КЛАССИФИКАЦИЯ МОСТОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН Стр 1 из 6Следующая ⇒ СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ МОСТОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН 2. ПОНЯТИЕ О КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПЛЕКТОВ И КОМПЛЕКСОВ МАШИН 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ РАБОТ В ПОС И ППР НА СТРОИТЕЛЬСТВО МОСТОВ 4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ 5. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СООРУЖЕНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ 5.1. Установки для ударного погружения свай 5.2. Вибропогружатели 5.3. Агрегаты для возведения фундаментов из буронабивных свай 5.4. Вспомогательное оборудование 5.5. Машины для фундаментов на вечномерзлых грунтах 6. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ МАШИНЫ 6.1. Типы грузоподъемных кранов 6.2. Стреловые самоходные краны общего назначения 6.3. Специализированные универсальные краны 6.4. Специальные краны и монтажные агрегаты 6.5. Плавучие краны 7. ТРАНСПОРТ НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ МОСТОВ 8. ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 8.1. Лебедки и такелажное оборудование 8.2. Строповочные устройства и траверсы 8.3. Домкраты 9. РУЧНОЙ МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ 10. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ МОСТОСТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПриложениеПЛАШКОУТЫ ДЛЯ УСТАНОВКИ СУХОПУТНОЙ ТЕХНИКИ И ТРАНСПОРТНЫЕ ПЛАШКОУТЫ   ВВЕДЕНИЕ «Жизненный цикл» мостового сооружения состоит из трех последовательных стадий: проектирование → строительство → эксплуатация. В соответствии с этим происходит и разделение специалистов отрасли по аналогичным сферам деятельности. В существующей системе подготовки инженеров-мостовиков принят подход, при котором все студенты должны изучить по единой программе дисциплины, относящиеся ко всем трем стадиям жизненного цикла моста. Тем самым реализуется идея всеобъемлющего, универсального образования «на всю жизнь». Такой подход определился технократическими взглядами, прагматическими целями и технологическими возможностями настоящего. В современных условиях меняются требования к системе образования, цель которого - готовить специалиста, способного к выработке нестандартных решений и к адаптации в условиях быстро развивающейся техники и технологии. Следует надеяться, что в ближайшее время будут созданы условия для большей профессионализации образования, его диверсификации, реального обеспечения академических свобод учащихся. Это означает, что каждому студенту будет дано право самостоятельно выбирать программу обучения в соответствии с направлением его дальнейшей деятельности. По окончании вуза значительная часть молодых специалистов отправляется в строительные организации. Отсюда возрастает значимость этого направления обучения, объем блока дисциплин строительства мостов. Обязательным для желающих посвятить себя производственной деятельности является достаточно глубокое изучение устройства, принципов действия, условий применения средств механизации строительства мостов. В настоящее время в строительстве эксплуатируется свыше тысячи типоразмеров и марок машин. Часть из них (машины универсального назначения) используется и в мостостроении. В то же время особенности возводимых мостовых сооружений, необходимость работы на акваториях рек, специфика технологических процессов вызывают потребность в создании и применении специализированных машин. Инженер-мостостроитель на производстве должен соблюдать правильные условия использования, эксплуатации и ремонта строительной техники. Но этого недостаточно: необходимо также, чтобы он принимал творческое участие в улучшении существующих машин и в создании новых типов машин, обеспечивая непрерывность технического прогресса своей отрасли. Однако единственный учебник в этой области, изданный в 1968 г. [1] и переизданный в 1971 г. [2], содержит во многом устаревшие сведения, а учебники для промышленного и гражданского строительства [3] - [6] и др., в силу специфики отрасли, мало помогут будущему мостостроителю. Предлагаемая вниманию читателя книга предназначена для студентов специальности «Мосты и транспортные тоннели» всех форм обучения при изучении специальных разделов курса мостов, выполнении курсовых и дипломных проектов. В ее основу положен конспект лекций, которые автор читал на кафедре «Мосты» Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС) на протяжении последних лет. Данное учебное пособие впервые было издано в ПГУПС в 2001 г., затем выпущено для Автодорожного института СПбГАСУ в 2004 г. Теперь оно переиздается с изменениями и дополнениями и может быть рекомендовано для студентов всех российских вузов и аналогичных учебных заведений ближнего зарубежья, ведущих обучение студентов мостовой специальности. Изучение механизации строительства мостов является важной составной частью дисциплин «Технология строительства мостов» [7] и «Организация, планирование и управление в мосто- и тоннелестроении» [8]. Системы механизации студенты изучают, исходя из знаний основ физики, теоретической механики, сопротивления материалов, гидравлики, механизмов и деталей машин, строительных материалов, строительных работ и машин, электротехники, автоматики и автоматизации. В пособии рассмотрены классификация мостостроительных машин, принципы комплексной механизации строительства, методы определения производительности комплектов и комплексов машин, порядок проектирования механизации работ в ПОС и ППР на строительство мостов. Приведены сведения об устройстве, типах и параметрах специальных машин для производства земляных работ, машин и оборудования для сооружения свайных фундаментов опор, специализированных грузоподъемных машин, транспортных средств, подъемно-транспортного оборудования и ручных машин для выполнения мостостроительных работ. Даны примеры технологических расчетов. Здесь не рассматриваются общестроительные машины для земляных, бетонных, гидроизоляционных, отделочных работ. Сведения о них можно получить в учебниках, справочниках, руководствах [3] - [6], [9], [10]-[14] и др. Современная техника развивается быстрыми темпами. Каждый год в мире появляются десятки новых образцов строительных машин. Поэтому автор отнюдь не стремился дать студенту новейшие сведения, понимая, что это едва ли приведет к успеху: машины быстро морально устаревают. Задача данного учебного пособия заключается в другом - ознакомить с основными типами мостостроительной техники, ее эволюцией в последние десятилетия, дать современные примеры и наметить перспективы развития техники. Наряду с изучением отечественных образцов машин важным для будущего персонала строительства является ознакомление с лучшими зарубежными машинами, активно внедряемыми на российский рынок. ПОНЯТИЕ О КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПЛЕКТОВ И КОМПЛЕКСОВ МАШИН Прежде чем перейти к конкретным типам машин, рассмотрим общие положения, касающиеся систем механизации строительства мостов. Механизация строительства предусматривает замену ручного труда машинами с целью освобождения человека от выполнения тяжелых, трудоемких ручных операций, повышения производительности труда и снижения стоимости строительства. Высшей ступенью механизации является автоматизация производственных процессов. В зависимости от степени оснащения технологических процессов машинами различают частичную и комплексную их механизацию. Частичная механизация охватывает отдельные технологические операции или виды работ при сохранении значительной доли ручного труда, особенно на вспомогательных работах. В мостостроении к числу таких, достаточно распространенных операций относятся: строповка и временное раскрепление конструкций, устройство подмостей и опалубки железобетонных конструкций, сборка болтовых соединений. Комплексной механизацией называется такой способ производства работ, при котором все основные и вспомогательные процессы выполняются машинами, увязанными между собой по основным технологическим и техническим параметрам. Основные процессы на строительстве - это переработка предмета труда - исходного сырья, материалов и полуфабрикатов, а также монтаж (возведение) элементов сооружения. Вспомогательные процессы - это в основном транспортировка, погрузка и разгрузка материалов, изделии и конструкций, обеспечивающие бесперебойное выполнение основных процессов. Комплексная механизация осуществляется при помощи комплектов машин, которые становятся основной структурной единицей системы механизации строительства моста [15]. В состав каждого комплекта входят ведущая машина (или машины), выполняющая основной процесс, и вспомогательные (комплектующие) машины, выполняющие вспомогательные процессы. Первичным звеном в системе механизации является комплексная механизация отдельных технологических операций, осуществляемая операционными комплектами машин (ОКМ). Примеры этих комплектов: средства механизации приготовления бетонной смеси на бетонном заводе; машины по укладке, разравниванию и уплотнению бетонной смеси в опалубке конструкции. Отдельные ОКМ объединяются в технологические комплекты машин (ТКМ). При формировании ТКМ необходимо обеспечить бесперебойную работу ведущей машины (машин) сырьем, материалами, блоками и конструкциями. В качестве комплектующих машин на строительстве мостов выступают главным образом транспортные средства: единицы железнодорожного, автомобильного, водного транспорта. Поэтому из схем, представленных в [6, табл. 1.1], в нашем случае приемлемы лишь две: одна ведущая машина (ВМ) (рис. 1, а) или несколько ведущих машин (nВМ) (рис. 1, б) и несколько параллельно работающих вспомогательных машин (mВсМ). При этом один поток транспортных средств может обслуживаться одной или несколькими ведущими машинами. Примеры ТКМ: «бетонный завод - автобетоновозы - средства укладки смеси» или «кран - транспортные средства». Возможна также особая, но в то же время весьма распространенная (например, при работе сваебойного агрегата, при вибропогружении свай оболочек) схема. Действуют две ведущие машины: кран и агрегат. Непосредственно с комплектующими машинами (транспортом) связан только кран, но агрегат, выполняющий технологический процесс, зависит от работы и крана, и транспорта (рис. 1, в). Технологические комплекты машин, выполняющие работы по возведению отдельных частей сооружения, в свою очередь объединяются в комплекс машин (КМ) строительства объекта. Рис. 1. Основные схемы технологических комплектов машин □ ∆ - ведущие машины; ○ - вспомогательные машины; → - физическая связь; ← - → - технологическая связь Формирование КМ происходит под действием системообразующих факторов (связей) следующих видов: 1) логических связей отдельных работ; 2) взаимосвязей по потреблению ресурсов типа «материалы»; 3) физических связей разных ТКМ, имеющих общие комплектующие машины; 4) технологических связей комплектов машин между собой; 5) функциональных взаимосвязей физически и технологически не связанных процессов, которые возникают при взаимодействии транспортных потоков в узлах транспортных схем на строительстве объекта. Логическая связь работ еще не означает их технологическую зависимость. ТКМ, выполняющие те или иные работы, могут действовать независимо друг от друга. Но связь работ этого вида определяет потребность в данный период времени в ресурсе типа «мощности» вида «машины». Примеры связей второго вида - потребление бетонной смеси с одного завода для разных процессов, потребление различных конструктивных блоков с одного склада разными объектами. Физические связи ТКМ (в составе КМ) третьего вида имеют место, например, при монолитном бетонировании конструкций, где два отдельных комплекта машин - «бетонный завод - автобетоновозы» и «кран - автобетоновозы» - имеют общие комплектующие транспортные средства. Технологические связи четвертого вида возникают между ведущими машинами комплектов, обслуживающих один технологический процесс. Это бывает при свайных работах, когда кран разгружает транспортные средства и подает под сваебойный агрегат или вибропогружатель сваи. Пятый вид связей характерен именно для мостостроения, где, в силу необходимости проведения работ на акваториях, возникают многоступенчатые транспортные схемы. Например, при бетонировании опоры моста бетонную смесь вначале транспортируют автобетоновозами по суше, затем в бадьях доставляют на транспортных плашкоутах к опоре, где укладывают плавучим краном. Но если при этом одновременно сооружается несколько опор, грузопоток, проходя через единый транспортный узел - перегрузочный кран на причале - функционирование технологически не связанных процессов зависит от работы перегрузочного узла. При подборе состава ТКМ работу ведущей машины (машин) и вспомогательных машин необходимо увязать по технологическим параметрам, в первую очередь по производительности. Во-вторых, состав комплекта должен быть экономически эффективен. Однако при наличии связей пятого типа правильный подбор состава отдельных ТКМ отнюдь не гарантирует достижение максимальной производительности комплекта. В комплексе взаимосвязанных ТКМ производительность отдельных машин может меняться в весьма широких пределах. Это обстоятельство и определяет основную сложность анализа и регулирования производительности системы механизации строительства моста (см. [15]). Важнейшим показателем комплексной механизации строительства является производительность машин и комплектов машин, т.е. количество продукции, выраженное в определенных единицах измерения (весовых, объемных и др.), которые машина или комплект могут производить в единицу времени (час, смену). Однако до сих пор объективность использования этого показателя довольно низка из-за того, что производительность машины - случайная величина, зависящая от ряда факторов: - конструктивных качеств машины, параметры которых переменны. Один предмет труда машина может обрабатывать при различных скоростях движения рабочих органов, что в немалой степени зависит от квалификации субъекта - оператора машины; - надежности машины как элемента технической системы, зависящей от режимов эксплуатации и обслуживания машины; - конкретных производственных условий и организации труда, влияющих, прежде всего на движение рабочих органов и параметры обработки предмета труда, - при использовании ОКМ; - операционных взаимосвязей в рамках одного технологического процесса - при формировании ТКМ; - организационных условий строительства, представляющего собой сложную вероятностную систему, которая подвержена воздействию комплекса дестабилизирующих факторов, - при формировании КМ; - неопределенности исходной информации и недостаточной информированности лица, принимающего решения, - при организационно-технологическом проектировании и управлении строительством. Несмотря на эти факторы, придающие производительности машины существенную неопределенность, имеются относительно стабильные показатели работы машины - конструктивные свойства, которые можно принять за основу исследования. Можно выделить следующие четыре категории производительности строительных машин. Конструктивно-расчетная (номинальная) производительность Qм определяется при однозначно заданных параметрах ее работы в режимах, близких к предельным. Номинальная производительность характеризует конструктивные возможности машины и используется в основном для сравнения вариантов новых машин. Техническая производительность Qт рассчитывается при непрерывной работе в конкретных производственных условиях, при хорошо организованном технологическом процессе, нормальных режимах и нагрузках на рабочие органы машины. Эксплуатационная производительность Qэ - это фактическая производительность машины с учетом организационных условий работы (технологических перерывов, времени обслуживания и др.). Ее можно выразить через техническую производительность Qт посредством приближенной формулы Qэ = Qт Kип· Kв      (1) где Kт - коэффициент использования производительности машины; Kв - коэффициент использования полного рабочего времени. Различают часовую Qэ.ч и сменную эксплуатационную производительность Qэ.см. Значение коэффициента Кв для различных машин составляет 0, 75-0, 85. В основу рассмотренных выше видов производительности положено представление об однозначной заданности основных параметров процессов и машин, т.е. Qм, Qт, Qэ есть детерминированные характеристики отдельных машин. Прогнозируемая (вероятная) производительность комплекта (комплекса) машин характеризует реальные условия работы комплекта с учетом случайных процессов взаимосвязанного функционирования машин в рамках организации строительства, а также процессов, приводящих к выходу машин из строя, и процессов их восстановления. Данный вид производительности - вероятностная величина, используемая в качестве проектного параметра механизации. Она определяется в зависимости от эксплуатационной производительности Qэ по формуле      (2) где Кп - коэффициент простоя машины, т.е. отношение суммарного времени ее простоев к общему времени работы; Ки - коэффициент использования машины, Ки = 1-Кп; Кг - коэффициент готовности, представляющий собой характеристику безотказной работы машины. В расчетах обычно оперируют величиной сменной производительности. Для определения коэффициента Кп используют методы теории массового обслуживания либо моделирование системы механизации на ЭВМ, а коэффициент Kг определяют на основе теории надежности [6], [15]. При расчете прогнозируемой производительности ТКМ или КМ прежде всего необходимо знать техническую Qт и эксплуатационную Qэ производительности отдельных машин комплектов. Существуют следующие методы определения производительности строительных машин. Нормативный метод - часовая производительность ведущей машины, непрерывно работающей в течение смены, задается в производственных нормах выработки машины (ЕНиР) как результат наблюдения за процессом. Метод прост, особенно при наличии компьютерной базы данных, содержащей ЕНиР. Но использование его на практике может давать весьма существенные погрешности, т.к. техническая производительность машин зависит от конкретных условий, которые сложно учесть в нормах. Метод «де факто» - среднечасовая эксплуатационная производительность машин определяется по фактической выработке машин в предшествующий отчетный период по формуле        (3) где Vф - объем фактически выполненных работ за отчетный период; Тф - фактическое рабочее время одной среднесписочной машины, ч. Оценка производительности по фактической выработке машин также сопряжена с рядом трудностей: при осреднении теряется специфика конкретных технологических условий, а отчетные данные по механизации, если и имеются в мостостроительных организациях, то чаще всего не позволяют сделать объективные выводы. Аналитический (расчетный) метод состоит в определении значений технической производительности машин по формулам, в основу которых положены некоторые теоретические представления о физике процессов взаимодействия машин с предметами труда в заданных условиях. Данный метод позволяет получать достоверные значения детерминированной производительности машины. Однако, чтобы пользоваться им, необходимо знать размеры и скорость движения рабочих органов машины (по справочным данным), а также условия их движения. Энергетический метод основан на законе сохранения энергии и для конкретной машины и режимов ее работы сводится к составлению и интегрированию уравнения производственного процесса        (4) где ε = Wδ /Q0; W - сила сопротивления среды на длине пути δ; Q0 - производительность машины за производственный цикл t0; k - коэффициент полезного действия; N - мощность источника энергии. Энергетический метод - перспективное средство анализа производственных процессов. Этот метод объективен, но еще недостаточно разработан для практического определения производительности машин. Расчет часовой технической производительности машин QT также может производиться по следующим аналитическим формулам: - для машин циклического действия Qт = 60G( V)/ tц,      (5) где Qт - техническая производительность в т/ч или м3/ч; G(V) - масса груза в т (G) или объем материала в м3 (V); tц - время цикла, мин; - для машин непрерывного действия Qт = 3600G( V) v,   (6) где G(V) - масса груза в т (G) или объем материала в м3 (V), приходящийся на 1 м длины рабочего несущего органа машины; v - линейная скорость движения рабочего органа, м/с. Общие формулы (5), (6) модифицируются с учетом принципа действия машин конкретного типа [10], [15]. Пример 1. Рассчитаем аналитическим методом значение эксплуатационной сменной производительности стрелового гусеничного крана ДЭК-251, производящего укладку бетонной смеси в опалубку конструкции в бункерах вместимостью 3 м3. Грузоподъемные краны - машины циклического действия, для которых время цикла в формуле (5) определяется следующим образом (см. [15]): tц = 2, 5H/ v0 + 2(l1/v1 + l2/v2 + l3/v3) + tp.0, где H, l1, l2, l3, - соответственно высота подъема крюка, длина передвижения крана, величина изменения вылета стрелы, угол поворота стрелы в плане; v0, v1, v2, v3 - скорости подъема груза, передвижения крана, изменения вылета и поворота стрелы соответственно; t p.0 - продолжительность ручных операций по строповке и закреплению груза. В данном случае принимаем следующие технологические параметры работы крана: Н = 4 м; l1 = 0 (кран работает стационарно); l2 = 0 (кран работает на постоянном вылете); l3 = 0, 5 (кран совершает полоборота); tp.0 = 2× 2 = 4 мин. Средние скорости движения vi, принимаем по справочнику [12, табл. 21.4, с. 422]: v0 = 5 м/с; v3 = 0, 3 мин-1. Тогда tц = 2, 5× 4/5+2× (0+0+0, 5/0, 3)+4 = 9, 3 мин; По формуле (5) определяем часовую техническую производительность крана: Qт = 60× 3, 0/9, 3 = 19, 4 м3/ч. Наконец, по формуле (1) при Кип = 1, Кв = 0, 85 и продолжительности смены tc = 8, 2 ч определяем эксплуатационную сменную производительность крана по укладке бетонной смеси: Qэ.cм = 19, 4× 8, 2× 1, 0× 0, 85 = 135 м3/см. Приведенный пример показывает, что относительно несложный аналитический расчет позволяет в каждом конкретном случае оценивать реальную производительность машины, исходя из заданных параметров технологического процесса и скоростей движения основных рабочих органов машины. В этом несомненное преимущество метода по сравнению с использованием каких-то осредненных нормативов производительности (выработки) машин. Производительность некоторых машин, которую сложно рассчитать по формулам, определяется по фактическим, нормативным или паспортным данным машины. Рис. 4. Землесосный снаряд Таблица 1 Таблица 2 Показатель	Типа СССМ			Треста ГСФС			Вниисдм
570	582	680	3000	6500	8200	С-276	С-811	С-812
Масса ударной части, кг	1800	3000	6000	3000	6500	8200	3000	6000	8000
Высота паления ударной части, м	1, 5	1, 3	1, 37	1, 25	1, 25	1, 2	1, 37	1, 37	1, 37
Энергия удара, кДж	27, 0	39, 0	82, 0	32, 0	82, 0	109, 6	41, 0	82, 0	100, 0
Частота ударов в 1 мин.	30	30	30	10	4-10	4-5	40-50	40-45	35-40
Рабочее давление, Мпа	1, 0	1, 0	1, 0	0, 6	0, 8	0, 8	0, 7	0, 7	0, 8
Расход воздуха, м3/мин.	-	-	-	11	18	24	9	18-20	26
Расход пара, кг/ч	350	550	1100	550	1300	1500	710	1250	1500
Высота молота, мм	4840	4640	4960	2850	3125	2580	4650	4730	4730
Масса молота, т	2, 7	4, 3	8, 85	4, 25	7, 3	8, 7	4, 25	8, 2	11, 0

