MASINI PENTRU LUCRARI DE TERASAMENTE

MASINI PENTRU LUCRARI DE TERASAMENTE

1. GENERALITATI. CLASIFICARI

Lucrarile de terasamente constau in: desprinderea, saparea si incarcarea pamantului sapat, transportul la locul de descarcare, descarcarea, imprastierea si tasarea pamantului descarcat.

Procesul saparii pamantului.

Saparea pamantului este procesul de desprindere a unei parti a acestuia din masivul de baza.

Procesul saparii este influentat de proprietatile fizico-mecanice ale pamantului si de parametrii organului ce executa saparea.

Proprietatile pamanturilor ce influenteaza procesul saparii:

compozitia granulometrica 

-greutatea volumetrica

-coerenta

-aderenta

-frecarile interioare si exterioare

-umiditatea si plasticitatea

-afinarea

Compozitia granulometrica -este raportul in procente dupa greutatea continutului diferita pe fractiuni.

Greutatea volumetrica ( ) este greutatea unui m³ de pamant in stare naturala:

-pentru pamanturi obisnuite = 11 20 [KN/m³]

-pentru pamanturi stancoase = 20 30 [KN/m³]

-pentru minereuri 20 [KN/m³]

Greutatea volumetrica -influenteaza foarte mult rezistenta la sapare si lucrul mecanic necesar ridicarii pamantului sapat.

Coeziunea moleculara -influenteaza rezistenta la taiere si posibilitatea de sapare a pamantului respective.

Plasticitatea:

-proprietatea pamanturilor de a-si modifica forma sub actiunea fortelor exterioare fara sa-si schimbe volumul.

-pamanturile plastice asigura o buna umplere a cupei, insa ingreuneaza descarcarea acesteia.

Afanarea:

-proprietatea pamanturilor de a-si mari volumul prin sapare

-afanarea se masoara prin coeficientul de afanare Ka ce reprezinta raportul dintre volumul pamantului sapat si volumul pe care acesta il ocupa in stare naturala.

Frecarile interioare (ale pamanturilor intre ele) sau exterioare (ale pamanturilor cu alte corpuri) se masoara prin coeficientul de frecare .

Frecarea interioara asigura stabilitatea pamantului care a pierdut proprietatile de coeziune datorita afanarii, uscarii sau mariri umiditatii.

Aceasta caracteristica este foarte importanta pentru lucrul masinii atat la piciorul taluzului cat si la marginea sa interioara.

Fig 1 Schema pentru determinarea unghiului de taluz natural

In cazul general in care coeziunea actioneaza in mod natural, echilibrul pamantului dupa un taluz de unghi

Gsin α< Gcos α + Kc A (1)

unde :

G - greutatea unei portiuni arbitrare a pamantului de pe taluz

Kc - forta specifica de coeziune a particulelor de pamant

A - suprafata de contact a pamantului de greutate G cu taluzul

Pentru Kc = 0 (nisipuri foarte uscate sau argile foarte umede)

stabilitatea va fi asigurata numai daca se respecta conditia:

(2)

α - unghiul taluzului natural al pamantului.

In multe cazuri se utilizeaza denumirea de grad de inclinare a taluzului, prin care se intelege raportul dintre proiectia orizontala a acestuia si cea verticala.

Tabel 1. Grad de inclinare naturala a taluzului la diferite pamanturi.

a)

b)

c)

d)

Fig.2 Desprinderea brazdei sapate in diferite categorii de pamanturi

Fig.3 Formarea prismei de pamant sapat in fata cupei

Organul care executa saparea poate avea diferite forme si poate fi asezat in diferite pozitii fata de directia traiectoriei de sapare.

Prin patrunderea organului de sapare in pamant, la inceput are loc o deformare a pamantului apoi se produce despriderea brazdei.

In functie de natura si starea pamantului care se lucreaza brazda sapata poate avea diferite forme.In cazul pamanturilor tari de umiditate mijlocie sau uscate fenomenul saparii incepe cu aparitia crapaturilor si continua cu desprinderea brazdei (Fig.2 a,b).

La pamanturile plastice (umede) brazda ia forma unei benzi continue (Fig.2 c), iar la pamanturile slabe (nisipurile) are loc o maruntire a brazdei in particule mai mari sau mai mici (Fig.2 d).

Forma constructiva, dimensiunile si pozitia organului de sapare influenteaza intr-o mare masura asupra rezistentelor ce apar in timpul saparii.

Asupra procesului saparii influenteaza si pozitia traiectoriei dupa care se face saparea. Astfel cand traiectoria unei cupe este orizontala sau mai inclinata decat taluzul natural al pamantului in care se lucreaza (Fig.3), in timpul desfacerii cupei in fata ei se formeaza o prisma de pamant sapat. Marginile acesteia ies in afara latimii cupei.

Pe masura ce volumul prismei se mareste, creste si rezistenta la deplasare a acesteia. Datorita acestui lucru pamantul din cupa este impins partial spre peretele din spate si partial partea superioara a prismei se ridica deasupra pamantului din cupa (la cupe deschise in fata se rostogoleste in interior si o umple).

Rezistenta la sapare si factorii ce influenteaza valorile acesteia.

In timpul saparii, pamantul opune o rezistenta Rѕ (Fig.4).

Fig.4 Rezistenta la sapare la dintii cupei excavatorului.

Rѕ poate fi descompusa dupa doua directii :

dupa directia traiectoriei supusa la sapare Rѕt (tangential)

dupa directia perpendiculara pe traiectoria de sapare Rsn (normala)

Componenta -Rst = rezistenta la sapare

-Rsn = reactiunea normala a terenului

In cazul general Rst se determina din mai multe componente :

rezistenta de taiere a pamantului Rt

rezistenta datorita frecarii organului de sapare pe teren Rf

rezistenta datorita deplasarii prismei din fata si deformarii pamantului sapat in lungul sau in jurul lamei, sau la interiorul cupei Rpr.

Rs=Rt+Rf+Rpr (3)

Pentru cupele de excavator relatia poate fi scrisa astfel :

Rst=K'bc +µ₁N +E(1+q_pr)qK_u  (4)

unde :  

K'- rezistenta specifica la taiere a pamantului dat in [daN/cm²] ;

b,c- latimea si grosimea brazdei [cm] ;

N- presiunea cupei asupra ternului [daN] ;

µ₁- coficientul de frecare dintre cupa si teren ;

q- capacitatea cupei [m³] ;

q_pr-volumul prismei de taiere in % din q ;

K_u-coeficientul de umplere al cuvei ;

Pentru calculul Rst la excavatoare N.G.Dombrovski a intodus marimea de rezistenta specifica la sapare K₁= Rst/bc.

A fost determinat pentru diferite categorii de pamanturi si conditii de sapare. Valorile depind de :

-categoria pamantului ;

-dimensiunea brazdei ;

-grosimea partii care executa saparea ;

-constructia si pozitia organului de sapare ;

-existenta dintilor ;

-viteza de sapare ;

Din punct de vedere al rezistentei la sapare sunt 6 categorii de pamanturi :

1. nisipuri, nisipuri argiloase, pamanturi vegetale ;
2. argile nisipoase, loess umed, pamanturi vegetale cu radacini de ф=30mm, nisipuri argiloase cu pietris ;
3. argile mijlocii, pietris (ф=15-40), loess uscat ;
4. argile grele, prundis cu fractiuni ф=80mm ;
5. pamanturi stancoase ;
6. pamanturi stancoase tari.

