Оборудование для работы «с поля».
Землеройное оборудование для сооружения и текущего ремонта земляного полотна делится на две категории: работающее «с поля» и на рельсовом ходу. Основную часть работ по сооружению и эксплуатации нельзя выполнить машинами на рельсовом ходу, поэтому основная масса оборудования — машины, работающие «с поля». Землеройное оборудование, работающее «с поля», включает в себя гусеничные и колесные тракторы, самоходные и прицепные скреперы, бульдозеры, рыхлители, погрузчики на гусеничном ходу, колесные погрузчики, автогрейдеры, уплотнители, экскаваторы — прямая лопата и драглайн, корчеватели, кирковщики, грейдер-элеваторы, поливочные машины, автомобили-самосвалы, трейлеры, прицепы, а также большое разнообразие кранов, включая краны с телескопическими стрелами. Существует множество дополнительного оборудования для этих машин, которое удобно использовать для различных работ при сооружении и текущем ремонте земляного полотна.
Гусеничные тракторы.
Гусеничный трактор — наиболее универсальная база землеройно-транспортных машин. Он пригоден для различных работ по содержанию пути и принят как базовая машина на большинстве железных дорог.
Планировка подбалласта автогрейдером Cat. 14 с автоматическим управлением отвала перед укладкой Железобетонных шпал.
Гусеничные тракторы имеют звенья гусениц шириной от 6 до 36 дюймов, обеспечивая таким образом большую площадь опирания и тягу, что делает их пригодными для работы как на неустойчивом, так и на прочном основании, несмотря на то, что масса трактора может составлять от 3800 до 190 520 фунтов.
Широкое разнообразие навесного рабочего оборудования дало возможность за ряд лет расширить универсальность гусеничного трактора. Одни виды оборудования съемные, что позволяет использовать машину для сезонных работ, другие могут быть установлены постоянно. Это приводит к тому, что базовая машина теряет свою индивидуальность как гусеничный трактор и становится известной по наименованию рабочего оборудования.
Гусеничный трактор используется при сооружении земляного полотна, его уширении, отрывке канав, планировке, удалении валунов и других препятствий как тягач для скреперов, распределителей, рыхлителей, корчевателей, катков, канавокопателей и профилировщиков, а также как шасси для фронтальных погрузчиков с погрузкой «через себя», одноковшовых экскаваторов, траншеекопателей и кранов. Эти тракторы приводятся в движение дизельными двигателями мощностью от 30 до 770 л. с.
Двигатели приспособлены для использования при экстремальных температурах и в суровых условиях работы. Частота вращения вала двигателя может изменяться от 1000 до 3200 оборотов в минуту. Скорость трактора от 1,5 до 8,2 мили в час. При обратном ходе, так же как и при движении вперед, предусмотрено от 2 до 8 передач.
Способность гусеничных тракторов работать и разворачиваться на ограниченном пространстве, на откосах и в междупутье является тем качеством, которое обеспечивает им прочное место в парке оборудования, используемого при эксплуатации железных дорог.
Пневмоколесные тракторы.
Колесные тракторы перемещаются со значительно большей скоростью, чем гусеничные. Для движения колесных тракторов вперед со скоростями от 1,3 до 45 миль в час предусмотрено от 3 до 10 передач и от 1 до 4 — для движения задним ходом со скоростями от 2,6 до 30 миль в час.
Нагружение скрепера Cat. 641 при помощи двух толкачей
Гидродинамические трансмиссии вытесняют обычные механические передачи и обеспечивают от трех до шести скоростей в каждом направлении, уменьшая до минимума износ передач и утомляемость оператора.
Колесные тракторы обычно имеют дизельные двигатели мощностью от 150 до 950 л. с. и от 2 до 6 пневматических колес низкого давления. Шины колесных тракторов с глубокими протекторами обеспечивают хорошую тягу даже при работе на мягком грунте. Двухколесные тракторы используются как тягачи для двухколесных скреперов и землевозов, уплотнителей и цистерн с водой.
У четырехколесных тракторов передние колеса могут быть управляющими, а задние — ведущими или наоборот. Четырехколесные тракторы также могут быть выполнены со всеми ведущими колесами, из которых 2 или 4 являются управляющими. Ряд таких приспособлений, как специальные цепи для предотвращения повреждения шин в скальных грунтах или специальные шины для различных грунтов помогают лучше приспособить каждый трактор к существующим условиям работы. Шарнирно-сочлененные рамы обеспечивают маневренность тракторов, упрощая их конструкцию.
