Бестраншейная прокладка силовых кабелей - Рыхлители и кабелеукладчики ударного действия

17. РЫХЛИТЕЛИ И КАБЕЛЕУКЛАДЧИКИ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
Интенсивное освоение районов Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера ставит проблему повышения эффективности машин для разработки мерзлых и скальных грунтов под укладку кабелей.
В последние годы наметилась тенденция производства работ по прокладке кабелей на заболоченных трассах в зимнее время, когда грунт промерзает, что позволяет использовать тяжелую технику.
В настоящее время увеличение объемов работ по прокладке кабелей в прочных грунтах составляет 10— 15 % в год, а суммарный объем работ в прочных грунтах достигает 20 % общего объема.
Механические способы разработки прочных грунтов (разрушение ударом, резание и виброразрушение) находят наибольшее применение в практике строительства. В среднем энергоемкость этих работ составляет 106 (кН-м)/м3 при минимальной стоимости разработки 1 м3 0,2 руб.
Достаточно эффективным методом работы в мерзлых грунтах является использование для рытья траншей роторных экскаваторов непрерывного действия. Однако такие машины нецелесообразно применять в грунтах с повышенной абразивностью и в грунтах с каменистыми включениями в связи с быстрым износом рабочих органов. Наиболее производительным способом при больших объемах работ является рыхление взрывом. Стоимость этого способа рыхления составляет примерно 0,63 руб/м3.
В табл. 9 приведены технико-экономические показатели механических способов разработки мерзлых и скальных грунтов в сопоставлении с показателями взрывных работ.
Однако буровзрывной метод разработки траншей имеет существенные недостатки, так как работы можно вести лишь на определенном расстоянии от строений и коммуникаций, кроме того, происходит разбрасывание грунта, необходимого для засыпки траншей.
Одним из направлений повышения производительности землеройных машин является увеличение мощности и тягового усилия базовых машин. Однако увеличение мощности землеройных машин не обеспечивает пропорционального роста их производительности и позволяет эффективно использовать эти машины только при больших объемах земляных работ.

Таблица 9

В строительстве требуется постоянно выполнять разнообразные рассредоточенные земляные работы в достаточно стесненных условиях, не связанные с разработкой больших объемов грунта (рытье траншей под укладку кабелей и других гибких коммуникаций, котлованов и т. п.). Для этого необходимы относительно легкие мобильные машины. Поэтому в последнее время наблюдается тенденция создания землеройных машин с активными рабочими органами. Активизация рабочих органов путем приложения различного рода импульсных нагрузок (например, вибрационных или ударных) обеспечивает концентрацию усилий на рабочем органе и позволяет разрабатывать более прочные грунты.
Повышение производительности рыхлителей прочных грунтов приобретает особую актуальность при бестраншейной прокладке гибких коммуникационных и защитных устройств —- кабелей, труб, грозозащитных тросов, маркерных лент и т. п. В этом случае рыхление грунта производится не по площадям, как, например, при вскрышных работах, а линейно вдоль по трассе прокладки гибкого устройства на заданной нормативной глубине.
Конструкции рыхлителей ударного действия. Известны рыхлители с пневматическим, гидравлическим, механическим, электромеханическим, взрывоимпульсным и другими способами привода ударных рабочих органов.
Во ВНИИ землеройных машин разработана конструкция рыхлителя для послойного рыхления мерзлых грунтов (рис. 47). Рыхление происходит за счет тягового усилия базового трактора и динамических усилий, возникающих при ударе маятникового ударника по хвостовику рабочего органа.

Рис. 47. Рыхлитель для мерзлых грунтов
Рыхлитель выполнен в виде навесного оборудования к трактору Т-100 с гидромеханическим ходоуменьшителем. На раме закреплена стойка с рабочим органом, опирающимся на лыжу. В задней части рамы шарнирно закреплен ударник. Подъем рабочего оборудования в транспортное положение осуществляется с помощью гидроцилиндра.
Рыхлитель оснащен автоматической системой, которая позволяет согласовывать движения рабочего органа и ударника. Удар происходит, когда ударник поднят на заднюю высоту, а рабочий орган отжат грунтом в крайнее заднее положение.
Техническая характеристика    
Работа единичного удара, кДж До 25
Число ударов в минуту    в—12
Расчетная производительность, м3/ч 40
Рабочая скорость передвижения, м/ч До 350
Масса навесного оборудования, кг                 Не более 6000
Был предложен рыхлитель с гидропружинным молотом. Ударный механизм рыхлителя с клиновидным носком подвешивается к раме шарнирно с помощью двух тяг: поворотной тяги, положение которой меняется гидроцилиндром, и задней опорной тяги, присоединенной шарнирно к несущей раме и корпусу рабочего органа. При такой системе подвески рабочего органа можно изменять глубину рыхления, изменяя одновременно угол наклона рабочего органа.

