Бестраншейная прокладка силовых кабелей - Вибрационные кабелеукладчики

13. ВИБРАЦИОННЫЕ КАБЕЛЕУКЛАДЧИКИ

Эффект виброрезания грунтов.

Для повышения эффективности бестраншейных кабелеукладчиков путем снижения их тягового сопротивления современные кабелеукладчики оборудуются вертикально вибрирующими ножами (рис. 29, а). Нож в этом случае совершает колебания в вертикальном направлении, что приводит в зависимости от грунта и скорости движения к снижению тягового сопротивления на 30—60 %.
Более эффективным по снижению тягового сопротивления является применение продольных вибраций (рис. 29,6) или вибраций, возникающих за счет угловых колебаний ножа вокруг поперечной оси (рис. 29, в).
Наибольший эффект, снижающий тяговое сопротивление на 70—90 %, получается, когда нож совершает плоскопараллельное циркуляционное (орбитальное) движение по эллиптической, круговой, овальной и другим замкнутым траекториям (рис. 29,г).
Существуют конструкции кабелеукладчиков, в которых нож совершает колебания по дуге окружности радиусом г (рис. 29, д) и одновременно вертикальные с амплитудой, равной /г/2. Движение ножа в этом случае называется циркуляционным.
Кабелеукладчики с вертикально вибрирующими ножами отличаются относительной простотой конструкции и надежностью по- сравнению с кабелеукладчиками, в которых ножи совершают продольные или циркуляционные колебания, и поэтому находят все более широкое применение.
Кабелеукладчики с вибрирующими ножами особенно эффективно работают в грунтах, засоренных камнями, в насыпных грунтах, содержащих строительный мусор, на галечнике. В этих случаях снижение тягового сопротивления по сравнению с пассивным резанием может быть в 2—3 раза.

Рис. 29. Схема вибрирующих ножей кабелеукладчиков
У вибрационных кабелеукладчиков отмечается достаточно высокая степень самоочищения ножа, они устойчиво выдерживают  глубину хода, не разрушают верхний слой грунта в такой мере, как пассивные кабелеукладчики. Щель, образованная вибрационным кабелеукладчиком, исчезает быстрее, чем при работе с пассивными ножами, а при наличии опорных трамбующих пневмокатков полностью заделывается, что исключает применение траншеезасыпщиков. Эти качества стимулируют разработку и производство вибрационных кабелеукладчиков.
Конструкции отечественных и зарубежных виброкабелеукладчиков. Первый отечественный виброкабелеукладчик КНВЛ-1С (рис. 30) был создан Минмонтажспецстроем совместно с Минтрансстроем и Минсвязи СССР. В середине 70-х годов этот кабелеукладчик успешно прошел эксплуатационные испытания.
Кабелеукладчик смонтирован на тракторе болотной модификации и предназначен для подземной прокладки силовых бронекабелей напряжением до 10 кВ в свинцовой и алюминиевой оболочке с наружным диаметром до 55 мм.

Рис. 30. Кабелеукладчик КНВЛ-1С навесной вибрационный
Кабелеукладчик может применяться на грунтах I и II категорий, а на грунтах III и IV категорий в сцепе со вторым трактором. Кабелеукладчик используется в первую очередь на участках малой протяженности и в стесненных условиях трассы, где применение механизированной колонны, состоящей из сцепа нескольких тракторов с кабелеукладчиком, затруднено и нерентабельно.
Технические данные кабелеукладчика КНВЛ-1С

