При эксплуатации землеройных машин
При эксплуатации землеройных машин в районах с холодным климатом используют более десяти видов пластических смазок. Рассмотрим некоторые из них.
Солидол С, УС-1 — всесезонная смазка узлов трения через пресс-масленки в северных районах страны.
ЯНЗ-2 — тугоплавкая неводостойкая натриево-кальциевая смазка, применяемая при температурах до — 30°С, для смазывания подшипников ступиц колес, водяных насосов, опор приводов и других подшипниковых узлов с водонепроницаемыми уплотнителями.
Литол-24 — всесезонная универсальная тугоплавкая водостойкая смазка, применяемая при температуре до — 30°С, для смазывания подшипников ступиц и рулевого управления, насосов, опор карданных валов и опор привода вентиляторов и других узлов трения, защищенных уплотнениями от проникновения влаги.
ЦИАТИМ-201 — всесезонная пластичная смазка для шарниров тяг, втулок валиков распределителя, замков и петель, тяг приводов и других узлов.
АМ-1 — натриевая среднеплавкая неводостойкая смазка для карданных валов, мостов и т. п.
УССсА — графитная водостойкая кальциевая смазка, содержащая 10% графита. Предназначена для смазывания листов рессор, тросов привода тормозов, карданных валов и т. д. Стойкость смазки УСсА ограничена температурой — 30°С, поэтому при более низких температурах применяют смесь смазок УСсА, солидола С и 30% графита.
ВТВ-1 — волокнистый технический вазелин, предохраняющий от коррозии полюсные выводы аккумуляторов, упоры, ограничители и т. д. Для этих же целей применяют смазку ПВК.
Для зимней эксплуатации в основном применяют солидол С, консистентную ЯНЗ-2 и графитную УСсА смазки.
Основными операциями при устройстве
Основными операциями при устройстве лидерных скважин являются подтягивание лидера к копру через отводной блок на его нижней части, подъем и установка лидера под молот или вибропогружатель, центрирование лидера на оси скважины, погружение лидера до заданной проектной отметки, извлечение и освобождение лидера от керна.
Способ проходки лидерной скважины определяет также способ погружения сваи, так как на одной строительной площадке применяют, как правило, один тип копровой установки и погружателя. Продолжительность надежного вмерзания свай, погруженных молотами, не превышает 1 — 2 сут. Для восстановления термического режима вечномерзлых грунтов при вибрационном погружении требуется срок до одного месяца.
В вечномерзлых грунтах Таймыра, подстилаемого снизу талыми грунтами, сваи можно погружать забивным способом с помощью дизельных молотов до упора в практически несжимаемое основание или до получения проектного отказа. Верхнюю часть скважины, расположенную в вечномерзлом грунте, устраивают ударно-канатным способом, причем ее диаметр должен быть больше размера сваи.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПАРОВОГО ОТТАИВАНИЯ ГРУНТА
Паровое оттаивание осуществляют путем подачи пара через металлические трубы, погружаемые в вечномерзлый грунт по мере его оттаивания под действием собственного веса, реже принудительно или вручную.
Оттаивание грунта паром осуществляют нагревателями открытого типа, направляющими пар непосредственно в вечномерзлый грунт, и закрытого типа в виде герметичных труб, наполненных паром.
Дизельные топлива прямой перегонки
Однако дизельные топлива прямой перегонки имеют цетановое число, равное 43……48, поэтому в них вводят специальные присадки — изопропил-нитрат до 1 %.
Дизельные топлива для дизелей разделяют на дизельное северное, зимнее и дизельное арктическое, а для автомобильных дизелей — на зимнее, зимнее северное и арктическое. В маркировке топлив указывают также содержание серы: 0,2 или 0,5%, например, ЗС — 0,5. Дизельное топливо зимних сортов применяют при температуре — 20°С, топливо зимнего северного сорта при температуре не более — 30°С и топливо арктического сорта при температуре воздуха до — 50°С. Характеристики дизельных топлив зимних и арктических сортов приведены в табл. 23 по данным работы. Срок хранения топлив составляет 3…6 лет.
Эффективность зимней и арктической эксплуатации зависит от фракционного состава топлива, характеризующего содержание различных фракций, выкипающих в определенных температурных пределах. Для дизельных топлив определяют температуру, при которой перегоняется 50 и 96% топлива, а для зимнего и арктического топлива — температуру перегонки 10% топлива. Арктическое топливо выкипает при температуре 340°С, а зимние — при температуре 360°С.
При арктической эксплуатации топливо мутнеет в результате кристаллизации парафиновых углеводородов и фильтры забиваются. Во избежание этого из топлива удаляют парафиновые углеводороды с помощью карбамида или введением депрессорных добавок.
Бензин — это легковоспламеняющая горючая жидкость плотностью 0,712…0,742 г/см3, содержащая около 85% углерода, 15% водорода и незначительное количество кислорода, азота и серы.
Для предпускового разогрева
Для предпускового разогрева основного и пускового двигателей в конструкции машин предусматривают систему подогрева, обеспечивающую подготовку дизеля к работе под нагрузкой в течение 1 ч при температуре воздуха — 60°С и систему поддержания нормального теплового режима.
