Описание технологического процесса производства земснаряда. Что такое земснаряд? Гидравлический рыхлитель земснаряда

Если вы хотите узнать как происходит углубление рек или формирование пляжей, то рекомендуем данную статью к прочтению. В ней вы узнаете, что такое земснаряд и принцип его работы.

Землесосный снаряд - это землеройный транспортирующий агрегат с непрерывным действием работы. Предназначены данные устройства для добычи песка, доставки пульпы к месту сброса, подводной разработки пород и расчистки дна рек.

Наиболее распространенными считаются следующие модели землесосов: 300-40, 350-50Л 500-60, 1000-80 и 1500-100. Подробнее рассмотрим основные узлы агрегата на примере землесосного снаряда 1000-80 . Данная установка характеризуется высокой производительностью и мощностью. Главной частью землесоса является приводная система, которая состоит из мотор редуктора 3МП-125 . Благодаря этим механизмам скорость вращения варьируется от 12 до 18 об/мин.

Корпус снаряда имеет прямоугольную форму и поделен перегородками на 10 отделений. Часть отсеков используется как бытовое помещение. Спереди в корпусе сделан вырез шириной 4,5 и длиной 12,0 м, который предназначен для подвеса рамы грунтозаборного устройства. Посредине корпуса расположено машинное отделение. Там находится насос водоснабжения и система запуска. Землесос 1000-80 не является самоходным. Чтобы легче было осуществлять буксировку, дно корпуса поднято до ватерлинии. Надстройка состоит из металлического каркаса, который обшитый деревянными щитами. Над отделением управления предусмотрен люк. Через него можно при помощи крана поднять тяжелое оборудование. Также на землесосе предусмотрен реостат для регулирования работы электродвигателя на 240, 260, 280 и 297 об/мин. Таким образом, облегчается запуск грунтового насоса. Для дополнительной подачи воды можно установить еще два насоса.

Агрегат для забора грунта расположен на сварной раме. Лебедка для подъема рамы располагается в носовой секции рамы. Труба для всасывания подвешивается поперечным диафрагмам рамы. Верхняя часть трубки соединяется при помощи сальникового компенсатора и гибкого резинового шланга. Для разрыхления грунта служит фреза, которая состоит из шести винтообразных ножей.

В машинном отделении предусмотрен ручной мостовой кран, рассчитанный на подъем 10 т. Также для подъема деталей к А-образной стреле крепится два монорельса с катучими кошками весом по 5 тонн каждая. Чтобы поднимать груз на борт, были предусмотрены два крана-укосины с ручными талями.

Процесс извлечения грунта происходит следующим образом: в грунтовой насос заливается вода и производится запуск главного двигателя вместе с редуктором. При помощи рамоподъемного механизма труба для всасывания заглубляется в землю. Далее, когда все основные агрегаты приведены в действие, во всасывающей трубе создается вакуум. Потом, подтекающая к грунтоприемнику вода, захватывает за собой частицы земляной породы. Таким образом, гидросмесь перемещается по грунтопроводу к насосу. Далее смесь попадает на лопасти рабочего колеса и выбрасывается к корпусной секции грунтопровода напора.

Гидротехнические работы, связанные с извлечением грунта или добычей полезных ископаемых, требуют применения спецтехники. К числу такого оборудования относится землесосный снаряд. Эффективная работа земснаряда на реке или другом водоеме напрямую зависит от знания принципов его работы и эксплуатационных характеристик.

Что такое земснаряд

Земснаряд – это плавсредство, назначение которого состоит в перекачивании размытого грунта (пульпы) посредством мощного насоса по трубопроводу на заданное расстояние – в трюм или на берег. Судно оснащено необходимым оборудованием для проведения работ и может применяться для:

очистки водоемов от донных отложений, а также для их углубления;
намыва плотин, дамб и пляжей, дорог и площадей при строительстве;
добычи песка, гравия, сапропеля, драгоценных металлов;
очистки отстойников промышленных, сельскохозяйственных предприятий;
разработки золо- и шлаконакопителей предприятий угольной, коксохимической, металлургической, горнообогатительной промышленности;
прокладки траншей для трубопроводов и траншей с последующим их замывом.

Для чего еще нужен земснаряд? Спецоборудование может понадобиться при ликвидации последствий наводнения, сооружении морских и речных портов, укреплении берега, защитных дамб и других значимых гидротехнических объектов.

Устройство земснаряда

Рассматривая конструкцию гидротехнического оборудования, можно выделить несколько групп устройств по функциональной принадлежности.

Из чего состоит земснаряд:

основные узлы: грунтозаборное устройство, всасывающий трубопровод, грунтовой насос, напорный трубопровод, агрегаты для перемещения грунтозаборного устройства;
вспомогательное оборудование : корпус земснаряда, подъемные и опускающие механизмы, вспомогательные насосы для подачи чистой воды, энергетические установки;
оборудование для безопасности и производительности: система управления, контрольно-измерительная аппаратура, отопительные, вентиляционные, противопожарные устройства, системы оповещения, освещения и связи.

Чертеж земснаряда наглядно показывает схему его конструкции:

Как работает земснаряд

Непрерывная работа земснаряда зависит от характеристик насосного устройства (грунтососа), которое должно иметь в проточной части высокую устойчивость к абразиву. Грунтосос часто размещается в трюме – такой прием позволяет избежать процесса кавитации, которая снижает срок эксплуатации оборудования.

Принцип работы земснаряда для очистки водоемов следующий:

после предварительных расчетов скорости подачи смеси и проходимости трубопровода грунтосос с залитой внутрь водой опускается на дно водоема, запускается двигатель и редуктор;
после этого из всасывающей трубы откачивается воздух;
полученный в результате вакуум втягивает внутрь воду с частицами грунта;
пульпа поступает в насос и перекачивается на берег (грузовозную баржу);
движение всей системы осуществляется при помощи свайного хода или лебедок (возможна комбинация).