Продолжение
Габариты, мм:
длина.............. 9870
ширина........... 3250
высота (в транспортном положении) . 3650 Масса (в снаряженном состоянии), кг . . 20 000
Кабелеукладчик (рис. 30) смонтирован на базе трактора и имеет следующие составные части:
переднее навесное оборудование, которое крепится шарнирно к боковым балкам ходовой тележки и состоит из П-образной рамы 1, на которой размещаются: кронштейны 2, ось 3, отлипатель 4, механизм размотки 5, редуктор 6, гидроцилиндр 30, с гибким трубопроводом 28, направляющий ролик 8, расположенный на кабине трактора 29; направляющий ролик 9, расположенный за кабиной трактора; ходоуменьшитель 10.
заднее навесное оборудование, которое крепится на привалоч- ной плоскости корпуса заднего моста трактора при помощи болтовых соединений и состоит из следующих составных частей: карданного вала 11, промежуточного редуктора 12, вибратора 13, ножа 14, тяги 15, кассеты 16, балки трамбователя 17, колеса трамбователя 18, регулировочного винта 19, корнерезного ножа 20, гидроцилиндра 21, рычага подъема 22, верхней тяги 23, рычага фиксации 24, коренного кронштейна 25, нижней тяги 26, кронштейна 27. Конец кабеля 31 с помощью захвата 32 неподвижно крепится к анкеру 33.
Тяговое усилие кабелеукладчика через пантографную систему тяг заднего навесного оборудования преобразуется в усилие резания грунта с помощью основного рабочего органа — ножа, который оснащен механическим дебалансным вибратором, сообщающим ему дополнительное возвратно-поступательное перемещение в вертикальной плоскости.
Вращающий момент от первичного вала коробки передач трактора через ходоуменьшитель 10, карданный вал 11, промежуточный редуктор 12 передается на вибратор 13, который создает колебательное движение ножа в вертикальной плоскости с частотой до 25 Гц. При этом возмущающие силы, действующие по вертикали, колеблются в пределах 140—200 кН.
Кабель с барабана, установленного на кронштейнах переднего навесного оборудования, через отлипатель 4 и ролики 8 и 9 проходит через канал кассеты в щель, глубина которой регулируется винтом 19.
При перемещении кабелеукладчика размотка кабеля с кабельного барабана производится механизмом размотки, управляемым из кабины трактора.
Отметим конструктивные особенности вибрационного кабелеукладчика и основных его узлов.
Базовый трактор Т-100МБГП, коробка передач которого имеет выходы трех валов (первичного, вторичного и третичного) в сторону заднего моста, позволяет осуществить установку механического ходоуменьшителя. Гидрофицированные механизмы переднего навесного оборудования обеспечивают подъем с грунта, транспортировку при прокладке, принудительное вращение и торможение кабельных барабанов, а также опускание их на грунт после завершения прокладки.
Подъем и опускание П-образной рамы, несущей кабельный барабан, производится из кабины трактора с помощью рычага управления гидросистемой. При этом шток гидроцилиндра перемещает за проушины П-образную раму 1, являющуюся грузоподъемным порталом.
Съемные кронштейны 2 устанавливают на П-образной раме в различных положениях в зависимости от ширины кабельных барабанов. При установке одного кабельного барабана габаритов № 18 и 20 устанавливают два кронштейна. В случае установки двух барабанов необходимы три кронштейна. В верхней части кронштейны имеют вилку для закрепления осей (карандашей) кабельных барабанов.
Ось 3 является несущим элементом, удерживающим кабельный барабан. Ось соответствующего типоразмера вводится в осевые отверстия фланцев барабана. Во избежание перемещения барабана вдоль оси барабаны крепятся фиксирующими муфтами, которые должны входить в отверстия фланцев барабана и плотно прижиматься к его щекам.
Отлипатель 4 служит для высвобождения сматываемого с барабана кабеля при прилипании его к соседним виткам. Отлипатель состоит из кронштейна, который крепится к П-образной раме с помощью болтового соединения.
Механизм размотки 5 обеспечивает перемещение ведущих вальцов до соприкосновения их ребристой поверхности со щеками кабельных барабанов, вращение и торможение кабельных барабанов, отвод вальцов от щек кабельных барабанов. Механизм размотки состоит из двух рам (правой и левой), в направляющих которых крепятся оси вальцов, штурвал, пружина, которая растягивается вращением штурвала, редуктора 6, гидродвигателя 7. Вращение от вала гидродвигателя через редуктор передается вальцам, приводящим во вращение кабельный барабан.