Valorile rezistentei la sapare K₁ pentru diferite categorii de pamanturi in functie de starea acestora si gradul de sapare utilizat sunt in Tab.2.

In practica pentru calculul rezistentei Rst care apare la partea taietoare a cupelor de excavatoare se foloseste:

Rst=K₁bc  (5)

Tabel 2.Valorile medii ale rezistentei specifice la sapare K1[daN/cm²

Formula Rst=K₁ b c si valorile rezistentei K₁ din tabelul 2 pot fi utilizate pentru cazul in care latimea cupei este mai mare de 500 mm, iar C = (0.110.33)b.

Cand grosimea brazdei scade pana la C=0.05b sau creste pana la C=0.5b, valorile din tabelul 2 trebuie marite cu 25-30%.

Asupra rezistentei la sapare influenteaza si pozitia organului de sapare . O micsorare a unghiului de sapare γ de la 50 °la 20° si a unghiului de ascutire δ intre 45° la 15° pentru unghiul ß 5° in pamanturi usoare determina o micsorare a rezistentei la sapare cu max 5%.

Pentru sapari in pamanturi tari aceleasi valori ale unghiului γ si a unghiului ß 8° determina micsorare K₁ cu max. 15% deci Rt scade de doua ori mai mult.

Din conditia de uzura se recomanda a se lua unghiul de ascutire a cutitului δ 20°22 R° pentru pamanturi plastice umede si δ 22°25° pentru pamanturi pietroase grele.

Forma cupei influenteaza rezistenta la sapare. Uneori s-au obtinut pentru cupe complexe de draglina micsorarea Rst cu 6.. .15% si Rt cu 1020%.

Distanta dintre dintii frontali nu trebuie sa depaseasca 4050% din grosimea C a brazdei sapate.

Montarea dintilor laterali duce la marirea Rst .

La o marire a gradului cutitului de 7 ori valorile K₁ cresc cu 1030%.

Viteza de sapare in limitele 2.53 m/s nu influenteaza asupra valorilor medii K₁. Pentru unghiul de sapare γ 35° si o forma rationala a partii taietoare cresterea rezistentei la sapare la v=56m/s va fi mai mica de 10-15%.

Valorile rezistentei la taiere si sapare sunt influentate de gradul de tocire a partii taietoare, pot creste cu 60-70% sau chiar 100%.

La cutite continue cresterea rezistentei de 90-200%. Aceste rezistente suplimentare se datoresc deformatiei pamantului sub suprafata tocita si forta de frecare dintre pamant si cutit.

Componenta normala Rsn se determina in practica in functie de Rst :

Rsn=ΨRst  (6)

Pentru cutite ascutite si pamanturi omogene :

(7)

Ψ creste de 1,52 ori in cazul saparii in pamanturi neomogene, pentru cutite tocite sau de forma necorespunzatoare.

La excavatoare cu cupa :

Rsn = (0,1.0,15) Rst (8)

Procesul specific de lucru poate duce la aparitia unor componente Rsn de sus in jos care sa ajute la patrunderea cupei in pamant.

Rsn si Rsn variaza diferit in functie de parametrii b si c.

Variatia rezistentei Rsn si Rst in functie de grosimea c si latimea b a brazdei sapate este aratata in figura 5.

b)

Fig. 5.

Dupa modul de lucru, masinile pentru lucrarile de terasamente se impart in doua mari clase :

A)    masini la care incarcarea pamantului in cupa se face prin deplasarea organului de lucru, clasa in care intra excavatoarele, multe dintre ele avand caracter universal ;

B)    masini care in timpul lucrului trebuiue sa se deplaseze, acestea se numesc masini de sapat si transportat (screpere, gredere). Fata de primele au capacitate mare de transportat mare, totusi nu pot fi universale datorita unor restrictii privind utilizarea lor in soluri grele si la temperaturi joase in solurile usoare.

In ambele clase se intalnesc masini cu functionare continua si masini cu functionare discontinua.

2 MASINI CU DEPLASAREA ORGANULUI DE LUCRU. EXCAVATOARELE CU FUNCTIONARE DISCONTINUA.

2.1 CLASIFICAREA SI CARACTERISTICILE EXCAVATOARELOR CU O SINGURA CUPA

Excavatoarele cu functionare discontinua pot fi : de uscat si plutitoare. Cele de uscat se impart in universale, semi-universale si speciale. Tipul principal al acestora este excavatorul cu o singura cupa. Platfoma superioara a acestuia se poate roti in timpul lucrului cu 360°, saparea fiind posibila pentru orice pozitie a platformei fata de mecanismul de deplasare. Aceste excavatoare se utilizeaza la diferite lucrari de terasamente, echipamentul de lucru ale excavatoarelor universale ajungand pana la 11 si chiar mai multe.

In functie de natura si destinatia echipamentului de lucru aceste excavatoare pot fi :

a)     cu echipament de cupa directa ;

b)    cu echipament de draglina ;

c)     cu echipament de macara ;

d)    cu echipament de cupa inversa ;

e)     cu echipament de graifar ;

f)     cu echipament de soneta ;

g)    cu echipament de extras piloti si defrisat ;

h)    cu echipament de draglina de astupat santuri.

In continuare se prezinta cateva exemple de caracteristici principale.

Excavatoarele universale de putere unica (excavatoarele macara) au un singir motor, cu mecanism de deplasare pe pneuri sau senile cu role de sustinere, cu mecanism de rotire cu lant la mecanismul de deplasare.

Au greutatea de cca. 7 50 tf, fiind echipate cu cupa directa de 0,25 1,15 m³ cu o capacitate de ridicare de 4,5 2,5 tf si sunt destinate penru lucrari de constructii de volum redus si pentru sapaturi, de regula, in soluri usoare si mijlocii.

La modelele mai mari se introduc comenzile cu actionare hidraulica, pneumatica, electrica sau mixta.

Excavatoarele semiuniversale de putere mijlocie (de cariera) au greutatea de lucru 70 200 tf. Actionarea comenzilor, in cazul modelelor echipate cu un singur motor, este aproape exclusiv hidraulica, mai rar mixta, iar in cazul modelelor mai grele, electrica sau electro-hidraulica. Cele de putere mare au greutatea de lucru de 200 1500 tf, iar capacitatea cupei de 5-40 m³, in cazul echipamentelor de cupa directa si de 4-25 m³ in cazul draglinelor.

2.2.SCHEME CONSTRUCTIVE. MOD DE LUCRU SI CONDITII DE UTILIZARE. ELEMENTE DE CALCUL PENTRU MECANISME.

In cele ce urmeaza ne vom limita la un singur exemplu, cum ar fi excavatoarele cu actiune directa (cu echipament de cupa directa).

2.2.1 Descriere si mod de lucru

In fig.6 se prezinta un excavator cu cupa directa.