В отличие от молота одиночного действия, паровоздушный молот двойного действия состоит из цилиндра, поршня и соединенного с ним штоком бойка (рис. 6, табл. 3). В молотах двойного действия сжатый газ или пар подается попеременно в пространство над и под поршнем с помощью автоматически переключающегося золотника.

Рис. 6. Паровоздушный молот двойного действия (пример):

1 - шабот; 2 - боек; 3 - корпус; 4 - шток; 5 - поршень; 6 - цилиндр; 7 - соединительный болт; 8 - крышка цилиндра; 9 - штуцер для подвода пара (воздуха); 10 - золотник (парораспределитель)

Таблица 3

Таблица 4

Показатели

УР 1250 УР-1800 С-949Б С-954К С-974К - СП-75 СП-76 CП-77 СП-78 СП-79 СП-84 Масса ударной части, кг 1250 1800 2500 3500 5000 7500 Полный ход поршня, м 3, 0 3, 0 3, 2 3, 2 3, 2 3, 8 Наибольшая потенциальная энергия удара Е _h, кДж 36, 8 53, 0 73, 5 103, 0 147, 0 243, 0 Расчетная энергия удара E _d, кДж 30, 4 44, 1 61, 8 86, 3 123, 5 184, 3 Частота ударов в 1 мин 43-55 43-55 43-55 43-55 42 42 Высота молота, м 4, 4 4, 4 5, 2 5, 5 5, 5 6, 2 Масса молота, т 2, 7 3, 9 5, 8 7, 8 9, 6 16, 0 Рекомендуемая масса забиваемых свай, т 1, 5-4, 0 2, 0-5, 0 3, 0-7, 0 4, 0-10, 0 5, 0-15, 0 8, 0-22, 0

Примечания: 1) первая марка - молот с воздушным, вторая - с водяным охлаждением;

2) выпускают также молоты типа УРБ - быстроходные, с частотой ударов 65 в мин.

Основными достоинствами дизель-молотов являются: независимость от внешних источников энергии, быстрота подготовки к работе, невысокая стоимость изготовления, простота и удобство эксплуатации в условиях любых температур, высокая производительность.

Однако применение дизель-молотов в зарубежных странах неуклонно сокращается. Предпочтение отдается гидромолотам. Немалую роль в этом играют экологические соображения.

Гидромолоты. Тенденцию к созданию молотов повышенной мощности с регулируемой силой удара можно проследить на примере работ голландской фирмы HBG, которая с 1964 года работает над созданием молотов с гидравлическим приводом. С 1969 года она начала серийный выпуск гидромолотов, которые быстро завоевали популярность во всем мире.

В гидромолотах подъем ударной части производится регулируемым давлением жидкости. Она подается гидронасосом в пространство под поршнем основного гидроцилиндра, соединенного штоком с ударной частью (рис. 8 и 9). При рабочем ходе ударной части жидкость перетекает через перепускной клапан из полости гидроцилиндра под поршнем в полость над ним, сообщая работе машины эффект двойного действия. Гидравлическая жидкость (минеральное масло или вода) подается гидронасосом производительностью до 400 - 700 л/мин под давлением до 300 - 400 атм.

Рис. 8. Гидромолот двойного действия:

1 - шабот; 2 - направляющая труба; 3 - ударная часть; 4 - упругий шарнир (тарельчатые пружины); 5 - шток гидроцилиндра; 6 - рабочий (главный) цилиндр

Рис. 9. Принципиальная схема управления гидромолотом:

1 - ударная часть; 2, 3 - направляющие; 4 - главный клапан; 5 - гидроаккумулятор низкого давления; 6 - клапан избыточного давления; 7 - перепускной клапан; 8 - гидронасос; 9 - гидроаккумулятор высокого давления; 10 - главный цилиндр; 11 - шток гидроцилиндра

Характерными особенностями гидромолотов являются: возможность регулирования силы и частоты ударов; более длительное действие ударного импульса; возможность синхронной работы нескольких молотов; возможность использования молотов для забивки свай в воде; экологичность. Наряду с этим отметим, что гидромолоты обладают меньшей энергией удара в сравнении с дизель-молотами той же массы (табл. 5).

Таблица 5

Техническая характеристика гидромолотов фирмы Junttan (Финляндия)

Показатели	ННК-4	ННК-5	ННК-6	ННК-7	ННК-10	ННК-14
Масса ударной части, кг	4000	5000	6000	7000	10000	14000
Полный ход поршня, м	1, 2	1, 2	1, 2	1, 2	1, 2	1, 2
Наибольшая потенциальная энергия удара Eh, кдж	48, 0	60, 0	72, 0	81, 0	120, 0	168, 0
Частот ударов в 1 мин:
- при мин. ходе поршня	100	100	100	100	100	100
- при ходе поршня 0, 5 м	60	60	60	60	60	60
- при макс. ходе поршня	30	30	30	30	30	30
Высота молота, м	4, 94	5, 31	5, 68	6, 05	5, 95	6, 95
Масса молота, т	6, 3	7, 4	8, 6	9, 7	14, 8	19, 0
Производительность гидронасоса, л/мин	300	300	300	300	600	600
Рабочее давление в гидросистеме, атм.	140	150	160	185	150	185
Установленная мощность, кВт	70	75	80	93	150	185

В настоящее время в России кроме установок финской фирмы Junt tan имеются сваебойные агрегаты фирмы Liebherr (Германия) с гидромолотами фирмы Menck, гидромолоты IНС (Голландия). BSP (Великобритания) и др. Молоты МНР фирмы Menck при массе ударной части 4-20 т имеют потенциальную энергию удара соответственно от 35 (45 с усилением) до 200 (225) кДж при полной массе молота от 6, 7 до 28 т и частоте ударов от 40 - 50 до 60 - 85 в минуту.

Для погружения свай больших размеров за рубежом используют групповые гидромолоты, суммарная масса ударной части которых доходит до 40 т, а энергия удара - до 500 кДж при массе группы до 60 т.

Фирмой РОПАТ созданы отечественные гидромолоты МГ5, МГ6, МГ7 и др. Молот МГ5 имеет массу ударной части 5, 2 т, максимальную энергию удара 50 кДж, число ударов в минуту - 50 - 60 и предназначен для погружения железобетонных свай массой до 5 т. Молот МГП100 (молот гидравлический подводный) с массой ударной части 6 т, максимальной энергией удара 100 кДж и частотой ударов в минуту - 42, предназначен для забивки стальных трубчатых свай под водой. Налаживается производство более тяжелых молотов типа МГ с массой ударной части 10-20 т.

Подбор молота для погружения заданных свай в заданные грунты осуществляется по четырем условиям [20].

1. Энергия удара молота E_h, кДж, необходимая для достижения расчетной вертикальной нагрузки на сваю N, кН, должна быть не менее

E_h ≥ 0, 045N. (8)

При погружении наклонных свай E_h определяют с учетом повышающего коэффициента, значения которого принимают равными 1, 1; 1, 15 и 1, 25 для свай с наклонами к вертикали соответственно 5: 1; 4: 1 и 3: 1.

2. Выбираемый тип молота должен удовлетворять условию

K ≥ ∑ q/ E_d, (9)

где K - коэффициент применимости молота (табл. 6); ∑ q - суммарная масса молота q₁ сваи с наголовником q₂ и подбабка q₃, т; E_d - расчетная (паспортная) энергия удара молота, кДж.

Таблица 6

Тип молота

К.п.д. удара?

Таблица 7

Показатели

МСК-1 CП-49В КН-1-16 КГМ-16 CП-46 КМ-12 C II-69 CI I-56

Рельсовые

автомобиль КрАЗ-25615 трактор Т-170 МБГ-1 экскаватор ЭО-5122А экскаватор ЭО-6123 неповоротный

Поворотные

Высота копра полная, м 14, 9 18, 3 24, 56 25, 0 23, 4 24, 0 29, 0 Грузоподъемность, т:               для молота 3, 0 6, 0 6, 0 17, 0 6, 5 7, 0 12, 0 для сваи 3, 0 6, 0 6, 0 6, 5 5, 5 7, 0 8, 0 Наклоны мачты:               назад 4: 1 3: 1 3: 1 3: 1 3: 1 3: 1 3: 1 вперед 4: 1 8: 1 8: 1 8: 1 8: 1 8: 1 8: 1 поперек 4: 1 8: 1 5: 1 10: 1 - 30: 1 - Изменение вылета мачты, м 0, 4 0, 4 0, 55 1, 2 1, 05 1, 2 1, 35 Масса, т:               ударной части молота 1, 25 2, 5 2, 5 3, 5-7, 5 2, 5 2, 5 3, 5-5, 0 копровой установки без молота 22, 9 28, 6 54, 0 70, 0 15, 5 26, 0 54, 3 навесного оборудования 9, 4 9, 14 17, 0 17, 0 - - - Установленная мощность, кВт 160 96 125 150 21 28 72

Таблица 8

Показатели

РМ-20 Junttan Финляндия М-90 Menс k Германия M H-32103 Delmag Германия LS -108RH Sumitomo Япония Kobe Steel Япония KH -500L-PD Hitachi Япония L -77 Landswerk Швеция

Вибропогружатели

Способ вибропогружения применяют для заглубления в нескальные грунты на глубину 20-70 м преимущественно железобетонных, металлических или комбинированных свай-оболочек диаметром 1-3 м.

Различают низкочастотные (с циклической частотой колебания (о менее 10 Гц) и высокочастотные (с частотой свыше 16, 6 Гц) вибропогружатели.

Первые отечественные низкочастотные (300...500 об/мин) вибропогружатели ВП-1 и ВП-3 для погружения свайных элементов большого поперечного сечения и длины были созданы в НИИ Мостов при ЛИИЖТе в 1950-1952 гг. Они явились прообразом многих последующих конструкций.

Механический вибропогружатель включает в себя: собственно вибратор, состоящий из нескольких грузовых валов с насаженными на них тяжелыми эсцентриками; приводной электродвигатель с редуктором для передачи крутящего момента валам; наголовник для жесткого прикрепления вибратора к свае (рис. 15).

Рис. 15. Низкочастотный вибропогружатель ВПМ-170:

1 - эксцентриковые валы; 2 - электродвигатель; 3 - блок шестерен; 4 - синхронизирующие шестерни; 5 - фланец

В процессе вращения в разные стороны грузовых валов, соединенных синхронизирующими шестернями, возникает направленная вдоль вертикальной оси вибратора знакопеременная вынуждающая сила, которая изменяется по гармоническому закону. Максимальное значение вынуждающей силы можно определить по формуле

P_в = Q_эeω ²/g,                                                             (14)

где Q_э - вес эксцентрикой; е - расстояние от оси вращения до центра тяжести эксцентриков; ω - угловая скорость вращения грузовых валов; g - ускорение силы тяжести (g = 9, 81 м/с²).

Произведение Q_э·е представляет собой суммарный грузовой момент М эксцентриков вибратора и вместе с вынуждающей силой Р_в является одной из основных его характеристик.