Направляющие ролики 8 к 9 предназначены для направления и поддержки кабеля при прохождении его над кабиной и за кабиной трактора.
Заднее навесное оборудование предназначено для размещения основных рабочих органов кабелеукладчика и выполняет операции по прокладке кабеля, включающие образование щели в грунте, укладку в нее кабеля и трамбовку щели с проложенным кабелем.
Подъем заднего навесного оборудования осуществляется перемещением рычага управления из кабины трактора, при этом штоки гидравлических цилиндров 21 под давлением рабочей жидкости перемещаются, увлекая за собой рычаг 22 до соприкосновения пятки рычага с упором верхней тяги 23 и далее до совмещения отверстия рычага фиксации 24 с отверстиями в проушине коренного кронштейна 25. В совмещенное отверстие вводится фиксирующий палец, гарантирующий жесткое надежное закрепление заднего навесного оборудования в транспортном положении.
Опускание заднего навесного оборудования происходит после удаления фиксирующего пальца, рычаг управления переводится в соответствующее рабочее положение, при этом штоки гидроцилиндров начинают вдвигаться в цилиндры, увлекая за собой рычаг 22 и за ним заднее навесное оборудование, которое под действием силы тяжести опускается до упора ножа в грунт. Нижняя тяга 26. соединяющая кронштейн 27 с ножом, предназначена для передачи усилия тяжения от трактора на нож, а также для ориентирования ножа в вертикальном положении.
Кроме перечисленных составных частей в заднее навесное оборудование входит механический ходоуменьшитель 10, служащий для передачи вращающего момента от двигателя на карданный вал вибратора и получения более низких скоростей движения трактора для увеличения тяги при работе кабелеукладчика. Ходоуменьшитель монтируется на привалочной плоскости корпуса заднего моста трактора (рис. 31).
Ходоуменьшитель получает вращение от первичного вала коробки передач трактора через верхний вал 12, ведущий вал 2 (рис. 32), систему шестерен, ведомый вал 4 и торсион 13 (рис. 31).
Вал ходоуменьшителя выполнен разрезным из двух частей (рис. 32, поз. 2 и 8) для возможности разобщения вала отбора мощности с карданным валом. Разобщение валов производится муфтой 5 с помощью рукоятки механизма блокировки. Ходоуменьшитель имеет два диапазона изменения скоростей движения, включение каждого из которых осуществляется рукояткой механизма блокировки с помощью муфты ходоуменьшителя 6. Масляная ванна ходоуменьшителя сообщается с масляной ванной конической передачи заднего моста трактора.
Ходоуменьшитель оборудован смотровым люком 1 (рис. 33), в нижней части корпуса ходоуменьшителя имеется сливная пробка.

Рис. 31. Блокировка и управление ходоуменьшителем: 1  — ходоуменьшитель в сборе; 2, 3 — кронштейны; 4 — вал; 5,6 — пластины; 7, 8 — рычаги; 9 — тяга; 10, /1  — рычаги; 12 — верхний вал; 13 — торсион; 14 — втулка; /5 — кронштейн; 16 — гайка
Возможность одновременного включения одного из диапазонов ходоуменьшителя и реверса трактора исключается блокировочным устройством, которое работает следующим образом. При повороте рычага включения хода трактора в любую сторону одновременно поворачивается вал 4 (рис. 31) и пластина 6, которая занимает положение I (рис. 34) и запирает пластину 1, связанную с реверсом 3 трактора (реверс трактора находится в нейтральном положении). Таким образом при включении одного диапазона ходоуменьшителя реверс трактора блокируется в нейтральном положении.
При включении реверса трактора (рис. 34) в одно из положений передвигается соединенная с ним пластина 1 и своим пазом замыкает пластину 2. Таким образом при включении реверса трактора рычаг включения хода машины, связанный с валом 4 (рис. 32) с помощью шпонки, блокируется в нейтральном положении, что исключает одновременное включение хода машины и реверса.

Рис. 32. Ходоуменьшитель:
1 — корпус; 2 — ведущий вал; 3 — вал промежуточный; 4 — ведомый вал хода трактора; 5 — муфта включения вала отбора мощности; 6 — муфта ходоуменьшителя; 7 — крышка; 8 — ведомый вал вибратора

Карданный вал (рис. 35) служит для передачи вращающего момента от ходоуменьшителя к промежуточной коробке и от промежуточной коробки к входному валу вибратора. В зависимости от положения рабочего органа кабелеукладчика карданные валы меняют свою длину в диапазоне ±40 мм. Одна из скользящих вилок 4 (рис. 35) карданного вала крепится на шлицевом конце вала промежуточной коробки, а вторая — на шлицевом конце ходоуменьшителя и фиксируется болтом 5 с гайкой 8 и шплинтом 9. Аналогично крепится второй кардан на шлицевых валах промежуточной коробки и на входном валу вибратора. Вилки карданных валов соединены крестовинами, которые вращаются в игольчатых подшипниках. Шлицевые валы соединены с вилками шлицевым соединением и зафиксированы болтом.