Echipamentul de lucru se compune din cupa 1, coada cupei 2 si bratul 3. Cupa are fundul basculant si este fixata de coada si suspendata de brat prin intermediul cablului de ridicare 8. Fundul se inchide automat cand cupa coboara pe teren. Coada cupei este formata din una sau doua grinzi si se prinde de brat prin intermediul unui jug montat pe un arbore de sustinere. Ea se poate roti in jurul arborelui (pozitia A) sub actiunea cablului de ridicare, cand cupa se deplaseaza din pozitia I in pozitia II, si se poate deplasa in sens axial in jugul de sustinere (alunecand de-a lungul acestuia), sub actiunea mecanismului de impingere.

Fig.6

Bratul 3 formeaza cu orizontala un unghi γ=35 60 si este articulat cu unul din capete de platforma rotativa 7, iar cu celalalt este suspendat de corpul masinii prin intermediul cablului 9 care se desfasoara pe tamburul 10 (ceea ce permite reglarea unghiului γ atunci cand este nevoie sa se schimbe dimensiunile de lucru ale masinii, adica inaltimea de descarcare H_d si raza de descarcare r_d sau inltimea H_d de sapare a abatajului).

Independent de constructia mecanismului de deplasare si a echipamentului de forta; ciclul de lucru al excavatoarelor cu actiune directa se compune din cinci operatii: saparea, rotirea, rotirea pentru descarcare, descarcarea, rotirea in abataj si coborarea cupei.

La inceputul saparii se afla in pozitia I, unghiul facut de axa cozii cu verticala avand cel putin 10°, deoarece, in caz contar, dintii cupei fac un unghi prea mic cu fundul abatajului, infigerea lor in pamant devenind astfel dificila. Sub actiunea mecanismului de ridicare si a celui de impingere cupa efectueaza cursa activa descriind un arc cu centrul in axa arborelui de sustinere (punctul A).

Intr-o pozitie apropiata de ultima pozitie II miscarea de avans a cupei se intrerupe.

In solutiile omogene, toate traiectoriile sunt aseamenea si sunt curbe aproape egal distantate intre ele cu valoarea abatajului (s_max este grosimea maxima a brazdei pe inaltimea abatajului H_o si depinde de rezistenta la sapare W_su din dintii cupei). Volumul brazdei sapate este :

q=s_max b H [m³] (9)

unde :

-H - inaltimea abatajului ;

-b - latimea cupei.

Dupa terminarea saparii, platforma rotitoare impreuna cu echipamentul de lucru se roteste pentru descarcare. In general, dupa terminarea saparii cupa este ridicata la o inaltime convenabila, pentru a nu se impiedica de peretii abatajului in timpul rotirii pentru descarcare.

Descarcarea se face prin deschiderea fundului cupei, care este comandat manual sau cu servomotor. Cand cupa se apropie de locul de descarcare se ridica sau se coboara si concomitent se scoate sau se retrage, astfel ca rotirea sa se termine exact deasupra locului de descarcare.

Dupa terminarea descarcarii incepe rotirea pentru readucerea cupei in abataj. Concomitent cupa este trasa si coborata treptat, pentru a fi readusa intr-o noua pozitie de sapare.

2.2.2.Teoria saparii pamantului

Fig.7

In timpul saparii, pe dintii cupei actioneaza la sapare care poate fi descompusa in componentele si . Componenta tangenta la traiectoria cupei este echilibrata de forta de tractiune a cupei, iar cea perpendiculara pe traiectorie este echilibrata de greutatea cupei (la draglina, cupa cu actiune inversa) sau de forta de impingere (cupa cu actiune directa). Componentele reactiunii corespunzatoare din dintii cupei sunt si , cu rezultanta lor .

Componenta tangentiala, cunoscuta sub numele de rezistenta la sapare este, data de relatia :

w_su = w_subs  (10)

unde :

w_su- rezistenta specifica la sapare (depinde de natura solului care se determina experimental) ;

b- latimea cupei ;

s- grosimea brazdei taiate ;

Cunoasterea raportului permite stabilirea regimului de lucru corect al excavatorului.

Acest raport este mai mare la solurile nisipoase cu incluziuni de piatra si al argilelor grele (el depinde de omogeni-tatea solului). In solurile omogne j = constant, pe cand in cele neomogene el variaza brusc in intervalul aceluiasi ciclu. Proportionalitatea se explica prin faptul ca, in solurile omogene cresterea componentei w_sv este insotita de cresterea lui w_su.

La sfarsitul saparii, pentru echilibru trebuie ca :

w_sv = G_k+p cosj (11)

si

w_su=T_t - G_k+p sinj (12)

unde :

G_k+p - greutatea cupei si a pamantului ;

- forta de tractiune din cablul de tractiune al cupei.

Inlocuind w_sv=Ψw_sv in relatia (11), rezulta valoarea maxima a rezistentei la sapare, corepunzatoare lucrului pe taluz :

w_{su max} = (13)

Din conditia de stabilitate a cupei in timpul lucrului

T_t l_t = G_k+p l_k ,

rezulta :

T_t =   (14)

Inlocuind (14) in (12) obtinem :

w_su = G_k+p (15)

valoare corespunzatoare unei situatii oarecare de lucru, unde :

l_t -distanta dintre si ;

l_k -distanta dintre forta _k+p si dintii cupei ;

w_su < w_{su max}

Cum pentru cazurile obisnuite =2, atunci cand j=0, din relatia (15.), rezulta :

W_su = 2G_k+p (15')

Raportul arata de cate ori forta de tractiune T_t poate fi mai mare decat greutatea cupei la inceputul saparii (cupa goala) si la sfarsitul saparii (cupa plina). Relatia (11) arata ca w_sv scade o data cu cresterea lui j. Inrautatirea lucrului cupei pe taluz se explica prin scaderea ambelor componente ale lui w_s. Fixarea lanturilor de tractiune in gaurile de jos (fig.7) permie marirea fortei de tractiune T'_t >T_t si a componentei w_su. Deoarece in aceasta situatie w_sv nu se modifica, Ψ scade proportional cu w_su. Deci, prin coborarea punctelor de prindere a lanturilor de tractiune, se poate asigura lucrul unei cupe relativ usoare in soluri grele, cu o brazda de grosime relativ redusa. Ridicarea punctelor de prindere a lanturilor de tractiune asigura accelerarea infigerii cupei in solurile usoare.

Rezistenta la sapare (specifica) w_su depinde de grosimea brazdei si de lungimea muchiei taietoare a cupei, de unghiul de sapare δ, de unghiul de ascutire a dintilor δ' de unghiul inferior de sapare q si de viteza de sapare a organului de lucru. Asa cum am aratat rezistenta specifica w_su se determina pe cale experimentala, prinderea in calcule a tuturor elementelor de mai sus fiind practic imposibila. Cand w_su se determina pe modele, valorile obtinute se coreleaza in functie de dimensiunile modelului (valorile lui w_su se gasesc tabelate pentru diferite utilaje si categorii de soluri).

2.2.3 Calculul mecanismelor.

a) Mecanismul de rotire.