Под действием вибратора, жестко соединенного со сваей, в нелинейной динамической системе вибратор-свая-грунт возникают продольно направленные колебания с амплитудой А. Если амплитуда достигает критического значения, при котором происходит преодоление сил трения по боковой поверхности, свая, проскальзывая в грунте, периодически надавливает нижним концом на него, преодолевая его сопротивление и в этой зоне. Амплитуда А₀ колебаний вибросистемы после срыва сил трения в основном зависит от величины грузового момента и массы вибросистемы:

А₀ = Q_эe/(Q_в + Q_св = М/ G, (15)

где Q_в и Q_св - вес вибратора с наголовником и сваи соответственно.

В последние десятилетия больше других использовался для погружения железобетонных свай-оболочек диаметром 1, 6 м и 3, 0 м длиной до 60-70 м отечественный вибропогружатель ВП-160 (ВП-170, BПM-170) - см. рис. 15. Характерной его особенностью является использование двухскоростной схемы вращения грузовых валов, из которых половина вращается с удвоенной скоростью. Поэтому вынуждающая сила, направленная вниз, превышает силу, направленную вверх.

Обычно вибропогружатель закрепляют па свае болтами посредством наголовника (рис. 16). При погружении свай-оболочек Ø 3, 0 м применяют спаренный вибропогружатель из двух вибропогружателей ВПМ-170, установленных на едином наголовнике. Совместность колебаний вибропогружателей обеспечивается соединением их синхронизирующими шестернями 4 (см. рис. 15).

Рис. 16. Крепление вибропогружателя к оболочке:

1 - вибропогружатель: 2 - переходной патрубок; 3 - болты крепления; 4 - фланец оболочки; 5 - оболочка

Другой конструкцией вибропогружателя является модель с проходным отверстием в центральной части, что позволяет извлекать грунт грейфером из полости оболочки, не снимая вибропогружателя (рис. 17). Однако такие конструкции плохо зарекомендовали себя в эксплуатации.

Рис. 17. Вибропогружатель с проходным отверстием ВУ-1, 6

Значительное влияние на производительность погружения свай-оболочек оказывает конструкция узла крепления к ним вибропогружателя, который должен быть жестким. Но болтовые соединения, кроме периодической подтяжки гаек (из-за их отвинчивания под действием вибрации), требуют значительных затрат труда и времени на установку и снятие вибропогружателя. Безболтовые зажимные наголовники (например, гидравлические) позволяют сократить затраты труда в 8-10 раз (рис. 18).

Рис. 18. Гидравлический зажимной наголовник

В процессе погружения в грунт сваи-оболочки при постоянных параметрах вибратора скорость погружения, амплитуда колебаний, сила тока и потребляемая двигателем мощность постелено снижаются. С целью оптимизации режимов погружения в 1969 г. были созданы вибропогружатели с автоматически изменяемыми параметрами. В них максимально возможная скорость погружения при минимальных затратах мощности обеспечивается путем регулирования частоты колебаний и грузового момента эксцентриков на разных стадиях погружения оболочки. Вибропогружатели типа ВРП (табл. 9) некоторыми специалистами признаются наиболее совершенными (см. [20]).

Успешный опыт создания и применения в нашей стране вибропогружателей способствовал развитию свайной вибротехники за рубежом. Так, японской фирмой Kensetsu Kikai Tesa создан параметрический ряд низкочастотных вибропогружателей с вынуждающей силой 370...2140 кН.

Таблица 9

Показатели

ВПМ-170 ВУ-1, 6 ВРП15/60 ВРП30/132 ВРП70/200 ВП-52Б

С постоянными параметрами

С регулируемыми параметрами

Статический момент массы дебалансов М, кН·м 7, 0 3, 4 0-1, 5 0-3, 0 2, 3-7, 0 5, 2 Частота вращения дебалансов n, об/мин 475-550 300-498 0-460 0-520 0-500 250-500 Вынуждающая сила максимальная P_в кН 1250-1700 350-960 348 895 2000 1480 мощность основного электродвигателя, кВт 200 2× 90 60 132 200 2× 132 Масса вибропогружателя без наголовника, т 15, 6 12, 0 5, 08 7, 25 14, 0 13, 25 Габариты, мм:             - высота 3400 1910 2044 2245 3250 1880 - длина I860 3350 1245 1440 1700 3200 - ширина 1260 2620 1114 1440 1346 2850 Тип гидравлического наголовника НГ-1, 6 НГ-1, 6 НГ-0, 6 НГ-0, 8 НГ-1, 6 нг-3

Однако, недостатками вибропогружателей с электромеханическим приводом являются высокая потребляемая мощность и частый выход из строя электродвигателей из-за воздействия вибрации и сгорания обмоток, особенно в период интенсивного разгона вибросистемы.

В последние годы за рубежом наблюдается интенсивный процесс создания свайных вибропогружателей нового поколения, оснащенных гидромоторами с автономным приводом. В гидромоторе вращательное движение вала происходит под давлением рабочей жидкости (минерального масла либо воды), которая подается от насосной станции с дизельным двигателем. Но, в отличие от вибропогружателя с электромеханическим приводом, вращательное движение эксцентриковых валов совершается с меньшими амплитудами и с большей частотой. Гидровибропогружатель (рис. 19) оснащается гидравлическими захватами для свай различного типа. При погружении оболочек большого диаметра можно использовать спаренные погружатели (рис. 20). В настоящее время гидровибропогружатели выпускаются многими фирмами (табл. 10).

Рис. 19. Гидравлический вибропогружатель фирмы РТС (Франция)

Рис. 20. Тандем из двух гидровибропогружателей 100 HD фирмы РТС, применяемый для погружения оболочек диаметром 1, 3-3, 0 м (вынуждающая сила - 6000 кН; масса вибромашины - 45, 4 т)

Таблица 10

Таблица 11

Коэффициент снижения бокового сопротивления песчаного грунта K_s

Типы песчаных грунтов

Состояние грунтов

плотные средней плотности, пляжные водонасыщенные рыхлые, пляжные гравелистые 2, 2 2, 6 2, 6 2, 9 крупные 2, 7 3, 2 3, 8 3, 5 средней крупности 4, 1 4, 9 6, 4 5, 4 мелкие 4, 7 5, 6 8, 4 6, 2 пылеватые 5, 7 6, 2 9, 3 6, 8

Для вибропогружателей с электромеханическим приводом на конечной стадии вибропогружения должно быть выполнено условие

F_d ≤ f_r{[6000W-2nF_s(2A_r-v/ n)]/v+F_s(K_s-1)+G}. (17)

где F_d - расчетная несущая способность сваи по грунту, F_d ≥ g_kN; f_r - коэффициент влияния инерционных и вязких сопротивлений на несущую способность сваи (табл. 12); W - мощность, расходуемая на движение вибросистемы: W = η W_h - W₀, где η - к.п.д. электродвигателя, принимаемый равным 0, 83-0, 90 в зависимости от нагрузки; W_h - потребляемая из сети активная мощность в последнем залоге; W₀ - мощность холостого хода, принимаемая равной 25% номинальной мощности вибропогружателя, кВт; n - фактическая частота колебаний вибросистемы, мин^-1 (рабочая частота вращения по паспортным данным вибратора); F_s - сила бокового сопротивления грунта при вибропогружении, кН, определяемая по формуле (18); А _r - фактическая амплитуда колебаний, принимаемая равной половине полного размаха колебаний системы на последней минуте погружения; v - скорость вибропогружения, которая на последнем залоге в 3 мин должна быть не менее 2 см/мин.

F_s = 1500W/{A_r[n + (v + 2)/2A₀]}. (18)

Таблица 12

Коэффициент влияния инерционных и вязких сопротивлений на несущую способность сваи f_r

Вид грунта по боковой поверхности сваи	Коэффициент fr
Пески и супеси твердые	1, 0
Супеси пластичные, суглинки и глины твердые	0, 95
Суглинки и глины:
полутвердые	0, 9
тугопластичные	0, 85
мягкопластичные	0, 8

Скорость погружения сваи-оболочки v может быть определена, исходя из величины прогнозируемого чистого времени погружения, мин [21]:

       (19)

где P _i, P_{б i}, - динамическое сопротивление грунта погружению сваи в центре i-го слоя соответственно общее и по боковой поверхности; G _i - суммарный вес вибросистемы, включая вес вибропогружателя Q_в, наголовника Q_н и сваи Q_св; l_i - толщина слоя; W_i - мощность вибропогружателя, идущая непосредственно на процесс погружения сваи; А _i - амплитуда колебаний сваи (15); n_вi - количество оборотов дебалансов в секунду.

Мощность вибропогружателя в формуле (19) можно определить по формуле, предложенной О.А. Савиновым (индексы i опущены):

       (20)

Суммарное время t_погр погружения одной сваи-оболочки определяется следующим образом

t_погр = t_п + t_ycт + t_нарn_c + (t_вп + t_под)(n_c +1) + t_гp + t_охл, (21)

где t_ycт - время установки столба в направляющий кондуктор; t_нар - время наращивания оболочки отдельными секциями с устройством стыка и гидроизоляцией; t_вп - время установки и снятия вибропогружателя и подмостей; t_под - время монтажа и демонтажа подмывных устройств и эрлифта; t_гр - время извлечения грунта; t_oxл - время охлаждения вибропогружателя и подтяжки болтов (все компоненты принимаются по ЕНиР); n_с - число наращиваемых секций сваи-оболочки.

Пример 3. Прогнозирование процесса вибропогружения железобетонных свай-оболочек рассмотрим на примере фундамента опоры реального автодорожного моста.

Исходные данные: типовые сваи-оболочки наружным диаметром 1, 6 м, с толщиной стенки 12 см, имеют полную длину 32 м и погружаются с открытым нижним концом на глубину 24 м. Расчетные параметры сваи-оболочки:

- площадь основания А = π × (1, 6² - 1, 36²)/4 = 0, 558 м²;

- периметр наружный и = π × 1, 6 = 5, 02 м;

внутренний - и = π × 1, 36 = 4, 27 м;

- полный вес сваи-оболочки:

Q_св = 0, 558× 32× 2, 5 = 44, 6 тс = 450 кН.

В основании опоры залегают следующие грунты:

слой 1 - суглинок текучепластичный (I_L = 0, 76), толщина 8 м;

слой 2 - суглинок мягкопластичный (I_L = 0, 6), 4 м;

слой 3 - суглинок полутвердый (I_L = 0, 2) - простирается ниже.

Глубина воды в реке h_w = 10 м.

Решение: прежде всего по формуле (11), табл. 2 и 7 [22] определим несущую способность сваи-оболочки по грунту:

F_d = γ _c(γ _cRRA+и∑ γ _cff_ih_i) = 1, 0× [1, 0× (2180+1, 5× 10× 10)×

× 0, 558+0, 7× 5, 02× 2, 0× (4+7, 4+8, 8+8, 8+19+20+69, 2+

+72+74, 8+77, 6+81, 8+84, 6)] = 1300+3710 = 5010 кН.

Необходимое значение вынуждающей силы вибропогружателя по формуле (16) составляет

P_h ≥ (1, 4× 5010-2, 8× 600)/2, 38 = 2241 кН,

где предварительно принимаем G = 450+150 = 600 кН. Средний по слоям коэффициент из табл. 11 равен:

К _s = (3, 4× 8+3, 0× 4+1, 5× 12)/24 = 2, 38.

Такому значению необходимой вынуждающей силы не удовлетворяет даже лучший отечественный вибропогружатель ВРП 70/200 (см. табл. 9). Принимаем по табл. 10 гидровибропогружатель марки 100НD фирмы РТС (Франция), имеющий параметры: M = 1, 15 кН·м; n_в = 1400 об/мин = 23, 3 об/с; Р_в = 2510 кН; Q_в = 135 кН.

Далее определим время погружения сваи-оболочки по формуле (19), исходя из следующего порядка выполнения технологических операций.

Заходка 1 - вначале в направляющие устанавливают краном столб высотой 16 м. Проходят слой 1 толщиной l₁ = 8 м с оставлением в оболочке грунтового сердечника, т.е. без извлечения грунта из полости.

Р_б1 = 0, 7× (5, 02+4, 27)× 2, 0× (4+7, 4+8, 8+8, 8) = 377, 2 кН;

Р₁ = 1, 0× (300+150)× 0, 558+377, 2 = 628 кН;

G₁ = 450/2+135 = 360 кН.

Реальные значения вынуждающей силы и частоты вращения вибропогружателя на этой заходке:

Р_в1 = (628-360)/3, 4 = 79 кН;

Мощность машины, идущая непосредственно на процесс погружения сваи, по формуле (20) равна:

Амплитуда колебаний вибросистемы по формуле (15):

А₁ = 1, 15/360 = 0, 003 м.

По формуле (19) определяем время погружения сваи на заходке 1.

.

Заходка 2 - наращивают сваю еще одной секцией длиной 8 м. Проходят слой 2 толщиной 4 м и часть слоя 3 толщиной 4 м (l₂ = 8 м), также с оставлением в оболочке грунтового сердечника.

Р_б2 = 377, 2× 5, 02/(5, 02+4, 27)+0, 7× (5, 02+4, 27)× 2, 0× (19+20+69, 2+72) = 2547, 5 кН;

Р₂ = 1, 0× (1250+150)× 0, 558+2547, 5 = 3329 кН;

G₂ = ²/₃ 450+135 = 435 кН;

Р_в2 = (3329-435)/2, 83 = 1023 кН,

где К _s = (3, 4× 8+3, 0× 4+1, 5× 4)/16 = 2, 83;

А₂ = 1, 15/435 = 0, 0026 м;

.

Вследствие большого бокового сопротивления сваи погружение на второй заходке сильно замедлилось. Выход состоит в погружении сваи с опережающим забоем. Пересчитаем параметры на этот случай:

Р_б2 = (377, 2+2343, 7)× 5, 02/(5, 02+4, 27) = 1470 кН;

Р₂ = 1, 0× (1250+150)× 0, 558+1470 = 2251 кН;

Р_в2 = (2251-435)/2, 83 = 642 кН;

Заходка 3 - производят наращивание сваи еще одной секцией длиной 8 м. Проходят часть слоя 3 толщиной 8 м (l₃ = 8 м), также с опережающим забоем.

В конце погружения реализуется полная несущая способность сваи-оболочки (см. выше):

Р_б3 = 3710 кН; Р₃ = 1, 0× (1700+150)× 0, 558+3710 = 4742 кН;

G₃ = 450+135 = 585 кН;

Р_в3 = (4742 - 585)/2, 38 = 1747 кН;

А₃ = 1, 15/585 = 0, 002 м;

Знак «минус» в знаменателе показывает, что время погружения стремится к бесконечности, т.е. погружения не происходит. Таким образом, расчет подтверждает, что режимы с более высокими частотами менее эффективны для погружения оболочек, а погружающая способность гидровибропогружателей ниже, чем традиционных машин с электромеханическим низкочастотным приводом.

Проверим, что будет, если на заходке 3 производить погружение оболочки спаренным вибратором (см. рис. 20):

G₃ = 450+450 = 900 кН;

Р_в3 = (4742-900)/2, 38 = 1614 кН;

А₃ = 2× 1, 15/900 = 0, 0026 м;

Полное (чистое) время погружения одной сваи-оболочки (при выполнении всех предусмотренных выше технологических мероприятий) равно

t_п = 5, 4+6, 8+4, 7 = 17 мин.

Заметим, что в общем времени t_погр цикла погружения оболочки, определяемом по формуле (21), чистое время погружения составляет весьма незначительную часть, так как остальные компоненты формулы исчисляются часами. Тем не менее, изложенная выше методика прогнозирования вибропогружения свай играет важную роль. Она позволяет оценить погружающую способность вибраторов и проверить возможность применения различных технологических приемов, улучшающих процесс погружения.

