как малопрочные нарушенные структуры почвогрунта (гумусного слоя) быстро размываются водой на склонах дневной поверхности, а прямолинейность отрытой ранее траншеи и засыпанной не уплотненным грунтом содействует концентрации водного потока, содействует сбору множества мелких ручейков в единый мощный водный поток, ширина которого ограничивается вертикальными стенками траншеи, состоящей из целика ненарушенного грунта, имеющего более высокую прочность в сравнении с насыпным не уплотненным грунтом; низкая производительность бульдозеров на выполнении земляных работ из-за малого количества перемещаемого грунта и вынужденной постоянной работе двигателя на легких режимах; низкая эффективность способа из-за применения большого количества малопроизводительных машин и сложности организации работ.

Известна принятая за прототип землеройная машина непрерывного действия для рытья траншей и каналов, которая включает тягач, рабочий орган роторного типа, ножи-откосники или шнеки и ленточный конвейер. Ротор отрывает выемку с вертикальными стенками, ножи-откосники или шнеки делают наклон стенок более пологим, ленточный конвейер перемещает грунт за пределы разрабатываемой выемки.

Недостатком конструкции землеройной машины непрерывного действия является ее узкоспециализированное назначение она может отрывать только траншею с крутыми или пологими стенками, другие земляные работы она выполнять не может. Кроме этого, эта машина имеет сложную конструкцию грунтоперемещающего устройства, выполненную в виде ленточного конвейера, включающего раму пространственной конструкции, прорезиненную ленту, приводной и натяжной барабаны и большое количество опорных и поддерживающих роликов, каждый из которых кроме корпуса и вала имеют не менее двух подшипниковых узлов с грязе- и маслоотражателями, уплотнителями и емкостями-накопителями смазочной жидкости. Недостатком конструкции является также и то, что ленточный конвейер не может быть очень коротким и не может обслуживать работу узкотраншейной машины, разрабатывающей малую площадь забоя, с укладкой малого количества грунта в непосредственной близости от разрабатываемой траншеи. Большая дальность выноса грунта ленточным конвейером является следствием большой длины конвейера и высокой скорости движения его ленты, а вместе с ней и грунта, поэтому машина применяется для разработки большого сечения забоя, когда разработанный грунт требует большой площади его размещения, а следовательно и большой дальности его выноса.

Общим недостатком машины является то, что она выполняет узкоспециализированный вид работы только отрывает траншеи. Другие машины, указанные в известном способе, либо выполняют вспомогательные работы на снятии растительного слоя грунта или обратной его засыпке, но не выполняют ту и другую операции вместе, тем более, что они одна из известных землеройных машин не может выполнять операцию уплотнения грунта. Для этих работ применяют грунтоуплотняющие машины, которые имеют также только узкоспециализированное назначение для уплотнения грунта, другие работы они не выполняют.

Известны грунтоуплотняющие машины, рабочими элементами которых являются жесткие металлические и пневматические валики.

Однако движение этих элементов по рыхлому грунту, отсыпанному большим слоем, затруднено, так как при этом уплотнение происходит сплошной непрерывной полосой при действии больших вертикальных сил и грунт, уплотняясь, сильно уменьшается в объеме, в результате перед валиками образуется большой перепад высоты грунта и движение машины сильно затрудняется. Кроме того, сплошной контакт рабочей поверхности уплотнителя с грунтом не позволяет создать на поверхности грунта высоких контактных напряжений, которые передадутся на большую глубину и позволят уплотнить на большей глубине. Кроме этого, сплошная полоса плотного грунта не позволяет растениям дать хорошие всходы на строящейся трассе и закрепить корнями ее дневную поверхность.

Известны кулачковые катки, которые находят широкое применение для уплотнения связного грунта. Они состоят из гладкого жесткого вальца с закрепленными на нем рабочими элементами, выполненными в виде кулачков. При работе силы тяжести всего катка передаются только одним рядом кулачком на грунт, поэтому валец изготавливается прочным с высокой степенью жесткости, а это увеличивает вес его конструкции.

Сосредотачивание больших сил тяжести на малой опорной поверхности кулачка позволяет создать высокие контактные напряжения на поверхности грунта, при этом кулачок внедряется в рыхлый грунт и уплотняет объем в нижней его части. По мере уплотнения кулачок "всплывает", так как толщина уплотненного слоя увеличивается, а не уплотненного уменьшается. Верхняя (дневная) поверхность грунта (5-6 см) после выполнения грунтоуплотняющих работ остается рыхлой.

