Вечная мерзлота. Она словно принадлежит другой планете, земля особых свойств и… несметных богатств. Под ее толщей лежат нефть, уголь, полиметаллические руды, газ. Прорубите промороженный панцирь — и сокровища эти окажутся в руках людей. Но чтобы поддалась ледяная, твердь, нужны машины особых конструкций, нужен иной, нежели обычно, инженерный подход.
Вечномерзлыми грунтами покрыто на земном шаре 25% суши, а в Советском Союзе — более 10,5 млн. км2, то есть около 47% территории. Если же брать и районы, где земля промерзает только на зиму, причем иногда до 2,5—3 м, то они составляют около 90% территории нашей страны. Так что проблема разрушения мерзлых грунтов не принадлежит исключительно Северу.
Кроме того, есть ведь не только промерзшая, превратившаяся от холода в камень земля, но и камень настоящий — скальные грунты, которые тоже приходится разрабатывать. И вечная мерзлота, и скалы объединяются — в смысле возможностей разработки — одним термином: прочные грунты. В нынешней пятилетке общий объем работ на прочных грунтах больше, чем объем всех земляных работ лет 10—15 тому назад.
Для разрушения прочных грунтов применяют самые разные методы: взрыв, ультразвук, токи высокой частоты, оттаивание, прожигание, гидравлическое разрушение, химические способы.
Однако больше всего распространено механическое разрушение грунтов — с помощью специальных машин. Не случайно на ВДНХ СССР они демонстрируются на площадках сразу нескольких павильонов — от раздела «Строительство» до «Мелиорация и водное хозяйство». Эту технику для мерзлых и других прочных грунтов можно разделить на три группы.
В первую войдут машины для разработки площадей, котлованов, рытья каналов и широких траншей. Это навесные рыхлители на промышленных тракторах: машины ударного и виброударного действия (удар падающим грузом, виброударные механизмы и т. д.), устройства для нарезания в грунте щелей с последующей разработкой экскаваторами или бульдозерами (щели нарезаются своеобразными земляными пилами — барами или фрезами).
Вторая группа — роторные и цепные экскаваторы для рытья траншей (мы рассказывали о них в № 7 за 1974 год). И третья — машины для бурения в мерзлом грунте скважин под взрывные работы, свайные фундаменты, столбы и мачты линий электропередачи.
Наиболее выгодны — с точки зрения расхода энергии — машины, работающие по принципу откалывания крупных кусков, клиньями, которые вонзаются в мерзлый грунт. К машинам этого типа относятся рыхлители. Они напоминают мощные грабли или плуги, вспарывающие грунт на заданную глубину.
МНОГОТОННЫЕ «ГРАБЛИ»
Навесные рыхлители получают все более широкое распространение как машины для разработки мерзлых грунтов. И это не случайно. Растет выпуск и мощность тягачей, которые являются базовыми машинами для рыхлителей. А поскольку в девятой пятилетке значительно увеличивается выпуск тяжелых тракторов, то расширится база и для создания новых рыхлителей.
Исследованиями установлено, что тягач мощностью 300—400 л. с. при непрерывном движении может рыхлить толщу замерзшего грунта на глубину полметра. Именно этот способ и используется при разработке мерзлых грунтов на объектах большой площади — аэродромах, оросительных системах, гидротехнических сооружениях.
На рисунке 1 показан рыхлитель, сконструированный новосибирским трестом «Строймеханизация» на базе тягача АТ-Т мощностью 415 л. с. Принцип действия ясен: на машину навешивается огромный зуб, которым она и взламывает мерзлый грунт. При повторном проходе этот грунт убирается бульдозерным ковшом, навешенным спереди. Достаточно сказать, что вес только рыхлителя 8 тонн, чтобы представить, как мощна эта техника. За один час такой агрегат способен обработать до 50— 80 м3 скованной морозом земли.
Рис. 1. Рыхлитель на базе тягача АТ-Т
Рис. 2. Рыхлитель Д-576.
Есть рыхлители и с тремя зубьями, как, например, Д-576 (рис. 2), выпускаемый Брянским заводом дорожных машин на базе трактора Т-180. Его производительность несколько ниже, глубина рыхления средним зубом больше — до 0,7 м.