Таблица 13

Таблица 14

Таблица 15

Таблица 16

Покатели

МШ-2М В 11/44 В-402 СП-83 РЕ 26.02 HVB40/26

Отечественного производства

Фирмы D? nkers

Статически момент 0, 091; 0, 08; 0, 1;         массы дебалансов, кН·м 0, 113 0, 11 0, 11 0, 1 0, 07 0, 054 Частота вращения дебалансов, об/мин 970 1475 1300 1000 1630 2600 Вынуждающая сила макс, кН 94; 117 90-260 270 240 260 400 Мощность электродвигателя кВт 2× 30 2× 22 55 2× 17 100 - Масса вибромашины, т 4, 1 2, 5 3, 0 4, 9 1, 33 0, 93

Погружение и извлечение шпунта вибромолотами связаны с неизбежными сотрясениями грунта, которые крайне нежелательны по экологическим соображениям и недопустимы при работе вблизи существующих сооружений. Гидравлический агрегат Tiewoo d английской фирмы BSP работает почти бесшумно, используя принцип статического группового задавливания металлических шпунтовых свай, (рис. 31). Длина хода штоков гидродомкратов - 0, 75 м.

Рис. 31. Схема работы агрегата Tiewood по задавлнваншо стального шпунта (1 - 8 - шпуптины):

а-г - схемы производства работ

Эффективным средством улучшения погружения свай и свай-оболочек является подмыв водой. Для этого применяют высоконапорные иглы и многоступенчатые центробежные насосы типа ЦНС с расходом воды до 5 м³/мин и давлением до 33 МПа. В сваях-оболочках малого диаметра подмывная труба вставляется внутрь («центральный подмыв» - рис. 32).

Рис. 32. Схема погружения сваи-оболочки с «центральным подмывом»:

1 - молот; 2 - наголовник; 3 - прорезь; 4 - подмывная труба; 5 - свая-оболочка; 6 - центральное отверстие в наконечнике сваи; 7 - высоконапорная игла

На время ее работы погружение сваи прекращают, включают высоконапорную иглу, подмывную трубу опускают в прорези наголовника, так что она выходит вниз из наконечника сваи. По окончании подмыва трубу втягивают обратно. При подмыве оболочек большого диаметра используют пакет подмывных труб, соединенныех сверху коллектором (рис. 33). На время подмыва погружение оболочки прекращают, включают подмывные иглы, пакет погружается в размываемый грунт. По окончании подмыва пакет труб краном извлекают на поверхность.

Рис. 33. Схема погружения сваи-оболочки с наружным подмывом:

1 - нож; 2 - свал-оболочка; 3 - коллектор; 4 - резиновые шланги; 5 - пакет подмывных труб

Работы по срезке голов свай на сегодняшний день механизированы еще недостаточно. Для этих целей может применяться навесное гидрооборудование («ножницы») на краны. Например, гидрооборудование на рис. 34 предназначено для разрушения призматических свай сечением до 45× 45 см и свай-оболочек диаметром до 0, 6 м. Усилие, развиваемое гидроцилиндром, составляет 1100 кН, масса комплекта оборудования - 2, 4 т.

Рис. 34. Комплект гидрооборудопания для разрушения голов свай

Рис. 35. Иглофильтровая установка:

1 - иглофильтр; 2 - всасывающая труба; 3 - центробежный насос; 4 - муфта: 5 - электродвигатель

При небольшом объеме притока воды в котлован со шпунтовым ограждением используют погружные центробежные моноблочные насосы типа ГНОМ производительностью 10-40 м³/ч. При значительном притоке воды в котлован используют центробежные самовсасывающие одноступенчатые насосы типа НЦС производительностью 18 -130 м³/ч, которыми можно откачивать и загрязненную воду.

При необходимости понижения уровня грунтовых вод в зоне котлована в несвязных грунтах применяют иглофильтровые установки (см. рис. 35).

Рис. 37. Виброударная машина для разработки скважин в мерзлых грунтах

При использовании принципа II в ряде случаев производят предварительное оттаивание ВМГ с последующим сооружением свайного фундамента обычным способом. Для оттаивания грунта применяют комплект оборудования, включающий источник пара, паропровод, распределитель, паровые иглы (рис. 38, 39). В качестве источника пара используют котлы с поверхностью нагрева от 8 до 32 м².

Рис. 38. Паровая игла (а) и наконечники (б-г):

1 - заглушка; 2 - рукоятка; 3 - тройник; 4 - гибкий шланг; 5 - труба; 6 - наконечник; 7 - вечномерзлый грунт; 8 - оттаянный грунт; 9 - сезонномерзлый грунт; 10 - лунка

Рис. 39. Перфорированная паровая игла:

1 - труба; 2 - отверстия; 3 - заглушка; 4 - рукоятка; 5 - гибкий шланг

На одну иглу требуется обеспечить 4-5 м² поверхности нагрева котла. Паровые иглы изготавливают из труб диаметром 25 - 30 мм и длиной до 8 м.

ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ МАШИНЫ

Для отечественного мостостроения характерно создание и широкое применение наряду с общестроительными кранами различных грузоподъемных кранов специального назначения. Это объясняется особенностями технологии мостовых работ и неблагоприятными условиями для применения в ряде случаев общестроительных кранов. Основные типы и марки современных кранов рассмотрены в [10] - [14] и др. В данном разделе приводятся дополнительные сведения о грузоподъемных машинах специального назначения, которые обычно малодоступны студентам.

Типы грузоподъемных кранов

По области применения и эксплуатационным условиям краны для строительства мостов можно разделить на три группы [24].

Первую группу составляют стреловые самоходные полноповоротные краны общего назначения на спецшасси, автомобильном, пневмоколесном, гусеничном и железнодорожном ходу. В отдельных случаях используют также башенные краны (приставные, самоподъемные и передвижные). Краны этой группы применяют наиболее широко. Их особенности - автономность работы, быстрота и низкая трудоемкость приведения из транспортного в рабочее положение, но сравнительно высокая стоимость.

Во вторую группу входят специализированные универсальные краны: козловые и жестконогие деррик-краны. Их отличительные особенности: более узкая область применения, питание двигателей от внешних источников, меньшая стоимость, но и повышенные трудозатраты, а также стоимость приведения в рабочее положение.

Третья группа - специальные краны, предназначенные для производства работ в особых условиях. К ним относятся консольные, консольно-шлюзовые и кабельные краны, специальные монтажные агрегаты.

Особую группу составляют плавучие краны - непременный атрибут строительства любого большого моста. Сюда же можно отнести краны на самоподъемных платформах и некоторые другие.

Таблица 17

Характеристики

Марка крана ЕДК-...

25 50 100 300 500 1000 2000 Грузоподъемность, т:               - на основном крюке 25 50 100 60 80 125 250 - на вспомогательном крюке 10 - 14 - - 20 90 Вылет стрелы, м:               - до основного крюка 5-13 5, 5-12 6-21, 5 5, 5-14 6, 25-21 7-25 8-19 - до вспомогательного крюка 8-16 - 7-25 - - 8, 2-28 9, 25-22 Высота подьема над головкой рельса, м:               - главного крюка 3, 5-9 6-10, 3 5, 5-18 7, 5-13 6-18 9-22 4-15 - вспомогательного крюка 3-12 - 6, 5-22 - - 12-26 5-18 Основные размеры, мм:               - длина основной рамы 13620 10770 11170 10850 11840 17500 15300 - длина с платформой - - 43700 24850 29840 41940 40900 - ширина 3150 3150 3150 3130 3100 3130 3150 - высота при опушенной стреле 4620 4620 4650 4650 4250 4620 4630 Максимальная масса крана, т 106 97 173 103 115 222 259

При монтаже пролетных строений железнодорожных мостов и строительстве путепроводов через железнодорожные пути эффективны краны большой грузоподъемности на железнодорожном ходу. Для этих монтажных операций на сети железных дорог России применяют в основном семейство железнодорожных дизель-электрических стреловых кранов типа ЕДК, выпускаемых в Германии (табл. 17). Наиболее часто используют на монтаже пролетных строений краны ЕДК-500, ЕДК-1000 и ЕДК-2000 (рис. 42). Краны имеют по четыре откидных аутригера с гидравлическими домкратами, под которые при монтаже тяжелых конструкций устраивают свайные опоры.

Рис. 42. Железнодорожный кран ЕДК-1000 грузоподъемностью 125 т (а) и грузовысотные характеристики кранов ЕДК (б):

1 - график G = f₁, (L) для главного подъема при работе па выносных опорах с максимальной базой b; 2 - график Н = f₂(L) для главного подъема; R - максимальная сила давления аутригера на опору

Плавучие краны

На строительстве мостов плавучими кранами выполняются разнообразные работы: погрузочно-разгрузочные, дноуглубительные, вспомогательные, сооружение русловых опор, монтаж пролетных строений.

Используют плавучие краны следующих видов: 1 - речные и морские самоходные полноповоротные и неповоротные краны; 2 - специализированные сборно-разборные краны; 3 - сухопутные краны различного типа, установленные на плавсредствах.

Самоходные речные и морские краны. Плавучие краны общего назначения выпускаются серийно для производства различного рода портовых работ. Мостостроители привлекают эти краны к выполнению работ по сооружению опор (для этого, как правило, достаточна грузоподъемность крана от 5 до 16 т) и монтажу пролетных строений кранами высокой грузоподъемности - до 1000 т и более (табл. 18, рис. 45-50).

Таблица 18

Характеристики

Марка крана

КПЛ-5/30 «Ганц» - 16/30 «Черноморец» «Севастополец» «Богатырь» «Витязь» Грузоподъемность, т:             - главного подъема 5 16 100 140 300 1000 - вспомогательного подъема - 5 25 32 100 200 Вылет стрелы, м:             - минимальным 9 9 20 13 15 12 - максимальным 30 30 40 36, 5 26, 7 20 Высота подъема крюка над палубой, м, не менее 17 21 28, 5 28 36, 5 32, 3 Глубина опускания крюка ниже палубы, м, не менее 13 20 - - - - Размеры понтона, м:             - длина 28, 6 32 40 46, 8 54 80, 4 - ширина 12, 18 15, 6 20 21, 6 25, 2 25, 6 - высота борта 2, 6 2, 4 3, 4 4, 0 4, 5 7, 75 Осадка понтона, м 1, 13 1, 5 2, 0 2, 6 2, 8 4, 4 Водоизмещение понтона, т 335 634 950 1495 2112 4718 Масса груза, перевозимого на палубе, т - - 300 - 900 - Численность экипажа, чел. 10 10 20 20 20 18

Рис. 45. Плавучий кран КПЛ-5/30:

1 - коромысло и противовес стрелы; 2 - тяга изменения вылета стрелы; 3 - машинное отделение с кабиной управления; 4 - поворотный механизм

Рис. 46. Плавучий кран «Ганц»-16/30 (Венгрия)

Рис. 47. Плавучий кран «Черноморец»

Рис. 48. Плавучий кран «Севастополец»

Рис. 49. Плавучий кран «Богатырь»

Рис. 50. Плавучий кран «Витязь»:

1 - понтон; 2 - лебедка изменения вылета стрелы; 3 - лебедка палубных талей грузоподъемностью 2× 200 т (используется при подъеме грузов массой 1600 т); 4 - лебедка вспомогательного подъема; 5 - судовой кран; 6 - лебедка главного подъема; 7 - стрела; 8, 9 - подвески соответственно главного и вспомогательного подъемов

Плавучие самоходные краны имеют штатные расчалочные устройства - якоря или сваи, которыми они закрепляются за дно реки.

Специализированные сборно-разборные краны. Отечественные краны этого типа (табл. 19) предназначены и серийно выпускались специально для мостовых организаций. Они просты по конструкции - плашкоут с треугольной стрелой, вращающейся только в вертикальной плоскости, т.е. это - шевр-краны (рис. 51). На стрелу сборно-разборного крана можно навешивать копровую стрелу, превращая его в плавучий копер. Но это несамоходные и неповоротные краны, их перемещение происходит якорными лебедками. Поэтому у них малая маневренность и производительность, они требуют специальных расчалочных устройств, сужающих фарватер на реке и препятствующих судоходству (рис. 52). Поэтому плавучие краны первой и третьей групп более предпочтительны.

Таблица 19

Характеристики

Марка крана

ПРК-30/40 РК-30/50 ПРК-80 ПPК-100 Грузоподьемность, т:         - максимальная 40 45 80 100 - минимальная 12 13 24 56 Вылет стрелы, м:         - минимальным 2 2 9, 5 10, 2 - максимальный 17 13 24, 5 27, 2 Высота подъема крюка над палубой, м:         - максимальная 30 25 26 32 - минимальная 18 16 13 24 Число понтонов НЖМ-56 НЖМ-56 НЖМ-56 НЖМ-56 Число понтонов 12 12 19 24 Размеры плашкоута, м:         - длина 21, 7 21, 7 27, 3 28, 8 - ширина 10, 5 10, 5 18, 62 21, 6 - высота борта 1, 2 1, 2 1, 2 1, 2 Осадка плашкоута, м 1, 0 1, 0 1, 0 1, 0 Водоизмещение без груза, т 150 150 335 530 Масса крана без понтонов и балласта 61 57 147 205

Установка сухопутных кранов на плавсредства. Для формирования плавучих крановых установок из сухопутных кранов (автомобильных, гусеничных, пневмоколесных, козловых и деррик-кранов) могут использоваться плашкоуты различного типа: из барж речного и морского флота, сборно-разборных понтонов мостового парка типа КС, понтонов наплавных мостов типа ПЖМ-56 и др. (см. раздел 7). Тип плашкоута принимается в зависимости от конкретных местных условий.

Рис. 51. Плавучий разборный кран ПРК-80:

1, 2 - подвески главного и вспомогательного полиспастов соответственно; 3 - оттяжка стреловая: 4, 5 - трос лебедки вспомогательного и главного полиспастов соответственно; 6 - стойка качающаяся; 7 - полиспаст стреловой; 8 - крамбол; 9 - плашкоут; 10 - электростанция; 11 - лебедка грузовая с тяговым усилием 8 тс (4 шт.); 12 - узел опорный; 13 - кабина управления; 14 - стрела; 15 - установка манипуляторной лебедки

Рис. 52. Схема расчаливания плавкрана второй или третьей группы при сооружении опоры;

1 - плавкран; 2 - якорные лебедки: 3 - расчалки из стальных канатов; 4 - железобетонные якоря-присосы; 5 - опора

Рис. 53. Схемы установки деррик-крана МДК-63 на плашкоут из понтонов КС-63:

а - МДК-63 в плане (сборка III); б - грузовысотные характеристики; 1 - рабочая зона стрелы при максимальной расчетной грузоподъемности; 2 - стрела крана; 3 - основной плашкоут из 20 понтонов КС-63 (сборка I); 4 - дополнительные понтоны (4 шт., сборка II); 5 - дополнительные понтоны (4 шт., сборка III); 6 - грузоподъемность при длине стрелы 25 м (сборка I); 7 - то же (сборка II); 8 - то же сборка III)

Технические требования к установке сухопутных кранов на плавсредства и методы их расчета приведены в приложении к данному учебному пособию.

Рис. 54. Самоподъемная плавучая платформа (пример строительства моста через оз. Маракайбо в Венесуэле)

Следует иметь в виду, что грузовысотные характеристики сухопутного крана, установленного на плашкоут, в ряде случаев по сравнению с работой крана на ровной горизонтальной поверхности меняются в худшую сторону из-за влияния на его устойчивость крена и дифферента плавсистемы при работе на воде (рис. 53).

Краны на самоподьемных платформах. Плавучие самоподъемные платформы являются эффективным вспомогательным сооружением, в первую очередь, для возведения опор. Самоподъемная платформа имеет плашкоут и опорные колонны с подъемными установками (рис. 54). Платформу транспортируют к месту сооружения опоры, где временно расчаливают. После этого работой подъемных домкратов при упоре опорных колонн в грунт дна производится подъем плашкоута над водой. Опорные колонны могут иметь внизу башмаки или заглубляться в грунт. Поднятый над водой плашкоут превращается в стационарную рабочую площадку, которая может служить для установки грузоподъемных кранов, размещения складов, оборудования и прочего оснащения.