Недостатком кулачковых катков является их большой вес, а следовательно и большая металлоемкость своей конструкции из-за необходимости изготовления вальца в виде сплошного цилиндра с большой степенью жесткости такой, чтобы его корпус не деформировался при действии сжимающих и изгибающих сил на периферийную часть кулачков, которые являются консолями, имеющими малую закрепляющую поверхность только торец кулачка и получающими большие изгибающие силы при наезде на камень или ком твердого грунта. Самым большим недостатком кулачковых катков является то, что они работают только на уплотнении связных грунтов малой и средней влажности, при большей влажности рыхлого грунта он залипает между кулачками и сплошной поверхностью вальца, цилиндрическая форма вальца изменяется, качество уплотнения ухудшается. При этом поверхность вальца очень сложно очистить от налипшего грунта.

Наиболее близкое решение имеет конструкция решетчатых катков, вальцы которых выполняются из стальной решетки, она отливается отдельными звеньями или сваривается из пруткового материала. Валец катка является одновременно его несущим корпусом и рабочим элементом. Наличие окон в решетке снижает металлоемкость конструкции вальца и создает хорошие условия для очистки вальцов от налипшего грунта. После уплотнения грунта решеткой катка верхняя (дневная) поверхность грунта остается рыхлой.

Решетчатые катки применяются для связных и несвязных грунтов различной влажности, рыхлых и содержащих комья, которые дробятся решеткой катка, что значительно повышает качество уплотнения. По сравнению с кулачковыми катками такого же веса решетчатые катки прорабатывают грунт на несколько большую глубину.

Недостатком решетчатых катков является то, что их металлоконструкция легкая и поэтому при эксплуатации катки обычно пригружают балластом, так как сил тяжести катка недостаточно для эффективного уплотнения грунта. Кроме этого, к недостаткам следует отнести и то, что решетчатые катка изготавливаясь прицепными, полуприцепными и самоходными, обязательно должны иметь самостоятельную раму, тягач и сцепное устройство, в противном случае они не работоспособны.

Цель изобретения повышение производительности технологического пpоцесса, улучшение качества выполняемых работ, защиты трассы строительства от водной эрозии.

Цель достигается тем, что в известный способ ведения земляных работ при строительстве закрытого трубопровода, включающий снятие растительного грунта с трассы строительства, его складирование, в виде валика вдоль трассы, выемку грунта из траншеи и его складирование вдоль нее, проведение обратной засыпки траншеи и распределение растительного грунта по поверхности, введены следующие изменения: снятие и складирование растительного грунта и грунта из траншеи выполняют одновременно посредством одной машины.

Обратную засыпку траншеи и рекультивацию растительного слоя проводят также одновременно с послойным уплотнением засыпаемого грунта одной машиной. Причем верхнюю (дневную) поверхность обратной засыпки грунта не уплотняют и оставляют рыхлой, а уплотнение ведут с обеспечением контакта уплотнителя только с вершиной грунтового валика без передачи сил давления на ранее уплотненный слой или целик грунта.

Способ реализуется устройством, включающим тяговое средство, ротор с ковшами, откосники, орган для переноса и складирования грунта в которое вновь введены рабочий орган в виде горизонтального шнека, расположенного перед тяговым средством, съемные решетки, установленные на ковшах ротора, съемные цилиндрические уплотнители, шарнирно закрепленные на раме ротора, а орган для переноса и складирования грунта выполнен в виде метателя и установлен над осью вращения ротора перпендикулярно этой оси.

Шнек содержит установленные на валу стойки с режущими элементами и транспортирующие лопасти, установленные на стойках под углом к оси вращения шнека. Для обеспечения формирования валика при складировании грунта один из концов шнека выполнен с большой заходностью, а лопасти на этом конце установлены с меньшим углом наклона к оси вращения шнека. Для обеспечения засыпки траншеи, средние стойки шнека выполнены съемными.

Метатель состоит из пластин закрепленных по граням правильной многоугольной призмы с зазором между ними, причем ось вращения метателя совпадает с осью призмы.

Цилиндрические уплотнители выполнены в виде решетки из стального прутка, которые закреплены на раме ротора с возможностью передачи на грунт сил тяжести ротора и перемещения рабочей поверхности уплотнителей по траектории, перпендикулярной опорной поверхности тягового средства.

Таким образом, общими отличительными признаками способа является одновременность выполнения всех операций при отрывке траншеи или при ее засыпке одной машиной за один проход, причем при засыпке траншеи одновременно производят и уплотнение грунта.