Общее управление производится из рубки багермейстера, где находится пульт с доступом ко всем функциям земснаряда: от запуска основного оборудования до включения маленькой лампочки.

Характеристики и эксплуатация земснарядов

Выбор нужного оборудования находится в прямой зависимости от его эксплуатационных качеств. Технические характеристики земснарядов определяют круг возможных к реализации задач. К таким показателям относятся:

производительность – этот показатель может быть от 1 м³/ч (для мини-оборудования с применением в личных подсобных хозяйствах) до 5000 м³/ч по твердому грунту, все зависит от поставленной задачи;
способ энергоснабжения – дизельный, электрический или смешанный;
вид грунтозаборного устройства – фрезерный, роторный, свободное всасывание (зависит от вида грунта);
тип пульпопровода – металлический для работы в одной точке сброса зольной пульпы или резиново-тканый (пластиковый) при частых перемещениях;
величина конструктивных узлов – этот показатель имеет значение при необходимости частой переброски оборудования.

Стоит учитывать предполагаемую глубину разработки, скорость течения, среду использования (соленую, щелочную, пресную).

Типы земснарядов

Классификация земснарядов проводится по нескольким признакам:

по часовой производительности: особо малые (до 50 м³/ч), малые (50-200 м³/ч), средние (200-500 м³/ч), крупные (500-1000 м³/ч), особо крупные (свыше 1000 м³/ч);
по конструкции: разборные и неразборные;
по способу грунтозабора: с предварительным рыхлением или без него;
по способу перемещения: несамоходные и самоходные;
по способу управления: с ручным, дистанционным, автоматическим управлением.

Все виды земснарядов делятся по способу транспортирования грунта, типу энергоснабжения, размещению основного оборудования, количеству грунтовых насосов, наличию на борту жилых помещений.

Землесосные установки предназначаются для всасывания грунта со дна водоема (иногда с предварительным рыхлением) и перемещения его по пульповоду к месту укладки или для транспортирования грунта от места разработки к месту укладки. Они применяются при сооружении каналов, углублении и очистке каналов, отстойников, рек, озер, морей, водохранилищ; для добычи строительных материалов из-под воды (песок, гравий); для намыва плотин и дамб.

Разработка грунта землесосной установкой основана на размывающей и влекущей способности воды. Центробежный насос 3 (рис. 178) создает поток воды, который отделяет от дна водоема частицы грунта. Через грунтоприемник 1 он увлекается во всасывающий трубопровод 2, заполняет корпус насоса и рабочим колесом выбрасывается в нагнетательный и транспортирующий трубопроводы 5 и 6, по которым транспортируется к месту укладки. Транспортирующий трубопровод (пульпопровод) 6 в пределах водоема укладывают на понтонах 7. Центробежный насос приводится во вращение от двигателя 4.

Непрерывное всасывание грунта обеспечивается постоянным расположением грунтоприемника в непосредственной близости от разрабатываемого грунта. Для этого грунтоприемник передвигают поперек и вдоль снимаемого пласта и изменяют угол наклона всасывающего трубопровода в вертикальной плоскости. Сваи 8 управления перемещением землесосной установки поднимаются лебедками.

При разработке связных грунтов у грунтоприемника устанавливают механический рыхлитель 9, который ножами отделяет частицы грунта от массива, а поток воды, создаваемый центробежным насосом, захваты-вает их и засасывает во взвешенном состоянии во всасывающий трубопровод.
Центробежный насос, устанавливаемый на землесосных установках, называют землесосом.

Рис. 178. Схема работы землесосной установки :
1 - грунтоприемник; 2 - всасывающий трубопровод; 3 - центробежный насос; 4 - двигатель; 5 - нагнетательный трубопровод; 6 - транспортирующий трубопровод;
7 - понтоны; 8 - сваи; 9 - механический рыхлитель.

Землесос (рис. 179) отличается от обычных водяных центробежных касосов только тем, что корпус 1 и рабочее колесо 2 рассчитаны на пропуск воды с грунтом, имеющим крупные каменистые включения, и изготовляются из износостойких материалов. Рабочее колесо (одностороннего всасывания) посажено консольно на вал 3, опирающийся на подшипниковую опору 4 и соединенный непосредственно с валом электродвигателя эластичной муфтой, или через редуктор и фрикционную

Рис. 179. Землесос :
1 - корпус; 2 - рабочее колесо; 3 - вал; 4 - опора; 5 - напорный патрубок; 6- всасывающий патрубок.

муфту включения с двигателем внутреннего сгорания. От осевого смещения вал с рабочим колесом удерживается упорным подшипником, установленным сзади подшипниковой опоры. Ступица рабочего колеса расположена в сальниковой коробке, которая предохраняет от попадания на нее абразивных частиц. Для защиты сальникового уплотнения от пульпы между корпусом и рабочим колесом со стороны вала под давлением подается чистая вода. Очистку и проверку состояния корпуса и рабочего колеса проводят через люки в корпусе. Всасывающий патрубок 6 крепится к передней крышке. Для отсоса воздуха при запуске землесоса в верхней части корпуса имеется отверстие, к которому присоединяется вакуумнасос.

Рабочее колесо имеет от 3 до 6 лопастей, идущих по спирали от центра к наружному диаметру между двумя торцовыми дисками. При вращении рабочего колеса у всасывающего патрубка образуется разрежение, и пульпа засасывается в пространство между лопастями, откуда ими выталкивается в напорный патрубок 5 землесоса и далее в трубопровод.

Землесосные установки делятся на сухопутные и плавучие.
Сухопутные установки изготовляют: стационарные и передвижные на железнодорожном, гусеничном, шагающем и колесном ходу; плавучие - на понтонах.

Стационарные землесосные установки применяют при объемах работ, которые могут быть выполнены с одной стоянки, и для транспортирования грунта, разрабатываемого другими машинами.