Бульдозеры.
Бульдозер имеет отвал, изготовленный из легированной стали. Отвал крепится к трактору посредством С-образной рамы или боковых толкающих брусьев. Отвал можно поднимать, опускать, наклонять и поворачивать.
Поворотный отвал бульдозера похож на лобовой отвал, расположенный под прямым углом к трактору, но, в отличие от него, может поворачиваться в плане для выемки и сдвига материала в сторону. Это очень удобно также при отделочных операциях.
Перечень применяемых модификаций оборудования бульдозеров:
прямой отвал с изменяемым наклоном для увеличения или уменьшения глубины врезания;
косо установленный отвал на С-образной раме с поворотом на 25° вправо или влево со сменным ножами на концах отвала;
универсальные открылки, выдвинутые под yглом 20°, повышающие вместимость отвала и уменьшающие потери грунта;
универсальный буфер-амортизатор, допускающий контактную скорость между толкачом и скрепером до 5 миль в час, плавную загрузку, благодаря упругости амортизатора, подвижность бульдозера-толкача при резании; имеет небольшую ширину, что обеспечивает обзорность и маневренность.
Производительность зависит от того, насколько правильно подобраны трактор и оборудовании бульдозера. Прежде всего нужно рассмотреть основные виды работ, которые должен выполнят трактор, затем определить вид перемещаемого материала и оценить возможности трактора.
Большинство грунтов поддаются разработке при помощи бульдозера. Но работа бульдозера зависит от следующих характеристик грунтов: размер и форма частиц. Чем больше размер отдельных частиц, тем труднее внедрить нож отвала. Частицы с острыми гранями оказывают сопротивление перемещению их отвалом бульдозера; для их перемещения нужна большая мощность, чем для такого же объема грунта с округлыми гранями
количество пор. Небольшое количество пор или их отсутствие означает, что отдельные частиц большей частью или всей своей поверхностью буду контактировать с другими частицами. Это создает связь, которая должна быть разрушена. Грунт с небольшим количеством пор является обычно тяжелым, его трудно разрабатывать в слежавшемся состоянии;
влажность грунта. Отсутствие влаги увеличивает сцепление между частицами: слежавшийся грунт трудно разрабатывать. Высокое содержание влаги делает бульдозерные работы трудными из-за того что грунт становится тяжелым и требуется большое усилие для его перемещения. Оптимальное содержание влаги уменьшает пыление и обеспечивает наилучшие условия для бульдозерных работ.
Промерзание зависит от влажности грунта. Πри промерзании прочность грунта увеличивается как с повышением влажности, так и понижением температуры. Но у промерзшего совершенно сухого грунта характеристики не изменяются.
Показателем способности отвала заглубляться и воспринимать нагрузку является мощность, приходящаяся на 1 фут режущей кромки: чем большую мощность, тем лучше отвал внедряется в грунт. Мощность, приходящаяся на 1 куб. ярда грунта определяет способность отвала перемещать этот грунт: чем больше мощность, приходящаяся на 1 куб. ярд перемещаемого грунта, тем больше потенциальная возможность перемещать грунт с большей скоростью.
Длина отвалов бульдозеров от 4 футов 9 дюймов до 26 футов, высота от 24 до 86 дюймов. При меняются U-образные отвалы, обеспечивающие лучшее удержание перемещаемого грунта. Управление отвалами обычно гидравлическое, но используются и канатно-блочные системы. Ножи отвалов сменные и изготавливаются из высокоуглеродистой термически упрочненной стали.
Погрузчики.
Погрузчики служат для разработки и перемещения грунтов к месту выгрузки или для погрузки их непосредственно в вагоны или автомобили- самосвалы. На колесных и гусеничных погрузчиках установлено ковшовое оборудование различных типов и размеров. Чаще, чем другие, колесные погрузчики применяются из-за скорости, с которой они могут обращаться между местами погрузки и выгрузки.