Rotirea este deosebit de importanta, ea ocupand cca 65-70% din intrega durata a ciclului, determinarea rationala a tuturor parametrilor rotirii fiind una dintre problemele de baza ale proiectarii excavatoarelor. Acesti parametrii sunt: momentul de inertie I_p al partii rotitoare a excavatorului cu cupa complet incarcata cu pamant si fara pamant I, unghiul de rotire b, viteza unghiulara maxima w_max si acceleratia unghiulara maxima e_max, randamentul mecanismului de rotire h_R, puterea P_R, caracteristica externa M_m=f(n) a motorului de antrenare si durata t_R a rotirii, conditionata de acestea.

I, pentru calculele preliminare, se poate lua din nomograme, h_R se calculeaza in functie de schema cinematica aleasa si b este dat de conditiile de exploatare. Pentru determinarea lui w_Rmax e_Rmax si P_R trebuie ca in prelabil sa se determine t_R in functie de caracteristica motorului de antrenare. Calculul lui I_p se face in ipoteza ca bratul face cu orizontala un unghi de 45°, cupa este complet incarcata cu pamant, coada cupei esta orizontala si scoasa de 2/3 din cursa ei in cazul modelelor mici si mijlocii si complet scoasa in cazul modelelor mari, pozitii considerate ca medii la rotirea pentru descarcare. I se poate determina aproximativ cu relatia:

I= I_p- r², (16)

unde:

G_p -greutatea pamantului din cupa;

r -distanta de la centrul de greutate al cupei pana la axa de rotatie a platformei rotative.

Pentru determinarea lui trebuie, mai intai, sa se determine durata celorlalte parti ale ciclului, stiut fiindca durata unui ciclu este:

t_c=t_R + t_s + t_d + t'_R  (17.)

unde:

t_s -durata saparii (depinde de viteza si lungimea cursei active a organului de lucru);

t_R -durata rotirii pentru descarcare;

t_d -durata descarcarii (se compune din timpul necesar pentru potrivirea cupei, declansarea mecanismului de descarcare si descarcare propriu-zisa);

t'_R -durata rotirii pentru revenire.

Unghiul b are o importanta deosebita pentru determinarea duratei si puterii de rotire, deoarece fiecariu unghi b ii corespunde o anumita viteza si acceleratie unghiulara maxima (w_Rmax si e_Rmax) penru ca in timpul t_R masina sa consume un minimum de putere.

In medie durata descarcarii in depozit este de 2s-4s. Cand descarcarea se face in vehicule, atunci trebuie sa se aprecieze si sa se verifice experimental durata descarcarii, pentru ca sa se tina seama de ea la determinarea timpului de rotire t_R .

b) Mecanismul de ridicare.

Forta de ridicare din palanul de ridicare al cupei trebuie sa echilibreze rezistenta solului la sapare _su, greutatea cupei incarcate cu pamant _k+p si o parte in greutatea cozii _c .

Excavatorul trebuie sa dezvolte _{su max} la raza medie de lucru a cupei O₂a₁, adica atunci cand la sfarsitul saparii directia fortei de ridicare _r este verticala si dintii cupei sunt pe aceeasi orizontala cu arborele de sustinere (in aceasta pozitie forta de impingere este aproape nula). La raza maxima de lucru O₂a₂ excavatorul taie o brazda de grosime s<s_max. Scriind ecuatia de momente fata de O₂, rezulta forta T_rmax (pentru pozitia amintita mai sus):

T_{r max} = (G_c l₁ + w_{su max} l₃ + G_k+p l₄)  (18)

Fig.8

In calculele de dimensionare si de verificare se ia valoarea T_r cea mai mare. Puterea consumata de mecanismul de ridicare se determina cu relatia:

Pr = [CP], (19)

unde:

v_r -viteza de ridicare a cupei;

h_r -randamentul mecanismului de ridicare.

Momentul motorului mecanismului de ridicare este (cuplul motor):

M_r = T_r   (20)

unde:

T_r -tensiunea din cablul de rididcare;

D_th -diametrul tamburului de ridicare;

h_r -randamentul transmisiei mecanismului de ridicare;

i_r -raportul de reducere al mecanismului;

Viteza cablului de ridicare se calculeaza cu relatia:

v_cr = kv_r ,  (21)

unde k reprezinta numarul firelor palanului.

Cum viteza unghiulara a tamburului este:

w_tr = , (22)

avem ca viteza periferica:

v_cr = w_tr , (23)

astfel ca, din relatiile (22) si (23), rezulta turatia tamburului de ridicare:

n_tr = (24)

c) Mecanismul de impingere.

Forta de impigere _ia , creata de mecanismul de impingere in timpul lucrului, trebuie sa echilibreze reactiunea normala a solului _sv, componenta fortei de ridicare _r pe directia cozii (_ru) cupei, iar cand cupa este deasupra arborelui de sustinere (din O₂), si componenta pe directia cupei a greutatii cozii incarcata cu pamant.(8)

Deoarece cursa activa a cupei are loc, in conditii normale de lucru, sub nivelul arborelui de sustinere, componenta greutatii cozii si a cupei pe directia axei cozii se adauga fortei de impingere _ia .

Pentru determinarea fortelor care actioneaza asupra mecanismului de impingere se considera pozitiile: la inceputul saparii, la sfarsitul saparii cand dintii sunt la inaltimea arborelui de sustinere si cand cupa complet incarcata cu pamant se gaseste la raza maxima de lucru si la inaltime maxima (w_s =0).

La determinarea fortei active _ia se cosidera _rmax numai in cazul transmisiei de la mai multe motoare; in cazul transmisiei de la un singur motor se admite forta de ridicare de regim T_r (astfel nu ar mai functiona mecanismul de impingere). Elementul de baza pentru calculele de verificare si dimensionare il constituie _{ia max} .

Forta pasiva de impingere _ia retine cupa intr-o anumita pozitie (cand _ia = 0), nepermitandu-i acesteia deplasarea inapoi. Se calculeaza in mod asemanator cu _ia, admitand in calcul cele mai mari forte exterioare. Sa mentionam ca in acest caz pierderile prin frecare sunt utile deoarece micsoreaza momentul necesar de franare a mecanismului de impingere.

Forta _ia necesara retragerii cupei se utilizeaza numai la determinarea vitezei de retragere a cupei. Trebuie ca :

F_ia G_k+p + G_c (25)

Turatia motorului de antrenare si viteza de impingere se calculeaza cu formule asemanatoare cu formulele (24), respectiv (25).

2.3. DATE FUDAMENTALE CU PRIVIRE LA EXPLOATAREA EXCAVATOARELOR CU ACTIUNE DISCONTINUA

23.1 Debite. Elemente de calcul.

a) Debitul teoretic

Debitul teoretic Q_o al excavatoarelor cu o singura cupa este:

Q_o=n_oq [m³/h], (26)

unde:

q -capacitatea cupei;

n_o -numarul de cicluri pe ora.