Передвижные землесосные установки применяют при работах, когда по условиям местности и объему работ разработка грунта или транспортирование с одной стоянки не может быть обеспечено и требуется перемещение установки по направлению к забою.

Землесосные установки, предназначенные только для транспортирования грунта, выполняются с неподвижной всасывающей частью во время работы.

На гидромелиоративных работах наибольшее применение находят плавучие землесосные установки - земснаряды. По конструктивному признаку их можно разделить на две группы:
-земснаряды для мелиоративных и дноуглубительных работ, приспособленные для работы на каналах, реках, озерах и в портах. Эти земснаряды имеют свою силовую дизельную или дизель-электрическую установку и приспособлены к работам при быстром течении воды и больших волнах;

Земснаряды для строительных целей и добычи полезных ископаемых с приводом механизмов электродвигателями, питающимися электроэнергией от стационарной или передвижной электростанции. Применяют эти установки при сооружении крупных каналов, котлованов, очистке отстойников и голов каналов, намыве плотин и дамб, для добычи песка и гравия из-под воды и на вскрышных работах.

Для очистки от наносов каналов, прудов, водоемов, углубления дна малых рек, подводящих каналов насосных станций, строительства оросительных и осушительных каналов, рытья котлованов для мелиоративных сооружений и других подобных работ применяют дизельные и дизель-электрические малогабаритные земснаряды. Их можно разделить на земснаряды для работы на каналах и в выемках с шириной по дну свыше 2,5 мпроизводительностью 20-35 м3/ч и свыше 5 м производительностью 60-100 м3/ч.

Земснаряды первой группы (рис. 180) изготовляются с комбинированным устройством для разработки и транспортирования грунта. Корпус 3 металлический, плоскодонный, с прямоугольными обводами. В машинном помещении 6 в передней части установлены землесос и генератор, а в задней - двигатель внутреннего сгорания.

Рис. 180. Малогабаритная плавучая землесосная установка :
1-роторный рыхлитель; 2 - смесительный бункер; 3 - корпус; 4 - канат; 5 - пульт управления; 6 - машинное отделение; 7 - сваи; 8 - навес; 9 - лебедка; 10 - кронштейн.

Рабочие органы - роторный рыхлитель 1 и всасывающая труба, проходящая через смесительный бункер 2, - шарнирно соединены с корпусом и подвешены на полиспасте к кронштейну 10 так, что лебедкой можно их приподнимать и опускать. Пульт управления 5 с контрольными приборами расположен на палубе в носовой части корпуса, закрытой сверху съемным навесом 8. Рабочие передвижения снаряд совершает при помощи свай 7 и двух канатов 4, закрепленных на папильонажной лебедке 9.

Большинство земснарядов малых габаритов имеет сменное рабочее оборудование - сосун, черпаковое устройство и роторный рыхлитель. Сосуном разрабатывают пески и неплотные супеси; черпаковым устройством- плотные супеси, легкие суглинки; роторным рыхлителем - вязкие илистые грунты, заросшие растительностью. На замену рабочего оборудования
затрачивается 1,5-2 ч.

Земснаряды второй группы (рис. 181) изготовляются с неразборным и с разборным на две части корпусом 10. Рабочие органы - фрезерный рыхлитель 1 и всасывающая труба - укреплены на раме 11, которая пятой шарнирно соединена с корпусом 10, а головкой подвешена на полиспасте. Рыхлитель вращается двигателем 12, установленным на площадке у пяты рамы. Папильонажные лебедки 2 расположены на палубе носовой части, а лебедки 7 подъема свай - на палубе задней части корпуса. Землесос 3, заливочный насос 4, двигатель внутреннего сгорания 5 и дизель-генератор б размещены в трюме машинного помещения. Сваи 8 направляющими кронштейнами прикреплены к задней части корпуса. Плавучий пульповод 9 соединяется с нагнетательной трубой землесоса гибким шлангом или шаровым соединением.

Земснаряды с электроприводом (рис. 182), предназначенные для механизации земляных работ на крупных гидротехнических объектах и вскрышных работах, а также для добычи строительных материалов, выпускаются производительностью 100, 300, 500 и 1000 м3/ч, весом от 64 до 650 т. Они имеют принципиально такую же конструкцию, как и малогабаритные дизель-электрические снаряды, но у них нет своего источника электроэнергии (дизель-генератора).

Рис. 181. Земснаряд с дизель-электрическим приводом:
1 -фрезерный рыхлитель- 2 - папильонажная лебедка; 5 -землесос; 4 - заливочный насос; 5 - двигатель внутреннего сгорания; 6 - дизель-генератор; 7 - лебедка подъема свай; 8 - свайный аппарат; 9 - пульповод; 10 - корпус; 11 - рама; 12 - электродвигатель привода рыхлителя.

Рис. 182. Земснаряд с электрическим приводом:
1 - фреза; 2 - канат к якорю; 3 - рама: 4 - корпус; 5 надпалубная надстройка; 6 - землесос; 7 - электродвигатель; 8- сваи; 9 - лебедки; 10 - плавучий пульповод.

Корпус 4 земснаряда разделен на водопроницаемые отсеки. В надпалубной надстройке 5 установлены папильонажные лебедки и пульт управления. Землесос 6, соединенный эластичной муфтой с электродвигателем 7, центробежный насос для залива землесоса и подачи воды в его сальник и вакуум-насос размещены в среднем отсеке трюма корпуса. Сваи 8 поднимаются лебедками 9, расположенными на палубе задней части корпуса. Плавучий пульповод 10 с напорной трубой землесоса соединяется шаровым шарниром. Рама 3 разрыхлителя на двух шарнирах прикреплена в вырезе корпуса и подвешена на полиспасте. Канаты 2 от папильонажных лебедок к якорям идут через направляющие блоки, установленные на раме рыхлителя. Рыхлитель 1 приводится во вращение от электромотора через редуктор. Электрические устройства современных земснарядов очень сложны и состоят из высоковольтного гибкого питающего кабеля для подключения к береговым сетям (укладывается обычно по понтонам плавучего пульповода), пусковой и защитной аппаратуры, трансформаторной подстанции, высоковольтной и низковольтной внутренней сети, системы блокировок и вторичной коммутации и пульта централизованного управления.
На земснарядах с электроприводом применяются фрезерные, роторные

Рис. 183. Схема папильонажа при обычном свайном ходе:
/, // - лебедки; 1-4 - слои грунта.