Фронтальные погрузчики загружаются и разгружаются в положении, при котором ковш всегда находится перед водителем. У погрузчиков с разгрузкой «через себя» загрузка происходит при расположении ковша у одного конца машины, и затем груз перебрасывается через голову машиниста для разгрузки с другого конца машины. Имеются погрузчики, которые допускают погрузку с любого конца машины и разгрузку — с переднего конца.
Оба этих типа погрузчиков — быстроходные, работают на относительно ограниченных площадях, имеют неограниченный радиус действия, экономичны при перевозке грузов на значительные расстояния там, где практически нецелесообразно использовать автомобили-самосвалы или другое транспортное оборудование.
Автомобиль-самосвал International Pay Hauler грузоподъемностью 50 т загружает погрузчик.
Погрузчики легко приспособить для разнообразного использования: удалить снег, даже на ограниченных площадях, погрузить шлак и уголь из запасного штабеля, подать заполнители бетона или очистить станционные площадки. Некоторые модели погрузчиков оснащены бульдозером для срезки балласта или планировочных работ, могут быть оборудованы вилами или приспособлениями для работы со скреперами в качестве толкачей. Для предотвращения повреждений шин при работе в скальных грунтах предусмотрены специальные цепи.
Правильный выбор машины с производительностью, превышающей расчетную требуемую рабочую производительность, является крайне важным. Полезный груз, превышающий рекомендуемый и чрезмерный противовес, снижает производительность машины, уменьшает динамическую устойчивость и сокращает срок службы машины.
Все колесные погрузчики, используемые для работы на насыпях, должны быть оборудованы скальными шинами или специально защищенными шинами, чтобы уменьшить внезапные повреждения из- за проколов. Невзирая на специфику работы, будь то насыпь или каменный карьер, важно выбрать надлежащее оборудование для оптимизации производительности машины и ее полезного срока службы.
Одноковшовые экскаваторы-прямая лопата.
Одноковшовые экскаваторы работают «с поля» и предназначены, главным образом, для копания и погрузки грунта, гравия и разрыхленного скального грунта, разрушения покрытия и промерзшего грунта. Эти машины особенно удобны для земляных работ, выполняемых вдоль основания холма: они могут выбирать грунт, расположенный выше стоянки машины, до высоты, ограниченной только досягаемостью ковша.
Одноковшовые экскаваторы имеют разную длину стрел: от 13 до 45 футов (короче, чем у кранов). Экскаваторы имеют ковши разной вместимости: от 3/8 до 6 куб. ярдов, но есть ковши со значительно большей вместимостью.
Широко используются на железных дорогах ковши вместимостью от 3/8 до 2 куб. ярдов. Режущая кромка ковша съемная, выполнена из упрочненной легированной стали, так как подвергается сильному истирающему воздействию. Обычно устанавливают вдоль режущей кромки 4 или более сменных зубьев из марганцовистой стали для повышения внедряемости ковша. Такие машины выпускаются в гусеничном и в колесном исполнении. У машин в колесном исполнении ограничена вместимость ковша от 3/8 до 3/4 куб. ярдов.
Экскаваторы можно быстро переоборудовать: заменить стрелу для того, чтобы использовать машину в качестве крана, грейфера, драглайна, обратной лопаты или копров.
Экскаваторы-обратная лопата.
Экскаватор-обратная лопата удобен для рытья траншей и котлованов под фундаменты. Боковые стены и основания таких выработок экскаватор зачищает с высокой точностью. Длина стрел у экскаваторов обратная лопата приблизительно такая же, как и у экскаваторов прямая
лопата, но рукояти ковшей составляют не более половины длины. Как правило, стрелы экскаваторов обратная лопата выполняются не постоянной ширины, а имеют сужение на конце. Эта особенность позволяет копать на большой глубине с зачисткой боковых стенок выработок.
Вместимость ковшей экскаваторов на гусеничном ходу от 3/8 до 21/2 куб. ярдов, на пневмоколес- ном ходу — от 3/8 до 3/4 куб. ярдов.
Экскаваторы-планировщики.
Некоторые экскаваторы оснащены телескопическими стрелами, на конце которых можно установить различные рабочие органы для использования машины в качестве экскаватора, трубоукладчика, кановокопателя, траншеекопателя, грейдера, рыхлителя или снегоуборщика. Машина является полноповоротной и смонтирована на шестиколесном шасси, пневмоколесном или гусеничном ходу.