Numarul n de cicluri pe ora este corespunzator lucrului normal, in ipoteza ca descarcarea pamantului sapat se face in depozit (respectiv in vehicule), unghiul de rotire b=90°, inaltime H=H_o (inaltimea abatajului egala cu inaltimea arborelui de sustinere), in cazul cand se lucreaza intr-un sol admis la proiectare, viteza de lucru a cupei este egala cu viteza de proiectare, iar puterea motorului P=P_max.

b)Debitul tehnic.

Acesta serveste la stabilirea mijloacelor de transport pentru alcatuirea graficelor de circulatie a vehiculelor in cazul lucrului interior, la stabilirea distantelor dintre excavatoarelor din abatajele invecinate si la verificarea eficacitatii organizarii lucrarilor, el se exprima prin formula:

Q_o =n_o k_c k_u k_a' [m³/h] (27)

unde:

k_c -coeficientul de durata al unui ciclu (depinde de inaltimea abatajului, natura solului si unghiul de rotire);

k_u -coeficient de umplere a cupei;

k_a'-coficient de influenta a afanarii (inversul coeficientului de afanare).

Corespunzator conditiilor date numarul de cicluri pe ora este evident:

n_c = k_c n_o   (28)

Marimea fortei care actioneaza pe dintii cupei are o importanta deosebita pentru debitul tehnic al excavatoarelor.

c) Debitul de exploatare pe ora (sau pe schimb lunar, etc)

Este dat de relatia:

Q_e = 60 n_o k_c k_u k'_a k₁ q ,  (29)

unde:

k₁ -este coeficientul de utilizare a excavatorului (k₁ = 0,7 0,8). Este evidentiata de relatia:

n_ot_c = 60 k_c, 

de unde rezulta durata uniu ciclu:

t_c = (30)

relatia (17) aratandu-se din cine se compune durata unui ciclu.

2.3.2 Masuri pentru marirea debitului si pentru reducerea timpilor inactivi.

Cresterea debitului se realizeaza prin reducerea duratei unui ciclu, marirea volumului de pamant sapat de cupa si reducerea timpilor inactivi.

Reducerea timpilor inactivi se poate obtine prin reducerea tipilor necesari pentru deplasari, ungere, revizie si reglare a mecanismelor, alimentare cu apa si combustibil si curatire a cupei.

Cresterea volumului de pamant din cupa se obtine prin marirea grosimii brazdei sau a lungimii cursei active. In ultimul caz creste durata ciclului; se poate obtine o crestere a volumului de pamant sapat, daca cresterea volumului D_p este relativ mai mare decat cresterea duratei ciclului, adica daca:

  (31)

3. MASINI CARE SE DEPLASEAZA IN TIMPUL LUCRULUI. MASINI DE TRANSPORTAT SI SAPAT.

3.1. DEFINITII. CLASIFICARE GENERALA.

Definitie: Se numeste masina de sapat-transportat acea masina utilizata la lucrari de terasamente, care sapa pamantul prin miscarea de translatie sau a unui motor propriu. Se poate face clasificarea generala ca mai jos:

Masini de transportat si sapat sapa

Sconficatoare

Compactoare vibratoare (rulouri vibratoare)

Compac- toare sintetice

Gredere

Screpere

Buldozere

Aceste masini au debit mare (500 600m³/h) si consum specific mic (prin care se intelege raportul KW(CP)/m³ de pamant sapat). Cu unele dintre aceste masini (screperele) se poate rezolva o gama de probleme de terasamente cu pret mai mic decat alte masini, iar unele, cum sunt buldozerele au scos din circuit o serie intreaga de matini consacrate (cum ar fi masinile de defrisat) si s-au transformat in masini cu care se rezolva un intreg complex de licrari de terasamente. Pe de alta parte, buldozerele sunt de neinlocuit pentru lucrul concomitent cu screperele si excavatoa-rele. Ne vom referi, in cele ce urmeaza, numai la o parte dintre aceste masini.

3.2.BULDOZERELE

3.2.1.Clasificarea, descrierea si destinatia buldozerelor.

Definitie: Buldozerul este un tractor pe senile sau cu roti cu pneuri, care este dotat cu un scut (lama), montat perpendicular pe directia de deplasare a tractorului, lama avand la partea inferioara un cutit executat din otel cu mangan.

Buldozerele se construiesc in variate: normale si universale la care cutitul poate fi rotit in plan in ambele parti, pana la 60° fata de axa longitudinala a tractorului. Acestea din urma sapa si imping pamantul sapat lateral fata de directia de deplasare a tractorului. La buldozerele universale (mai rar la celelalte tipuri de buldozere) cutitul se poate inclina in plan vertical cu un unghi 10°. Ele pot fi din scarificatoare, pentru a lucra la terasamente si se recomanda in special acolo unde pamantul sapat se deplaseaza in panta sau cand distantele de transport in teren orizontal nu depasesc 75m. Lucrarile care pot fi executate sunt: nivelarea platformelor unde se fac constructii noi, sapaturi in regiunile muntoase si nivelari acolo unde urmeaza sa se construiasca sosele, curatirea terenurilor si a drumurilor de zapada, sapaturi in solurile cu panta transversala si cu deplasarea pamantului in punctele de cota zero, imprastierea pamantului sapat si a materialelor de contructie in vrac, executari de terase pentru plantatii, umplerea rapelor si a gropilor etc.

3.2.2 Elemente de calcul

a)     Forta de tractiune si stabilitatea buldozerului.

Forta de tractiune disponibila la senila tractorului (corespunzatoare primei viteze) este :

F_j =W_rb+W_su+W_fp+W_fc ,  (32)

unde :

W_rb -rezistenta suplimentara la inaintare a tractorului datorita greutatii buldozerului (greutatii suplimentare a echipamentului de buldozer) ;

W_su -rezistenta la sapare;

W_fp -rezistenta la deplasare a pamantului din fata cutitului ;

W_fc -componenta orizontala (pe directia axei longitudinale a tractorului) a frecarii cutitului de pamant.

Stabilirea buldozerelor se considera satisfacatoare pentru toate conditiile normale de lucru (b 17°), daca la determinarea contragreutatii se accepta conditii limita, atunci cand se lucreaza intr-un sol destul de tare si pe o panta b 17°, adica daca pentru aceasta situatie momentul de stabilitate este egal cu momentul de rasturnare (M_st=M_rast); atunci scriind ecuatia de momente (in raport cu pozitia A) a tuturor fortelor care actioneaza asupra buldozerului, rezulta valoarea contagreutatii pentru a asigura stabilitatea masinii la lucru in conditiile aratate.

Conform fig.9, obtinem astfel ecuatia :

G_cg l_cg = G_b l_b - G_t l_t + W_tl_t + G₁l₁ + µG₂l₂

de unde :

G_cg = (G_bl_b + w_t l_t +G₁l₁ +mG₂l₂) - (G_t l_t) = 

(33)

unde :

G_cg -valoarea contragreutatii ;

G_b -grutatea suplimentara a echipamentului de buldozer 

G_l -componenta greutatii care aluneca pe taluz ;

G_t -greutatea tractorului ;

µG₂ -forta de frecare a componentei greutatii G_p care aluneca pe taluz ;  W_t -rezistenta solului la forfecare.

b)    Dimensionarea cutitului. 