Рис. 33. Разрез ходоуменьшителя:
1  — люк; 2 — сливная пробка; 3 — скалка включения хода трактора; 4— сапун; 5 — скалка включения вала отбора мощности

Рис. 34. Схема работы блокировочного устройства:
1, 2 — пластины; 3 — реверс трактора; 4 — болт; I, II, III — положения пластин

Рис. 35. Карданный вал:
1  — труба; 2 — вал шлицевой; 3 — вилка приварная; 4 — вилка скользящая: 5 — болт; 6 — крестовина с подшипниками; 7 — стопорное кольцо; 8 — гайка;
Карданная муфта (рис. 36) обеспечивает передачу вращающего момента от ходоуменьшителя на промежуточную коробку и от нее на вал вибратора и состоит из трех вилок (1, 2 и 3), соединенных крестовинами 8. Болтами 4 муфта закрепляется на валу от возможного осевого смещения.

Рис. 36. Карданная муфта:
1  — вилка средняя; 2 — вилка шлицевая левая; 3 — вилка шлицевая правая; 4 — болт, 5 — гайка прорезная; 6 — шплинт; 7 — кольцо стопорное; 8 — крестовина в сборе с подшипниками

Вибратор 13 (рис. 30) двухвальный, дебалансный имеет на выходном валу две шестерни, центр тяжести которых смещен от оси вращения. Корпус вибратора сварной, крепится на верхней площадке ножа при помощи болтов.
Нож 14 имеет оптимальную геометрическую форму, обеспечивающую наилучшие условия расклинивания грунта.
Тяга 15 обеспечивает подвижное пространственное соединение кассеты с ножом, допускающее отклонения в горизонтальной плоскости на ±15° и в вертикальной на ±40 мм.
Укажем наиболее важные при прокладке силовых кабелей конструктивные особенности кабелеукладочной кассеты 16, предназначенной для плавного направления кабеля в щель, образованную ножом в грунте. Внутри кассеты имеется канал для прохода кабеля, радиус кривизны которого должен быть не менее нормативного радиуса кривизны внутренней кривой изгиба кабеля. Канал закрывается двумя съемными крышками. При входе в канал кассеты имеются ролики, предохраняющие кабель от соприкосновения с краями корпуса. В передней части корпуса кассеты предусмотрены отверстия для установки головок соединительных тяг, с помощью которых производится сочленение кассеты с ножом.
Трамбователь предназначен для регулирования глубины погружения ножа в грунт и утрамбовки щели одновременно с прокладкой кабеля. Трамбователь состоит из балки 17, двух автомобильных колес 18 и регулировочного винта. Балка в передней части имеет проушину с отверстиями для оси, предназначенной для соединения балки с корпусом ножа. Задняя часть балки имеет с боков две оси, наклоненные к горизонтали под углом 10°, что позволяет получить развал колес для более эффективной заделки щели. Регулировку заглубления трамбователя производят регулировочным винтом.
Корнерезный нож 20 предназначен для резки верхнего покрова грунта и имеет боковые поверхности резания, на которые нанесен наплавкой твердый сплав (сталинит). Ступица ножа вращается в вилке, которая, в свою очередь, может вращаться вокруг своей вертикальной оси.
Кронштейны и тяги обеспечивают параллелограммную подвеску заднего навесного оборудования; в углах соединения тяг и кронштейнов установлены закладные пальцы. Коренной кронштейн 259 присоединен к трактору болтами в месте установки ходоуменьшителя.
Гидросистема кабелеукладчика, служащая для привода исполнительных рабочих органов, состоит из гидросистемы трактора, входящего в комплект заводской поставки Т-100МБГП, включающий в себя масляную насосную установку, систему трубопроводов и два гидроцилиндра, используемые в качестве механизма привода переднего навесного оборудования, гидромотор привода вращения вальцов переднего навесного оборудования, два гидроцилиндра подъемного механизма заднего навесного оборудования.