Рис. 48. Навесной пневмоударный рыхлитель

Вал отбора мощности трактора соединен с гидронасосами, которые приводят в действие гидромотор пружинного молота и гидравлический ходоуменьшитель. Молот развивает энергию удара около 600 Дж.
Рассмотренные рыхлители имеют низкую частоту удара, что приводит к неравномерному движению базового трактора и большим динамическим воздействиям на него.
Для обеспечения равномерности хода и повышения производительности целесообразно увеличить частоту ударов.
На рис. 48 показан навесной пневмоударный рыхлитель. В ударном блоке использован пневмомолот МК-4, конструкция которого разработана Всесоюзным научно- исследовательским институтом транспортного строительства и внедрена в ковшах активного действия.
Ударный блок подвешивается к трактору Т-100МГП на параллелограммной навеске, положение которой можно менять гидроцилиндром, изменяя тем самым глубину рыхления. Подводящий сжатый воздух рукав крепится к флюгерному устройству, закрепленному на кронштейне, жестко установленном на звене подвески. Частота ударов в минуту 570, масса навесного оборудования 1650 кг.
По данным экспериментальных исследований рыхление мерзлых тяжелых суглинков, имеющих температуру —3-—8 °С (число ударов плотномера ДорНИИ 90— 150), осуществлялось пневмоударным рыхлителем за один проход на глубину около 30 см со скоростью 0,5— 1,5 км/ч, что соответствовало производительности 60— 80 м3/ч.

Рис. 49. Рыхлитель с гидропневмоудариым механизмом
Существенным недостатком рассмотренного пневмоударного рыхлителя является наличие компрессорной установки, связанной с движущимся рыхлителем шлангом, что снижает его мобильность, надежность и производительность. Более перспективными являются рыхлители, вся система энергоснабжения которых обеспечивается двигателем трактора.
На рис. 49 показан рыхлитель с гидропневмоударным механизмом конструкции ВНИИ строительно-дорожных машин. Базовым трактором рыхлителя является трактор ДЭТ-250. В отличие от рыхлителя, показанного на рис. 48, рабочий орган выполнен в виде стойки с наконечником, которая помещается в пустотелом корпусе и закреплена в верхней части шарнирно к этому корпусу. Гидросистема молота включается одной из секций гидрораспределителя, установленного в кабине трактора. Частота ударов в минуту 360—370, максимальная глубина рыхления 500 мм, масса навесного оборудования 2190 кг.
ВНИИ транспортного строительства совместно с ВНИИПЭМ Минмонтажспецстроя и ССКТБ Минсвязи СССР разработал мощный полуприцепной рыхлитель оригинальной конструкции.
Рыхлитель (рис. 50) имеет пневмоколесную двухосную балансирную тележку 6, на которой расположена трехзвенная рама 2. Звенья рамы перемещаются относительно друг друга с помощью гидроцилиндров 4 и 5.

Рис. 50. Мощный полуприцепной рыхлитель

Рыхлительный стержень 3 установлен на роликах с одной стороны и подвешен на кулисе 7 с другой стороны и может в некоторых пределах перемещаться вдоль своей оси до упора в упругий ограничитель. По хвостовику рыхлительного стержня 3 наносит удары молот 1. Молот ВМД-56 — двухвальный самосинхронизирующийся (синхронизация ударом). В его корпусе встроено два электродвигателя, на валах которых установлены дебалансные массы. С помощью гидроцилиндров 4 и 5 можно менять угол рыхления (угол наклона рыхлительного стержня) от 18 до 45 ° и глубину рыхления от 0 до 90 см, а также переводить рыхлитель в транспортное положение, поднимая рыхлительный носок над поверхностью грунта на высоту 40 см.

Для демпфирования виброударных нагрузок, передающихся на несущую систему рыхлителя, шарниры крепления кулисы 6 к верхней балке рамы установлены на сменных резинометаллических амортизаторах, жесткость которых можно менять в соответствии с требованиями эксперимента. Сцепное устройство также имеет резино-металлический наборный амортизатор, жесткость которого может быть изменена сменой резиновых пластин.
В качестве тягача используется трактор Т-130 с ходоуменьшителем.
Электродвигатели получают электропитание от передвижной электростанции АСДЛ-200.
Рыхлитель имеет следующие технические данные:
Масса рыхлителя, кг                                11600
Масса молота, кг                2300
Масса рыхлительного стержня, кг                    700
Частота ударов, 1/с . . -                16
Возмущающая сила дебалансов, кН . . . .       42
Испытания проводились при рыхлении мерзлого суглинка, трещиноватого доломита и известняка. Влажность суглинистого грунта составляла 17—23%, температура в разрабатываемом слое колебалась в пределах от —8 до —2°С. Сопротивление образцов грунта сжатию составило (46-f-58) • 102 кН/м2. Число ударов ударника ДорНИИ С= 155-=-190. Трещиноватый доломит VII—X категорий крепости по шкале М. М. Протодьяко- нова рыхлили в карьере по добыче камня. Сопротивление образцов сжатию составило 39—76 МПа. Известняк рыхлили в производственных условиях с последующей прокладкой кабеля.
Наибольшая производительность достигнута при отрицательных зазорах между молотом и наковальней на стержне, равных 8—12 мм. В этом случае наблюдался наибольший размах колебаний молота и наибольшие скорости удара при фиксированном размахе колебаний, т. е. соударение происходило на наиболее скоростном участке траектории движения молота. Потребляемая молотом энергия не превышала 60 кВт.
По результатам исследований сделаны выводы: суммарная потребляемая энергия при ударном рыхлении трещиноватого доломита VII—X категорий крепости по шкале М. М. Протодьяконова на глубину 0,5 м не превышала с учетом мощности трактора 170 кВт, что примерно в 3 раза меньше мощности, потребной для статического рыхления такого грунта;
полуприцепная конструкция траншейного рыхлителя позволяет устанавливать мощные молоты, эффективно использовать энергию удара и получать высокую производительность при линейном рыхлении грунта; так, максимальная линейная производительность рыхлителя составляет: на доломите — 630 м/ч; на мерзлом грунте — 410 м/ч;