Se face pentru cazul cel mai defavorabil, corespunzator situatiei cand tractorul dezvolta forta de tractiune maxima si buldozerul trebuie sa invinga un obstacol aplicat la unul din capetele cutitului.

c) Mecanismul de ridicare.

Generalitati. Clasificare.

Din ecuatia de momente in raport cu articulatia "O" a cadrului, rezulta forta din tija mecanismului de ridicare :

T_r = (34)

unde :

F₁ = w_t ; F₂ = G₁ ; F₃ = µG₂ ; F₄ = W_{su max} ; F₅ = G_b'

G_b' -greutatea buldozerului (cadru + cutit) plus greutatea elementelor de suspensie si a unei parti din greutatea parghiilor cotite ;

w_{su max} = w_su s_max L (35)

w_su -rezistenta specifica la sapare ;

s_max -brazda maxima;

L -latimea lamei;

L_i, i=1 5 sunt "bratele" fortelor _i, i = 1

Forta necesara din tija cilindrului hidraulic 3 este:

(36)

unde:

n - numarul articulatiilor in functiune;

Ciclul de functionare se compune din : sapare , transportul si distribuirea sau depozitarea pamantului sapat . La sapare, cutitul (avand latimea mai mare decat a tractorului) se infunda in pamant, astfel ca prin inaintarea tractorului, in fata lui se formeaza o prisma de pamant care este deplasata prin impingere la lucul de depozitare. Denivelarile solului se niveleaza cu pamantul impins de cutit, iar ridicaturile sunt taiate de lama cutitului. Daca materialul deplasat trebuie imprastiat , atunci cutitul se ridica la inaltimea dorita fata de suprafata solului. Cand merge in gol, cutitul sta ridicat la o inaltime de circa 700 mm fata de planul caii.

Fig. 9

Dupa felul transmisiei buldozerele sunt cu transmisie prin cabluri si cu transmisie hidraulica. La ultimele exista patru pozitii pentru cutit: ridicare fortata, coborare fortata, pozitia libera, pozitia fixa; infigerea fortata a cutitului in sol se face cu o forta care, impreuna cu greutatea cutitului, asigura lucrul in solurile cele mai grele, astfel ca sub acest aspect se recomanda comanda hidraulica, oricare ar fi puterea tractorului. Din punct de vedere constructiv, buldozerele se compun din cadrul 1, lama 2, mecanismul de ridicare a cutitului, mecanismul de deplasare 4 (fig.9)

EXCAVATOARE 

Sunt masini folosite la saparea pamantului prin metode mecanice.

Clasificare:

Dupa continuitatea procesului de sapare

cu actiune periodica

cu actiune continua

Cele cu actiune periodica au o singura cupa cu ajutorul careia realizeaza succesiv saparea, ridicarea pamantului sapat si descarcarea acestuia in vehiculele de transport sau in gramada. Sunt destinate efectuarii sapaturilor la adancimi sau inaltimi de cativa metri.

Cele cu actiune continua au mai multe cupe, fiecare cupa poate sa realizeze succesiv operatiile dar masina in ansamblu sapa continuu. Sunt destinate efectuarii taluzurilor.

Excavatoarele cu actiune permanenta sunt destinate executarii sapaturilor deasupra si sub nivelul de sprijin al masinii. Durata saparii propriu zise = 15 - 30% din durata ciclului de functionare a masinii .

masa excavatorului variaza intre 1,5 - 1360 t.

capacitatea cupei 0,05 - 168 m³

puterea instalatiei 5 - 48,500 CP

durata intregului ciclu de functionarea intre 11 - 60 s

Din punct de vedere al gradului de universalitate excavatoarele cu actiune periodica sunt

universale

semiuniversale

speciale

Excavatoarele universale sunt dotate cu mai multe echipa-mente de lucru, uneori 20 - 30 echipamente (cupe cu lingura dreapta, cupe de incarcare, cupe cu lingura intoarsa, cupe greifer, carlig de macara, echipament de forare).

Capacitatea cupei este de 0,5 - 0,6 m³.

Excavatoarele semiuniversale au 2 - 3 echipamente de lucru.

Capacitatea cupei este de 2 - 3 m³.

Excavatoarele speciale sunt destinate unor anumite lucrari (tuneluri) .

dupa sistemul de deplasare :

excavatoare pe roti cu pneuri;

excavatoare pe senile;

excavatoare pe sine de cale ferata;

excavatoare plutitoare;

excavatoare pasitoare;

dupa sistemul de actionare:

cu actionare mecanica

cu actionare electromecanica

cu actionare mecanohidraulica

cu actionare hidraulica ( cele mai utilizate) - capacitate de 2m³

dupa sistemul de comanda:

cu comenzi mecanice

cu comenzi electrice

cu comenzi hidraulice

cu comenzi pneumatice

Descrierea si functionarea principalelor tipuri de excavatoare cu actiune periodica

Acestea sunt excavatoarele cu lingura dreapta, intoarsa, cu draglina, cu actiune continua.

Excavatorul cu lingura dreapta este destinat lucrarilor de sapaturi in pamanturi de categoria I-IV, de regula deasupra nivelului de sprijin. Capacitatea cupei este 0,15 - 10 m³.

Calculul mecanismului de actionare a echipamentului de lucru la excavatorul cu o singura cupa.

In poz. II de lucru rezistenta la sapare Rst are valoare maxima

( 37)

Asimiland volumul brazdei sapate prin deplasarea cupei I - II cu volumul unei prisme de latime B, grosime , inaltime H

(38)
q = capacitatea [ m³]

Din ecuatia de momente ale tuturor fortelor ce actioneaza asupra ansamblului miner - cupa.

M F(0) = Fr [N/m] (39)

(40)

Excavatorul cu actiune hidraulica se caracterizeaza prin miscarile echipamentului de lucru actionat de cilindri hidraulici

Excavatoare cu lingura intoarsa

Sunt destinate lucrarilor de sapaturi in pamanturi categ. IV.

Majoritatea sunt actionate hidraulic. Pot lucra atat deasupra cat si sub baza de sprijin. Au capacitatea cupei de 0,15 -15 m³. in majoritaea cazurilor lingura intoarsa constituie unul din principalele echipamente de lucru ale excavatoarelor universale.

Echipamentul de deplasare, cadrul inferior si platforma superioara a excavatorului sunt aceleasi ca la cel cu lingura dreapta .

Echipamentul de lucru consta din :

brat

maner

cupa

cilindri hidraulici

Manevrarea bratului se face cu cilindrul hidraulic.

Rotirea manerului fata de brat si bascularea cupei se fac cu cilindru hidraulic.

Excavatorul cu lingura intoarsa actionat hidraulic executa saparea in principal prin manevrarea manerului cu ajutorul cilindrului. In pamanturi slabe se poate executa saparea si numai prin bascularea cupei cu cilindru hidraulic. Aceste excavatoare pot executa sapaturi si deasupra nivelului de sprijin al masinii, iar prin combinarea celor doua miscari pot realiza diferite traiectorii de sapare.

Excavatoare cu draglina

Sunt folosite pentru executarea sapaturilor in pamant de categoria I si II .