Пуск двигателя осуществляют электростартером, ручной пуск является резервным. В системе охлаждения можно использовать антифриз и воду.
Ходовая система должна обеспечивать эксплуатацию землеройной машины
Хрупкие разрушения
Все большее значение приобретают свойства низкотемпературной хрупкости и хладноломкости.
Хрупкие разрушения преобладают в деталях, испытывающих динамические нагрузки. Если поверхность детали имеет повреждения, то ее разрушение происходит более интенсивно.
В зимнее время года возникают трудности с пуском машин, их хранением и техническим обслуживанием. Увеличивающаяся вязкость моторных и трансмиссионных масел приводит к уменьшению мощности двигателя и повышенному расходу топлива в результате возрастания внутренних сопротивлений. Пуск двигателя затруднен, а часто невозможен без дополнительного подогрева. Снижение температуры жидкости в системе охлаждения двигателей внутреннего сгорания с 85 до 45°С приводит к уменьшению эффективной мощности дизельного двигателя до 10% и одновременному увеличению расхода топлива на 10…13%. По данным О. А. Бардышева износ деталей в районах с холодным климатом по сравнению с износом деталей двигателя, работающего в нормальном тепловом режиме, увеличивается в 3… 4 раза при понижении температуры охлаждающей жидкости до + 55°С и в 10… 12 раз при понижении температуры охлаждающей жидкости до +40°С.
Отказы электрооборудования возникают вследствие появления трещин в изоляции в результате повышенной влажности воздуха. В землеройных машинах и станках вращательного бурения в зимнее время года в основном отказывают гидравлические системы. Наблюдается увеличение отказов пневматических систем управления землеройными машинами, так как образуется конденсат, который при замерзании создает ледяные пробки.
Основной показатель качества бензинов
Основной показатель качества бензинов — детонационная стойкость, оцениваемая октановым числом, определяемая по моторному или исследовательскому методам.
Для облегчения пуска непрогретого двигателя и его быстрого прогрева должно выкипеть 10% объема зимнего вида бензина при температуре до 50°С и 50% объема при температуре до 160°С. Полное выкипание бензина зимнего вида должно быть обеспечено при температуре 185…195°С. Давление насыщенных паров бензинов зимних видов изменяется в пределах 567… 933 ГПа. Более высокое давление приводит к образованию паровых пробок, а более низкое затрудняет пуск двигателя. Содержание серы в бензинах должно быть не более 0,1…0,12%. Механические примеси и вода должны отсутствовать.
Моторные масла. Назначение моторных масел — снижение износа деталей двигателя благодаря созданию на поверхностях трения устойчивой масляной пленки, уплотнение зазоров в цилиндропоршневой группе, удаление продуктов износа из зон трения, защита деталей от коррозии, облегчение пуска при низких температурах и отвод избытка теплоты. Моторные масла, имеющие плотность 0,89…0,91 г/см3, получают в основном в результате фракционной перегонки мазута.
Параметры моторных масел для двигателей землеройных машин, эксплуатируемых в условиях вечномерзлых грунтов, следующие: кинематическая вязкость при температуре 100°С в пределах 6…8 мм2/с, температура застывания — 50…55°С, температура вспышки не менее 170°С, динамическая вязкость при температуре — 40°С не более 22 Па-с.
Моторные масла классифицируют на шесть групп А, Б, В, Г, Д и Е, а в пределах каждой группы на семь классов по кинематической вязкости 6, 8, 10, 12, 14, 16 и 20 мм2/с при 100°С.
Сваи
Сваи при этом способе стыкуют, поэтому длина свай не ограничена.
Бурозабивной способ погружения свай применим только для пластично-мерзлых грунтов при длине свай до 12 м.
Опускной способ погружения свай с оттаиванием грунта паром применяют в грунтах с небольшим количеством валунных включений. Длина этих свай не более 10 м. Наибольшая продолжительность вмерзания зафиксирована при опускном способе погружения свай, установленных с оттаиванием грунта паром, меньшая — при буроопускном и минимальная — при бурозабивном.
По совокупности технико-экономических показателей предпочтительным способом погружения свай в вечномерзлые грунты твердомерзлого состояния является буроопускной, а в пластично-мерзлые грунты — бурозабивной. Выбор конструкции, материала свай и способа их погружения зависит от типа строящегося объекта и его отдаленности от строительной базы, грузоподъемности подъемно-транспортного оборудования и имеющегося бурового оборудования.
Защиту верхней части сваи осуществляют битумом или цементно-песчаным раствором в оболочке из металла, приваренной к закладным деталям. При буроопускном и буро-забивном способах погружения свай бетонную или асфальтовую поверхность проветриваемых подполий сооружений необходимо выполнять до начала или в процессе свайных работ, оставляя «окна» для бурения скважин и забивки свай.
СОСТОЯНИЕ ГРУНТА В МОМЕНТ РАЗРАБОТКИ
Известны два стационарных состояния грунта — вечномерзлое и талое.