Применение мощных тракторов и навесных рыхлителей убедительно показало, что во многих случаях выгоднее рыхлить мерзлую землю, нежели взрывать ее. После взрыва грунт лежит большими кусками, убирать их под силу только экскаваторам. Рыхлитель же распределяет грунт равномерно, для уборки его можно использовать более производительные машины — скреперы, погрузчики.
Один из лучших отечественных рыхлителей — Д-642АС в агрегате с бульдозером Д-572С и трактором ДЭТ-250М. Эта машина с дизель-электрическим приводом отличается от базового трактора ДЭТ-250 тем, что имеет усиленный кожух заднего моста для крепления рыхлителя и специальные гусеничные траки для дополнительных грунтозацепов, чтобы увеличилось тяговое усилие. Такой агрегат выпускается Челябинским заводом дорожных машин имени Колющенко. Он применяется для разработки мерзлых грунтов на больших площадях: при рытье котлованов под жилые и промышленные здания, на строительстве гидротехнических сооружений, на открытых горных разработках при добыче стройматериалов. Мощность двигателя машины — 300 л. с. Трансмиссия — электромеханическая. Остается добавить еще одну выразительную цифру: общий вес машины с трактором и бульдозером — 376 тыс. кг.
КОВШ… С ОТБОЙНЫМ МОЛОТКОМ
Конечно, это хорошо, когда могучая машина со всей своей тяжестью и мощностью мотора вонзает зубья в мерзлый грунт. Ну а нельзя ли поступить по-другому: сами зубья сделать более активными, чтобы они били по грунту, дробя его? Тогда не понадобятся очень мощные агрегаты, а эффективность будет столь же высокой.
Этот принцип использован для создания рыхлителей с активными рабочими органами. В одной из предложенных конструкций (рис. 3) по хвостовику зуба бьет маятниковый ударник. Рыхлитель навешивается на трактор Т-100 и имеет раму 1, на которой закреплена стойка 2 с рабочим органом 3, опирающимся на лыжу 4. Ударник 5, закрепленный шарнирно, поднимается с помощью гидроподъемника 6. Спускаясь же, он бьет по хвостовику зуба. Гидроцилиндр 7 при повороте рычага 8 поднимает рабочее оборудование и вывешивает его на колесах 9.
Рис. 3. Рыхлитель с активным ударным рабочим органом.
Рис. 4. Схема работы экскаватора с активным ковшом.
Рис. 5. Землеройно-фрезерная машина ЗМФ-230М для разработки мерзлых грунтов.
Уже выпускаются и так называемые активные ковши для экскаваторов (рис. 4). Они отличаются от обычных тем, что на передней стенке их корпуса или в днище смонтированы пневматические ударники, которые бьют по хвостовикам подвижных зубьев, вгоняя их в прочный грунт. Ковш навешивается на обычную стрелу экскаватора, а в комплект оборудования входит компрессор. Сжатый воздух через ресивер 1 от компрессора 2 поступает по гибкому рукаву 3 и горизонтальной трубе 4 к флюгерному устройству 5. Оно дает возможность экскаватору поворачиваться во время работы. Затем по закрепленным на опоре 6 рукавам 7 воздух поступает к ковшу 8 и к пневмомолотам.
Есть и иные способы разрушения мерзлого грунта с помощью ударов клин-бабами и шар-бабами. Многие, наверное, это видели: к стреле экскаватора подвешивается огромный шар весом от 3,5 до 8 т или клин. Они с силой падают вниз, рыхля мерзлый грунт. Этот способ применяется также и при снесении старых зданий. Однако у него есть свои недостатки — в результате сильных динамических нагрузок детали экскаватора изнашиваются в несколько раз быстрей, чем обычно, а расположенные вблизи места работы коммуникации повреждаются.
Рисунок 5 изображает землеройно-фрезерную машину для разработки мерзлых грунтов. Она построена в Москве на базе бульдозера Т-100. Многозубая фреза рыхлит грунт, а бульдозерный ковш на обратном пути отгребает его в отвал или к месту погрузки в самосвалы.