Введение раздельного уплотнения инертного грунта, а также его уплотнения по вершине валика, а затем уплотнение растительного грунта с одновременным рыхлением верхнего слоя уплотняемого растительного грунта позволяет дополнительно повысить качество введения работы и степень защиты от эрозии.

Введение горизонтального шнека и метателя с вогнутой поверхностью, а также съемных уплотнителей и съемных решеток на ковшах позволяет расширить технологические возможности и значительно повысить производительность труда. Кроме того, шнек и метатель могут применяться в других устройствах.

Закрепление съемных решетчатых цилиндрических уплотнителей шарнирно на раме ротора позволяет повысить качество уплотнение.

На фиг. 1 изображена схема снятия растительного слоя грунта с трассы строительства; на фиг.2 схема отрывки траншеи; на фиг.3 схема укладки трубопровода; на фиг.4 схема обратной засыпки грунта в траншее и уплотнения его в траншее; на фиг. 5 схема обратной засыпки и уплотнения растительного слоя (рекультивация гумусного слоя); на фиг.6 схема законченного строительства; на фиг.7 изображен общий вид землеройной машины, вид сбоку; на фиг.8 то же, вид А; на фиг.9 то же, вид Б; на фиг.10 шнековый рабочий орган для снятия растительного слоя грунта (гумусного слоя); на фиг.11 то же, вид В; на фиг. 12 то же, вид Г; на фиг.13 рабочий орган для обратной засыпки траншеи (шнек со снятыми в средней части лопастями); на фиг.14 грунтоуплотняющий рабочий орган, вид сзади; на фиг. 15 то же, установленный за землеройной машине; на фиг. 16 метатель грунта; на фиг.17 схема снятия растительного слоя грунта шнековым рабочим органом землеройной машины при ее первом проходе; на фиг.18 схема отрывки траншеи роторным рабочим органом во время первого прохода землеройной машины; на фиг.19 схема засыпки траншеи шнековым рабочим органом при втором (обратном) проходе землеройной машины; на фиг.20 схема уплотнения грунта обратной засыпки траншеи при втором проходе землеройной машины, оборудованной сменными рабочими элементами уплотнителя; на фиг.21 и 22 схемы IV и VI проходов землеройной машины при обратной засыпке растительного грунта; на фиг. 23 схема уплотнения растительного слоя грунта землеройной машиной, оборудованной сменными рабочими элементами уплотнителя; на фиг.24 схема перевозки устройства автотранспортом.

Устройство состоит из тягового средства 1, шнека 2 с приводом 3 и лопастями 4, закрепленных на стойках 5, ротора 6 с ковшами 7 и уплотняющими элементами 8, съемных цилиндрических уплотнителей 9, метателя грунта 10.

Способ ведения земляных работ при строительстве закрытого трубопровода малого сечения включает следующие операции строительства.

Для сохранения растительного слоя грунта во время проведения всех операций строительства растительный слой с будущей трассы строительства закрытого трубопровода снимается и перемещается в сторону за пределы разрабатываемой выемки, где он складируется во временный отвал в виде непрерывного валика (фиг.1).

Траншея отрывается в средней части полосы снятого растительного слоя грунта (фиг. 2) на глубину сезонного промерзания грунта, в размер которой входит и толщина снятого растительного слоя. Размер ширины траншеи превышает диаметра трубопровода не менее, чем на 20 см, что обеспечит свободную укладку труб. Инертный грунт складируется в виде непрерывного валика вдоль траншеи со стороны ранее уложенного растительного грунта и отсыпается в непосредственной близости от него на площадку, свободную от растительного грунта. Это позволит компактно разместить на малой площади два вида грунта, которые нельзя перемешивать и которые должны храниться раздельно и укладываться на свое прежнее местоположение также раздельно. Размер верхней части траншеи делается увеличенным на 25% в сравнении с размером высоты траншеи, что позволит повысить устойчивость стенок траншеи к обрушению. Расширение траншеи начинается на расстоянии 50 см от ее дна, что определит угол наклона расширяющейся части траншеи в пределах угла естественного обрушения грунта, равного 75о.

Операции снятия растительного грунта и отрывку траншеи с одновременным формированием крутых откосов выполняется одновременно одной машиной.

Транспортирование, раскладка и укладка труб в траншее выполняются известными способами. Сварка плетей проводится на площадке, свободной от растительного слоя грунта (фиг.3). При этом, для облегчения сварочных работ под трубы устанавливаются подкладки. Опускание труб производится трассовыми трубоукладчиками, оборудованными захватными приспособлениями (полотенцами). Все машины (трубовозы, укладчики, сварочные аппараты) движутся по чистой стороне траншеи.