Телескопическая стрела — важный элемент в конструкции такой машины; она совершает почти такие же движения, как рука человека. Рабочие органы при работе подтягиваются к машине, что обеспечивает возможность выполнения точных работ.
У других многоцелевых машин, смонтированных на пневмоколесных тракторах, сочлененные стрелы. Оснащенные соответствующим оборудованием эти машины можно использовать в качестве экскаваторов, кранов, канавокопателей, трубоукладчиков, как буровое оборудование, в качестве снегоуборщиков, обратных лопат, траншеекопателей. Стрелы таких экскаваторов управляются гидравлически, одна — с максимальным отклонением в 120° и другая — 180°, способны достигать высоты около 12 футов.
Экскаваторы-драглайны.
Там, где условия для разработки грунта нетяжелые и его можно выгружать непосредственно в кавальер без транспортировки, а также в местах большого скопления воды или нестабильного основания, с которыми приходится бороться в выемках, экскаваторы-драглайны незаменимы. Эта машина сочетает многие особенности прямой лопаты и крана.
У больших экскаваторов-драглайнов длина стрелы 300 футов и более; ковши вместимостью 75 куб. ярдов и более, в то время как более легкие типы таких экскаваторов имеют стрелу длиной от 45 до 60 футов и ковши вместимостью от 1 /2 до 41/2 куб. ярдов. Легкие типы экскаваторов более распространены при обычном железнодорожном строительстве. Небольшие экскаваторы-драглайны обычно используются на гусеничном или пневмоколесном ходу.
Переоборудуемые прямые лопаты на гусеничном ходу способны работать с ковшом вместимостью 1 куб. ярд, стрелой 45 футов и широко используются при обычных земляных работах.
Рыхлители-корчеватели.
Корчеватели предназначены для разрыхления промерзшего грунта, сцементированного гравия, глинистого или прочного сланца, для взломки дорожного покрытия, выкорчевывания кустарника и небольших пней. Обычно корчеватели и рыхлители предшествуют работе бульдозеров или других землеройно-транспортных машин. Сменный наконечник зуба-рыхлителя опускается ниже поверхности земли и тянется трактором для образования борозды глубиной до 75,5 дюйма.
Обычный рыхлитель представляет собой прицепное приспособление, которое состоит из относительно длинной основной рамы, опирающейся на два пустотелых барабана. У заднего конца рамы подвешены рыхлительные зубья, которые можно поднимать и опускать при помощи гидравлического управления. Зубья съемные, в зависимости от условий работы можно использовать 1, 2 или 3 зуба.
Существуют рыхлители, которые навешиваются на задние концы рамы трактора, поднимаются и опускаются при помощи гидравлического управления. Корчеватели устанавливаются на отвал бульдозера.
Кирковщики.
Для рыхления грунта и вырывания кустов и небольших корней применяются также кирковщики. Они не заглубляются в грунт на такую глубину как рыхлитель, поэтому состоят из большого числа зубьев (от 5 до 13), установленных на поперечной раме. Кирковщик обычно устанавливают перед отвалом автогрейдера или навешивают впереди трактора.
Скреперы.
Современные скреперы широко используются при значительных объемах земляных работ. Применяются одно- и двухосные скреперы. Большой стальной ковш скрепера самостоятельно загружается и разгружается.
Управление ковшом канатно-блочное, гидравлическое или электрическое. Механизмы управления позволяют точно регулировать положение ковша так, что создается либо свободное скольжение, либо глубокое резание грунта. Выгрузка грунта может быть осуществлена слоями толщиной до 26 дюймов. Обычно грунт распределяется слоями толщиной 8—12 дюймов, чтобы повысить их уплотнение, перемешивание различных видов отсыпаемого грунта, а также для обеспечения лучших условий движения.
Вместимость ковша одноосных скреперов от 4,4 до 40 куб. ярдов. Наращивание стенок ковша скрепера позволяет увеличить его вместимость. Вместимость ковшей двухосных скреперов от 3,4 до
- куб. ярдов.
Режущие кромки ковшей длиной от 6 до 10 футов выполнены таким образом, что ширина полосы захвата грунта соответствует ширине насадки задних колес. Это дает возможность вести резание грунта проходами «след по следу». Там, где грунт тяжелый для разработки или слишком мягкий для обеспечения достаточной тяги в период набора грунта, применяются тракторы-толкачи.