Рис. 184. Схема папильонажа при роторном свайном ходе :

1-III -положения земснаряда; 1,2 - канаты.

и гидравлические рыхлители. Последние два вида почти не получили распространения. Для рабочих перемещений земснарядов применяются свайные ходы двух типов: две сваи, каждая из которых прикреплена в направляющих к корпусу земснаряда (см. рис. 180), и две сваи, проходящие в направляющих поворотной обоймы (роторный свайный ход), установленный сзади корпуса, так, что она может вращаться относительно вертикальной оси (напорный поворотный свайный ход).

При первом типе свайного хода перемещение земснаряда при разработке грунта выполняется поочередным поворачиванием снаряда вокруг одной из свай (рис. 183). Свая А под действием собственного веса опускается и заглубляется в грунт. Наматывая трос на лебедку / и ослабляя трос лебедки //, поворачивают снаряд вокруг сваи А до положения, изображенного пунктиром. Рабочий орган при этом снимает слой грунта /. Затем свая А поднимается, а свая Б опускается. Наматывая трос на лебедку // и ослабляя трос лебедки /, поворачивают снаряд вокруг сваи Б, снимая слой грунта 2. Повторением таких операций снимают слои, пока не потребуется перекладка якорей. Переложив якоря на новое место таким же путем ведут дальнейшую разработку.

При таком свайном ходе земснаряд, совершая рабочие перемещения, вращается относительно разных осей. В силу этого рабочий орган проходит часть пути по выработанному участку, а часть участка оставляет неразработанным. При разработке тяжелых связных грунтов указанный недостаток снижает производительность.

Роторный свайный ход обеспечивает выработку грунта правильными концентрическими полосами с незначительным перекрытием (рис. 184) за счет того, что свая, на которой происходит поворот, каждый раз закрепляется на оси прорези. Для начала работы земснаряд устанавливают в положение /. В грунт закрепляется свая, установленная направляющей обоймой по оси корпуса снаряда. Наматыванием каната / на барабан лебедки и ослаблением каната 2 земснаряд поворачивается вокруг опущенной сваи до положения //. Затем специальным механизмом направляющая обойма со сваями вращается до тех пор, пока поднятая свая не переместится вперед и не совместится с осью прорези. Одновременно с поворотом поднятой сваи этим же механизмом перемещается землесос вперед в положение ///. Натяжением каната 2 при ослабленном канате / земснаряд вращается относительно вновь опущенной сваи и снимает следующую полосу грунта. Так, поворотом земснаряда относительно поочередно опускаемых свай и перемещением вперед выбирают грунт до перекладки якорей.

Пульпа от земснаряда до берега перекачивается по плавучему трубопроводу - пульповоду, а далее - по трубам, уложенным на грунт или специальные подставки.

Плавучий пульповод - это цепь из понтонов (бочек), шарнирно соединенных между собой, с проложенными по ним трубами. На некоторых понтонах установлены ручные лебедки, с помощью которых пульповод якорями закрепляется от смещения его течением воды и ветром.

Для перекладки якорей в пределах водоема к земснарядам прикрепляют лодку или катер, а для соединения плавучего пульповода с береговым - плавучие краны.

Поплавковые уровнемеры устанавливаются на резервуарах для хранения жидких и сыпучих веществ.

ЗЕМСНАРЯД - земснаряд, это плавучая машина оборудованная механизмами, агрегатами и устройствами для подводной разработки грунта, добычи, транспортировки его на необходимое расстояние с последующей укладкой. С помощью земснаряда вы можете осуществить Ваши желания в самых разных областях: очистить водоемы, начиная от паркового пруда или отстойника комбината, до углубления реки, озера, добыть песок и гравий из карьера, сапропель из озера.

Землесосный снаряд представляет собой мощный насос, смонтированный большей частью на плавучих понтонах, и часто его называют земснаряд. Разнообразие видов производимых работ и областей применения порождает разнообразие моделей земснарядов, в зависимости: от конкретных условий в которых земснаряд эксплуатируется, от состава грунтов, от глубины разработки, от дальности транспортировки и высоты подъема грунта, от наличия дорог к месту доставки земснаряда и наличия электроэнергии, от автономности по горюче-смазочным материалам, от наличия судов обслуживания, от климатических условий и еще многих других условий. Производительности земснарядов самые различные - от 10 м3/час до 200 м3/ч.по грунту, глубины разработки от 0,5 до 12..15м от поверхности воды. Бортовое оборудование современное - от силовых агрегатов до контрольно- измерительных приборов. Экипаж не более двух человек, а управление всеми агрегатами земснаряда производится из теплой и удобной рубки с помощью "джойстиков" и кнопок.

Выбираем земснаряд

Для чего нужен земснаряд? Вы впервые стали собственником какого-то водоема. Это может быть пруд или озеро, затопленный карьер. Все оформили: надлежащие разрешения местных властей, органов надзора. Твердо решили, какую выгоду хотите извлечь из этого водоема: либо просто почистить от ила и углубить дно, либо добыть намывной песок, либо другие ископаемые такие как: торф, сапропель...

А может водоем уже давнехонько принадлежит Вашему предприятию, в частности, отстойник - шламо-или золонакопитель, и в настоящее время назрела необходимость его очистки.

Второй шаг - это приобретение спецтехники для разработки грунта под водой. Наиболее приемлемой техникой для разработки грунта под водой на сегодняшний день являются земснаряды. Профессионалы, занимающиеся гидромеханизацией много лет, выберут подходящую модель очень быстро. Хотя и специалисты делают ошибку.