ГРУНТОРЕЗЫ
Очень часто бывает, что, вместо того чтобы рыхлить грунт на всей площади, выгоднее нарезать его как бы ломтями, а потом выгребать их с помощью обычного экскаватора. Для этого в мерзлой земле нужно прорезать щели. Они пригодны также и для прокладки кабелей.
Такие щели можно получить с помощью фрезы. В Горьковском политехническом институте сконструирована дискофрезерная машина ДФМ-ГПИ-50. Базовый трактор С-100 тянет за собой большую фрезу, которая, вращаясь подобно циркульной пиле, прорезает глубокую, до 1,2 м, и достаточно широкую щель. За час такая машина может пройти Рабочим инструментом может быть не только фреза, но и бар: цепь с закрепленными в ее звеньях . зубьями. Подобных конструкций очень много. Вот одна (рис. 6), также смонтированная на тракторе С-100. В ее навесное оборудование входят два бара от шахтерской врубовой машины. Опускаются и поднимаются они с помощью цилиндров гидросистемы.
Рис. 6. Двухбаровая машина.
Рис. 7. Схема однобаровой скалорезной машины со складным режущим органом:
1 — гидромотор, 2 — консольно-навесная рама, 3 — редуктор, 4 — блок, 5 — стальной канат, 6 — подвижной редуктор, 7 — головки, 8 — шестигранный вал, 9 — поворотный рычаг, 10 — ось бара, 11 — режущий орган со смонтированным роликовым устройством, 12 — механизм передачи крутящего момента, 13 — направляющие втулки, 14 — ось, 15 — стопорный болт, 16 — коробка отбора мощности.
У баровых машин есть свои специфические недостатки. Они плохо работают в глинистых грунтах: глина налипает на резцы. Но зато для очень твердых грунтов эта схема неплоха. И именно она принята за образец в конструкции особого рода.
Самоходная скалорезная машина (рис. 7) создана на базе трактора Т-100М азербайджанскими конструкторами. Она включает в себя рабочий режущий орган, несущую раму, подвижный редуктор, четыре направляющие колонны, коробку отбора мощности, лебедку подъема и опускания рабочего органа.
Щель в скальном грунте прорезается баром, длина которого 5,6 м. Подвижный редуктор и рабочий орган могут подниматься и опускаться по направляющим колоннам. Бар устанавливают в рабочее положение через цепную передачу, связанную с редуктором. Спереди у машины смонтирована рама. Она является и противовесом заднему участку машины, и платформой для крепления редуктора лебедки, которая поднимает и опускает бар.
ПРОНЗАЮЩИЕ ТВЕРДЬ
Бурильные работы все шире применяются в разных областях строительства. Это наиболее эффективный способ заготовки ям для свай, под фундамент, для опор линий электропередачи.
Одна из высокопроизводительных бурильных машин для мерзлых грунтов — самоходная бурильно-крановая машина БМ-802С (рис. 8) в северном исполнении. Она предназначена для работы при температуре до минус 60°. Машина может бурить скважины на глубину 8 м и в вечномерзлых грунтах.
Рис. 8. Бурильно-крановая машина БМ-802С (рабочее и транспортное положение):
1 — транспортная стойка, 2 — базовый автомобиль, 3 — поворотная платформа, 4 — опорно-поворотный роликовый круг, 5 — механизм подачи бура, 6 — штанга, 7 — буровая вышка.
Бурильно-крановое оборудование установлено на раме автомобиля КрАЗ-257. Оно состоит из транспортной стойки, поворотной платформы, опорно-поворотного роликового круга, кабины, бурового инструмента, буровой вышки и т. д. Для привода механизмов на машине предусмотрен самостоятельный двигатель — дизель мощностью 90 л. с. Крутящий момент от него передается через механическую трансмиссию на штангу. Она вращает бур на шести скоростях при различных углах поворота буровой вышки.
В этом кратком обзоре даны только некоторые из большого числа конструкций, предназначенных для работы с прочными грунтами. Множество организаций нашей страны занято созданием таких агрегатов. Это свидетельствует о том, что проблема разработки подобных машин — одна из насущнейших, И она успешно решается.
Р. ЯРОВ