Грунты, вечномерзлого состояния имеют в условиях природного залегания в течение многих лет устойчивую отрицательную температуру и состоят из четырех компонентов: минеральных частиц, образующих грунтовый скелет; воды, частично или полностью заполняющей поры грунта; льда, представляющего продукт превращения воды при замерзании грунта и заполняющего его поры, и воздуха.
Машины для земляных работ
Машины для земляных работ, эксплуатируемые в условиях вечномерзлых грунтов, оснащают противотуманными фарами, усиленным звуковым сигналом и управляемым из кабины прожектором.
Территория вечномерзлых грунтов представлена арктической зоной преимущественного распространения вечномерзлых грунтов твердомерзлого состояния и более южными зонами вечномерзлых грунтов пластично-мерзлого состояния. Арктическая зона имеет температуры воздуха до — 60°С, а более южные зоны до — 45°С. Эти зоны объединяют понятиями арктическая и зимняя зоны эксплуатации машин для земляных работ. Такое распределение зон эксплуатации принципиально, так как затраты на арктическую эксплуатацию машин для земляных работ при температуре воздуха — 45°С… — 60°С в 1,5…2 раза выше 176 аналогичных затрат при эксплуатации этих машин в зимних условиях при температуре до — 45°С. Этот фактор следует учитывать при использовании технических жидкостей, которые разделяют на зимние и арктические сорта.
ТРЕБОВАНИЯ К ТОПЛИВУ, СМАЗОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ И ЖИДКОСТЯМ
Топлива. При эксплуатации землеройных машин на территории вечномерзлых грунтов используют дизельное топливо, бензин, различные масла и смазки.
Дизельное топливо — трудноиспаряющаяся горючая жидкость плотностью 0,78…0,86 г/см3, содержащая 87% углерода, 13% водорода и до 0,5% серы, кислорода и азота. Основным показателем качества дизельных топлив является цетановое число, характеризующее способность самовоспламенения под давлением. Зимние сорта дизельных топлив должны иметь цетановое число не менее 50, что облегчает пуск.
Ниже слоя вечномерзлого грунта
Ниже слоя вечномерзлого грунта температура грунта повышается под влиянием теплоты нижележащих слоев грунта.
Изменение температуры в зимний период года по глубине вечномерзлого грунта соответствует линии, соединяющей точки Е, С и D. В этом случае три слоя вечномерзлого грунта имеют отрицательную температуру. При этом отрицательная температура деятельного слоя грунта значительно больше температуры слоя активного криолитогенеза. Соответствующим образом изменяется прочность грунта, т. е. чем больше глубина, тем меньшей прочностью обладает вечномерзлый грунт в зимний период года.
Изменение среднегодовой температуры вечномерзлого грунта описывается линией, соединяющей точки F, С и D. Чем больше глубина, тем меньше среднегодовая температура, которая на любой глубине имеет отрицательное значение.
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Предел прочности грунта при сжатии — это отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца грунта к площади его первоначального поперечного сечения.
Прочность грунтов характеризуется пределом прочности при сжатии, разрыве, сдвиге и изгибе.
Зеленин А. Н. предложил оценивать принадлежность грунта к той или иной категории по числу ударов С динамического плотномера конструкции ДорНИИ.
Энергия одного удара прибора составляет 10 Дж. Число ударов, необходимое для полного погружения круглой пики сечением 1 см2 длиной 10 см в грунт, называют числом ударов плотномера С. Для вечномерзлых грунтов С может достигать 600 и более.
Изменение прочности слоев сезонного оттаивания и активного криолитогенеза вечномерзлого грунта в течение года определяется изменением их температуры и льдистости.
Вечномерзлые глинистые грунты
Вечномерзлые глинистые грунты разрушаются как хрупкие или пластичные среды, а прочность их определяется температурой, влажностью и гранулометрическим составом.
Н. А. Цытович считает, что увеличение прочности мерзлых грунтов с понижением температуры определяется изменением фазового состава воды: чем ниже отрицательная температура, тем меньше в грунте незамерзшей воды и больше его прочность.
И. Н. Вотяков полагает, что, кроме фазового состава воды, увеличение прочности мерзлого грунта определяется структурными преобразованиями частично гидратированного минерального скелета грунта и льда-цемента при понижении температуры. При этом происходят два процесса: рыхлые коагуляционные структуры, имеющие небольшую прочность сцепления, переходят в более плотные кристаллизационно-конденсационные структуры повышенной прочности внутриагрегатного и межагрегатного сцепления; при понижении температуры вязкость льда увеличивается, а следовательно, возрастает прочность грунта. При этом в сезонно-мерзлых грунтах естественной влажности, имеющих относительно невысокие отрицательные температуры, ограниченные областью основных фазовых переходов воды в лед, преобладают внутренние структурные преобразования гидратированного минерального скелета.
В вечномерзлых грунтах, имеющих полное влагонасыщение, повышение прочности при относительно низких температурах объясняется в основном возрастанием вязкости льда.
При значительных отрицательных температурах, когда фазовые переходы воды в лед в основном завершены и внутренние структурные преобразования прекращены, образуются кристаллизационно-конденсационные структурные связи.