Нюансы при выборе земснаряда

Сейчас о транспортировке, погрузочно - разгрузочных работах, спуске на воду. Чем меньше массо-габаритные характеристики земснаряда (особенно при достаточной прочности его узлов),тем дешевле и доступнее перевозящая и крановая техника, легче спустить земснаряд на воду. Разборка должна быть на минимальное количество блоков, желательно без демонтажа рубки, агрегатов.

Дноуглубительные снаряды, независимо от типа и назначения, имеют следующие основные части:

1) корпус, в котором размещается все рабочее, силовое и вспомогательное оборудование снаряда;

2) дноуглубительное устройство (рабочий орган);

3) главную энергетическую установку, приводящую в действие дноуглубительное устройство;

4) палубные механизмы для оперативных перемещений корпуса во время грунтозабора;

5) средства управления работой земснаряда.

7.4.1. Землесосы

На землесосах, как уже отмечалось, используется гидравлический способ отделения грунта от дна и его отвода по трубопроводам к месту отвала. Схема устройства речного землесоса приведена на рис. 7.10, 7.11.

Корпус речного землесоса – простых грубых обводов, имеет вырез (прорезь) для размещения в нем всасывающей трубы с охватывающей ее рамой. Главным рабочим органом землесоса является грунтовый насос центробежного типа, обеспечивающий всасывание водогрунтовой смеси и ее перемещение по грунтопроводам. Насос приводится в действие главным двигателем землесоса. При остановке главного двигателя землесос обеспечивается энергией от вспомогательного дизель-генератора.

Входная часть насоса соединена со всасывающем грунтопроводом, а выходная – с напорным грунтопроводом. Основную часть всасывающего трубопровода составляет наклонная всасывающая труба, поворачивающаяся в вертикальной плоскости. Она через гибкое соединение сообщается с корпусным всасывающим трубопроводом, присоединенным к грунтовому насосу. На конце всасывающей трубы расположен всасывающий наконечник (грунтоприемник). Подъем и опускание наклонной всасывающей трубы на необходимую глубину осуществляется при помощи рамоподъемного устройства.

Напорный грунтопровод состоит из корпусной и плавучей части. К насосу присоединяется вертикально расположенный патрубок, за которым находится имеющее большой радиус кривизны колено, направляющее водогрунтовую смесь (гидросмесь) в горизонтально расположенный участок корпусного грунтопровода. Этот участок размещается на крыше верхней надстройки землесоса. В кормовой части снаряда гидросмесь через два колена и наклонно расположенный грунтопровод, спускается вниз, к месту присоединения плавучего грунтопровода. С напорным корпусным грунтопроводом плавучий трубопровод соединен при помощи двух шаровых соединений. Такое соединение обеспечивает необходимую степень подвижности, как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной, когда землесос по мере расходования топлива начинает “всплывать” по отношению к плавучей части напорного грунтопровода.

Плавучий грунтопровод (рефулер) расположен на понтонах и его отдельные звенья (трубы) соединяются между собой при помощи гибких соединений. Понтон представляет собой два жестко соединенных вместе поплавка. Последний понтон рефулера, называемый концевым, оборудован двумя якорями, тросами и лебедками. Якоря и тросы служат для удержания понтона на месте отвала грунта, для спуска понтона по течению, а также для перемещения понтона в стороны от оси отвала.

Принцип работы землесоса по извлечению и отводу грунта состоит в следующем. Грунтовый насос заливается водой и приводится в действие главным двигателем. С помощью рамоподъемного устройства всасывающая труба заглубляется в грунт. При работе заполненного водой насоса во всасывающей трубе создается вакуум (давление ниже атмосферного). Над грунтоприемником действует атмосферное давление и давление столба воды, соответствующее глубине опускания грунтоприемника. Под действием разницы давлений вода, находящаяся перед грунтоприемником, начинает входить в него с определенной скоростью. Подтекающая к приемнику вода захватывает и увлекает за собой частицы грунта. Пространство вокруг зева (отверстия) грунтоприемника, в пределах которого вода размывает и увлекает грунт, называют сферой всасывания. Смесь частиц грунта с водой (гидросмесь) перемещается по всасывающему грунтопроводу к насосу. В насосе гидросмесь попадает на вращающиеся лопасти рабочего колеса и отбрасывается в начало корпусной части напорного грунтопровода, где создается повышенное (выше атмосферного) давление. Около выходного отверстия плавучего рефулера давление равно атмосферному. Под действием разницы давлений гидросмесь движется по напорному грунтопроводу к месту отвала грунта.

Производительность землесоса по грунту, м 3 /ч, определяется по выражению

где: Q см – расход гидросмеси (производительность землесоса по смеси), м 3 /ч;

Р – консистенция пористого грунта (содержание грунта в гидросмеси), %;

V см – скорость движения гидросмеси в напорном грунтопроводе, м/с;

Д н – диаметр напорного грунтопровода, м.

Содержание грунта в гидросмеси принято характеризовать консистенцией (насыщением). При дноуглублении под консистенцией Р понимают отношение объема грунта вместе с порами (с пористостью, свойственной грунту на дне до его разработки) к объему гидросмеси. Насыщение 15–18% считается удовлетворительным при разработке легких грунтов и 12% – при разработке тяжелых грунтов.

Производительность по грунту у речных землесосов, эксплуатируемых на внутренних водных путях, составляет от 200 до 2500 м 3 /ч.

Землесосы обычно используются при разработке несвязных, главным образом, песчаных и песчано-гравелистых грунтов. Для работы на связных (глинистых) грунтах землесосы оборудуются механическими разрыхлителями, при помощи которых грунт срезается и подводится к всасывающему отверстию грунтоприемника.

В настоящее время на внутренних водных путях при производстве дноуглубительных работ за пределами судового хода все большее применение получают рефулерные фрезерные землесосы (рис. 7.12, 7.13). Для углубления эксплуатируемых транзитных судовых ходов их не применяют из-за необходимости пропуска судов.