Таблица 20

Характеристики

Марка понтона

КС-63 УП-78 П-12 НЖМ-56 ПМ-70 ТПП Габаритные размеры, м:             - длина 7, 2 6, 0 12, 0 9, 0 6, 75 5, 97(4, 91) - ширина 3, 6 3, 0 3, 0 2, 6 2, 85 2, 4 - высота 1, 8 1, 4 1, 5 1, 2 1, 4 1, 0 Масса, т:             - без соединительных элементов 6, 28 4, 57 11, 5 4, 0(3, 7) 4, 54 1, 05(1, 0) - соединительных элементов 0, 52 0, 4 0, 5 - - - Водоизмещение полное, т 45 24, 5 52, 6 28, 0 26, 9 14, 3(11, 8) Нагрузка наибольшая на понтон, кН 260 160 340 120 240 80 Нагрузки местные предельные, кН:             - в любой точке шпангоута 30 35 87 - - - - в бортовых узлах 380 200 440 90 150 70

Примечание. Размеры и масса в скобках указаны для средних секций понтонов.

Понтоны КС-63 (ранее выпускались понтоны КС, КС-У, КС-3, КС-3М) и УП-78 имеют болтовые соединения на накладках (рис. 58, г), что обеспечивает несущую способность стыков, близкую к несущей способности основных сечений понтонов. В транспортных плашкоутах понтоны собирают, как правило, плашмя (при высоте борта 1, 8 м или 1, 4 м).

К числу недостатков понтонов КС-63 и УП-78 следует отнести значительное количество болтовых соединений, необходимость устройства стапелей для сборки и разборки плавучих систем на берегу, а также невозможность движения автомобилей непосредственно по палубе понтона из-за малой толщины листа обшивки (4 мм).

Понтоны П-12 имеют замковые соединения, позволяющие собирать и разбирать плавсистемы на воде (рис. 58, е). Замок может воспринимать предельное усилие растяжения 170 кН. Количество замковых соединений по торцу понтона - 7, по борту - 11. Палуба понтона (толщина обшивки 8 мм) выполнена в виде ортотропиой плиты для непосредственного пропуска по ней автотракторной техники.

Рис. 58. Понтопы и детали их соединения между собой:

а - УП-78; б - КС-63; в - П-12; г - болтовой стык понтонов КС-63 и УП-78; д - вариант нижнего самозахватного сцепа для сборки и разборки понтонов КС-63 и УП-78 на плаву; е - замковый стык понтонов П-12; 1 - кильсон; 2 - шпангоут; 3 - бортовой элемент; 4 - торцевом элемент; 5 - палуба; 6 - борт; 7 - торец; 8 - стыковая планка; 9 - стыковая накладка; 10 - планка; 11 - конический самозахватный штырь; 12 - верхний замок; 13 - штанга

Рис. 59. Графики предельно допускаемых усилий М_доп и Q_доп, на понтоны:

1 - основное сечение понтона; 2 - сечение по стыку

При конструировании плашкоутов, кроме расчета на плавучесть и остойчивость [24] - [26]; необходимо выполнить проверку прочности плашкоута как балки на упругом основании по общему изгибу (рис. 59) и по местным сосредоточенным нагрузкам (рис. 58, а-в).

Плашкоуты из понтонов оснащают кнехтами, кранцами и транцами для швартовки, лебедками и киповыми планками для расчаливания и перемещения на небольшие расстояния, аварийными якорями и насосами для откачки воды при повреждении обшивки понтонов.

Необходимую для перемещения плавучих средств мощность буксиров определяют по формуле

N_бyкс = ( W+ N)/ P, (31)

где W - расчетная сила давления ветра на надводную часть плавсистемы, принимаемая при максимальной скорости ветра v = 10 м/с, исходя из интенсивности давления 180 Н/м² площади надводной части плавсистемы; N - расчетная гидродинамическая нагрузка на подводную часть плавсистемы; Р - удельная сила тяги буксира, принимаемая равной 100-150 Н/л. с. (120-200 Н/кВт).

Гидродинамическое давление воды на подводную часть плавсистемы принимается равным

N = N_л+ N_т, (32)

где N_л - лобовое давление воды, Н, равное

N_л = 500φ ₀F v²,      (33)

N_т - сила трения воды по поверхности плавающего тела, H, определяемая по формуле

N_т = fSv²,   (34)

где φ ₀ - коэффициент, принимаемый равным 0, 75 для закругленного очертания судна и 1, 0 - для прямоугольного очертания; F - подводная площадь по миделю (наиболее широкому поперечному сечению), м²; v - максимальная относительная скорость перемещения воды и плавсредства, м/с; f = 0, 17 - коэффициент трения воды по металлической поверхности судна; S - площадь смоченной поверхности (поверхность трения воды), м².

Значения F и S для плашкоутов и барж принимаются равными

F= tB; S = L(2t+B), (35)

где t, В и L - соответственно осадка, ширина и длина судна, м.

Помимо давления текущей воды учитывают нагрузку от воздействия волн: 300 Н/м для рек шириной 300-500 м и 1200 Н/м - при ширине 500 м и более.

Рис. 64. 50-тонный полиспаст (11 нитей)

Рис. 65. Примеры многорольных блоков

Например, для полиспаста по схеме на рис. 63, г при S₁ = 50 кН i = 5, f = 1, 04-α ₁ = (1, 04-1)× 1, 04^(5-1)/(1, 04⁵-1) = 0, 216;

Q = 50/0, 216 = 230 кН.

Диаметр блока, огибаемого стальным канатом, должен соответствовать условию

D ≥ de,       (40)

где d - диаметр каната; е - коэффициент, принимаемый по табл. 2.2 [24].

Полиспасты (пример см. на рис. 64) обычно выполняют из стандартных многорольных блоков (рис. 65).

Следует иметь в виду, что предельная длина полиспаста (максимальное расстояние между осями неподвижного и подвижного блоков), особенно многониточного, ограничивается канатоемкостыо барабана лебедки. Например, для полиспаста на рис. 64 при канатоемкости лебедки 250 м предельная длина полиспаста составляет всего 250/12 = 20 м. Ограничивается и минимально возможная длина полиспастов - обычно она не бывает меньше 2-3 м.

Рис. 66. Схема надвижкп пролетного строения при помощи лебедок (в плане):

1 - насыпь подхода; 2 - тормозная лебедка; 3 - грунтовый якорь; 4 - тормозной полиспаст; 5 - тяговый полиспаст; 6 - тяговая лебедка; 7 - устой моста; 8 - пролетное строение

Из-за ограничения их длины продольная надвижка пролетных строений при помощи лебедок производится циклами с многократной перепасовкой полиспастов. На рис. 66 показан пример такой надвижкп. Неподвижные блоки и лебедки закрепляют за неподвижные части конструкции (опоры) и за грунтовые якоря на насыпях подходов.

Отказаться от полиспастов и тем самым повысить производительность монтажных работ, упростить оборудование позволяют последние отечественные разработки, в частности, тросовые тяговые агрегаты, включающие лебедки с гидроприводом. К примеру, гидравлическая лебедка с тяговым усилием 25 тс довольно компактна: она имеет габаритные размеры 1, 5× 0, 9× 0, 8 м и массу 1, 5 т (рис. 67). На надвижку устанавливают две тяговые лебедки с возможностью обеспечением синхронности их работы. Гидропривод обеспечивает большой диапазон скоростей движения, в том числе и «ползучую» скорость, необходимую при подходе к опоре конца пролетного строения.

Рис. 67. Тяговая гидравлическая лебедка с усилием на тросе 25 тс

Домкраты

Домкраты применяют для подъема, опускания и горизонтального перемещения мостовых конструкций. По принципу действия домкраты бывают механические (реечные и винтовые) и гидравлические (рис. 70).

Рис. 70. Домкраты: a - реечный; б - винтовом; в - гидравлический

Реечные и винтовые домкраты, имеющие относительно малую грузоподъемность (до 10 т), при монтаже мостовых конструкций применяют сравнительно редко.

Гидравлические домкраты являются более мощными малыми машинами, и поэтому получили наибольшее распространение. Принцип действия гидравлического домкрата следующий: под давлением жидкости, которая подается в цилиндр, поршень домкрата выдвигается из цилиндра и перемещает груз. В качестве рабочей жидкости используется минеральное масло (веретенное или турбинное).

Грузоподъемность домкрата определяется по следующей формуле: Р_д = рА, где р - давление масла в рабочей полости домкрата; А - площадь поршня домкрата, А = π D²/4; D - диаметр поршня домкрата.

На рис. 70, в показан гидродомкрат с ручным насосом. Как правило, домкраты грузоподъемностью 100 т и более оборудуются передвижными насосными станциями с плунжерными насосами. Производительность насосной станции Q выбирают, исходя из необходимой скорости v выдвижения штока домкрата, т.е. Q ≥ Av.

На строительстве мостов в основном используют для подъема конструкций гидродомкраты грузоподъемностью 100...500 т с ходом поршня 100...200 мм, а для надвижки пролетных строений - домкраты грузоподъемностью 185 т с большим ходом поршня - 1, 1 м (табл. 21).

Таблица 21

Характеристики

Марка домкрата

ДГ-20 ДГ-63 ДГ-100-2 ДГ-200-2 ДГ-500 ДГ-185/1120 Грузоподъемность, т 20 63 100 200 500 185 Ход поршня, мм 250 250 155 155 600 1120 Диаметр поршня, мм 50 100 110 150 350 300 Рабочее давление, MПa 40 40 40 40 40 40 Габаритные размеры:             - длина 226 300 367 427 655 1620 - ширина 156 230 190 260 475 0351 - высота 380 420 325 370 680 - Масса, кг 28 65 55 110 850 810 Привод

Ручной одноплунжерный насос

Насосные станции приводные НСП-400 и другие

В последние годы идет активная разработка и внедрение специальных домкратных установок для надвижки пролетных строений. К примеру, фирмой СТС («Следящие тест-системы») успешно используются длинноходовые (2500 мм) гидроцилиндры, развивающие усилие до 3000 кН, в комбинации с гидрочелюстямн (захватами за нижние пояса стальных балок) с усилием до 7000 кН (рис. 71). В комплект также входят гидравлический синхронизатор движения гидроцилиндров и насосная станция.

Рис. 71. Гидроцилиндр с гидрочелюстями для надвижки пролетных строений

Мостостроители часто испытывают трудности при размещении домкратов под конструкциями. Пример - подъем железобетонных балок эксплуатируемых мостов, на опорах которых из экономии оставлено мало места. В этом случае эффективны компактные гидродомкраты беспоршневого типа, например сильфонные (рис. 72).

Рис. 72. Беспоршневой домкрат

Ход таких домкратов достигает 20 мм при грузоподъемности до 200 т.

Небольшая высота подъема груза гидродомкратами приводит к необходимости в ряде случаев многократной их перестановки. Для этого поднятый груз временно опирают в промежуточном положении на металлические (рельсовые) клетки, после чего поршень домкрата опускают. Затем домкрат поднимают до упора в груз, а под подошву домкрата подводят подкладку необходимой толщины. Далее цикл повторяется.

Существуют конструкции гидродомкратов, которые упрощают описанную процедуру: это телескопический домкрат (рис. 73) и домкрат непрерывного подъема (рис. 74).

Помимо домкратов, применяемых для пространственного перемещения конструкций, в мостостроении используют специальные домкраты для предварительного натяжения арматуры железобетонных конструкций.

Рис. 73. Телескопический домкрат

Рис. 74. Схема действия гидравлического домкрата непрерывного подъема

Рис. 75. Схема гидродомкратов для натяжения арматуры:

а - для стержневой арматуры; б - для пучковой арматуры

Гидродомкрат для натяжения стержневой арматуры (рис. 75, а) надевают стороной А на арматурный стержень, заканчивающийся резьбой, и вручную навинчивают на него шток, после чего через штуцер нагнетают масло в полость домкрата.

Существуют также гидродомкраты для натяжения пучковой и тросовой арматуры, при помощи которых можно натягивать одновременно все проволоки или канаты пучка (рис. 75, б, табл. 22). Их называют также домкратами двойного действия, так как они одновременно производят вытягивание пучка и задавливание пробки в конусный анкер.

Таблица 22

Техническая характеристика гидравлических домкратов для предварительного натяжения арматуры

Характеристики

Марка домкрата

СМЖ-82Б СМЖ-84Б СМЖ-81Б СМЖ-25

ДГ-1600

ДГ-2600

ДГ-4000

ДГС63-315 ДГС100-125 ДГП63-315 СМ-513Б Тяговое усилие, кН 630 1000 630 630 1600 2600 4000 Рабочий ход поршня, мм 315 125 315 800 400 400 400 Рабочее давление, МПа 40 40 40 40 40 40 40 Габаритные размеры:               - длина 1090 1200 912 3080 1125 1160 - - ширина 210 755 245 1670 315 390 - - высота 260 1320 265 1375 315 390 - Масса, кг 90 625 75 3200 - 518 - Тип арматуры стержни Ø 28-40 стержни Ø 16-40 пров. 18× 5 24× 5 пров. 18× 5 24× 5 7 канатов К-7 12 канатов К-7 19 канатов К-7

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Заленский В.С. и др. Машины для строительства и монтажа мостов / В.С. Заленский, Л.А. Бромберг, Ю.Л. Бромберг. - М.: Машиностроение, 1968.

2. Заленский В.С, Бромберг Ю.А. Машины для строительства и монтажа мостов. - М.: Стройиздат, 1971.

3. Добронравов С.С, Дронов В.Г. Строительные машины и основы автоматизации. - М.: Высшая школа, 2001.

4. Гальперин М.И., Домбровский Н.Г. Строительные машины. - М.: Высшая школа, 1980.

5. Евдокимов В.А. Механизация и автоматизация строительного производства. - Л.: Стройиздат, 1985.

6. Кудрявцев Е.М. Комплексная механизация, автоматизация и механовооруженность строительства. - М.: Стройиздат, 1989.

7. Бобриков Б.В. и др. Строительство мостов / Б.В. Бобриков, И.М. Русаков, А.А. Царьков. - М.: Транспорт, 1987.

8. Организация, планирование и управление в мосто- и тоннелестроении/С.Р. Владимирский, Г.М.Еремеев, В.А. Милепин, В.Н.Смирнов; Под ред. С.Р. Владимирского. - М.: Маршрут, 2002.

9. Технология строительных процессов / А.А. Афанасьев, Н.Н. Данилов, В.Д. Копылов и др.; Под ред. Н.Н.Данилова, О.М. Терентьева. - М.: Высшая школа, 2001.

10. Строительные машины: Справочник: В 2 т. / Под общ. ред. Э.Н. Кузина. - М.: Машиностроение, 1991.

11. Стреловые самоходные краны и строповка грузов: Справочник/ Л.И. Ткач, Н.А. Слепчук, А.И. Носков и др. - М.: Металлургия. 1990.

12. Белецкий Б.Ф. Строительные машины и оборудование: Справочное пособие. - Ростов н/Д.: Феникс, 2002.

13. Добронравов С.С. Строительные машины и оборудование: Справочник. - М.: Высшая школа, 1991.

14. Поляков В.И., Полосин М.Д. Машины грузоподъемные дли строительно-монтажных работ: Справочное пособие. - М.: Стройиздат, 1993.

15. Владимирский С.Р. Системы механизации строительства мостов, - СПб.: Папирус, 1998.

16. Пащенко В.А. Заводское изготовление мостовых железобетонных конструкции. - М.: Транспорт, 1972.

17. Мамлин Г.А. Производство конструкции стальных мостов. - М.: Транспорт, 1994.

18. Владимирский С.Р. Современные методы проектирования мостов, - СПб.: Папирус, 1998.

19. СНиП 3.01.01-85*. Организация строительного производства / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2000.

20. Кручинкин А.В. и др. Машины, механизмы и оборудование для строительства мостов: Справочник: В 2 т. /А.В. Кручинкин, В.В. Васильев, Ю.Н. Переляев. - М.: ЦНИИС, 1993.

21. Новожилов Г.Ф. Бездефектное погружение свай в талых и вечномерзлых грунтах. - Л.: Стройиздат, 1987.

22. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

23. Растегаев И.К. Машины для вечномерзлых грунтов. - М.: Машиностроение, 1986.

24. Вейнблат Б.М. и др. Краны для строительства мостов: Справочник / Б. М. Вейиблат, И. И. Елинсон, В. П. Каменцев. - М.: Транспорт, 1988.