Обратная засыпка траншеи проводится перемещением инертного грунта из его временного отвала в траншею (фиг.4). Причем, с целью размещения всего грунта в объеме отрытой траншеи, чтобы исключить просадочные явления в процессе длительной эксплуатации сооружения и исключить последующее уменьшение толщины растительного слоя грунта, над траншеей при его разравнивании неразместившаяся в траншее часть грунта укладывается над верхней поверхностью траншеи в виде валика, который выравнивается до поверхности целика грунта методом его уплотнения.

Для повышения точности и качества выполняемых работ, работы по обратной засыпке траншеи и уплотнения грунта обратной засыпки выполняются в один прием, одной машиной (фиг.4).

Обратная засыпка растительного слоя (рекультивация) выполняется перемещением из временного отвала растительного грунта и его одновременным разравниванием по площади ранее снятого растительного грунта (гумусного слоя) (фиг.5).

Согласно агротехническим требованиям толщина растительного слоя грунта после выполнения всех работ по укладке трубы и засыпки ее инертным слоем должна составлять не менее первоначальной толщины, т.е. она должна быть равна толщине слоя грунта, которая была до начала строительства (фиг.6). Плотность растительного слоя должна соответствовать первоначальной его плотности т.е. такой, которая была до начала строительства. В противном случае в дальнейшем будут прогрессировать эрозионные процессы.

Для выполнения вышеперечисленных агротребований растительный слой одновременно с разравниванием уплотняется той же машиной (фиг.5). Совмещение двух работ в одной машине повысит качество и ускорит процесс их выполнения, так как разработанный ротором и шнеком и только что перемещенный на трассу грунт имеет одноразмерную структуру, которая проще и легче уплотняется.

Устройство для ведения земляных работ при строительстве закрытого трубопровода содержит тяговое средство 1 (фиг.7), шнек 2 с приводом 3 (фиг.8), лопастями 4 и 5, закреплены с помощью стоек 6 на валу 7 (фиг. 10, 11, 12 и 13), ротор 8 с ковшами 9 (фиг.7 и 9), уплотняющими элементами 10 и уплотнителями грунта 11 (фиг.14 и 15), грунтоперемещающее устройство (метатель) 12 (фиг.7) барабанного типа.

Грунтоперемещающие лопасти 4 (фиг.10 и 12) шнека 2 (фиг.7 и 8) выполнены из пластин, изогнутых в виде серпа с расположением меньшего радиуса его кривизны со стороны вала шнека и установленных к оси его вращения под углом, численное значение которого больше угла внутреннего трения перемещаемого материала. Средние лопасти шнека выполнены съемными (фиг.13). На выгрузной стороне шнек имеет удвоенную заходность и жестко закрепленные на нем метательные лопасти 5 (фиг.10 и 11), отличающиеся от грунтоперемещающих лопастей 4 расположением малого радиуса кривизны на их периферийной части и меньшим углом установки к оси вращения шнека, численное значение которого меньше угла внутреннего трения перемещаемого материала. На периферийной части стоек 6 лопастей 4 и 5 имеются режущие элементы в виде зубьев 13 (фиг.10). Грунтоперемещающие лопасти 4, расположенные в средней части шнека 2 (фиг.8), крепятся к его валу 7 посредством фланцевого соединения 14 (фиг.10) и при необходимости могут быть сняты с вала шнека (фиг.13). Ротор имеет грунторазрабатывающие элементы, выполненные в виде ковшей 9 с зубьями и съемные грунтоуплотняющие элементы 10, выполненные из прутьев, часть которых изогнута по радиусу, численное значение которого равно внешнему радиусу ротора, другая часть имеет прямую форму. Они закреплены на расстоянии 4-5 размеров диаметра прутка на изогнутых прутьях, которые в свою очередь закреплены также на определенном расстоянии на ковшах ротора с возможностью проведения их легкого монтажа.

Уплотнители грунта 11 состоят из вала 15 (фиг.14), взаимодействующего через стойки 16 уплотнителя с рабочими элементами уплотнителя, которыми являются кольца 17 и поперечные образующие 18. Те и другие выполнены из пруткового материала и жестко закреплены между собой таким образом, что образуют решетку с размером окна, равным 4-5 размерам диаметра прутка. Уплотнители взаимодействуют с рамой ротора через цилиндрические шарниры 19 и фланцевые разъемы 20 (фиг.14).