Кабелеукладчик КНВ-1, не имеющий механизма размотки кабельных барабанов, монтируется на тракторе Т-130. Он может прокладывать при наличии дополнительных двух тракторов в грунтах I—III категорий два кабеля диаметром до 38 мм или один кабель диаметром до 50 мм на глубину 900 и 1200 мм. Максимальная грузоподъемность переднего навесного оборудования, на которое устанавливают два барабана № 22 или один № 24, — 4000 кг. Сменная производительность 1,6—2 км.
В Минтрансстрое разработан более мощный вибрационный кабелеукладочный агрегат на базе двух тракторов Т-180, который позволит вести прокладку магистральных кабелей в грунтах IV категории на глубину 1,2 м и нести на себе пять барабанов с кабелем. Управление ножом и грузоподъемными устройствами полностью гидрофицировано. Обслуживать кабелеукладочный агрегат будут четыре рабочих.
Наиболее развитой специализированной зарубежной фирмой, выпускающей различные вибрационные кабелеукладчики, является фирма Parson. Все кабелеукладчики этой фирмы объединяет характерное конструктивное построение. Кабелеукладочный агрегат ДР-100 используется для прокладки кабелей связи, кабелей электрического освещения, гибких труб диаметром до 6,3 см. Кабелеукладочный нож установлен на коробчатой балке, которая с помощью гидроцилиндров может перемещаться как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Благодаря этому обеспечивается возможность офсетной прокладки коммуникаций за внешней кромкой задних колес на расстоянии до 1,8 м. Вибровозбуждение ножа производится двухвальным дебалансным вибратором, приводимым в действие аксиально-поршневым гидромотором, связанным с гидросистемой трактора. По данным фирмы при наличии вибрации тяговое сопротивление ножа снижается на 30—40 %. Заделка щели осуществляется парой опорных трамбующих пневмокатков низкого давления. Гидроцилиндры, производящие подъем и опускание трамбующих катков, позволяют осуществлять точную регулировку глубины прокладки. Одновременно можно прокладывать два кабеля или трубу и кабель. Для предохранения кабеля от вибрации направляющая кабельная кассета к ножу крепится шарнирно на параллелограммной подвеске. Управление агрегатов полностью гидрофицировано. Органы управления трактором (за исключением рулевой колонки) продублированы на боковом приборном щитке, где размещены также органы управления ножом, трамбующими катками и механизмом подъема барабанов. Базовым тягачом кабелеукладчика является трактор Oliver, имеющий четыре ведущих колеса и дизельный двигатель GM-53 мощностью 85 кВт. Скорость движения агрегата в вибрационном режиме резания грунта до 1 км/ч. Агрегат обладает высокой маневренностью.
Разнообразную мобильную землеройную технику на базе различных по мощности тракторов выпускает фирма Vermeer, например. кабелеукладочный агрегат на тракторе, укладывающий кабели на глубину до 60 см. Кабелеукладочный нож навешивается на трактор спереди с помощью параллелограммного механизма, управляемого гидроцилиндром. Кабель прокладывается при движении трактора задним ходом. Как и у рассмотренного выше кабелеукладчика, щель заделывается опорными трамбующими катками, высота установки которых регулируется гидроцилиндром. Вертикальная вибрация создается двухмассовым дебалансным вибратором направленного действия, который через клиноременную передачу приводится в движение гидромотором. Кабельная кассета подвешена шарнирно. Барабан с кабелем устанавливается на вилочной раме. Управляют всеми операциями с рабочего места тракториста.
Кабелеукладчик Р-20 фирмы Vermeer навешивается сзади на трактор М-450 с помощью параллелограммной навески. В отличие от кабелеукладчика на тракторе М-460 опорные колеса кабелеукладчика Р-20 расположены сбоку от ножа и не заделывают щель. Привод вибратора осуществляется от вала отбора мощности трак-
тора. Глубина прокладки кабеля составляет 75 см. Управление работой полностью гидрофицировано.
