Определим размет меньшей стороны котлована:

а1=а+ 2тНр (м) (4.2)

а1=60+2*0,9*4,8=68,64≈69 м.

Разработка котлована начинается с проходки пионерной (разрезной) траншеи.

Ширину пионерной траншей понизу принимаем равной 2 м. Ширина пионерной траншеи поверху была посчитана в формуле 2.7, и она равна 11м.

bПТ=2 м;

ВПТ≈10,6 м.

Ширина бокового забоя:

ВБЗ=1,3* Rкоп.max (м) (4.3)

Где ВБЗ – ширина бокового забоя, м;

Rкоп.max - наибольший радиус копания (по табл.2), м.

ВБЗ= 1,3*10,7=14 м.

Определим количество боковых забоев:

пБЗ=(а1- ВПТ)/ ВБЗ (4.4)

пБЗ = (69-10,6)/14 =4 забоя+2 м

остаток в 2 м распределим на четыре боковых забоя:

ВБЗ= 14+2/4=14,5 м

Т. о., разработка котлована будет осуществляться пионерной траншеей с размерами поверху ВПТ=11 м понизу bПТ=2 м, и тремя боковыми забоями с размерами поверху и понизу ВБЗ= 14,5 м.

Эксплуатационную производительность экскаватора определяем по формуле:

 (м3/ч) (4.5)

Где q=2 м3– объём ковша (принимаем по табл.2);

tц=22 с – длительность рабочего цикла(принимаем по табл.2);

КН =1,1– коэффициент наполнения ковша, для супеси;

КР =1,15– коэффициент разрыхления грунта , для супеси;

КВ =0,9 – коэффициент использования рабочего времени смены (0,80…0,90).

 (м3/ч)

Выбор экскаватора прямая лопата для разработки котлована

При использовании экскаватора прямая лопата, разрабатываются открытые котлованы, которые удобны, т.к. обеспечивают въезд в котлован.

Выбор экскаватора прямая лопата осуществляется так же, как и для обратной лопаты:

Нр= Нкоп.max*β (м) (5.1)

Где Нкоп.max – паспортная характеристика высоты разрабатываемого уступа, м;

β=1,0 – коэффициент высоты забоя экскаваторов, с прямой лопатой для супеси.

Нкоп.max=4,8/1,0=4,8 м.

Принимаем экскаватор прямая лопата ЭО-5122.

Таблица 3. Технические характеристики экскаватора прямая лопата ЭО-5122.

Для прямой лопаты устройство наклонного входа с уклоном i=10% в котлован является первой стадией его разработки: экскаватор начинает разрабатывать грунт ниже отметки стояния, постепенно заглубляясь до отметки Нр в конце наклонного входа – на границе подошвы котлована. Разработка грунта должна быть начата от будущей подошвы котлована на расстоянии Lp, которое посчитано в формуле 2.9:

Lp = 48 (м).

Пионерную траншею, являющуюся продолжением наклонного входа в котлован, разрабатываем нормальным лобовым забоем, при котором облегчается маневрирование и установка под погрузку автосамосвалов. Ширину пионерной траншеи понизу принимают равной двум радиусам копания на уровне стояния:

bnm=2*Rcm (м) (5.2)

где bnm – ширина пионерной траншеи, м;

Rcm - радиус копания на уровне стоянки (по табл.3), м.

bnm=2*4,7=9,4 м.

Разрабатываем максимально широкую траншею поверху, допуская возможность оползания верхней части откоса в процессе разработки грунта:

Bnm=2*Rкоп.max (м) (5.3)

Где Bnm – ширина пионерной траншеи поверху, м;

Rкоп.max - наибольший радиус копания (по табл.3), м.

Bnm=2*8,9=17,8 м.

Определим размеры бокового забоя:

В1= Rкоп.max (м) (5.4)

Где В1 – расстояние от оси движения экскаватора до бровки откоса забоя, м.

В1=8,9 м.

В2= 0,7*Rкоп.max (м) (5.5)

Где В2 – расстояние от оси движения экскаватора до подошвы забоя, м.

В2= 0,7*8,9=6,2 м.

Полная ширина бокового забоя:

В1+ В2 (м) (5.6)

8,9+6,2=15,1 м.

Влв= В1+ В2 –т’*Нр (м) (5.7)

Где Влв - ширина ленты, ширина забоя поверху, м;

т’ =0,7 – коэффициент заложения откоса котлована, для забоев прямой лопаты (супесь).

Влв=15,1-0,7*4,8=11,7м.

Определим количество боковых забоев:

пбз=(а1- Bnm)/ Влв (5.8)

пбз=(69-17,8)/11,7≈4 забоя +4,4 м.