25. Специальные вспомогательные сооружения и устройства для строительства мостов. Нормы и правила проектирования (СТП 136-99). - М.: ОАО «Институт Гипростроймост», 1999.

26. Телов В.И., Кануков П.М. Наплавные мосты, паромные и ледяные переправы. - М.: Транспорт, 1978.

Приложение

Таблица 23

Нагрузки и воздействия

Сочетания нагрузок

Рис. 80. Схема к проверке остойчивости плавучей системы

Остойчивость плавучей системы определяется следующими условиями (рис. 80):

а) метацентрическая высота ρ - α должна быть положительной ни всех расчетных случаях, т.е.

ρ -α > 0,        (42)

где ρ - метацентрический радиус, равный расстоянию между центром тяжести вытесненного объема воды (центром водоизмещения Z _v) и метацентром Z_m, расположенным в точке пересечения вертикали, проходящей через смещенный центр водоизмещения, с осью О-О плавучей системы; а - расстояние от центра тяжести плавучей системы Z_a до центра водоизмещения Z_v, принимаемое равным тому же расстоянию при начальном положении плавсистемы.

б) при крене и дифференте плавучей системы от действия расчетной ветровой нагрузки кромка палубы в любой точке не должна уходить под воду, а днище (середина скулы) не должно выходить из воды.

При проверке остойчивости все нагрузки должны приниматься расчетные. Значение коэффициента надежности по нагрузке для собственного веса плашкоута с обстройкой и оборудованием следует принимать в их невыгодном значении (0, 9 или 1, 1).

Значение метацентрического радиуса определяется по формуле

ρ = (I-Σ i_n)/Σ V_p.      (43)

где I - момент инерции площади плашкоута (баржи) в уровне ва терлипии относительно оси наклонения плавучей системы, принимаемый при кренах - относительно оси с меньшим моментом инерции, а при дифферентах - относительно оси с бульшим моментом инерции площади; Σ i_n - сумма собственных моментов инерции поверхности балласта в понтонах (отсеках барж) относительно осей, проходящих через центры тяжестей этих поверхностей, параллельно осям наклонения плавучей системы; Σ V_p - объем (водоизмещение) погруженной части плавсистемы.

Осадку плавучей системы от вертикальных нагрузок определяют по формуле

t_в = Σ Q/(k_вΩ ),       (44)

где Σ Q - расчетная (или нормативная - см. ниже) нагрузка, приходящаяся на плавсистему; k_в - коэффициент полноты водоизмещения, принимаемый для понтонов типа КС равным 0, 97; Ω - площадь плашкоута по ватерлинии.

Осадка барж определяется по паспортным данным в зависимости от расчетной нагрузки на баржу.

Для контроля за фактической осадкой плавучих систем в рабочих чертежах должны указываться осадки от нормативных нагрузок.

Максимальная осадка от расчетных нагрузок, вызывающих крен или дифферент плавучей системы, определяется по формуле

t_г = btgφ ,   (45)

где b - половина размера плашкоута; φ - угол крена или дифферента.

Для плавучих систем рассматриваемого типа угол крепа или дифферента можно рассчитать по формуле

       (46)

где Σ М_п - расчетный момент от постоянных нагрузок; Σ M_вр - расчетный момент от временных нагрузок; m - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1, 2.

Расчетный момент Σ М_п от постоянных нагрузок принимается относительно осей симметрии площади плашкоута (при полном уравновешивании веса кранов или копров Σ М_п = 0).

Расчетный момент Σ М_вр принимается от горизонтальных ветровых нагрузок относительно центра водоизмещения. Сюда же входят неуравновешенные части вертикальных нагрузок (веса груза на крюке крана, сваи на стреле копра и т.п).

Угол φ должен удовлетворять условиям:

φ ≤ φ ₁; φ ≤ φ ₂, (47)

где φ ₁ и φ ₂ - угол крена (дифферента), соответствующий началу входа кромки палубы в воду и выходу из воды днища (середины скулы).

Расчет на прочность корпуса судна производят с использованием линий влияния изгибающих моментов М и поперечных сил Q. Ординаты линий влияния определяются из общих выражений (см. [26] и рис.81):

       (48)

       (49)

где v=( ρ - a)/ ρ =1- a/ ρ .

В этих формулах первые члены учитывают изменение усилий за счет дифферента плавсистемы. Второе слагаемое формул образуется за счет эпюры q_p - сил поддержания воды при центральном загружении плавсистемы силой Р = 1. Третий член учитывает непосредственное воздействие силы Р = 1 или момента, ею создаваемого М = 1·х_р, и действителен только при положении единичной силы левее сечения, для которого строится линия влияния.

Анализ формулы (48) показывает, что наибольшие изгибающие моменты в сечении корпуса под сосредоточенным грузом действуют при хп = 0, т.е в миделе судна (см. рис. 81, г). Для любого числа сосредоточенных грузов Р, на палубе изгибающий момент от них в среднем сечении корпуса будет выражен формулой

Рис. 81. Линии влияния для плавучей системы:

а - расчетная схема; б - эпюра сил поддержания воды; линии влияния: в - М_L/3; г - М₀; д - Q_L/3

       (50)

где х _i - абсолютная величина расстояния от миделя до точки приложения нагрузки Р _i.

Из анализа формулы (49) следует, что ординаты линии влияния Q₀ в миделе равны ±0, 5, а по концам плашкоута (при х _n = L/2) равны нулю.

Изложенная методика расчета судна на прочность относится к его положению на спокойной воде. Кроме этого, необходимо учитывать дополнительные изгибающие моменты Δ М и поперечные силы Δ Q от волновой нагрузки:

Δ M = ±k₀k₁k₂k₆BL²h; (51)

Δ Q = 4M/L, (52)

где k₆ - коэффициент полноты водоизмещения; В - ширина плашкоута в уровне ватерлинии по миделю; L - длина плашкоута в уровне ватерлинии; h - расчетная высота волны во время работы, м.

Расчетную высоту волны принимают на основании данных местного пароходства и в расчете берут не менее 0, 6 м.

Коэффициент k₀ вычисляется по формуле

k₀ = 1, 24-2B/L.      (53)

Коэффициент k₁ в зависимости от длины судна L принимается равным

при длине судна 20 м - 0, 0123;

при длине судна 40 м - 0, 0101;

при длине судна 60 м - 0, 0085;

при длине судна 100 м - 0, 0061.

Коэффициент k₂ вычисляется по формуле

k₂ = 2-20T_н/ L, (54)

где Т_н - осадка судна носом, м.

Эпюры дополнительных усилий в корпусе плашкоута от волновых воздействий изображены на рис. 82.

Рис. 82. Эпюры дополнительных усилий в корпусе судна от волновых воздействий

Мощности тяговых средств (буксиров, транспортирующих плав-систему) определяется по формулам (31) - (35).

Лебедки и якоря для перемещения и раскрепления плавучих систем следует рассчитывать на сочетания нагрузок, приведенных в табл. 24.

Таблица 24

Расчетные нагрузки

Расчет лебедок

Расчет якорей

верховой ветер низовой ветер поперечный ветер верховой ветер низовой ветер поперечный ветер Ветровая нагрузка расчетной интенсивности W_P - - - + + + Ветровая нагрузка при скорости ветра V = 10 м/с + + + - - - Гидродинамическое давление на подводную часть плавучей системы максимальное N_max + - + + - + Гидродинамическое давление на подводную часть плавучей системы минимальное N_min - + + - + +

Примечание: поперечный ветер действует поперек течения.

Якоря и якорные канаты следует рассчитывать на горизонтальные усилия, определяемые по формулам:

для верховых закреплений

S_в = W_p+ N_max;       (55)

для низовых закреплений

S_н = W_p- N_min (56)

где W _p, N_max, N_min соответствуют формулам (31) - (35).

Минимальная длина якорного каната (расчалки) l_min (в м) определяется из условия, чтобы канат походил к якорю горизонтально (рис. 83). Для этого длина якорных канатов принимается не менее 10-15 наибольших глубин воды на закрепляемом участке.

Рис. 83. Схема якорного закрепления плашкоута:

1 - железобетонный якорь-присос; 2 - строп; 3 - якорный буй; 4 - плашкоут; 5 - якорный плот с плавучим рымом; 6 - папильонажный канат; 7 - якорный канат (расчалка); 8 - весовой якорь (положение до сростки якорного и папильонажного каната)

Коэффициент надежности по назначению для стальных канатов принимают γ _n = 3, 5 по отношению к разрывному усилию каната в целом. Ориентировочный диаметр каната (в см) можно определить по простой зависимости, где S' берется в тс, и определяется по формуле

S' = S/cos α , (57)

где α - угол в плане между направлением течения реки и расчалкой (см. рис. 52).

Горизонтальное усилие на якорь адмиралтейского типа допускается принимать в пределах 5-6 весов якоря при песчаных и 8 - 12 весов якоря - при глинистых грунтах.

Горизонтальное усилие на железобетонный якорь-присос допускается принимать в пределах 1, 3-1, 6 весов якоря, но не более 70% предельного усилия, установленного при испытании якоря.

Пример 5. Выше в примере 2 для забивки железобетонных призматических свай сечением 35× 35 см длиной 12 м (q₂ = 3, 6 тс) подобран гидромолот Junttan марки ННК-4 с массой ударной части 4, 0 т (q₁ = 6, 3 тс). Произведем расчет плавучей системы для установки гусеничного копра РМ-20 фирмы Junttan (вес копра Р_к = 40 тс = 392 кН), предназначенного для работы данного молота. Работы ведутся в IV ветровом районе (по карте районирования территории России СНиП 2.01.07-85*). Ширина зеркала воды в межень 440 м, скорость течения воды - 0, 5 м/с. Расчетная высота волн - 1, 0 м.

Рис. 84. Общий вид и расчетная схема плавучей системы с копром РМ-20 на 12 понтонах КС-63 (к примеру 5)

Для установки копра примем плашкоут из 12 понтонов КС-63 (3× 4 шт.) размерами в плане 21, 6× 14, 4 м, высотой борта 18 м (рис. 84).

Определим необходимый вес противовеса (регулировочного сухого балласта) исходя из условия, чтобы при копре с подвешенным молотом в рабочем состоянии (свая установлена в направляющие, ее вес не действует на копер) стрела копра была вертикальной, т.е. дифферент плавсистемы равен нулю:

Σ М _z = 0; Р_п· a_п-Р_к·а_к-Р_м·а_м-Р_р·а_р = 0,

где Р_р = 40 кН - вес металлической рамы под копер.

Отсюда

Р_п = (Р_к·а_к+Р_м·а_м+Р_р·а_р)/а_п = (392× 8, 0+61, 8× 12, 4+40× 7, 2)/9, 0 = 466 кП.

Принимаем противовес из железобетонных плит объемом V_п = 466/(9, 81× 2, 4) = 20 м³.

Определим полный вес плавсистемы:

вес понтонов - Q_п = (6, 28+0, 52)× 9, 81× 12 = 800 кН;

вес остаточного балласта - Q_o.б. = 21, 6× 14, 4× 0, 1× 9, 81× 1, 0 = 305 кН;

веса копра с рамой, молота и сваи указаны выше.

Σ Q = 800+305+466+392+61, 8+40+35 = 2100 кН.

Проверим плавсистему на плавучесть по формуле (41):

γ Σ V_п = 1, 0× 9, 81× 12× 45× 0, 9 = 4767 кН,

где γ _f = 0, 9 - коэффициент надежности по нагрузке;

Σ Qk_н = 2100× 2, 0× 1, 1 = 4620 кН,

где γ _f = 1, 1 - также коэффициент надежности по нагрузке.

Условие (41) выполняется, т.е. γ Σ V_п > γ Σ k_н.

При расчете плавсистемы на остойчивость вначале по формуле (44) определим среднюю осадку плашкоута:

t_в = 2100× 1, 1/(0, 97× 21, 6× 14, 4× 9, 81) = 0, 78 м.

Положение центра тяжести плавсистемы найдем из уравнения суммы статических моментов всех сил относительно уровня днища плашкоута:

а = (800× 0, 9+305× 0, 05+466× 2, 3+392× 7, 0+61, 8× 16+40× 2, 1+35× 8, 0)/2100-0, 78/2 = 2, 42 м.

Моменты инерции плашкоута относительно осей х и у равны:

I_х = 21, 6× 14, 43/12 = 5374 м⁴;

I_у = 14, 4× 21, 63/12 = 12093 м⁴.

По формуле (43) определяем метацентрические радиусы (так как балластируемых понтонов в данном случае нет, Σ i_n = 0):

ρ _х = 5374/235, 3 = 22, 8 м;

ρ _у = 12093/235, 3 = 51, 4 м,

где Σ V_p = 21, 6× 14, 4× 0, 78× 0, 97 = 235, 3 м³.

Проверяем остойчивость плавсистемы по условию (42):

ρ _min-а = 22, 8-2, 42 = 20, 38 м > 0,

т.е. остойчивость обеспечивается.

Далее рассчитаем углы крена и дифферента плавсистемы по формуле (46). При этом имеем в виду, что поперечный крен постоянной нагрузкой не вызывается.

Согласно СТП 136-99 [25] нормативная ветровая нагрузка для IV ветрового района составляет w₀ = 0, 48 кН/м².

Значения коэффициента k, учитывающего изменение ветрового давления по высоте от уровня воды, составляют:

для плашкоута - 0, 75;

для копра - 1, 0;

для стрелы, молота, сваи - 1, 25.

Аэродинамические коэффициенты для всех элементов, имеющих в данном случае сплошное прямоугольное сечение, с = 1, 4.

Значения средней ветровой нагрузки, действующей поперек плавсистемы (без пульсационной составляющей, которая в данном случае не известна):

на плашкоут -

W₁ = w₀kc = 0, 48× 0, 75× 1, 4× 21, 6× (1, 8 - 0, 78) = 11, 2 к11;

на копер - W₂ = 0, 48× 1, 0× 1, 4× 7× 4 = 18, 8 кН;

на стрелу - W₃ = 0, 48× 1, 25× 1, 4× 1, 0× 22 = 18, 5 кН;

на молот - W₄ = 0, 48× 1, 25× 1, 4× 145 = 4, 2 кН;

на сваю - W₅ = 0, 48× 1, 25× 1, 4× 0, 35× 12 = 3, 5 кН.

Сумма моментов от поперечных ветровых нагрузок (рис. 85):

Σ М_вр = 11, 2× (1, 8-0, 78)/2+18, 8× 3+18, 5× 12+4, 2× 15++ 3, 5× 6, 5 = 370 кН·м.

По формуле (46):

Дополнительная осадка, вызванная креном (формула (45)):

t_x = 14, 4× 0, 0104/2 = 0, 075 м.

Как видим, дополнительная осадка в 75 мм не столь значительна. Отклонение оси сваи от вертикали на угол 0, 01 также находится в допустимых пределах.

Рис. 85. Расчетная схема действия ветровой нагрузки при расчете плавсистемы на устойчивость

Значения средней ветровой нагрузки, действующей вдоль плавсистемы:

на плашкоут - W₁ = 14, 4× 11, 2/21, 6 = 7, 5 кН;

на копер - W₂ = 5× 18, 8/7 = 13, 4 кН;

на стрелу - W₃ = 18, 5 кН;

на молот - W₄ = 0;

на сваю - W₅ = 0.

Сумма моментов от постоянных нагрузок:

Σ М_п = -466× 0, 9× 9+(392× 8+61, 8× 12, 4+40× 7, 2)× 1, 1 = 837, 5 кН·м.

Сумма моментов от временных нагрузок (включающих ветровые нагрузки и вес сваи):

Σ М_вр = 7, 5× (1, 8-0, 78)/2+13, 4× 3+18, 5× 12+3, 5× 12, 4× 1, 1 = 313, 8 кН·м.

По формуле (46):

Дополнительная осадка, вызванная дифферентом:

t_y = 21, 6× 0, 0112/2 = 0, 121 м.

Условия (47) соблюдены, так как по дифференту φ ₁ = φ ₂ = 2× (1, 8-0, 78)/21, 6 = 0, 094.