Метатель 12 (фиг.7) для переноса и укладки грунта состоит из узких пластин 27 (фиг.16), расположенных по образующей тела вращения на равноудаленном расстоянии одна от другой и жестко закрепленных на валу 22, шарнирно установленном на раме ротора перпендикулярно оси вращения ротора. Внешняя поверхность тела вращения имеет вогнутую (корсетообразную) форму переменной кривизны с меньшим размером со стороны забора грунта.

Устройство работает следующим образом (стрелками без индексов показано направление движения элементов устройства и масс грунта).

При вращении ротора 8 (фиг.7), вала шнека 2 и поступательном движении тягового устройства 1 в сторону шнека 2 грунт разрушается зубьями 13 шнека 2, захватывается его лопастями 4 (фиг.10 и 12) и скользит по их изогнутой наклонной поверхности в сторону оси вращения вала шнека, где из-за уменьшения расстояния от оси вращения вала до центра тяжести грунта его центробежные силы, а вместе с ними и подъемные силы, уменьшаются, при этом теряется скорость вертикального перемещения грунта и возрастает скорость скольжения по поверхности лопасти, т. е. горизонтального перемещения и грунт скользит по рабочей поверхности лопасти в направлении оси вращения, т.е. в сторону выгрузки (фиг.17), постепенно накапливаясь на рабочих поверхностях лопастей, и за счет сил тяжести свободно пересыпается при малом сопротивлении движению с одной лопасти на другую, не достигая высоты расположения вала шнека, не пересыпаясь через него и не входя в контакт с грунтом забоя. В конце шнека грунт поступает на метательные лопасти 5 (фиг.11), где за счет меньшего угла наклона их рабочей поверхности по отношению к оси вращения вала шнека (при их горизонтальном расположении) и большей эксцентричности расположения наибольшей кривизны так как она более удалена от оси вращения вала шнека, движение грунта затормаживается из-за наличия торцового забоя, направление его изменяется (фиг.17) и начинает перемещаться вверх, концентрируясь при этом на более удаленном внешнем конце лопасти, куда его отбрасывают действующие на него центробежные силы, где он задерживается до того момента, пока область лопасти 5 с находящимся на ней грунтом, не выйдет из контакта с грунтом бокового забоя при этом направление действия центробежных сил и сил тяжести грунта изменится. В результате сила, прижимающая грунт к лопасти (она же и удерживающая его силами трения на лопасти), уменьшится и вызовет уменьшение сил трения грунта о лопасть реактивная сила давления грунта целика на грунт, лежащий на лопасти, при этом будет отсутствовать и грунт начнет скользить в сторону наклона рабочей поверхности лопасти шнека, а так как лопасти расположены на выгрузном конце шнека, то грунт, соскальзывая с лопасти и получая при этом боковое направление движения от наклона лопасти, скользит по ней, выходит из контакта с рабочей поверхностью лопасти и в свободном полете падении переместится за пределы габаритов торцевой части шнека 2 (фиг.8), формируясь при этом в виде валика.

Ходовое оборудование экскаватора перемещается по поверхности выемки, которую сформировал шнек, так как длина шнека имеет размер несколько больше ширины гусеничного хода экскаватора (фиг.8 и 17).

Описанный выше процесс работы шнека позволяет выполнить рабочую операцию предлагаемого способа снять растительный (гумусный) слой грунта (фиг.1) и сложить перемещаемый грунт в виде валика вдоль трассы.

Грунт траншеи отрывается ротором, откосы формируются откосообразователями 23 (фиг.9 и 18), разрушенный зубьями грунт забирается ковшами 9 ротора 8 и перемещается вверх, где под действием сил тяжести он высыпается из ковшей и падает на вращающийся метатель 12 (фиг.7 и 18). При контакте с поверхностью конвейера грунт изменяет направление движения (фиг.7, 9 и 18) и увлекается силами трения грунта о поверхность метателя (усиленных ребристостью рабочей поверхности), при этом получает импульс энергии в горизонтальном направлении, центробежными силами отрывается от рабочей поверхности конвейера и свободно падает за пределами отрываемой траншеи на поверхность строящейся трассы трубопровода, очищенной ранее шнеком от растительного грунта (фиг. 18).

Разбросанные в пространстве частицы грунта, падающие из ковша под действием сил собственной тяжести, при соприкосновении с рабочей поверхностью метателя стремятся скользить (фиг.16) по ней в сторону меньшего поперечного размера (малого диаметра) метателя, где правый и левый потоки должны соединиться, в результате образуется концентрированный поток грунта, который силами трения усиленных зажимающим эффектом двух конусов перемещается в сторону укладки. Разрозненные частицы несоединяющиеся в поток на поверхности метателя сделают это несколько позже в полетном пространстве.