Patrunderea cupei in pamant are loc datorita greutatii proprii a cupei. Este utilizat in mod curent pentru capacitatea de cupe de 0,25 -3 m³. Exceptie fac excavatoarele pasitoare : 4 -168 m³.

Datorita prinderii flexibile a cupei la brat, raza de actiune este mai mare decat la celelalte echipamente de lucru. Aceste masini sunt folosite la saparea de gropi sub nivelul bazei excavatorului, saparea canalelor de irigatii, scoaterea pietrisului si nisipului din cariere sau de sub ape .

Platforma superioara, cadrul inferior si echipametul de deplasare sunt aceleasi ca la excavatorul cu lingura dreapta .

Echipament de lucru :

brat

cupa

Cupa poate fi trasa cu cablul si lantul, sau ridicata cu cablu sau lant. Cablul impiedica rasturnarea cupei in timpul deplasarii acesteia catre capatul superior al bratului. Dispozitivul de ghidare asigura infasurarea corecta a cablului de tractiune pe tambur. Cupa excavatorului este descoperita la partea superioara din fata.

Excavatoare cu actiune continua

Excavatorul cu actiune continua este o masina de sapat cu mai multe cupe deplasandu-se sau rotindu-se, executa in acelasi timp si saparea si transportul cu ajutorul unor cupe prinse pe un lant in miscare sau de o roata rotor. Pamantul luat de cupe prin sapare este ridicat de ele si descarcat fie intr-un buncar pentru incarcare intr-un vehicol de transport, fie intr-un transportor cu banda .

Masa excavatorului cu actiune continua variaza intre 1,5-7400 t.

Capacitatea unei cupe 15- 4500 l.

Productivitate 6000 - 8000 m³/h.

Putere instalata 5 - 8400 KW.

Avantaje:

executa saparea pe toata perioada ciclului de lucru

consumul specific de energie pentru 1 m³ de sapatura este mai mic

pot executa saparea pe intreaga inaltime a taluzului si aproape intr-o forma definitiva

cand lucreaza in cariera da posibilitatea de a sorta imediat materialul sapat

se folosesc frecvent la lucrari de decopertat in cariere , la sapareasi realizarea taluzurilor, la executia santurilor pentru conducte si magistrale.

Clasificarea excavatorului cu actiune continua

Domenii de utilizare

Criterii :

dupa modul in care se executa sapatura

dupa modul si sistemul de actionare

dupa echipamentul de deplasare

dupa pozitia de deplasare

dupa pozitia excavatorului fata de abataj

cu saparea sub nivelul bazei de sprijin

deasupra nivelului bazeide sprijin

mixta

Dupa modul in care se executa sapatura

excavatoare cu sapare - transversala

longitudinala

radiala

Dupa destinatia masinii si constructia echipamentului de lucru :

excavatoare cu lanturi ghidate ( pentru taluzuri, pamant omogen)

excavatoare cu lanturi libere suspendate ( pentru materiale neomogene)

excavatoare cu cadru articulat ( pentru canale)

excavatoare cu cadru telescopic (canale de irigatii)

Excavatoare cu sapare longitudinala au echipament de lucru asezat dupa directia de deplasare a miscarii. Sunt utilizate la saparea santurilor pentru conducte, cabluri, canale de irigatii .

Excavatoarele cu lant pot sapa pina la pamanturi de categoria IV. Pot lua pietre cu diametre egale cu capacitatea cupei, pot executa santuri de l < 400mm se folosesc excavatoare cu lanturi cu racleti.

Echipamentulde lucru al acestora poate fi asezat dupa axa longitudinala sau lateral. La unele masini echipamentulpoate fi deplasat pe directie transversala.

Excavatorul cu sapare longitudinala cu rotor

Pot avea echipamentul de lucru montat in consola la partea din spate a tractorului cat si pe doua roti cu pneuri.

In primul caz pentru asigurarea stabilitatii excavatorului este necesar deplasarea spre partea anterioara a motorului tractorului si eventual niste egalizari.

In cazul al doilea stabilitatea intregii masini creste astfel incat nu mai este necesara deplasarea motorului. Existenta rotilor cu pneuri la puntea din spate a echipamentului de lucru micsoreaza manevrabilitatea masinii .

Excavatorul cu sapare radiala

Calculul principalilor parametri tehnologici ai

excavatorului cu sapare transversala

Productivitatea:

Z= numarul de descarcari ale cupei intu-un minut

q= capacitatea unei cupe in l

Productivitatea teoretica : (41)

Productivitatea tehnica : (42)

Productivitatea de exploatare:

Ku , Ka - coeficient de umplere a cupei , respective de afanare a pamantului

Kt - coeficient de umplere a masinii , in timp

Kt - 0,70,8

Numarul de descarcari ale cupelor intr-un minut - se poate deduce in functie de viteza de deplasare a cupelor Vn si de pasul cupelor T (distanta dintre cupe)

T=[m] (44)

Din formula productivitatii rezulta ca aceasta este direct proportionala cu Z, deci marirea productivitatii masinii implica cresterea Z .

Z nu poate fi marit arbitrar deoarece creste Vk sau se scade pasul cupelor T iar cupele nu au timpul necesar sa se descarce complet.

Z creste peste anumite limite rezulta micsorarea productivitatii de exploatare

Nr. de descarcari de cupe pe minut este limitat la 60 - 70 .

Vn= 0,7-1,2 m/s (45)

Parametri de sapare.

(46)

Ve - viteza de deplasare a excavatorului

Vk - viteza de deplasare a cupei

Din conditia de sapare a suprafetei taluzului:

(47)

(48)

Din conditia ca partea posterioara a unei cupe sa nu se frece de taluz:

grosimea brazdei c se calculeaza avand in vedere asigurarea productivitatii tehnice

b,c [m]

(52)

deci suprafata sectiunii brazdei sapate A= B·c  (53)

Calculul puterii necesare actionarii excavatorului cu sapare transversala.

Rezistenta la sapare la o singura cupa se detremina cu relatia:

Unde = rezistenta specifica la sapare

La excavatoarele cu mai multe cupe trebuie sa se tina seama ca in acelasi timp executarea saparii cu n1 cupe determina rezistenta totala la cupe.

Cunoscand h taluz (l)= pe plan inclinat si t avem

(57)

[daN] (59)

[Vk]= [m/s]

Puterea necesara efectuarii saparii:

(60)

La calculul puterii necesare ridicarii pamantului sapat se tine seamade faptul ca o parte din cupe executa saparea si deci vor contine cantitati diferite de pamant.

(61)

Puterea necesara ridicarii pamantului sapat la inalttimea H

(62)

unde γ=greutatea specifica a pamantului in stare naturala

Pentru determinarea puterii totale necesare actionarii echipamentului de lucru se tine seama si de fortele de frecare care iau nastere intre potiunea ghidata a lanturilor portcupe si ghidajul lor, de toate pierderile care au loc in echipamentul de lucru.