Основной принцип работы такого снаряда состоит в следующем. Землесос, оборудованный фрезой на конце рамы и грунтовыми насосами, выполняет разработку грунта, используя свайно-тросовую систему рабочих перемещений. Фреза отделяет грунт от дна и осуществляет принудительную передачу разрыхленного грунта в зону активного всасывания, откуда он увлекается потоком воды в приемное отверстие всасывающего грунтоприемника, расположенного в полости фрезы. Гидросмесь при помощи грунтовых насосов транспортируется по плавучему трубопроводу к месту укладки отвала грунта.

Отличительной особенностью грунтозаборного устройства свайно-якорного землесоса является наличие прочной металлической рамы, на верхнем поясе которой установлен валопровод механического разрыхлителя.

Нижний конец валопровода несет на своей консольной части механический разрыхлитель. Верхний конец валопровода соединяется через редуктор с двигателем разрыхлителя. Наклонная всасывающая труба размещается внутри рамы. Всасывание гидросмеси осуществляется грунтоприемником, зев которого расположен внутри фрезы разрыхлителя.

Для повышения эффективности грунтозабора и увеличения глубины всасывания на некоторых землесосах применяют погружной насос, установленный на раме. Погружные насосы обычно применяются в комбинации с одним или двумя грунтовыми насосами, расположенными в корпусе снаряда.

Для подъема и опускания грунтозаборного устройства на необходимую глубину нижняя часть рамы через рамоподъемный полиспаст подвешивается к порталу.

Для выполнения рабочих перемещений у фрезерных землесосов используются лишь два носовых боковых якоря и свайное устройство, которое установлено в кормовой оконечности корпуса снаряда (см. рис. 7.12). Свайное устройство той или иной конструкции с помощью погруженной в дно рабочей сваи фиксирует на месте соответствующую точку корпуса. Наматыванием и сматыванием канатов, закрепленных за якоря, достигается поворот земснаряда вокруг зафиксированной точки, вследствие которого грунтозаборное устройство перемещается по дуге окружности.

На современных свайно-якорных землесосах перекладку боковых якорей производят с помощью специальных грузовых стрел, установленных по бортам у носовой оконечности корпуса. Оперативные папильонажные канаты выведены через блоки, укрепленные на раме грунтозаборного устройства.

Для периодической перекладки каждого якоря к его головной части постоянно прикреплен подъемный канат, выведенный через стрелу от отдельной подъемной лебедки.

Технологические особенности разработки грунтов с применением механических разрыхлителей заключается в том, что первичное их отделение от дна осуществляется механическим разрыхлителем, а всасывание образовавшейся гидросмеси – всасывающим наконечником, совмещенным с рыхлителем в одном грунтозаборном узле.

Грунтозаборный узел с механическим разрыхлителем современного земснаряда состоит из режущего органа (фрезы) с приводом, всасывающего грунтоприемника и концевого участка рамы рыхлителя.

В настоящее время наибольшее применение получили фрезерные рыхлители. Это объясняется их простотой в конструктивном и эксплуатационном отношении и высокой эффективностью при разработке грунтов различных типов. В практике дноуглубления наиболее широко применяются нереверсивные фрезерные рыхлители. Они отличаются наличием ножей с односторонней режущей кромкой и поэтому они могут срезать грунт только при одном направлении вращения. Нереверсивные фрезы подразделяются на открытые, закрытые и отвальные (рис. 7.14).

Открытые фрезы отличаются наличием полностью или частично открытой лобовой части фрезы и состоят из ступицы, ножей, спиц, соединяющих ножи со ступицей, и опорного кольца, обеспечивающего пространственную жесткость. Закрытые фрезы отличаются наличием режущих элементов на всей поверхности их контакта с грунтом (в том числе и в лобовой части) и состоят из ступицы, криволинейных ножей и опорного кольца. Закрытые фрезы имеют переднее смыкание ножей на ступице. Отвальные фрезы отличаются от других фрезерных разрыхлителей наличием отвально-направляющих поверхностей, обеспечивающих принудительное перемещение грунта из области резания в область активного всасывания. Конструктивно они состоят из ступицы, отвалов и опорного кольца. В отвальных фрезах отсутствует переднее смыкание ножей (как в закрытых фрезах) и нет спиц (как в открытых), а отвально-направляющие поверхности сопрягаются непосредственно со ступицей.

7.4.2. Многочерпаковые снаряды

Многочерпаковые снаряды эффективно используются при разработке связных и несвязных грунтов (глины, суглинки, песок с включениями камней). Они являются снарядами с механическим способом отделения и подъема грунта. Отделение грунта от дна и его подъем у этих земснарядов осуществляется бесконечной черпаковой цепью, состоящей из соединенных между собой черпаков. У большинства речных многочерпаковых снарядов, извлеченный грунт транспортируется к месту отвала в грунтоотвозных шаландах. Реже грунт удаляется в отвал по длинному лотку-лонгкулуару.

Многочерпаковый шаландовый снаряд состоит из корпуса, рабочего органа, энергетической установки и вспомогательных судовых устройств (рис. 7.15, 7.16).

Основным рабочим органом снаряда является черпаковая цепь, которая размещается в передней части корпуса в его рамной прорези. Черпаковая цепь огибает два барабана – верхний и нижний. Верхний барабан

является ведущим, а нижний – направляющим. Черпаковая цепь приводится в движение верхним барабаном, при этом нижний барабан вращается вхолостую и служит для направления движения черпаковой цепи. Верхний барабан приводится во вращение электродвигателем при помощи черпакового привода, который представляет собой комплекс зубчатых передач. Вращение верхнему барабану от электродвигателя через редуктор передается посредством больших зубчатых колес, посаженых на консольных частях вала барабана. Черпаковый привод размещен на площадке черпаковой башни.