Малый размер одной стороны метателя сопутствует лучшему приему грунта, движущегося вместе с ковшом с малой скоростью, большой размер другой стороны метателя останавливает грунт и сопутствует меньшему его просыпанию через метатель и увеличивает его полезную рабочую поверхность.

Таким образом, корсетообразная ячейковая форма метателя стимулирует формирование концентрированного грунтового потока, усиливает силы мгновенного сцепления грунта с поверхностью метателя и позволяет увеличить его производительность, а направление пластин по радиусу (в обратную сторону от оси вращения) позволяет получить трапецеидальное сечение межпластинного пространства, формирующего рабочие ячейки метателя (фиг.16), а так как центробежные силы действуют в направлении от оси вращения, то трапецеидальная форма рабочих ячеек, характеризующаяся отсутствием зажимающих сил, сопутствует самоочищению ячеек.

Описанная работа ротора и метателя позволяет выполнить рабочую операцию предлагаемого способа (фиг.2) отрыть траншею и сложить вынутый грунт вдоль разработанной траншеи. Так как шнек, ротор и метатель являются элементами одного устройства машины и работают одновременно, следовательно описанное устройство позволяет выполнить две рабочие операции одновременно (фиг.1 и 2).

Обратную засыпку грунта проводят в обратной последовательности (фиг.19). При этом перед засыпкой траншеи с вала шнека 2 (фиг.8) снимаются средние лопасти (фиг. 13), на ковши 9 ротора 8 (фиг.7) монтируются грунтоуплотняющие элементы 10 (фиг.14 и 15), а на раму ротора с помощью шарниров 19 и фланцев 20 монтируются уплотнители грунта 9 (фиг.14 и 15). Машина располагается таким образом, что когда засыпаемый материал находится со стороны заборной части шнека, ходовое оборудование размещается на поверхности трассы свободной от растительного слоя грунта, а траншея между гусеницами тягача (фиг.19), шнек опускается на уровень нижней части ходового оборудования, а гидрораспределитель подъема ротора ставится в плавающее (нейтральное) положение. Так как уплотняющие элементы и уплотнитель имеют не сплошную рабочую поверхность, а решетчатую, то уплотнение грунта происходит "снизу вверх" при получении наружней поверхности уплотняемого грунта с продольными и поперечными вмятинами.

При вращении шнека 2 (фиг.7) и движения тягового средства 1 (фиг.7) вперед, материал захватывается лопастями 4 и перемещается в сторону выгрузки, доходя до траншеи грунт под действием сил собственной тяжести перемещается в траншею и заполняет ее, а оставшаяся, не разместившаяся в траншее, часть грунта (так как разрушенный грунт имеет объем больший, чем тот, который он занимал в естественном залегании перед отрыванием траншеи) отсыпается (так как средние лопасти у шнека отсутствуют) в виде валика над поверхностью траншеи. Ротор, отключенный от трансмиссии привода, за счет сил трения уплотняющих элементов о грунт свободно перекатывается по поверхности валика и силами своей тяжести уплотняет грунт в траншее (фиг.20). Причем, рабочая поверхность грунтоуплотнителей 11 постоянно располагается параллельно площади контакта ходового оборудования с грунтом и создает напряжение на верхней части отсыпанного валика грунта, не касаясь его целика, так как рама экскаватора взаимодействует с рамой тягача с помощью двух плоских шарниров, что обеспечивает постоянное вертикальное расположение ротора по отношению к опорной части ходового оборудования, а вместе с ним и горизонтирование рабочей поверхности цилиндрических уплотнителей.

Описанные работы по засыпке траншеи шнеком со снятыми средними лопастями и одновременному уплотнению грунта в траншее уплотняющими элементами ротора отвечают требованиям рабочей операции обратной засыпки и уплотнения грунта в траншее, описанным в предлагаемом способе ведения земляных работ (фиг.4).

Рекультивация растительного слоя (фиг.5) проводится при таком движении экскаватора, когда грунт из валика будет перемещаться шнеком в сторону его укладки (фиг. 21 и 22). Для этого шнек, собранный полностью (когда он имеет рабочие лопасти в полном количестве) и установленный на уровне опорной поверхности ходового оборудования экскаватора (фиг.21 и 22), вращается с частотой ниже средней. Гумусный слой грунта захватывается из валика временного отвала рабочими лопастями шнека и перемещается ими в сторону выгрузной части шнека.