Скреперы с элеваторной загрузкой.
Скрепер с элеваторной загрузкой предназначен для разработки легких грунтов. В ковш скрепера грунт загружает цепной элеватор со скребками. Скрепер с элеваторной загрузкой или самозагружающийся скрепер особенно удобны для работы в условиях, где дополнительные затраты на трактор-толкач не оправданы. Вместимость ковша таких скреперов от 9 до 35 куб. ярдов, максимальная скорость движения свыше 30 миль в час.
Автогрейдеры.
Автогрейдеры предназначены, главным образом, для сооружения и эксплуатации шоссейных дорог, но успешно используются многими железными дорогами на новостройках с большим объемом земляных работ. Автогрейдер легко приспосабливается к планировке поверхностей, нарезке откосов и отделочным операциям в дополнение к нарезке кюветов и сооружению обочин у невысоких насыпей. Автогрейдеры имеют отвалы длиной от 10 до 14 футов. Применяются двух- или трехосные автогрейдеры. Они бывают с приводом только на задние или на задние и передние колеса и оборудованы двигателями мощностью от 50 до 225 л. с. Автогрейдеры имеют от 6 до 9 передних скоростей, скорость движения от 2,4 до 30,9 миль в час.
Современные автогрейдеры оборудуются системой автоматического управления положением отвала с точностью до ± 3 мм. Такая система автоматического управления действует по копиру.
Большинство автогрейдеров оборудованы шарнирно-сочлененными рамами, которые обеспечивают исключительную маневренность. Почти у всех моделей передние колеса могут наклоняться до 25° к вертикали.
Грейдеры-элеваторы.
Грейдер-элеватор используется в виде навесного оборудования к автогрейдеру и является наиболее производительной машиной для разработки грунта: от 160 до 1200 куб. ярдов в час с погрузкой в землевозы или автосамосвалы в зависимости от состояния грунта.
Грейдер-элеватор состоит из металлической рамы, устанавливаемой на 4—6 колесные тележки дискового плуга и ленточного конвейера. Конвейер приводится в движение от бензинового или дизельного двигателя или от вала отбора мощности тягача. Масса грейдер-элеваторов составляет от 15 до 20 тыс. фунтов, а мощность требуемого трактора — от 50 до 80 л. с. и более. Длина ленточных конвейеров от 16 до 25 футов. Дальность отбрасывания грунта за пределы их верхнего конца составляет 2—4 фута при скорости движения ленты от 200 до 300 футов в минуту.
Погрузчики непрерывного действия для погрузки материалов, уложенных в валки.
Это машины элеваторного типа, предназначенные для погрузки рыхлого материала, который по ряду ленточных конвейеров выгружается в транспортные средства или в отвал. Подобный погрузчик может быть приспособлен для уборки снега и отвалов, а при оборудовании различными режущими головками — для уборки осадочных материалов с пути и их погрузки.
Обычно погрузчик самоходный, смонтирован на четырехколесном шасси с бензиновым двигателем. Эта машина имеет гидравлическую систему управления. Рабочая скорость до 2 миль в час, транспортная — до 20—30 миль в час. Погрузчик оборудован подгребающим отвалом с загрузочным механизмом и двумя ленточными конвейерами, один из которых — поворотный, что допускает выгрузку назад или на любую сторону машины. Производительность погрузчика от 2 до 10 куб. ярдов в минуту рыхлого грунта и более 25 куб. ярдов в минуту снега.
Катки.
Улучшение качества земляного полотна для стальных магистралей требует тщательного уплотнения грунтов насыпей и оснований для уменьшения или предотвращения их осадки.
Современные технические условия на земляные работы требуют, чтобы грунт насыпи отсыпался на прочное основание. Для предотвращения оседания и выпирания насыпи и основания естественный грунт вспахивают, боронуют и укатывают каждый слой отсыпаемого грунта.
Уплотнение является процессом физического сжатия частиц грунта, которое приводит к увеличению веса единицы объема. Предполагается, что прочность грунта увеличивается за счет уплотнения.
Гранулометрический состав грунта, влажность и уплотняющее усилие — три важных фактора, влияющих на уплотнение.