Нижний барабан укреплен на нижнем конце черпаковой рамы. Для размещения барабана конец рамы выполнен в виде развилки, подкрепленной для прочности листами.

Верхний конец черпаковой рамы заканчивается отверстием через которое проходит и закрепляется ось подвеса рамы. На этой оси рама подвешивается к черпаковой башне. Нижний конец рамы на тросах подвешен к рамоподъемной станине и может быть поднят или опущен при помощи рамоподъемной лебедки. Рама снабжена роликовыми скатами, которые поддерживают от провисания поднимающуюся часть цепи с черпаками, наполненными грунтом. Благодаря их наличию уменьшается трение цепи, так как она движется по каткам, вращающимся в подшипниках роликового ската.

Резанье черпаком грунта и его заполнение происходит при вращении черпака относительно оси нижнего барабана. При определенных условиях
резание грунта может происходить и черпаками, идущими в нижней части бухты черпаковой цепи, которые врезаются в грунт под собственным весом.

Черпаки, заполненные грунтом, поднимаются до верхнего барабана, поворачиваются вместе с ним и при опрокидывании опорожняются в грунтовый колодец, расположенный внутри черпаковой башни. В зависимости от положения распределительного клапана, грунт из колодца направляется в лоток правого или левого борта снаряда. По лотку грунт скатывается в трюм грунтоотвозной шаланды , учаленной к борту снаряда.

Обычно загрузку шаланд ведут поочередно с обоих бортов снаряда и их смену осуществляют без прекращения работы снаряда.

Производительность многочерпакового снаряда по грунту, м 3 /ч, определяется по формуле

, (7.3)

где: W ч – емкость черпака, м 3 ;

n ч – число черпаков, проходящих через верхний барабан за минуту;

к н – коэффициент наполнения черпаков грунтом;

к р – коэффициент разрыхления грунта после заполнения им черпака.

Коэффициент разрыхления грунта в черпаках – это коэффициент увеличения объема грунта, взрыхляющегося при заполнении черпаков. Он представляет собой отношение объема грунта в разрыхленном состоянии (в черпаке) к объему грунта ненарушенной структуры (на дне). Значения коэффициента зависят от рода грунта: к р = 1,08÷1,28 для песка; 1,24÷1,30 –галька; 1,08÷1,17 – супесь; 1,30÷1,45 – глина.

Коэффициент наполнения к н представляет собой отношение объема грунта в черпаке к полной геометрической емкости черпака.Среднее значение коэффициента составляет 0,65÷0,80. При работе на липких глинах наполнение черпаков может снижаться до 0,4–0,6 их полной геометрической вместимости.

Речные многочерпаковые снаряды имеют производительность по грунту от 100 до 500 м 3 /ч и по численности составляют около половины всего дноуглубительного флота. Они являются незаменимыми при разработке каменистых и засоренных грунтов или необходимости укладки отвала грунта на большие расстояния.

7.4.3. Одночерпаковые дноуглубительные снаряды

На внутренних водных путях применяются одночерпаковые снаряды двух типов: штанговые и грейферные . Они относятся к машинам периодического (циклического) действия. Основным грунтозаборным органом одночерпаковых снарядов является ковш или грейфер.

В цикл одночерпаковых снарядов входят следующие операции: установка ковша (грейфера) над местом погружения в воду; опускание рабочего органа в воду; забор грунта со дна; подъем и поворот рабочего органа в сторону; опорожнение ковша (грейфера); обратный поворот рабочего органа к новому месту забора грунта.

Рабочее устройство штангового снаряда (рис. 7.17, 7.18) состоит из грунтозаборного ковша совкового типа, свайного устройства и оперативных лебедок. Черпаковое устройство работает по принципу экскаватора с прямой лопатой.

Основным органом снаряда является ковш, который жестко закреплен на конце штанги, которую еще называют рукоятью ковша. Штанга проходит через обойму в стреле и опирается на специальный подшипник. Она может передвигаться и вращаться с помощью напорного механизма.

Стрела крепится к поворотной платформе, которая установлена на основании, приваренном к палубе снаряда. Между платформой и основанием располагается поворотный круг. Верхний конец стрелы удерживается в рабочем положении с помощью канатной оттяжки, закрепленной на двух наклонных стойках, установленных у бортов на палубе снаряда. Наклонные стойки удерживаются вантами.

На поворотной платформе установлены напорная, подъемная и грузовая лебедки, которые предназначены для изменения вылета штанги, глубины черпания и подъема и опускания ковша.

Изменение вылета штанги и глубины черпания осуществляется напорным механизмом, состоящим из лебедки, системы канатов и блоков, установленных как на штанге, так и на стреле. Запасовка канатов напорного механизма выполнена таким образом, что независимо от положения штанги, канаты всегда остаются натянутыми. Это позволяет при вращении барабана лебедки в одну сторону выдвигать рукоять, а при вращении в другую – возвращать штангу в исходное положение.

Ковш поднимается канатом, один конец которого закреплен на барабане подъемной лебедки, а другой – на ковше. Ковш опорожняется через открывающееся при помощи каната донышко.

Работа штангового снаряда происходит следующим образом. При вращении барабана подъемной лебедки штанга под действием собственного веса поворачивается вокруг горизонтальной оси и занимает вертикальное положение. В этом положении штанга под действием напорного механизма и своего веса опускается до дна, и ковш врезается в грунт. Затем вращением барабана подъемной лебедки выбирается канат, закрепленный на ковше. При этом ковш со штангой поворачивается вокруг оси вращения и заполняется грунтом. Поворот ковша происходит до тех пор, пока штанга не займет горизонтальное положение. Чтобы уменьшить кренящий момент, возникающий от веса ковша с грунтом, осуществляется возвратное перемещение штанги к корпусу снаряда.

Ковш поворотом платформы перемещается к месту его разгрузки в шаланду, зачаленную к борту снаряда, или к месту отвала грунта. Для разгрузки ковша штанга при необходимости может быть выдвинута к месту разгрузки. Для опорожнения ковша его днище открывается, и грунт высыпается из ковша.