Fortele de frecare sunt determinate de greutatea lantului si de rezistenta de sapare Rst si Rl deci Rst actioneaza dupa directia echipamentului de lucru, Rl dupa directia de deplasare a excavatorului.

rezulta (63)

Forta de frecare la o cupa determinate de greutatea proprie a lanturilor, a cupelor si pamanturilor din ele :

(64)

Fortele de frecare determinate de Rst in plan vertical (fig.19 a) sunt:

(65)

Fortele detreminate din acțiunea excentrica a Rl in plan orizontal sunt:

(66)

deci forta de frecare la cupe ce executa saparea, determinata de actionarea excentrica a rez. Rst si in plan vertical si orizontal se calculeaza cu relatia :

(67)

unde , = unghiuri de inclinare orizontala

ql= greutatea unui ml de lant

= coeficientul de frecare

= 0,2 ..0,25

Puterea necesara invingerii frecarilor si este :

(68)

Puterea necesara actionarii echipamentului de lucru:

(69)

(70)

unde = randamentul echipamentului de lucru =0,4 - 0,45

= randamentul transmisiei la roata motoare a lanțului port cupe-motor.

Determinarea stabilitatii excavatorului cu lingura intoarsa

Verificarea stabilitatii se face pentru pozitia de sapare cand la dintii cupei apare un obstacol si pentru pozitia de descarcare la distanta maxima.

In primul caz reactiunea Rst este perpendiculara pe dreapta ce uneste articulatia de prindere a bratului de platforma si varful dintilor cupei.

Pentru ca obstacolul sa opuna rezistenta trebuie sa se afle la 0,75.1 m de suprafata terenului.

Reactiunea Rs se detemina din ecuatia de momente fata de

In cazul II se considera ca se lucreaza intr-un pamant lipicios care se descarca greu iar terenul este inclinat max α = 10˚..12˚

Masini pentru saparea si transportul pamanturilor

Necesitatea saparii pamanturilor la adancimi relative mici (10- 30cm), a transportului pamantului sapat la distante de 50.100 m, si a nivelarii pamanturilor a determinat construirea unor masini care sa corespunda acestor activitati :

buldozere

autogredere

screpere

Avantajul principal consta in faptul ca pot efectua singure o serie de lucrari terasiere. Buldozerele pot fi folosite la saparea pamanturilor de 10..30cm, la nivelare si transportul pamantului sapat -100 m.

Autogrederele folosesc la sapat pamanturi 10-20cm, si deplasarea laterala a acestora sau la lucrari de nivelare a terenurilor orizontale si a taluzelor.

Screperele se folosec la saparea pamanturilor si transport -500 m.

Screperele sunt :

remorcate de tractoare pe senile

autopropulsate sau remorcate de tractoare pe roti cu pneuri

Comparativ cu excavatoarele aceste masini au o constructie mai simpla, sunt mai usor manevrabile, sunt mai mobile.

Dezavantaje : autogrederele si screperele nu pot fi folosite la pamanturi stancoase. Pamanturile din categoria 3-4 trebuie sa fie scarificate inainte.

Sunt prevazute cu actionare hidraulica a achipamentelor de lucru asigurand introducerea fortata a organului de lucru in pamant si reglarea automata a grosimii brazdei sapate in timpul lucrului.

Buldozerele - sunt echipamente de lucru montate la partea din fata a unor tractoare. Sunt utilizate la sapat, nivelat, transportat, la astuparea santurilor, la repartizarea uniforma a pamantului, la curatirea zapezii, doborarea copacilor, etc.

Dupa echipamentul de descarcare pot fi :

pe roti cu pneuri (pe tractoare cu roti cu pneuri)

pe senile (tractoare pe senile)

Dupa posibilitatea de manevrare a lamei in plan orizontal :

cu lama fixa

cu lama mobila

La cele cu lama fixa , lama are pozitie perpendiculara pe directia de deplasare a miscarii. La cele cu lama orientabila, lama poate fi asezata perpendicular sub unghi de 60-65⁰ in ambele parti fata de axa longitudinala a masinii.

Constructia buldozerelor:

Schemele constructive ale buldozerelor pe roti.

Calculul rezistentelor la sapare si detreminarea puterii necesare tractorului de baza

Puterea necesara actionarii tractorului

(73)

unde:

W = rezistenta totala care se opune deplasarii masinii in timpul lucrului

= viteza de deplasare a masinii

= randamentul mecanic la deplasare

W = + Rst

= rezistenta de deplasare a masinii

Rst = rezistenta de sapare la lama de buldozer

= (Gtr+Ge)·(f·cosα + sinα)

Gtr = greutate tractor

Ge = greutate echipament de lucru

f = coeficient de uzura la deplasare f=0,12..0,25

α = unghi de ridicare a terenului

Pentru lamele suspendate orientabile in plan orizontal si inclinate in plan vertical se utilizeaza in practica metoda aproximativa de calcul a rezistentei de sapare Rst.

Se considera ca Rst depinde de Rt si de rezistenta la deplasare a prismei dupa directia de lucru (W in lungul lamei , in sensul lamei.

(74)

(75)

unde este grosimea medie a brazdei

b -este latimea brazdei

K -rezistenta specifica la taiere

MASINI DE COMPACTAT.

Generalitati. Clasificare.

La anumite lucrari de constructii se impune ca stratul superficial sa aiba un anumit grad de compactare, ceea ce realizeaza aceste masini.

Dupa modul de functionare al acestor masini se disting: compactari statice cu ajutorul compactoarelor cu sulouri, compactari dinamice executate cu ajutorul maiurilor si compactari prin vibrare executate cu ajutorul vibratoarelor.

Efectul de compactare depinde de o serie de factori dintre care cei mai importanti sunt: marimea fortei aplicate, durata si periodicitatea fortei aplicate, propietatile fizico-mecanice ale solului compactat (umiditate , grosimea stratului afanat ,etc.)

Compactoare cu rulouri autopropulsate.

Ele se executa de obicei cu rulouri netede si sunt destinate compactarii diferitelor categorii de drumuri acoperite.

In principiu, toate compactoarele autopropulsate au aceeasi schema cinematica si se deosebesc unele de altele numai prin dispunerea diferita a rulourilor si sistemul de actionare. Tipul reprezentativ, utilizat aproape in toate lucrarile de constructii este compactorul cu trei rulouri pe doua osii ( fig.10)

Fig. 10

Rulourile 1 si 2 sunt motoare, iar ruloul 3 din fata este ruloul de directie, el putandu-se roti, in plan orizontal, in jurul axului vertical Pe rulouri reazema cadrul 5, din otel profilat, pe care se monteaza motorul 6, mecanismele de antrenare, ambreiajul 7, schimbatorul de viteze 8 si diferentialul 9.

Ruloul de directie avand un diametru mai mic decat cel motor, se formeaza valuri de pamant in fata lui si deci suprafete compacte ondulate. Pentru eliminarea acestor neajunsuri se foloseste un rulou suplimentar nivelator, montat intre cele doua osii. (fig.11)

In fig. 11 se observa (b) ca in momentul cand in fata primului rulou 1 s-a format un val de pamant si acesta cauta sa-l depaseasca, ruloul din mijloc 3 este descarcat complet. Dupa aceea (c) , cand ruloul 3 a urcat pe denivelare, ruloul 1 din fata se descarca, iar presiunea creste considerabil pe ruloul nivelator.