Остаток 4,4 м можно считать недобором по 2.2 м с каждой стороны котлована. При необходимости недобор можно устранить экскаватором – планировщиком (обратная лопата с широким ковшом) или драглайном.

Влн=(а1- Bnm)/ пбз (м) (5.9)

Где Влн – ширина ленты, ширина бокового забоя понизу, м.

Влн=(69- 17,8)/ 4=12,8 м.

Эксплуатационная производительность экскаватора определяется по формуле:

 (м3/ч) (5.10)

Где q=2 м3– объём ковша (принимаем по табл.3);

tц=20 с – длительность рабочего цикла(принимаем по табл.3);

КН =1,1– коэффициент наполнения ковша, для супеси;

КР =1,15– коэффициент разрыхления грунта , для супеси;

КВ =0,9 – коэффициент использования рабочего времени смены (0,80…0,90).

 (м3/ч)

Определение количества автосамосвалов для обеспечения работы экскаваторов обратная и прямая лопата

Для перевозки грунта в отвал на расстояние 1,8 км разрабатываемого экскаваторами грунта используются автосамосвалы.

Для экскаватора обратная лопата.

При подборе автосамосвала учтем, что наилучшим является отношение вместимости ковша экскаватора (2 м3) к вместимости кузова автосамосвала 1:4…1:6.

Т. о. выбираем автосамосвал Татра-148, технические характеристики представим в таблице 4.

Таблица 4. Технические характеристики автосамосвала Татра148.

Производительность автосамосвала определяется по формуле:

Пэч=q*Кв*60/tц (м3/ч) (6.1.1)

Где q – объем грунта в кузове автосамосвала (по табл.4), м3;

tц – длительность цикла (рейса), мин.;

Кв – коэффициент использования рабочего времени смены(примем равным 0,90).

tц=tм+tп+tр+tгх+tпх (6.1.2)

где tм=2мин – время маневрирования при погрузке и разгрузке, мин;

tп – время погрузки, мин;

tр=1 мин – время разгрузки, мин ;

tгх – время груженого хода, мин;

tпх – время порожнего хода, мин.

tп= tцэкс*пк (мин) (6.1.3)

где tцэкс=22 с=0,4 мин. – продолжительность цикла экскаватора, мин;

пк – количество ковшей, необходимое для полной загрузки автосамосвала;

пк=qсам/qковша (6.1.4)

где qсам =11,1 м3 - объем грунта в кузове автосамосвала (по табл.4), м3;

qковша=2 м3 – объём ковша экскаватора (по табл.2), м3.

пк=11,1/2=5,5 м3.

tп=0,4*5,5=2,2 мин.

При движении автосамосвалов туда и обратно по одной трассе принимаем:

tгх+ tпх=60*2L/Vср (мин) (6.1.5)

где L – расстояние между пунктами (1.8), км;

Vср – средняя скорость самосвала по трассе (примем равной 20 км/ч), км/ч.

tгх+ tпх=60*2*1,8/20=10,8 мин.

tц=2+2,2+1+10,8=16 мин.

Пэч=11.1*0,9*60/16=37,5 м3/ч.

Определим необходимое количество автосамосвалов NAC для непрерывной работы по формуле:

NAC=Пээкс/ПэАС (6.1.6)

Где Пээкс – эксплуатационная часовая производительность экскаватора, м3/ч;

ПэАС - эксплуатационная часовая производительность автосамосвала, м3/ч.

NAC=282/37,5=8 автосамосвалов необходимо для непрерывной работы.

Для экскаватора прямая лопата.

Выбираем тот же автосамосвал, что и для экскаватора обратная лопата.

Посчитаем по формулам 6.1.2 – 6.1.5 длительность загрузки:

пк=11,1/2=5,5 м3.

tп=0,3*5,5=1,8 мин.

tц=2+1,8+1+10,8=15,6 мин.

Эксплуатационная часовая производительность автосамосвала по формуле 6.1.1 будет:

Пэч=11.1*0,9*60/15,6=38,4 м3/ч.

Необходимое количество автосамосвалов определим по формуле 6.1.6:

NAC=310/38,4=9 автосамосвалов необходимо для непрерывной работы.

Выбор машины для планирования дна котлована, и её производительность

Планировка дна котлована необходима для устранения недобора грунта после экскавации и выравнивания слоя грунта перед уплотнением. После планировки бульдозер должен оставить такой слой грунта, который после уплотнения обеспечил бы получение проектной отметки дна котлована.

Для планировки используем тот же бульдозер ДЗ-18 с универсальным отвалом, который устанавливается с небольшим перекосом.