Из-за малой частоты вращения вала шнека 7 процесс перемещения грунта изменяется, так как грунт при этом не успевает подняться грунтоперемещающей лопастью 4, он соскальзывает с нее в нижней части забоя в момент его забора и в результате активных сил давления лопасти и действия реактивных сил трения о грунт забоя перемещаемый грунт сдвигается лопастью в сторону выгрузной части шнека без потери контакта с грунтом забоя. Поэтому при перемещении грунта над выемкой, которая была ранее отрыта в результате снятия растительного слоя, грунт под действием сил тяжести падает в нее и по мере заполнения выемки последующие порции грунта продолжают перемещаться последующими лопастями 4 дальше, заполняя другие объемы выемки. Забрасывающие лопасти 5 при этом формируют из остаточного грунта валик со стороны выгрузной части шнека (фиг.21).

Если одного прохода машины недостаточно для полного заравнивания выемки, выполняется несколько проходов (фиг.22).

Одновременно с заравниванием выемки перемещенный шнеком грунт уплотняется рабочими грунтоуплотняющими элементами 10 ротора 8 и его боковыми цилиндрическими уплотнителями 11 (фиг.23). Те и другие при этом имеют полный контакт с грунтом, так как ось вращения шнека и ось вращения ротора параллельны, а следовательно и плоскость, формируемая шнеком, также будет параллельна плоскости уплотняемого грунта. При малой ширине боковых уплотнителей уплотняется не вся прорабатываемая шнеком полоса, при этом часть грунта уплотняется ходовым оборудованием тягача (фиг.23). А так как ширина шнека и ширина землеройной машины мало разнятся между собой, то вся полоса грунта, отсыпаемая шнеком, уплотняется, что обеспечивает высокую точность выполнения работы.

При большой ширине ротора цилиндрические уплотнители 11 могут быть изготовлены широкими, в сумме с шириной ротора 8 с элементами 10, равными габаритной ширине шнека 2, в результате полоса, прорабатываемая шнеком, будет также прорабатываться грунтоуплотняющими рабочими органами 10 и 11 и по всей ширине шнека.

Рабочие элементы 10, 17 и 18 грунтоуплотняющих органов контактируют с рабочей средой (т.е. с грунтом) не всей сплошной геометрической поверхностью цилиндра, а только своей малой опорной поверхностью, ограниченной площадью поперечного прутка. При передаче сил тяжести экскаватора на прутки, они преодолевают малое сопротивление смятию рыхлого грунта, перемещаются в грунт вместе с грунтом, находящимся непосредственно под опорной площадью контакта, до того момента, пока прочность деформированного уплотняемого грунта не станет равной величине искусственно создаваемых контактных напряжений в грунте.

Напряжение, возникающее под прутком уплотняющим элементом с увеличением глубины повышается, при этом элементарные объемы грунта, находящиеся на вертикальный оси окна, хотя и не расположены под прутками, но находятся в напряженном состоянии, интенсивность которого зависит от расстояния от поверхности. Напряжение зоны по мере удаления от поверхности накладываются друг на друга, что усиливает напряженное состояние тех объемов грунта, которые расположены под окном решетки и уплотняют их, оставляя на поверхности уплотняемого грунта следы действия элементов в виде впадин. В верхней зоне межпруткового пространства напряженное состояние грунта полностью отсутствует и грунт на уплотняемой поверхности остается рыхлым.

Описанные работы по разравниванию растительного слоя грунта и его уплотнению (фиг.21, 22 и 23) выполняются одновременно, так как оба рабочих органа установлены на одной машине и работают одновременно (фиг.15) и выполняют две последние (фиг.5) рабочие операции (разравнивание и уплотнение растительного слоя грунта) предлагаемого способа ведения земляных работ. При вынужденных обратных проходах после засыпки траншеи (фиг.19 и 20) и первого прохода после распределения растительного слоя грунта (фиг.21) гусеницы машины движутся по следу предыдущего прохода, шнек поднят в транспортное положение, ротор с уплотнителями опущен на грунт и производит уплотнение грунта.

Транспортируется машина на большое расстояние трейлером (фиг.24), а на малое расстояние своим ходом с поднятыми рабочими органами.

Способ выполнения земляных работ по снятию растительного грунта с трассы строительства, отрывке траншеи, складированию грунта в виде валика вдоль трассы, проведение обратной засыпки грунта и уплотнение ее одной землеройной машиной непрерывного действия характеризуется высокой производительностью и качеством выполнения работы, которые обеспечиваются непрерывностью технологического процесса, высокой точностью позиционирования рабочих органов по отношению к землеройной машине и к разрабатываемому грунту, отсутствием вспомогательных технологических операций (холостых проездов, перекрытия проходов, разворотов, центрирования машины и т.п.), высокой точностью расположения валиков.