Далее рассчитаем корпус судна на прочность.

Наибольший изгибающий момент и поперечную силу в миделе определим по формуле (50):

M₀ = [γ _fpP_п× (L-4а_п)+γ _fp× (1+m)× Р_к× (L-4а_к)+γ _fp× (1+m)× (P_M+P _c)×

× (L-4a_м)+γ _fpЕ P_р× (L-4a_р)]/8 = [1, 1× 466× (21, 6-4× 9, 0)+

+1, 1× 1, 2× 392× (21, 6-4× 8, 0)+1, 1× 1, 2× (61, 8+35)× (21, 6-4×

× 12, 4)+1, 1× 40× (21, 6-4× 7, 2)]/8 = -2083 кН·м;

Q₀ = 1, 1× 466× (0, 5-9, 0/21, 6) = 43 кН.

Для определения дополнительного изгибающего момента от волновых воздействий вначале определим коэффициенты в формуле (51):

k₀ = 1, 24-2, 0× 14, 4/21, 6 = -0, 093;

k₁ = 0, 012;

k₂ = 2-20× 0, 77/21, 6 = 1, 287.

По формулам (51) и (52) определяем дополнительный изгибающий момент и поперечную силу в миделе судна при высоте волн 1, 0 м:

Δ М = -0, 093× 0, 012× 1, 287× 0, 97× 14, 4× 21, 62× 1, 0× 9, 81 = -91, 8 кН·м;

Δ Q = 4× 91, 8/21, 6 = 17 кН.

Суммарный изгибающий момент, действующий в одном понтоне:

M' = (М₀+Δ M)/4 = (-2083-92)/4 = -544 кН·м.

Суммарная поперечная сила, приходящаяся на один понтон:

Q' = (Q₀+Δ Q)/4 = (43+17)/4 = 15 кН

По графику на рис. 59, точка с координатами (М', Q') находится внутри предельной кривой, т.е. прочность корпуса судна обеспечена.

Наконец, рассчитаем мощность якорного закрепления плашкоута, имея в виду, что наибольшие усилия приходятся на верховые якоря.

Ветровая нагрузка расчетной интенсивности уже определена ранее при расчете на остойчивость (поперек плавсистемы, так как при работе плашкоут развернут большей стороной поперек течения реки):

W_p = Σ W _i = 11, 2+18, 8+18, 5+4, 2+3, 5 = 56, 2 кН.

Лобовое давление воды по формуле (33) при скорости течения воды 0, 5 м/с

N_л = 500× 1, 0× 21, 6× 0, 78× 0, 5² = 2106 Н.

Подсчитаем силу трения воды по поверхности подводной части плашкоута по формулам (34), (35):

N_т = 0, 17× 21, 6× (2× 0, 78+14, 4)× 0, 52× 9, 81 = 144 Н.

Кроме того, учитываем нагрузку от волновых воздействий 300 Н/м для реки шириной до 500 м.

Суммарная гидродинамическая нагрузка на подводную часть плашкоута

N_max = 2106+144+300× 21, 6 = 8730 Н.

Максимальная нагрузка на верховое якорное закрепление по формуле (55):

S_в = 56, 2+8, 7 = 64, 5 кН.

Усилие в одном канате расчалки при угле α = 30° по формуле (57)

S' = 64, 5/(2× cos 30°) = 37 кН.

Ориентировочный диаметр каната

Железобетонный якорь-присос берем весом Q_л = 3, 7/1, 5 = 2, 5 тс.

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ МОСТОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН 2. ПОНЯТИЕ О КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПЛЕКТОВ И КОМПЛЕКСОВ МАШИН 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ РАБОТ В ПОС И ППР НА СТРОИТЕЛЬСТВО МОСТОВ 4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ 5. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СООРУЖЕНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ 5.1. Установки для ударного погружения свай 5.2. Вибропогружатели 5.3. Агрегаты для возведения фундаментов из буронабивных свай 5.4. Вспомогательное оборудование 5.5. Машины для фундаментов на вечномерзлых грунтах 6. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ МАШИНЫ 6.1. Типы грузоподъемных кранов 6.2. Стреловые самоходные краны общего назначения 6.3. Специализированные универсальные краны 6.4. Специальные краны и монтажные агрегаты 6.5. Плавучие краны 7. ТРАНСПОРТ НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ МОСТОВ 8. ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 8.1. Лебедки и такелажное оборудование 8.2. Строповочные устройства и траверсы 8.3. Домкраты 9. РУЧНОЙ МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ 10. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ МОСТОСТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПриложениеПЛАШКОУТЫ ДЛЯ УСТАНОВКИ СУХОПУТНОЙ ТЕХНИКИ И ТРАНСПОРТНЫЕ ПЛАШКОУТЫ

ВВЕДЕНИЕ

«Жизненный цикл» мостового сооружения состоит из трех последовательных стадий: проектирование → строительство → эксплуатация. В соответствии с этим происходит и разделение специалистов отрасли по аналогичным сферам деятельности.

В существующей системе подготовки инженеров-мостовиков принят подход, при котором все студенты должны изучить по единой программе дисциплины, относящиеся ко всем трем стадиям жизненного цикла моста. Тем самым реализуется идея всеобъемлющего, универсального образования «на всю жизнь». Такой подход определился технократическими взглядами, прагматическими целями и технологическими возможностями настоящего.

В современных условиях меняются требования к системе образования, цель которого - готовить специалиста, способного к выработке нестандартных решений и к адаптации в условиях быстро развивающейся техники и технологии. Следует надеяться, что в ближайшее время будут созданы условия для большей профессионализации образования, его диверсификации, реального обеспечения академических свобод учащихся. Это означает, что каждому студенту будет дано право самостоятельно выбирать программу обучения в соответствии с направлением его дальнейшей деятельности.

По окончании вуза значительная часть молодых специалистов отправляется в строительные организации. Отсюда возрастает значимость этого направления обучения, объем блока дисциплин строительства мостов. Обязательным для желающих посвятить себя производственной деятельности является достаточно глубокое изучение устройства, принципов действия, условий применения средств механизации строительства мостов.

В настоящее время в строительстве эксплуатируется свыше тысячи типоразмеров и марок машин. Часть из них (машины универсального назначения) используется и в мостостроении. В то же время особенности возводимых мостовых сооружений, необходимость работы на акваториях рек, специфика технологических процессов вызывают потребность в создании и применении специализированных машин.

Инженер-мостостроитель на производстве должен соблюдать правильные условия использования, эксплуатации и ремонта строительной техники. Но этого недостаточно: необходимо также, чтобы он принимал творческое участие в улучшении существующих машин и в создании новых типов машин, обеспечивая непрерывность технического прогресса своей отрасли.

Однако единственный учебник в этой области, изданный в 1968 г. [1] и переизданный в 1971 г. [2], содержит во многом устаревшие сведения, а учебники для промышленного и гражданского строительства [3] - [6] и др., в силу специфики отрасли, мало помогут будущему мостостроителю.

Предлагаемая вниманию читателя книга предназначена для студентов специальности «Мосты и транспортные тоннели» всех форм обучения при изучении специальных разделов курса мостов, выполнении курсовых и дипломных проектов. В ее основу положен конспект лекций, которые автор читал на кафедре «Мосты» Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС) на протяжении последних лет. Данное учебное пособие впервые было издано в ПГУПС в 2001 г., затем выпущено для Автодорожного института СПбГАСУ в 2004 г. Теперь оно переиздается с изменениями и дополнениями и может быть рекомендовано для студентов всех российских вузов и аналогичных учебных заведений ближнего зарубежья, ведущих обучение студентов мостовой специальности.

Изучение механизации строительства мостов является важной составной частью дисциплин «Технология строительства мостов» [7] и «Организация, планирование и управление в мосто- и тоннелестроении» [8]. Системы механизации студенты изучают, исходя из знаний основ физики, теоретической механики, сопротивления материалов, гидравлики, механизмов и деталей машин, строительных материалов, строительных работ и машин, электротехники, автоматики и автоматизации.

В пособии рассмотрены классификация мостостроительных машин, принципы комплексной механизации строительства, методы определения производительности комплектов и комплексов машин, порядок проектирования механизации работ в ПОС и ППР на строительство мостов. Приведены сведения об устройстве, типах и параметрах специальных машин для производства земляных работ, машин и оборудования для сооружения свайных фундаментов опор, специализированных грузоподъемных машин, транспортных средств, подъемно-транспортного оборудования и ручных машин для выполнения мостостроительных работ. Даны примеры технологических расчетов.

Здесь не рассматриваются общестроительные машины для земляных, бетонных, гидроизоляционных, отделочных работ. Сведения о них можно получить в учебниках, справочниках, руководствах [3] - [6], [9], [10]-[14] и др.

Современная техника развивается быстрыми темпами. Каждый год в мире появляются десятки новых образцов строительных машин. Поэтому автор отнюдь не стремился дать студенту новейшие сведения, понимая, что это едва ли приведет к успеху: машины быстро морально устаревают.

Задача данного учебного пособия заключается в другом - ознакомить с основными типами мостостроительной техники, ее эволюцией в последние десятилетия, дать современные примеры и наметить перспективы развития техники. Наряду с изучением отечественных образцов машин важным для будущего персонала строительства является ознакомление с лучшими зарубежными машинами, активно внедряемыми на российский рынок.

КЛАССИФИКАЦИЯ МОСТОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Строительными машинами называют все средства механизации ручного труда строителей, включая малое механическое оборудование и механизированный ручной инструмент. Широкое внедрение механизации позволяет существенно повысить производительность труда, ускорить строительство, снизить стоимость работ, улучшить качество продукции.

Классификация строительных машин - это система, основанная на распределении их по совокупности признаков сходства, различия, взаимосвязей. Она делится на различные классификационные подразделения (уровни): классы, подклассы, группы, подгруппы, виды, подвиды, индексы [12].

Разнообразные машины, которые используются на строительстве мостов, можно классифицировать по назначению следующим образом [15].

- для земляных работ;

- подъемно-транспортные;

- буровые;

- для свайных работ;

- для бетонных и железобетонных работ;

- для сварки металлоконструкций;

- для гидроизоляционных работ;

- отделочные;

- специальное оборудование;

- ручные машины (механизированный инструмент).

Эта классификация охватывает средства механизации мостостроения. В нее не включены машины для заводского производства мостовых конструкций [16], [17], а также специальные машины и оборудование, предназначенные для ремонта и разборки мостов.

Машины для земляных работ. К этому классу относятся землеройные (одноковшовые экскаваторы) и землеройно-транспортные машины (бульдозеры), а также средства гидромеханизации земляных работ (землесосные снаряды, эрлифты, гидроэлеваторы).

Подъемно-транспортные машины делятся на три подкласса: грузоподъемные машины; транспортирующие машины; машины для погрузочно-разгрузочных работ.

В грузоподъемные машины включают две основные группы: краны и подъемники. Затем мы рассмотрим подгруппы, а также разновидности машин данной подгруппы, их назначение или конструктивные признаки.

Краны делят на следующие подгруппы и виды: стреловые самоходные краны общего назначения (на автомобильном, пневмоколесном, гусеничном и железнодорожном ходу, на специальном шасси); башенные (приставные, самоподъемные и передвижные); козловые; портальные; жестконогие деррик-краны; краны плавучие (речные и морские портовые, специальные сборно-разборные, а также сухопутные, установленные на плавучих средствах); консольные; консольно-шлюзовые; кабельные краны; специальные монтажные агрегаты.

В группу подъемников включают две подгруппы и такие виды: грузовые (ленточные фермоподъемники, устройства для выборки прогибов, домкратные установки, лебедки и др.) и пассажирские (устройства для подъема людей - лифты).

К транспортирующим машинам относятся стационарные средства (горизонтальный и вертикальный трубопроводный транспорт), самоходные средства (автомобили, тракторы, тягачи, рельсовый транспорт, плавучие средства), средства горизонтального перемещения грузов (лебедки и домкраты).

К числу машин для погрузочно-разгрузочных работ относят канатно-ковшовые устройства, разгрузчики, погрузчики и т.п., применяемые на соответствующих работах (разгрузка и перегрузка грузов с различных видов транспорта на железнодорожных станциях, причалах и т.п.; переработка и загрузка заполнителей на бетонных заводах и др.).

Для буровых работ (для разбуривания скважин при устройстве буронабивных и буроопускных свай) в мостостроении используют полноповоротные самоходные машины, навесное оборудование на краны и экскаваторы или специальные агрегаты.

Машины для свайных работ подразделяют на четыре подкласса: ударного, вибрационного, вдавливающего, вращательного действия. Рабочий орган, выполняющий свайную работу, подвешивают на поддерживающий его механизм (копер, кран, экскаватор, копер-кран и др.).

К первому подклассу относятся механические, паровоздушные, гидро- и дизельные молоты.

В состав второго входят вибропогружатели и машины комбинированного действия (последние относят и к первому, и ко второму подклассу, например, вибромолоты).

Третий подкласс состоит из машин для статического вдавливания свай в грунт (при помощи гидравлических домкратов и др.).

Четвертый подкласс составляют средства погружения винтовых свай (механические и электромеханические кабестаны).

Машины для бетонных и железобетонных работ, используемые на стройках, делятся на арматурные станки, дозировочные, смесительные и бетоноукладочные машины.

Бетоно- и растворосмесители по принципу действия можно разделить на смесители гравитационные и принудительного действия, машины циклического и непрерывного действия. Смесители гравитационные делят на стационарные (оборудование бетонных заводов) и передвижные (автобетоносмесители). Смесители принудительного действия могут быть роторными и противоточными.

Бетоноукладочные машины подразделяются на бетоно- и растворонасосы (с механическим либо гидравлическим приводом); пневмонагнетатели; оборудование для уплотнения бетонной смеси (поверхностные и глубинные вибраторы); специальное оборудование для подводного бетонирования (с безвибрационной и вибрационной укладкой бетонной смеси).

Машины для сварки металлоконструкций в условиях строительства используют при арматурных работах и на монтаже стальных и сталежелезобетонных пролетных строений. Это сварочные трансформаторы, машины для автоматической и полуавтоматической сварки.

Класс машин для гидроизоляционных работ охватывает установки для приготовления смесей, автобитумовозы, автогудронаторы, машины для устройства гидроизоляции из рулонных материалов и другие.

Отделочные машины применяют в основном для оштукатуривания и окраски поверхностей мостовых конструкций. К этому классу относят штукатурные агрегаты, машины для приготовления малярных составов, окрасочные агрегаты, краскораспылители, компрессоры и другое оборудование.

Специальное оборудование применяется в отдельных технологических процессах. Из-за большого разнообразия видов его трудно классифицировать. К этому классу можно отнести: оборудование для водоотлива и водопонижения, для балластировки плавучих систем, домкраты для натяжения арматурных пучков «на бетон» и другие средства механизации.

Ручные машины представляют собой пневматический механизированный инструмент (отбойные молотки, сверлильные и шлифовальные машинки, пневмогайковерты) и электрифицированный инструмент (электрические сверлильные и электрошлифовальные машины, инструмент для обработки деталей деревянных конструкций и др.).

Существуют и другие классификации строительных машин по назначению. С одной из них можно ознакомиться в справочнике [12].

С точки зрения воздействия машины на предмет труда различают технологические, транспортные и транспортно-технологические машины.

По принципу действия обычно выделяют машины циклического (прерывного) и непрерывного действия. Машина циклического действия совершает определенную работу лишь за некоторый интервал времени - цикл. Машина непрерывного действия, как это следует из названия, производит продукцию потоком, непрерывно. Условия равенства и минимизации интервалов времени (циклов) для машин первого типа и условие непрерывности работы машин второго типа, естественно, соблюдаются лишь при непрерывной подаче предмета труда к рабочему органу машины с интенсивностью, не меньшей производительности машины.

Большинство машин рассмотренных выше классов относятся к первому типу. Однако цикличность работы машины может быть вызвана не только принципом ее действия, но и тем, что машина используется в цикличном технологическом процессе либо взаимосвязью процессов. Например, при укладке бетонной смеси краном в бункерах происходит ярко выраженный цикличный процесс. При бесперебойной подаче смеси бетононасосом машина циклического действия работает в непрерывном режиме, но при подвозе смеси отдельными порциями работа бетононасоса приобретает циклический характер.