Фирма Case изготовляет кабелеукладчик Case-475, смонтированный на гусеничном тягаче с двигателем мощностью 54 кВт. Гидрообъемная передача позволяет плавно регулировать скорость движения от 0 до 10 км/ч. Частота колебаний вибратора также бесступенчато регулируется дросселем управления гидромотором в соответствии с режимом прокладки. Комплект кабелеукладочных ножей позволяет прокладывать кабели и трубы диаметром до 5 см на глубине 60, 75, 90 см. Кабельная кассета установлена на параллело- граммной навеске. Кабелеукладчик не имеет опорных колес или лыж. В отличие от рассмотренных выше кабелеукладчиков в данной конструкции нож с вибратором устанавливается на параллелограммной навеске, в шарнирах которой смонтированы упругие элементы.
Не имеет опорных колес и кабелеукладочный вибрационный нож фирмы ARPS. В данном случае необходимая глубина хода ножа поддерживается гидроцилиндром. Вибратор кабелеукладчика приводится в действие от вала отбора мощности трактора.
Кабелеукладчики с вертикально вибрирующими ножами выпускают фирмы Thaler, Ditch-Witch, Dynapack, Davis и др.
Большой эффект снижения тягового сопротивления получается при циркуляционном движении ножа.
Фирма Ulrich создала экспериментальный кабелеукладчик CL-40 с циркуляционным движением ножа. По данным этой фирмы снижение тягового сопротивления ножа составляет 80 %. Кабелеукладчик CL-40 ведет прокладку кабелей и проводов диаметром до 2,9 см на глубине 60 и 90 см со скоростью 1080 м/ч. Циркуляционное движение ножа получается за счет эксцентрикового вала, установленного в верхней части стойки ножа. Тягач от вибрации защищен системой резиновых амортизационных втулок.
Несколько опытных моделей кабелеукладчиков с циркуляционным движением ножа выпустила фирма Condax. Кабелеукладчики Vibra-King 420, 380 и 360 предназначены для прокладки кабелей на глубине соответственно 120, 105 и 90 см. Эти кабелеукладчики монтируются на тракторе мощностью 59 кВт, имеющем автоматическую трансмиссию, и ведут прокладку кабеля со скоростью 900— 1500 м/ч.
Кабелеукладчик Vibra-King 380 — это полуприцепной агрегат на пневмоколесах, снабженный автономным бензиновым двигателем, от которого приводится в действие вибромеханизм. Из рабочего положения в транспортное кабелеукладчик переводится путем поворота вокруг поперечной оси рычагов, на которых крепятся колеса, и путем поворота блока вибромеханизма с кабелеукладочным ножом. Эти операции производятся с помощью гидроцилиндров. Управление осуществляется с рабочего места тракториста. Прокладываются кабели толщиной до 7,5 см. Глубина прокладки равна 60 см, скорость 1800 м/ч. Тяговое усилие по сравнению с пассивным режимом прокладки снижается на 80 %.
Фирма Basser Company также создала кабелеукладчик с орбитальным движением ножа, который имеет автономный дизельный двигатель мощностью 43 кВт для привода ножа.
По данным фирмы при эксплуатации кабелеукладчика требуется усилие в 1,9 раз меньше, чем при пассивном режиме резания.
Кабелеукладчик имеет два сменных ножа для прокладки кабеля на глубине 75 и 90 см. Толщина первого ножа равна 8 см, второго — 5 см.
Таким образом, несмотря на то, что кабелеукладчики с вибрационными ножами по сравнению с пассивными более сложны по конструкции, менее надежны в эксплуатации и дороже, они получают широкое распространение.
Применение вибрационных кабелеукладчиков позволяет получить ряд важных преимуществ: снизить тяговое сопротивление от 20 до 90 % в зависимости от вида вибрации, скорости движения и свойства грунта; получить более высокую эффективность на грунтах, засоренных мелкими камнями, корнями деревьев; обеспечить стабильность глубины прокладки кабеля; обеспечить малое разрушение поверхностного слоя грунта; добиться хорошего самоочищения ножа от наволакиваемых корней растений.