Формула изобретения

1. Способ ведения земляных работ при строительстве закрытого трубопровода, включающий снятие плодородного слоя с трассы строительства, его складирование в виде валива вдоль трассы, выемку грунта из траншеи, складирование его в виде валика вдоль трассы, проведение обратной засыпки траншеи и распределение плодородного слоя по трассе, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и повышения качества работ, складирование снятого плодородного слоя и складирование вынутого из траншеи грунта производят в одну сторону от проводимой трассы, при этом валик вынутого из траншее грунта формируют между ранее сформированным валиком плодородного слоя и траншей, а при засыпке траншеи грунтом и равномерном распределении плодородного слоя вдоль трассы производят одновременно и уплотнение грунта и плодородного слоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью приживаемости растений будущих посевов, уплотнение распределенного плодородного слоя осуществляют с одновременным рыхлением верхней его части.

3. Устройство для ведения земляных работ при строительстве закрытого трубопровода, включающее базовую машину с установлеными на ней ротором с транспортирующим грунт механизмом и рабочим органом для снятия плодородного слоя, отличающееся тем, что орган для снятия плодородного слоя выполнен в виде шнека, расположенного перед базовой машиной, а транспортирующий грунт механизм выполнен в виде метателя, установленного на раме ротора перпендикулярно к оси вращения ротора.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено съемными цилиндрическими уплотнителями, рабочая поверхность которых выполнена в виде решетки, при этом уплотнители расположены по обеим сторонам рамы ротора с возможностью вращения вокруг своей оси.

5. Шнек, содержащий установленные на валу стойки с разрушающими элементами и установленные под углом к оси вращения шнека и жестко соединенные со стойками транспортирующие лопасти, отличающийся тем, что лопасти выполнены в виде серповидных пластин.

6. Метатель, выполненный из пластин, расположенных по образующей тела вращения на равноудаленном расстоянии одна от другой, отличающийся тем, что огибающая поверхность тела вращения выполнена переменной кривизны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к землеройной технике и предназначено для отрывки котлованов изменяемой ширины, в том числе и в прочных грунтах

Изобретение относится к землеройному машиностроению, конкретно к землеройным машинам, и может быть использовано как в гражданском строительстве земляных сооружений, так и в военной инженерной технике для механизации земляных работ при отрывке траншей и котлованов в формированиях (подразделениях) аварийно-спасательных служб

Изобретение относится к землеройным машинам и может быть использовано в роторных экскаваторах и других землеройных машинах непрерывного действия

Изобретение относится к роторным экскаваторам, а именно к их рабочим органам

Изобретение относится к землеройным машинам, в частности к роторным траншейным экскаваторам и их рабочим органам

Изобретение относится к строительно-дорожным машинам и может быть использовано при разработке различных типов грунтов, в частности, послойно

Изобретение относится к землеройным машинам, в частности к роторным траншейным экскаваторам

Изобретение относится к землеройным машинам в частности, к роторным траншейным экскаваторам

Изобретение относится к землеройным машинам непрерывного действия, в частности к роторным траншейным экскаваторам

Изобретение относится к землеройным машинам непрерывного действия

Изобретение относится к землеройным машинам непрерывного действия и может быть использовано при прокладывании мелиоративных каналов

Изобретение относится к землеройным машинам непрерывного действия и может быть использовано при прокладке мелиоративных каналов и отрывке траншей под трубопроводы

Изобретение относится к механизации мелиоративных работ, а конкретнее к устройствам для прокладывания и ремонта каналов

Изобретение относится к области землеройных машин и может быть использовано на различных строительных объектах

Изобретение относится к землеройным машинам

Изобретение относится к землеройной технике с режущим рабочим органом в виде фрезы

Изобретение относится к землеройной технике и может быть использовано в горной промышленности при выполнении вскрышных работ в карьерах в зимний период года на мягких породах сезонного промерзания, а именно для разупрочнения мерзлых откосов путем нарезания щелей по высоте уступа

Изобретение относится к мелиоративному строительству, а именно к технике, используемой при строительстве закрытых дренажных систем

Изобретение относится к землеройным машинам непрерывного действия

Изобретение относится к ведению земляных работ, в частности при строительстве закрытых трубопроводов

Наверх