Определим производительность по формуле:

Пчэ=(60/tц)*F*Kв (м2/ч) (7.1)

Где F – площадь, планируемая за один проход бульдозера, м2;

tц – длительность цикла, мин. Можно принять

tц=2L/V (мин) (7.2)

обычно бульдозер выполняет планировку со средней, транспортной скоростью. Где L – длина гона (захватки) – длина дна котлована, т.е. L=b=70 м. tц=(2*70*60)/(8,8*1000)=0,95≈1 мин.

F=L*(B-b’) (м2) (7.3)

Где B=3,9 м – длина отвала бульдозера (для ДЗ-18), м;

b’ =0,5 – перекрытие захваток и уменьшение ширины хода из-за перекоса отвала;

F=70*(3,9-0,5)=238 м2.

Пчэ=(60/1)*238*0,9=12852 (м2/ч).

Выбор машины для уплотнения дна котлована и определение её производительности

Заключительным этапом работ по устройству котлована является уплотнение его дна. Для уплотнения несвязного грунта используем вибрационные гладковальцевые или комбинированные (вибровалец + пневматики) самоходные катки. Т. к. при экскавации и планировке плотная природная структура грунта нарушается на глубину не более 20 см, считаем что именно такой толщины должен быть уплотняемый слой.

Выбираем вибрационный каток ДУ-10А со следующими характеристиками:

Таблица 5. Технические характеристики вибрационного катка ДУ-10А.

Определяем производительность катка по формуле:

 (м2/ч) (8.1)

Где Vcp - средняя скорость движения катка при уплотнении (по табл.5), км/ч;

h=0,2 – толщина уплотняемого слоя, м;

В – ширина полосы уплотнения (по табл.5), м;

b =0,15 м – перекрытие полосы уплотнения, м;

п=2 – количество проходов по одному следу (по табл.5)

 (м2/ч).

Разработка графика работ по устройству котлована

Работы ведутся в летнее время, в течение 2 смен по 8 часов, при 5-и дневной рабочей неделе, 1 месяц.

В месяце порядка 40 рабочих смен.

Сменная производительность определяется по формуле:

Пэсм=Пэч*8 (м3) (9.1)

Где Пэсм – сменная производительность, м3;

Пэч – часовая производительность, м3/ч.

Требуемое количество машино-смен определяется по формуле:

Nмаш-см=V/ Пэсм (машино-смен) (9. 2)

Где Vpc – объем грунта, требующий разработки, м3;

Для снятия растительного слоя.

Определим сменную производительность бульдозера:

Пэсм=66*8=528 м 3

Определим требуемое количество машино-смен для снятия растительного слоя:

Зная Vpc=1090 м3 – объем растительного слоя.

NБмаш-см=1090/528=2,06≈2,5 машино-смены.

Для разработки грунта котлована экскаватором.

Экскаватор обратная лопата:

Определим сменную производительность экскаватора:

Пэсм=282*8=2256 м3.

Требуемое количество машино-смен для разработки грунта экскаватором обратная лопата:

NЭмаш-см =22970/2256=10,18≈10,5 машино-смен.

Экскаватор прямая лопата:

Определим сменную производительность экскаватора:

Пэсм=310*8=2480 м3.

Определим объём разрабатываемого грунта, с учётом въезда в котлован:

V=22970+728=23698 м3

Требуемое количество машино-смен для разработки грунта экскаватором прямая лопата:

NЭмаш-см =23698/2480≈10 машино-смен.

Для транспортировки грунта автосамосвалом.

Т. к. известно количество автосамосвалов, обслуживающих экскаватор, количество машино-смен автосамосвалов равно произведению количества машино-смен экскаватора на количество обслуживающих его самосвалов:

NАСмаш-см= NЭмаш-см *NАС (машино-смен) (9.3.1)

Для глухого котлована:

NАСмаш-см=8*10,5=84 машино-смены.

Для открытого котлована:

NАСмаш-см=9*10=90 машино-смены.

Для планировки дна котлована.

Определим сменную производительность бульдозера:

Пэсм=13529*8=108232 м2.

Требуемое количество машино-смен для планировки дна котлована:

Nмаш-см=Sk/ Пэсм (машино-смен) (9.4.1)

Где Sk – площадь дна котлована, м2;

Sk=а*в (м2) (9.4.2)

Sk=60*70=4200 м2.

NПлмаш-см=4200/108232=0,04≈1 машино-смена.

Для уплотнения дна котлована.

Определим сменную производительность катка:

Пэсм=945*8=7560 м2.

Требуемое количество машино-смен для уплотнения дна котлована:

NУплмаш-см=4200/7560=0,55≈1 машино-смена.