Рис. 51. Рыхлитель-кабелеукладчик
затруднено управление рыхлителем на криволинейных участках трассы;
на тяговый трактор передаются превышающие норму вибрации.
Имеются другие конструкции рыхлителей. Однако рассмотренные ударные рыхлители оказались наиболее эффективными из существующих.
Специализированный рыхлитель-кабелеукладчик ударного действия. Наиболее производительным способом прокладки кабелей в прочных грунтах является способ бестраншейной прокладки одновременно с рыхлением грунта на заданную глубину. Реализация этого способа при ударной активизации рыхлительного рабочего органа затрудняется из-за необходимости защиты кабеля от воздействия ударных импульсов при прохождении его через кассету, что приводит к значительному усложнению конструкции.
ВНИИ транспортного строительства, ВНИИ строи- тельно-дорожного машиностроения и ВНИИПЭМ создали образец кабелеукладочного агрегата для прочных грунтов с ножом ударного действия. Он предназначен для рыхления траншей и прокладки кабелей в мерзлых грунтах и трещиноватых горных породах до VII категории крепости по М. М. Протодьяконову включительно. Машина рыхлит траншеи на глубину прокладки кабелей связи за один или несколько проходов в зависимости от прочности грунта и затем укладывает в образованную траншею два кабеля закрытым способом (без выемки взрыхленного грунта).
Рыхлитель-кабелеукладчик (рис. 51) представляет собой агрегатную систему, которая состоит из базового
дизель-электрического трактора ДЭТ-250М 1, снабженного гидрооборудованием для привода в действие гидромолота ГЗМ-ЗОО конструкции Красноярского филиала ВНИИстройдормаша, и ходоуменьшителем, а также укомплектованного задней гидрофицированной навеской 2 серийного рыхлителя пассивного действия ДП9С, на которой шарнирно устанавливается оборудование 3 для рыхления траншей и укладки в нее двух кабелей. Кроме того, в состав кабелеукладочного агрегата входит прицепной кабельный транспортер 8 КУ-22, разработанный трестом «Межгорсвязьстрой» Минсвязи СССР, с которого разматываются кабели при укладке. Нож кабелеукладчика шарнирно закреплен в полом корпусе, который закреплен шарнирно на параллелограммной навеске. В задней части ножа 5 установлена съемная двух- канальная кабельная кассета 6 для подачи кабеля в грунт. По наковальне, расположенной на ноже, наносит удары боек молота 4.
Кабель укладывают в два этапа. Первоначально рыхлят грунт по трассе на требуемую глубину. При этом кабельная кассета й транспортер отсоединяются от навесного оборудования. Когда грунт разрыхлен, на нож с помощью специального замка устанавливают кассету, а кабельный транспортер соединяют с навесным оборудованием. Кабель пропускают в направляющие каналы кассеты и при движении трактора укладывают в грунт. Для поднятия молота при установке кабельной кассеты, а также перестановки ножа по высоте с целью изменения глубины рыхления имеется ручная лебедка 7.
Техническая характеристика рыхлителя-кабелеукладчика
Энергия удара молота, Н-м        До 3000
Частота ударов, 1 /с          До 10
Глубина рыхления, мм     До 1300
Производительность прокладки кабелей, м/ч .... До 350
Результаты работы рыхлителя кабелеукладчика показали следующее: агрегат работоспособен на мерзлых грунтах прочностью по числу ударов С=200 и на трещиноватых скальных породах с коэффициентом крепости V и VI по шкале М. М. Протодьяконова; максимальная глубина укладки кабелей составляет 1,3 м; перемещение кабелей в кассете и засыпка их разрыхленным грунтом происходят удовлетворительно.