Во время грунтозабора штангового земснаряда горизонтальная составляющая реакции грунта передается корпусу снаряда, стремясь сместить его в сторону, противоположенную движению ковша. Эта составляющая достигает большой величины. Поэтому во время работы штанговый снаряд удерживается на месте на двух носовых закольных сваях и одной упорной кормовой сваи.

Перемещение снаряда вдоль прорези к новому месту забора грунта осуществляется при помощи ковша, который с помощью напорного устройства заносят вперед и опускают на дно. Затем поднимают сваи и корпус снаряда подтягивают вперед напорным механизмом штанги. После этого начинается процесс грунтозабора на новом месте.

Иногда кормовую сваю устанавливают на тележке, которая перемещается при помощи ходового устройства вдоль прорези корпуса. В этом случае подача вперед осуществляется посредством штанги и упорной сваи. Перемещение осуществляется путем отталкивания корпуса снаряда от заколотой упорной сваи при помощи ходового устройства тележки. При этом носовые закольные сваи должны быть подняты.

Для перемещения снаряда на значительное расстояние, или для ухода с прорези при пропуске судов используется установленные на палубе оперативные лебедки, канаты которых закреплены на якорях.

Основным достоинством штанговых снарядов является возможность создания больших режущих усилий, а следовательно, способность разрабатывать наиболее прочные грунты.

Существенным достоинством грейферных снарядов (рис. 7.19, 7.20) является возможность разработки ими грунта на большой глубине, не доступной другим земснарядам, а также возможность извлекать крупные камни и другие крупногабаритные предметы.

Все механизмы грейферного снаряда смонтированы на поворотной платформе. Стрела снаряда нижнем концом шарнирно соединена с поворотной платформой, а верхним – с помощью каната закреплена на барабане лебедки. При вращении барабана лебедки верхний конец стрелы в зависимости от направления вращения поднимается или опускается, изменяя вылет стрелы.

Рис. 7.19. Грейферный земснаряд

1 – ковш; 2 трос; 3 – стрела; 4 – поворотный механизм; 5 – лебедка

Рис. 7.20. Общий вид грейферного земснаряда

На верхнем конце стрелы расположены блоки, через которые проходят канаты с подвешенным грейфером. Концы этих канатов закреплены на барабанах двух лебедок, при помощи которых грейфер поднимается или опускается, а также открывается и закрывается.

В отличии от плавучих кранов, предназначенных для перегрузочных работ, грейферные земснаряды оборудованы средствами оперативных перемещений, с помощью которых достигается упорядоченное снятие удаляемого слоя грунта по всей углубляемой площади. Грейферные снаряды также отличаются большей грузоподъемностью лебедок грейфера.

Грейферы, используемые при дноуглубительных работах, обычно бывают двух типов: двухчелюстные и многочелюстные (лепестковые). Двухчелюстные грейферы применяют при работе на легких грунтах, а лепестковые – на тяжелых. В отличие от грейферов для выполнения перегрузочных работ с навалочными грузами, грейферы земснарядов имеют бóльшую вместимость и бóльшую собственную массу.

Процесс извлечения грунта грейферным снарядом происходит следующим образом. Находящийся в открытом состоянии грейфер бросают на дно. Под действием собственного веса грейфер острыми кромками врезается в грунт. Натяжением соответствующего замыкающего каната челюсти грейфера закрываются, отделяя грунт от дна. Заполненный грунтом грейфер поднимают из воды с одновременным поворотом стрелы к месту разгрузке в шаланду или к месту укладки в отвал.

Часовую производительность одночерпаковых снарядов по грунту, м 3 /ч, определяют по формуле

, (7.4)

где: W – емкость ковша (грейфера), м 3 ;

n э = 60/t ц – число рабочих циклов за минуту, (t ц – время одного цикла).

Производительность отечественных одночерпаковых снарядов составляет от 50 до 120 м 3 /ч. Предназначены они в основном для разработки глинистых, галечных и каменистых грунтов, сильно засоренных грунтов, а также скалоуборочных работ.

Основной производственной характеристикой земснарядов всех типов является его техническая производительность, т. е. производительность, достигаемая при оптимальных условиях работы.

Производительность земснарядов в конкретных условиях работы на отдельных перекатах может существенно отличаться от технической в результате влияния ряда факторов. Такими факторами являются: род грунта, глубина его извлечения, толщина снимаемого слоя грунта, высота и дальность рефулирования, способ работы земснаряда. Влияние этих факторов на техническую производительность Q т учитывается в наряд-задании на разработку конкретной прорези введением расчетного коэффициента использования технической производительности К р для данных условий. Тогда расчетная производительность снарядов, м 3 /ч, определяется выражением

Рабочее время земснаряда, ч, указываемое в наряд-задании, определяется делением объема извлекаемого грунта на расчетную производительность:

где: W п – объем грунта, подлежащий извлечению на прорези, м 3 .

Остановки (простои) во время работы земснаряда бывают производственные и периодические. К вспомогательным производственным операциям, требующим временного прекращения работы земснаряда, относятся:

Установка земснаряда на месте работы и сборка его после окончания разработки прорези;

Перекладка станового и боковых якорей;

Переход землесоса с траншеи на траншею;

Переводы плавучего грунтопровода;

Перезаколка свай;

Смена и ожидание грунтоотвозных шаланд.

К периодическим операциям, также требующим остановки работы земснаряда, относят

Смену грунтозаборных и разрыхляющих устройств;

Мелкий профилактический ремонт;

Очистку грунтовых путей при разработке засоренных грунтов;

Прием топлива;

Пропуск транспортных судов.

Для сокращения перерывов в работе земснаряда во время выполнения производственных и периодических операций рекомендуется применять передовые методы их выполнения без прекращения работы или практиковать одновременное выполнение двух-трех операций.