Объемы земляных работ на строительстве мостов относительно небольшие (разработка грунта в котлованах опор, отсыпка временных земляных сооружений, планировка откосов конусов насыпей). Поэтому землеройные и землеройно-транспортные машины здесь не имеют широкого применения. Но в мостостроении используют специальные средства гидромеханизации для подводной разработки грунта, которым посвящен разд. 4.

В мостах распространены свайные фундаменты, поэтому значительное внимание уделено машинам, предназначенным для выполнения этого вида работ: сваебойным, вибрационным, буровым (разд. 5).

Общестроительные краны достаточно описаны в литературе ([10] - [14] и др.). В разд. 6 рассмотрены лишь основные виды и марки специализированных грузоподъемных машин, а в разд. 7 - специализированный транспорт для строительства мостов. Поскольку мостостроителям приходится использовать сухопутные машины (краны, копры), установленные на плавучие средства, в приложении изложены основные сведения об этих установках. Машины для погрузочно-разгрузочных работ, как правило, не влияют на производительность основных технологических процессов и поэтому здесь не рассматриваются. Сведения о машинах для сварки металлоконструкций можно получить в книге [17], а в разд. 8 и 9 приводятся данные о некотором мостостроительном оборудовании и ручных машинах.

В рамках курса не рассматриваются машины для гидроизоляционных, бетонных и железобетонных работ, отделочные машины. Это - область дисциплины «Строительные работы и машины».

Также опущены вопросы параметризации, индексации, типажей и стандартов строительных машин; за ними отсылаем читателя к справочнику [12] и другим изданиям.

ПОНЯТИЕ О КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПЛЕКТОВ И КОМПЛЕКСОВ МАШИН

Прежде чем перейти к конкретным типам машин, рассмотрим общие положения, касающиеся систем механизации строительства мостов.

Механизация строительства предусматривает замену ручного труда машинами с целью освобождения человека от выполнения тяжелых, трудоемких ручных операций, повышения производительности труда и снижения стоимости строительства. Высшей ступенью механизации является автоматизация производственных процессов.

В зависимости от степени оснащения технологических процессов машинами различают частичную и комплексную их механизацию.

Частичная механизация охватывает отдельные технологические операции или виды работ при сохранении значительной доли ручного труда, особенно на вспомогательных работах. В мостостроении к числу таких, достаточно распространенных операций относятся: строповка и временное раскрепление конструкций, устройство подмостей и опалубки железобетонных конструкций, сборка болтовых соединений.

Комплексной механизацией называется такой способ производства работ, при котором все основные и вспомогательные процессы выполняются машинами, увязанными между собой по основным технологическим и техническим параметрам.

Основные процессы на строительстве - это переработка предмета труда - исходного сырья, материалов и полуфабрикатов, а также монтаж (возведение) элементов сооружения.

Вспомогательные процессы - это в основном транспортировка, погрузка и разгрузка материалов, изделии и конструкций, обеспечивающие бесперебойное выполнение основных процессов.

Комплексная механизация осуществляется при помощи комплектов машин, которые становятся основной структурной единицей системы механизации строительства моста [15].

В состав каждого комплекта входят ведущая машина (или машины), выполняющая основной процесс, и вспомогательные (комплектующие) машины, выполняющие вспомогательные процессы.

Первичным звеном в системе механизации является комплексная механизация отдельных технологических операций, осуществляемая операционными комплектами машин (ОКМ). Примеры этих комплектов: средства механизации приготовления бетонной смеси на бетонном заводе; машины по укладке, разравниванию и уплотнению бетонной смеси в опалубке конструкции.

Отдельные ОКМ объединяются в технологические комплекты машин (ТКМ). При формировании ТКМ необходимо обеспечить бесперебойную работу ведущей машины (машин) сырьем, материалами, блоками и конструкциями. В качестве комплектующих машин на строительстве мостов выступают главным образом транспортные средства: единицы железнодорожного, автомобильного, водного транспорта.

Поэтому из схем, представленных в [6, табл. 1.1], в нашем случае приемлемы лишь две: одна ведущая машина (ВМ) (рис. 1, а) или несколько ведущих машин (nВМ) (рис. 1, б) и несколько параллельно работающих вспомогательных машин (mВсМ). При этом один поток транспортных средств может обслуживаться одной или несколькими ведущими машинами. Примеры ТКМ: «бетонный завод - автобетоновозы - средства укладки смеси» или «кран - транспортные средства».

Возможна также особая, но в то же время весьма распространенная (например, при работе сваебойного агрегата, при вибропогружении свай оболочек) схема. Действуют две ведущие машины: кран и агрегат. Непосредственно с комплектующими машинами (транспортом) связан только кран, но агрегат, выполняющий технологический процесс, зависит от работы и крана, и транспорта (рис. 1, в).

Технологические комплекты машин, выполняющие работы по возведению отдельных частей сооружения, в свою очередь объединяются в комплекс машин (КМ) строительства объекта.

Рис. 1. Основные схемы технологических комплектов машин

□ ∆ - ведущие машины; ○ - вспомогательные машины; → - физическая связь; ← - → - технологическая связь

Формирование КМ происходит под действием системообразующих факторов (связей) следующих видов: 1) логических связей отдельных работ; 2) взаимосвязей по потреблению ресурсов типа «материалы»; 3) физических связей разных ТКМ, имеющих общие комплектующие машины; 4) технологических связей комплектов машин между собой; 5) функциональных взаимосвязей физически и технологически не связанных процессов, которые возникают при взаимодействии транспортных потоков в узлах транспортных схем на строительстве объекта.

Логическая связь работ еще не означает их технологическую зависимость. ТКМ, выполняющие те или иные работы, могут действовать независимо друг от друга. Но связь работ этого вида определяет потребность в данный период времени в ресурсе типа «мощности» вида «машины».

Примеры связей второго вида - потребление бетонной смеси с одного завода для разных процессов, потребление различных конструктивных блоков с одного склада разными объектами.

Физические связи ТКМ (в составе КМ) третьего вида имеют место, например, при монолитном бетонировании конструкций, где два отдельных комплекта машин - «бетонный завод - автобетоновозы» и «кран - автобетоновозы» - имеют общие комплектующие транспортные средства.

Технологические связи четвертого вида возникают между ведущими машинами комплектов, обслуживающих один технологический процесс. Это бывает при свайных работах, когда кран разгружает транспортные средства и подает под сваебойный агрегат или вибропогружатель сваи.

Пятый вид связей характерен именно для мостостроения, где, в силу необходимости проведения работ на акваториях, возникают многоступенчатые транспортные схемы. Например, при бетонировании опоры моста бетонную смесь вначале транспортируют автобетоновозами по суше, затем в бадьях доставляют на транспортных плашкоутах к опоре, где укладывают плавучим краном. Но если при этом одновременно сооружается несколько опор, грузопоток, проходя через единый транспортный узел - перегрузочный кран на причале - функционирование технологически не связанных процессов зависит от работы перегрузочного узла.

При подборе состава ТКМ работу ведущей машины (машин) и вспомогательных машин необходимо увязать по технологическим параметрам, в первую очередь по производительности. Во-вторых, состав комплекта должен быть экономически эффективен. Однако при наличии связей пятого типа правильный подбор состава отдельных ТКМ отнюдь не гарантирует достижение максимальной производительности комплекта. В комплексе взаимосвязанных ТКМ производительность отдельных машин может меняться в весьма широких пределах. Это обстоятельство и определяет основную сложность анализа и регулирования производительности системы механизации строительства моста (см. [15]).

Важнейшим показателем комплексной механизации строительства является производительность машин и комплектов машин, т.е. количество продукции, выраженное в определенных единицах измерения (весовых, объемных и др.), которые машина или комплект могут производить в единицу времени (час, смену).

Однако до сих пор объективность использования этого показателя довольно низка из-за того, что производительность машины - случайная величина, зависящая от ряда факторов:

- конструктивных качеств машины, параметры которых переменны. Один предмет труда машина может обрабатывать при различных скоростях движения рабочих органов, что в немалой степени зависит от квалификации субъекта - оператора машины;

- надежности машины как элемента технической системы, зависящей от режимов эксплуатации и обслуживания машины;

- конкретных производственных условий и организации труда, влияющих, прежде всего на движение рабочих органов и параметры обработки предмета труда, - при использовании ОКМ;

- операционных взаимосвязей в рамках одного технологического процесса - при формировании ТКМ;

- организационных условий строительства, представляющего собой сложную вероятностную систему, которая подвержена воздействию комплекса дестабилизирующих факторов, - при формировании КМ;

- неопределенности исходной информации и недостаточной информированности лица, принимающего решения, - при организационно-технологическом проектировании и управлении строительством.

Несмотря на эти факторы, придающие производительности машины существенную неопределенность, имеются относительно стабильные показатели работы машины - конструктивные свойства, которые можно принять за основу исследования.

Можно выделить следующие четыре категории производительности строительных машин.

Конструктивно-расчетная (номинальная) производительность Q_м определяется при однозначно заданных параметрах ее работы в режимах, близких к предельным. Номинальная производительность характеризует конструктивные возможности машины и используется в основном для сравнения вариантов новых машин.

Техническая производительность Q_т рассчитывается при непрерывной работе в конкретных производственных условиях, при хорошо организованном технологическом процессе, нормальных режимах и нагрузках на рабочие органы машины.

Эксплуатационная производительность Q_э - это фактическая производительность машины с учетом организационных условий работы (технологических перерывов, времени обслуживания и др.). Ее можно выразить через техническую производительность Q_т посредством приближенной формулы

Q_э = Q_т K_ип· K_в      (1)

где K_т - коэффициент использования производительности машины; K_в - коэффициент использования полного рабочего времени. Различают часовую Q_э.ч и сменную эксплуатационную производительность Q_э.см. Значение коэффициента К_в для различных машин составляет 0, 75-0, 85.

В основу рассмотренных выше видов производительности положено представление об однозначной заданности основных параметров процессов и машин, т.е. Q_м, Q_т, Q_э есть детерминированные характеристики отдельных машин.

Прогнозируемая (вероятная) производительность комплекта (комплекса) машин характеризует реальные условия работы комплекта с учетом случайных процессов взаимосвязанного функционирования машин в рамках организации строительства, а также процессов, приводящих к выходу машин из строя, и процессов их восстановления. Данный вид производительности - вероятностная величина, используемая в качестве проектного параметра механизации. Она определяется в зависимости от эксплуатационной производительности Q_э по формуле

     (2)

где К_п - коэффициент простоя машины, т.е. отношение суммарного времени ее простоев к общему времени работы; К_и - коэффициент использования машины, К_и = 1-К_п; К_г - коэффициент готовности, представляющий собой характеристику безотказной работы машины. В расчетах обычно оперируют величиной сменной производительности.

Для определения коэффициента К_п используют методы теории массового обслуживания либо моделирование системы механизации на ЭВМ, а коэффициент K_г определяют на основе теории надежности [6], [15].

При расчете прогнозируемой производительности ТКМ или КМ прежде всего необходимо знать техническую Q_т и эксплуатационную Q_э производительности отдельных машин комплектов. Существуют следующие методы определения производительности строительных машин.

Нормативный метод - часовая производительность ведущей машины, непрерывно работающей в течение смены, задается в производственных нормах выработки машины (ЕНиР) как результат наблюдения за процессом. Метод прост, особенно при наличии компьютерной базы данных, содержащей ЕНиР. Но использование его на практике может давать весьма существенные погрешности, т.к. техническая производительность машин зависит от конкретных условий, которые сложно учесть в нормах.

Метод «де факто» - среднечасовая эксплуатационная производительность машин определяется по фактической выработке машин в предшествующий отчетный период по формуле

       (3)

где V_ф - объем фактически выполненных работ за отчетный период; Т_ф - фактическое рабочее время одной среднесписочной машины, ч.

Оценка производительности по фактической выработке машин также сопряжена с рядом трудностей: при осреднении теряется специфика конкретных технологических условий, а отчетные данные по механизации, если и имеются в мостостроительных организациях, то чаще всего не позволяют сделать объективные выводы.

Аналитический (расчетный) метод состоит в определении значений технической производительности машин по формулам, в основу которых положены некоторые теоретические представления о физике процессов взаимодействия машин с предметами труда в заданных условиях.

Данный метод позволяет получать достоверные значения детерминированной производительности машины. Однако, чтобы пользоваться им, необходимо знать размеры и скорость движения рабочих органов машины (по справочным данным), а также условия их движения.

Энергетический метод основан на законе сохранения энергии и для конкретной машины и режимов ее работы сводится к составлению и интегрированию уравнения производственного процесса

       (4)

где ε = Wδ /Q₀; W - сила сопротивления среды на длине пути δ; Q₀ - производительность машины за производственный цикл t₀; k - коэффициент полезного действия; N - мощность источника энергии.

Энергетический метод - перспективное средство анализа производственных процессов. Этот метод объективен, но еще недостаточно разработан для практического определения производительности машин.

Расчет часовой технической производительности машин Q_T также может производиться по следующим аналитическим формулам:

- для машин циклического действия

Q_т = 60G( V)/ t_ц,      (5)

где Q_т - техническая производительность в т/ч или м³/ч; G(V) - масса груза в т (G) или объем материала в м³ (V); t_ц - время цикла, мин;

- для машин непрерывного действия

Q_т = 3600G( V) v,   (6)

где G(V) - масса груза в т (G) или объем материала в м³ (V), приходящийся на 1 м длины рабочего несущего органа машины; v - линейная скорость движения рабочего органа, м/с.

Общие формулы (5), (6) модифицируются с учетом принципа действия машин конкретного типа [10], [15].

Пример 1. Рассчитаем аналитическим методом значение эксплуатационной сменной производительности стрелового гусеничного крана ДЭК-251, производящего укладку бетонной смеси в опалубку конструкции в бункерах вместимостью 3 м³.

Грузоподъемные краны - машины циклического действия, для которых время цикла в формуле (5) определяется следующим образом (см. [15]):

t_ц = 2, 5H/ v₀ + 2(l₁/v₁ + l₂/v₂ + l₃/v₃) + t_p.0,

где H, l₁, l₂, l₃, - соответственно высота подъема крюка, длина передвижения крана, величина изменения вылета стрелы, угол поворота стрелы в плане; v₀, v₁, v₂, v₃ - скорости подъема груза, передвижения крана, изменения вылета и поворота стрелы соответственно; t _p.0 - продолжительность ручных операций по строповке и закреплению груза.

В данном случае принимаем следующие технологические параметры работы крана: Н = 4 м; l₁ = 0 (кран работает стационарно); l₂ = 0 (кран работает на постоянном вылете); l₃ = 0, 5 (кран совершает полоборота); t_p.0 = 2× 2 = 4 мин.

Средние скорости движения v_i, принимаем по справочнику [12, табл. 21.4, с. 422]: v₀ = 5 м/с; v₃ = 0, 3 мин^-1.

Тогда

t_ц = 2, 5× 4/5+2× (0+0+0, 5/0, 3)+4 = 9, 3 мин;

По формуле (5) определяем часовую техническую производительность крана:

Q_т = 60× 3, 0/9, 3 = 19, 4 м³/ч.

Наконец, по формуле (1) при К_ип = 1, К_в = 0, 85 и продолжительности смены t_c = 8, 2 ч определяем эксплуатационную сменную производительность крана по укладке бетонной смеси:

Q_э.cм = 19, 4× 8, 2× 1, 0× 0, 85 = 135 м³/см.

Приведенный пример показывает, что относительно несложный аналитический расчет позволяет в каждом конкретном случае оценивать реальную производительность машины, исходя из заданных параметров технологического процесса и скоростей движения основных рабочих органов машины. В этом несомненное преимущество метода по сравнению с использованием каких-то осредненных нормативов производительности (выработки) машин.

Производительность некоторых машин, которую сложно рассчитать по формулам, определяется по фактическим, нормативным или паспортным данным машины.

123456Следующая ⇒

Поделиться: