Введение.

Современные строительные технологии развиваются чрезвычайно активно, позволяя возводить надежные и качественные здания быстро и без лишних затрат. Так, например, в последнее время для обустройства фундамента активно используются буронабивные сваи.

Благодаря ним удается существенно повысить надежность основания, ускорить процесс его обустройства и снизить общую стоимость работ.

Любая современная буронабивная свая (другое название буро-инъекционная) считается самым быстрым и практичным способом создания прочного и качественного фундамента любого здания, начиная от многоэтажки и заканчивая частным домом.

За счет своих конструктивных особенностей такие изделия прослужат долго и эффективно, выдержат абсолютно все нагрузки и деформации.

1.АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПРОИЗВОДСТВА БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ.

1.1.Анализ существующих технологий изготовления буронабивных свай

Главная задача устройства буронабивных свай — это бурение скважин с использованием установки с непрерывным шнеком (рис.1).

Рисунок 1 – Буровая установка для изготовления буронабивных свай.

Набивные сваи устраивают на месте их будущего положения путем заполнения скважины (полости) бетонной смесью или песком. В настоящее время применяют большое количество вариантов решения таких свай [1]. Их основные преимущества:

- возможность изготовления любой длины;

- отсутствие значительных динамических воздействий при устройстве свай;

- применимость в стесненных условиях;

- применимость при усилении существующих фундаментов.

В зависимости от грунтовых условий буронабивные сваи устраивают одним из следующих способов - сухим способом (без крепления стенок скважин), с применением глинистого раствора (для предотвращения обрушения стенок скважины) и с креплением скважины обсадной трубой.

1. Сухой способ применим в устойчивых грунтах (просадочные и глинистые твердой полутвердой и тугопластичной консистенции), которые могут держать стенки скважины (рис.2). Скважина необходимого диаметра разбуривается методом вращательного бурения в грунте на заданную глубину. После приемки скважины в установленном порядке при необходимости в ней монтируют арматурный каркас и бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы[1].

I – бурение скважины; II – устройство уширенной плоскости; III – установка обсадного патрубка и арматурного каркаса; IV – установка воронки; V – заполнение скважины бетонной смесью; VI – извлечение обсадного патрубка и воронки; 1 – буровая установка; 2 – электропривод; 3 – буровая скважина; 4 – уширитель; 5 – обсадной патрубкок; 6 – арматурный каркас; 7 – воронка; 8 – бадья; 9 – бетонная смесь.

Рисунок 2 – Технологическая схема устройства буронабивных свай сухим способом.

Используемые в строительстве бетонолитные трубы, как правило, состоят из отдельных секций и имеют стыки, позволяющие быстро и надежно соединить трубы. Секции бетонолитных труб длиной 2,4...6 м в стыках скрепляют болтами или замковыми соединениями, у первой секции крепится приемный бункер, через который бетонная смесь подается в трубу. В скважину опускается бетонолитная труба до самого низа, в приемную воронку подается бетонная смесь из автобетоносмесителя или с помощью специального загрузочного бункера, на этой же воронке закреплены вибраторы, которые уплотняют укладываемую бетонную смесь. По мере укладки смеси бетонолитная труба извлекается из скважины. По окончании бетонирования скважины голову сваи формуют в специальном инвентарном кондукторе, в зимнее время дополнительно надежно защищают. Сухим способом по рассмотренной технологии изготовляют буронабивные сваи диаметром от 400 до 1200 мм, длина свай достигает 30 м[1].

2. Применение глинистого раствора. Устройство буронабивных свай в слабых водонасыщенных грунтах требует повышенных трудозатрат, что обусловлено необходимостью крепления стенок скважины для предохранения их от обрушения (рис.2). В таких неустойчивых грунтах для предотвращения обрушения стенок скважин применяют насыщенный глинистый раствор бентонитовых глинплотностью 1,15...1,3 г/см3, который оказывает гидростатическое давление на стенки, хорошо временно скрепляет отдельные грунты, особенно обводненные и неустойчивые, при этом хорошо удерживает стенки скважин от обрушения. Этому же способствует образование на стенках скважины глинистой корки вследствие проникновения раствора в грунт.

Скважины бурят вращательным способом. Глинистый раствор готовят на месте выполнения работ и по мере бурения подают в скважину по пустотелой буровой штанге под давлением. По мере бурения находящийся под гидростатическим давлением раствор от места забуривания, встречая сопротивление грунта, начинает подниматься вверх вдоль стенок скважины, вынося разрушенные бурами грунты, и выходя на поверхность, попадает в отстойник – зумпф, откуда снова насосом подается в скважину для дальнейшей циркуляции[1].

а – бурение скважины; б – устройство расширенной полости;

в – установка арматурного каркаса; г – установка вибробункера с бетонолитной трубой; д – бетонирование скважины методом ВПТ;

1 – скважина, 2 – буровая установка; 3 – насос; 4 – глиносмеситель;

5 – приямок для глинистого раствора; 6 – расширитель; 7 – штанга;

8 – стреловой кран; 9 – арматурный каркас; 10 – бетонолитная труба;

11 – вибробункер.

Рисунок 3 – Технологическая схема устройства буронабивных свай под глинистым раствором.

Глинистый раствор, находящийся в скважине под давлением, цементирует грунт стенок, тем самым, препятствуя проникновению воды, что позволяет исключить применение обсадных труб. После завершения проходки скважины в нее при необходимости устанавливается арматурный каркас, бетонная смесь из вибробункера по бетонолитной трубе попадает на дно скважины, поднимаясь вверх, бетонная смесь вытесняет глинистый раствор. По мере заполнения скважины бетонной смесью производят подъем

Бетоновода[1].

3. Крепление скважин обсадными трубами. Устройство свай этим методом возможно в любых гидрогеологических условиях; обсадные трубы могут быть оставлены в скважине или извлечены из нее в процессе изготовления сваи (рис.4). Обсадные трубы соединяют между собой при помощи замков специальной конструкции (если это инвентарные трубы) или на сварке. Пробуривают скважины вращательным или ударным способом.

а – установка кондуктора и забуривание скважины; б – погружение обсадной трубы; в – проходка скважины; г – наращивание следующего звена обсадной трубы; д – зачистка забоя скважины; е – установка арматурного каркаса;

ж – заполнение скважины бетонной смесью и извлечение обсадной трубы;

1 – рабочий орган для бурения скважины; 2 – скважина; 3 – кондуктор;

4 – буровая установка; 5 – обсадная труба; 6 – арматурный каркас;

7 – бетонолитная труба; 8 – вибробункер.

Рисунок 4 – Технологическая схема устройства буронабивных свай с применением обсадных труб.

После зачистки забоя и установки арматурного каркаса скважину бетонируют методом вертикально перемещаемой трубы. По мере заполнения скважины бетонной смесью могут производить извлечение и инвентарной обсадной трубы. Специальная система домкратов, смонтированных на установке, сообщает трубе возвратно – поступательное движение, за счет чего бетонная смесь дополнительно уплотняется[1]. По завершении бетонирования скважины осуществляют формирование головы сваи. Находят

применение установки по изготовлению набивных свай с использованием обсадных труб с извлечением грунта из трубы виброгрейфером (рис.5).

а – погружение обсадной трубы виброустановкой; б – извлечение грунта из обсадной трубы виброгрейфером; в – бетонирование сваи; г – извлечение обсадной трубы виброустановкой; 1 – обсадная труба; 2 – виброустановка;

3 – виброгрейфер; 4 – арматурный каркас; 5 – бадья с бетонной смесью.

Рисунок 5 – Технологическая схема изготовления набивных свай с выемкой грунта под защитой обсадных труб.

4. Буронабивные сваи с уширенной пятой. Диаметр таких свай 0,6...2,0 м, длина 14...50 м. Существуют три способа устройства уширений свай. Первый способ - распирание грунта усиленным трамбованием бетонной смеси в нижней части скважины, когда невозможно оценить качество работ, форму (какой стала пята уширения), насколько бетон перемешался с грунтом и какова его несущая способность[1].

При втором способе скважину пробуривают станком, имеющим на буровой колонке специальное устройство в виде раскрывающегося ножа, Для образования уширения скважины диаметром до 3 м (рис.6). Нож раскрывается гидравлическим механизмом, управляемым с поверхности земли. При вращении штанги ножи срезают грунт, который попадает в бадью, расположенную над расширителем. За несколько операций срезания ножами грунта и извлечения его на поверхность в грунте образуется уширенная полость. В скважину подают глинистый раствор из бентонитовых глин, который непрерывно циркулирует и обеспечивает устойчивость стенок скважины. При устройстве уширений разбуривание полости осуществляют одновременно с подачей в скважину свежего глинистого раствора до полной замены раствора, загрязненного грунтом. После завершения бурения скважины на проектную глубину буровую колонку с уширителем извлекают, в скважину устанавливают арматурный каркас. Бетонирование ведут методом вертикально перемещающейся трубы, когда одновременно в трубу подают бетонную смесь и поднимают ее[1].

а- положение уширителя во время разбуривания скважины; б- то же, в процессе разбуривания полости; 1 - грунтосборник; 2- режущие ножи; 3- скважина; 4- штанга; 5- уширенная полость.

Рисунок 6 – Разбуривание полости в грунте уширителем.

5. Взрывной способ устройства уширений (рис.7). В пробуренную скважину устанавливают обсадную трубу. На дно скважины опускают заряд взрывчатого вещества расчетной массы и выводят провода от детонатора к взрывной машинке, находящейся на поверхности. Скважину заполняют бетонной смесью на 1,5...2,0 м, поднимают на 0,5 м обсадную трубу и производят взрыв. Энергия взрыва уплотняет грунт и создает сферическую полость, которая заполняется бетонной смесью из обсадной трубы. После этого порциями и с необходимым уплотнением заполняют обсадную трубу бетонной смесью доверху[1].

а – опускание заряда ВВ и заполнение скважины бетонной смесью;

б – подъем бетонолитной трубы и образование уширенной пяты взрывом;

в – готовая набивная свая с камуфлетным уширением; 1– заряд ВВ;

2 – провод к подрывной машине; 3 – обсадная труба; 4 – приемная воронка;

5 – бетонная смесь; 6 – бадья с бетонной смесью; 7 – уширенная пята;

8 – арматурный каркас.

Рисунок 7 – Технологическая схема устройства свай с камуфлетным уширением.

6. Метод выштамповывания с использованием станка ударно-канатного бурения (рис.8). Сначала на глубину до 1/2 длины будущей сваи пробуривают скважину-лидер, затем скважину пробивают ударным снарядом на требуемую глубину. Загружают в нижнюю часть скважины жесткую бетонную смесь столбом 1.5...2 м и ударами трамбовки устраивают в основании сваи уширенную пяту. В устье скважины устанавливают обсадную трубу, монтируют арматурный каркас и осуществляют бетонирование верхней части сваи[1].

а – бурение скважины; б – установка в скважину обсадной трубы; в – засыпка в скважину жесткой бетонной смеси; г – втрамбовывание бетонной смеси в основание; д – извлечение обсадной грубы и установка арматурного каркаса;

е – бетонирование ствола сваи с уплотнением глубинным вибратором;

ж – устройство опалубки оголовка сваи; 1 – буровая машина;

2 – рабочий механизм с навесным оборудованием для устройства уширенной пяты; 3 – обсадная труба, 4 – лоток для загрузки жесткой бетонной смеси;

5 – трамбовка; 6 – стреловой кран; 7 – арматурный каркас;

8 – бадья с бетонной смесью; 9 – воронка;10 – выштампованная уширенная пята; 11 – опалубка оголовка.

Рисунок 8 – Технологическая схема устройства буронабивных свай с выштампованной пятой.

7. Технология CFA (рис.9) — это бурение скважин для свай с помощью непрерывного полого шнека (НПШ) – комбинирует преимущество набивных свай без извлечения грунта и универсальность буронабивных свай. Метод бурения позволяет сооружать сваи в различных породах грунтов, сухом или заболоченном, рыхлом или плотном грунте, а также в слабых породах, туфе, известняке, песчанике и т.д. При работе отсутствуют ударное воздействие и вибрация. Оборудование системы снабжено системой звукоизоляции, что позволяет проводить буровые работы в центрах городов в соответствии с требованиями законодательства[2].

1 – Погружение шнековой колонны до проектной отметки; 2 – Извлечение шнековой колонны с одновременной закачкой бетона; 3 – Погружение армокаркаса вибропогружателем; 4 – Готовая свая с выпусками арматуры.

Рисунок 9 – Технология CFA.

Установка свай без декомпрессии грунтов позволяет проводить работы на близком расстоянии от жилых зданий. Снижение количества грунта, извлеченного на поверхность при работе шнекового бура, уменьшает расходы по вывозу остатков выбуренной породы. Диапазон диаметров свай от 300 до 1200 мм и глубиной до 32 м позволяет решить все проблемы, связанные с проектированием и устройством буронабивных свай.

Изготовления буронабивных свай по технологии CFA требуется использование каркаса из арматуры, который после извлечения шнека и закачки бетона опускается в скважину при помощи вибрапогружателя, однако использование вибрапогружателя не обязательно для каркаса длиной 16-18 м. Конструкция свай CFA предусматривает установку арматурного каркаса в свежий бетон. Арматурный каркас должен быть изготовлен, согласно проектной документации. По всей длине каркаса крепятся пластиковые центраторы. Коническая форма нижней части каркаса получается при использовании последнего кольца меньшего диаметра, чем стандартный. При условии определенного качества бетона сегодня возможно устанавливать каркасы свыше 30 метров.

Основными преимуществами данного метода являются:

Высокая производительность – в 4-5 раз выше по сравнению с устройством свай с обсадной трубой;

Гарантированное уплотнение забоя и стенок скважины, как следствие более высокая несущая способность при тех же параметрах (в 1,5-1,7 раза по сравнению с расчетной по СНиП);

Меньший уровень шума при производстве в сравнении с методом при использовании обсадной трубы, т.к. нет необходимости “сбрасывать” грунт со шнека;

Вывод: Из проведенного анализа существующих способов устройства буронабивных свай, наиболее лучшим является технология CFA. Способность этого способа комбинировать преимущество набивных свай без извлечения грунта и их универсальность.

Такой метод бурения позволяет сооружать сваи в различных породах грунтов. Сама технология незаменима для грунтов, имеющих слои, существенно отличающиеся по прочности. Особенно она эффективна при проходке большой толщи песков, полутвердых и тугопластичных суглинков, когда изготовление свай уплотнения невозможно. При работе отсутствуют ударное воздействие и вибрация. Снижение количества грунта, извлеченного на поверхность при работе шнекового бура, уменьшает расходы по вывозу остатков выбуренной породы.

1.2.Анализ существующих машин и оборудований для изготовления буронабивных свай

Бурильная шнековая машина МБШ –818

Бурильная шнековая машина МБШ-818 (рис.10) предназначена для производства буронабивных и буроинъекционных свай при проведении свайно – фундаментных работ в строительстве.

Машина состоит из базового шасси и смонтированного на нём навесного оборудования. На шасси 14 крепится рама 17 с выносными опорами 23 и подрамник 15. На поворотной опоре рамы установлены поворотная 20 и подвижная 4 платформы.

На раме смонтирован агрегат насосный 7, часть гидросистемы 8, брызговики. На подрамнике расположены: стойка опорная 10, топливный бак автомобиля 9, кронштейн запасного колеса 16.

На поворотной платформе расположены: механизм поворота 21, часть гидросистемы, нижние вкладыши, а также закреплены захваты 19 подвижной платформы. На подвижной платформе расположены: кабина машиниста 3, сварочный генератор 18, часть гидросистемы, бурильное оборудование.

Подвижная платформа перемещается гидроцилиндрами 22. Все механизмы закрыты кожухами облицовки.

На мачте 2 устанавливается: кронштейн крановый 13, грузовая лебедка 5, вращатель 11 и редуктор с гидромотором механизма подачи 12. К вращателю крепится снаряд буровой шнековый, соответствующий диаметру бурения, а к мачте направляющий люнет 1.

Перевод мачты из транспортного положения в рабочее осуществляется с помощью гидроцилиндров 6.

Машина по принципу действия является машиной механического бурения непрерывного действия с гидравлическим приводом вращения и подачи бурильного инструмента. Подъем и опускание грузов осуществляется специальным крановым оборудованием и планетарной реверсивной лебёдкой.

Рисунок 10 – Общий вид бурильной шнековой машины МБШ –818.

Буровая установка CFA-FDP Llamada P-105TT

Буровая установка Llamada P-105TT (рис.11) предназначена для выполнения буронабивных свай методом CFA с помощью Непрерывного Полого Шнека глубиной до 24 м и диаметром от Ø350мм до Ø850мм. (опционально можно увеличить до Ø1000мм) или методом FDP с помощью раскатчика. Также машина может быть переоборудована для задавливания (забивания) свай.

Буровая установка Llamada CFA оборудована специальной дополнительной лебёдкой Automatic CROWD winch. Она служит для равномерного поднятия и опускания вращателя. Предназначена для создания дополнительного давления вверх или вниз на вращатель, т.е. передаёт дополнительное усилие на вращатель. Данная лебёдка работает всё время непрерывно, пока машина бурит. Это позволяет выравнять усилие подачи шнека в разрабатываемую сваю и ускорить процесс возведения свая в сложных грунтах.

Технические характеристики:
• Гидравлически раздвижная гусеничная база: 2 790 - 4 130 мм.
• Длина гусениц: 4 930 мм.
• Ширина гусеницы: 700 мм.
• Давление на грунт: 0,80 кг/см2
• Скорость перемещения: 1,30 км/ч.
• Рабочая зона: 360º
• Ширина: 2 790 мм.
• Длина: 13 700 мм.
• Высота: 3 380 мм. 
• Транспортный вес: 46 000 кг.

Рисунок 11 – Буровая установка CFA-FDP Llamada P-105TT.

Бурильная шнековая машина МБШ –539

Бурильная шнековая машина МБШ-539 (рис.12) предназначена для бурения скважин диаметром 800 мм в грунтах I-IV категорий для опор линий электропередачи. Использование шасси МТЧ-4 или ТЛ-5АЛМ позволяет эксплуатировать машину в труднопроходимых местах при неблагоприятных почвенноклиматических условиях.

МБШ-539 также может использоваться в промышленном и гражданском строительстве для бурения скважин под свайные фундаменты. Механизм подачи состоит из двух гидроцилиндров и тросового полиспаста и обеспечивает подачу и выем бурового инструмента. Защитный раструб предохраняет устье скважины от засыпки (в процессе бурения) и очищает от грунта (после завершения бурения) при переводе мачты в транспортное положение.

Рисунок 12 – Бурильная шнековая машина МБШ –539.

Буровая установка Sany SR250M

SANY SR250M буровая установка (рис.13) с системой СFA имеется возможность легко и просто заменить шнековый бур непрерывного действия на келли-штангу, используя одну машину для разных работ.

Она имеет гидросистему, оборудованную независимой системой охлаждения масла для обеспечения её непрерывной работы, электронную систему управления и контроля работы буровой установки. Все элементы электронной системы управления импортного производства.

Высокоэффективность работы. Максимальный выходной крутящий момент 200 КНМ. Бурение при помощи шнекового бурового станка является эффективным методом для одновременного бурения и вынимания грунта.

Система состоит из соединений труб для подачи бетона, шкива, привода вращения, шнекового бурового станка, соединения сращивания буровой штанги, полой штанги спирального бура с трубой для подачи бетона внутри, прибора наведения буровой штанги с очистителем от земли, с буровой коронкой и т.д.

Буровые установки SANY сочетают технические и конструкторские преимущества фирменных комплектующих, их характеристики производительности соответствуют уровню мировых аналогов. В буровых установках SANY используются ключевые узлы и агрегаты известных мировых производителей. Основные отличительные черты буровых установок SANY: простота эксплуатации, высокая эффективность работы, надёжность и комфорт, экологическая безопасность;

Шасси полноповоротных экскаваторов, на базе которых созданы роторные буровые установки SANY, имеют оптимально спроектированную конструкцию и обладают высокой надёжностью, что обеспечивает отличные показатели прочности и долговечности, защиту при ударах и вибрации, силовой агрегат способен обеспечивать сверхбольшой вращающий момент, что повышает эффективность работы;

Имеется большой выбор буровых штанг, которые позволяют использовать различное буровое оборудование и буровые головки для самого широкого спектра строительных работ. Оборудование SANY пригодно для бурения в слое крупнозернистого гравия, в котором не могут работать обычные буровые установки.

Рисунок 13 - Буровая установка Sany SR250M.

Вывод: По результатам анализа можно прийти к выводу, что машины очень затратны во многих вопросах и требуют изменений. На основе этого решения можно выделить следующие требования к разрабатываемому оборудованию; а именно: малые габариты, высокая мобильность, универсальность. Конечным результатом является разработка оборудования для изготовления буронабивных свай на базе гусеничного экскаватора SANY SY420C.

1.3.Анализ механизмов

1 – с помощью 4 гидроцилиндров, 2 – с помощью 2 гидроцилиндров и раскладывающегося механизма, 3 – с помощью лебедки.

Рисунок 14 – Схема механизма выдвижения мачты.

Механизм выдвижения мачты:

1 вариант:

Мачта состоит из: 4 гидроцилиндров, 2 подвижные секции и 1 неподвижная секция.

Выдвижение мачты осуществляется с помощью 4 гидроцилиндров, 2 гидроцилиндра поднимают одну секцию, а два других следующую секцию.

К недостаткам можно отнести: очень длинные гидрошланги, потеря в давлении.

2 вариант:

Мачта состоит из: 2 гидроцилиндров, рычажного механизма, 2 подвижные секции и 1 неподвижная секция.

Подъем осуществляется с помощью двух гидроцилиндров и рычажного механизма, два гидроцилиндра толкают нижнюю часть и тем самым раскладывают рычажный механизма и выдвигает мачту. Опускается так же только в обратную сторону.

Минусы: мачта складывается не до конца.

3. вариант:

Мачта состоит из (рис.14): лебеки, 2 подвижные секции и 1 неподвижная секция.

Мачта поднимается за счет вращения барабана, при вращение барабана в обратную сторону происходит складывание мачты до первоначальных размеров.

Достоинством является, что нету потерь в давление и опускается до конца, так же стоит дешевле чем другие варианты.

4 вариант:

Мачта имеет круглое сечение и ролики как направляющие.

Выдвижение и складывание мачты происходит по направляющим в виде роликов.

Недостатком является прокручивание при бурение.

5 вариант:

Мачта имеет круглое сечение и диэлектрический материал как направляющие.

Выдвижение и складывание мачты происходит при движение по диэлектрическому материалу.

Недостатком является быстрое стирание диэлектрического материала и прокручивание при бурение.

6 вариант (рис.15):

Мачта имеет квадратное сечение и ролики как направляющие.

Выдвижение и складывание мачты происходит по направляющим в виде роликов.

Достоинством является стабильная работа роликов и не происходит прокручиваний секций мачты.

4 – круглая мачта на роликах, 5 – круглая мачта на скользящем диэлектрическом материале, 6 – квадратная мачта на роликах.

Рисунок 15 – Схема возможных вариантов направляющих.

В итоге мы приходим к варианту 3 – выдвежение мачты за счет лебедки и варианту 6 – подъем мачты по роликам и мачта имеет квадратное сечение.

1.4. Техническое задание для проектирования

1.4.1. Наименование и область применения

Оборудование для изготовления буронабивных свай на базе гусеничного экскаватора SANY SY420C бурящий грунт 1 – 4 категории.

1.4.2. Основание для разработки

Основанием для разработки является большие затраты на транспортировку крупногабаритных установок. Так же основанием для разработки является дороговизна оборудования для изготовление буронабивных свай.

1.4.3. Цель и назначение разработки

Оборудование предназначено для изготовление буронабивных свай. Класс грунта 1 – 4. Целью является уменьшение затрат на транспортировку крупно габаритных установок.

1.4.4. Технические требования

Для бурения необходимо буровое оборудование, базовая машина, рабочий орган.

Агрегат предназначен для работы в грунтах 1 – 4 категории.

Максимальная глубина бурения под сваю должна составлять 20 м.

Частота вращения должна быть 10 об/мин.

Диаметр бурения под сваю должен быть 300 мм.

Конструкция должна быть надежной, простой в использовании, унифицированной.

Стадии и этапы разработки.

Проект должен быть выполнен на стадии эскизного проекта.

1.5. Техническое предложение

Рисунок 16 – Схема выдвижения мачты, форма и направляющие.

Данная конструкция (рис.16) была разработана по аналогу буровой установки SANY sr250m для буронабивных свай. Базовой машиной является гусеничный экскаватор SANY SY420C.

Разрабатываемое оборудование состоит из: двух подвижных секций и одной не подвижной секции, двух кареток, одна из которых перекидная, а вторая крепится на неподвижной секции, так же на мачте крепится люнет для предотвращения перекоса бура во время работы. Перемещение осуществляется за счет лебедки, а по не подвижной секции за счет привода цепной передачи.

Принцип действия заключается следующим образом: привод лебедки начинает вращаться, тем самым выдвигает две подвижные секции. Затем происходит бурение и опускание мачты в обратном порядке. Когда мачта сложилась в исходное положение, перекидная каретка защелкивается за каретку, которая начинает опускаться вниз за счет привода цепной передачи.

2.РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

2.1. Расчет крутящегося момента

Рисунок 17 - Схема сил действующих на инструмент при бурении

Р_ос – осевое усилие подачи;

М₁ – крутящий момент;

N₁ – сопротивление внедрению торцовых площадок инструмента;

А – ядро уплотнения;

h – толщина стружки;

α – угол резания резца;

N_x – усилие сопротивления сколу разрушаемой породы.

Осевая нагрузкаP_оспри бурении :

где: D – диаметр скважины, м;

а – толщина лезвия бура, м;

– сопротивление грунта внедрению, Па;

m – количество лезвий;

Суммарный моментМ₁ на разрушение грунта и трение о забой будет равен :

где: h – углубление бура за один оборот, составляет 0,005 – 0,02 м в зависимости от плотности грунта ;

τ – сопротивление грунта на сдвиг, принимается равным 0,6R, Па ;

R – расчетное сопротивление глинистого грунта на глубине 20 метров. Принимается равным 40·10⁵ , Па. ;

f – коэффициент трения грунта о породоразрушающий инструмент, составляет 0,1-0,4

Угол подъема винтовой линии у бурильной трубы :

где: – шаг винтовой линии, принимается равным 0,5D, м;

Момент М₂, необходимый для обеспечения подъема породы шнеком, при максимальной глубине его погружения в скважину будет:

где: = 1,5…2 – коэффициент трения шнека о стенки скважины;

h – глубина скважины, м;

y – плотность породы, Па ;

d – диаметр центральной бурильной трубы, м;

– угол подъема винтовой линии шнека;

μ₂ – коэффициент трения породы о винтовую поверхность шнека ;

Ψ = 0,125 – коэффициент заполнения объема шнека ;

К_р = 1,1…1,4 – коэффициент разрыхления породы ;

2.2. Подборка двигателя

Мощность привода вращателя :

n = 0.17 об/с =10 об/мин

Выбираем высокомоментный гидровращатель GPR-F-M-4000 с крутящим моментом 7000 Нм, Мощность 14кВт, со скоростью 3 – 26 об/мин.

2.3. Расчет осевой подачи

2.3.1. Расчет привода каретки

Механизм передвижения тележки предназначен для вертикального перемещения рабочего органа.

1. Подбор цепи

Усилие на цепи определим по формуле:

где - вес вращателя,

шнека,

каретки,

Подставив численные значения в формулу, получим:

В зависимости от полученного усилия по каталогу подбираем однорядную роликовую цепь маркиПР-9,525-9,1 ГОСТ13568-97 (рис.19), имеющей следующие параметры:

- шаг –

- ширину между внутренними пластинами – b₁ = 5,72мм;

- ширину по наружным поверхностям пластин цепи – b = 17мм;

- диаметр оси ролика – d₁ = 3.28 мм;

- диаметр роликов – d = 6.35 мм;

- высоту боковой поверхности – h = 8,5 мм;

- разрушающая нагрузка – Р = 9,1 кН;

- масса 1м = 0,45кг.

Рисунок 18 – Вид цепи.

2.Число зубьев звездочки определяется из условия:

где u – передаточное число механизма (u=1).

Подставив численные значения в формулу, получим:

Принимаем число зубьев 27.

3.Диаметр ведомой звездочки:

4. Диаметр делительной окружности звездочки определим по формуле:

где t – шаг цепи, t = 9.53 мм .

5.Частота вращения звездочки определяется по формуле:

где скорость погружения бура в грунт.

6. Вращающий момент на звездочке:

7. Определение мощности привода тяговой цепи.

Принимаем два аксиально-поршневых гидромотора Г5-21Н мощностью 0,8 кВт и частотой вращения 80 об/мин.

Для уменьшения оборотов на выходе принимаем два червячных редуктора 1Ч – 63А с мощностью 0,5 кВт и передаточным числом 10.

2.3.2. Расчет усилия, создаваемого телескопической мачты

Усилия, создаваемого стрелой, определяется по формуле:

Где, вес мачты, Н

вес шнека, Н

вес привода бурового оборудования, Н

Определяем вес мачты.

Расчет мачту на скручивание.

Рисунок 19 – Мачта.

1.1. Определим методом сечений значения крутящих моментов (рис.19) на каждом силовом участке от свободного конца вала. Крутящий момент равен алгебраической сумме внешних моментов, действующих на вал по одну сторону сечения:

1.2. Подберем сечение вала из расчета на прочность при кручении по полярному моменту сопротивления для участка, где величина крутящего момента максимальная:

допускаемое напряжение при кручение Сталь Ст3

Рисунок 20 – Сечение секции.

Так как для квадратного тонкостенного сечение (рис.20) полярный момент равен:

то можно записать:

Толщина стенки:

Принимаем

Толщина стенки:

Принимаем

Толщина стенки:

Принимаем

1.3. Определим угол закручивания для каждой секции по формуле:

где, G – модуль упругости 2-го рода; для стали G = 8×10¹⁰ Па;
– полярный момент инерции , м⁴.

Расчитываем углы закручивания на каждом участке:

1.4. Масса каждой секции:

Площадь поперечного сечения:

Объем секции:

где, L – длина каждой секции

Масса секции:

Где, плотность для Сталь Ст3

Первая секция:

Вторая секция:

Третья секция:

1.5. Вес все мачты равен:

2.Определяем вес шнека

По каталогу подбираем полый шнек ШГ – 300 – 219 – 8 – S8 – 190 – 2500, Долото с золотником ДШБ – 320 – 3/ ШГЛ – 310.

Имеющий общую массу 560 кг.

Вес всего шнека, Н:

3.Вес привода бурового оборудования:

где масса привода, вращателя.

4.Проверяем, хватает ли веса для осевой нагрузки:

Условие выполняется.

Расчет механизма подъема мачты

Режим работы М7

Кратность полиспаста u=5

1.Определяем грузоподъемность лебедки по формуле:

2.Определяем общий коэффициент полезного действия канатно-блочной системы:

где

по формуле:

Подставляем и получаем:

3.Подбираем стальной канат

Подбираем стальной канат по допускаемому разрывному усилию:

Где

Максимальное рабочее усилие в канате определяется по формуле:

Подставляем и получаем:

Выбираем канат d-Г-I-H-1770 Гост 2668-80

4.Минимальный диаметр барабана определяется по формуле:

где коэффициент выбора диаметра;

диаметр каната.

Принимаем диаметр барабана 100мм.

5. Длина барабана:

Где

Принимаем длину барабана 15 мм.

6.Скорость навивки каната на барабан:

где

7. Длина каната:

8. Вес каната:

9. Необходимая мощность двигателя:

Выбираем Гидромотор OML 8 151G2021 мощность 1.1 кВт и частотой вращения 50 об/мин (масса 51 кг)

10. время на выдвижение всей конструкции можно определить по формуле:

где, длина самой длинной из подвижных секций

3 Расчет на прочность

3.1 Расчет металлоконструкции кареток

3.1.1 Расчет верхней каретки

Проверочный расчет прочности крепления стержня и рамы мачты. Каретка с приводом крепиться на 4 стержнях к раме мачты диаметром 18 мм.

Рисунок 3.1 – Расчетная схема стержня.

Определим внутренний диаметр стержня:

Где, вес привода, Н;

количество стержней;

допускаемое напряжение при растяжении Сталь10.

Следовательно, стержень диаметром 18 мм выдержит приложенную нагрузку.

3.1.2 Расчет сварного шва при растяжении.

Проверочный расчет сварного шва на растяжении.

Рисунок 3.2 – Расчетная схема сварного шва.

Определим усилии при растяжении сварного шва по формуле:

Где, длина сварного шва, мм;

ширина сварного шва, мм;

допускаемое напряжение сварного шва Сталь 10.

Условие выполняется.

3.1.3 Расчет нижней каретки.

Рисунок 3.3 – Расчетная схема второй каретки.

Момент изгибающий раму нижней каретки:

Где,расстояние от краярамы до оси привода

Допускаемое напряжение при изгибе:

Где,

допускаемое напряжение при изгибе Сталь 10.

Условие прочности на изгиб выполняется.

3.2. Расчет крепления вращателя

Рисунок 3.4 – Схема нагружения болтового соединения.

Проверочный расчет прочности болтового соединения вращателя к каретке. Вращатель крепится к каретке с помощью болта М22 в количестве 4 штук. Определение минимального диаметра точеного стержня болта.

где Р – усилие действующее поперек болта; Р = Р_ос = 12 кН.;

[τ_ср] – допускаемое напряжение на срез; [τ_ср] = 25 МПа;

Следовательно, болт М22 выдержит приложенную нагрузку.

3.3. Расчет мачты на изгиб

Рисунок 3.5 – Схема статического нагружения мачты.

Масса привода определяется по формуле:

Вес привода:

Момент изгибающий мачты:

Где,расстояние от оси мачты до оси привода

Допускаемое напряжение при изгибе:

Где,

допускаемое напряжение при изгибе

Условие прочности на изгиб выполняется.

3.4. Расчет роликов

3.4.1. Расчет диаметра оси

Рисунок 3.6 – Схема для расчета оси.

Определим диаметр оси из условия работы на изгиб:

где, вес второй секции

число роликов.

Материал оси – сталь СТ3, которая имеет следующие характеристики:

- допустимое напряжение кручения - ;

- допустимое напряжение среза - ;

- допустимое напряжение изгиба - .

Изгибающий момент определим по формуле:

где Н – длина оси.

Подставив численные значения, получим:

Определим допускаемое напряжение, поделив табличное значение на коэффициент запаса:

Определим диаметр вала по зависимости:

Подставив численные данные, получим:

Проверим полученный диаметр на срез

Определим допускаемое напряжение среза, поделив табличное значения напряжения на коэффициент запаса:

Тогда напряжение среза найдем по зависимости:

Расчетное напряжение не превышает допустимое, ось подходит.

3.4.2 Выбор подшипников

Зависимость между номинальной долговечностью (расчетным сроком службы), динамической грузоподъемностью и действующей на подшипник нагрузкой определяется формулой:

Где, С – динамическая грузоподъемность, 1350 Н

– частота.

Размеры шариковых подшипников средней серии принимаем:

d = 10 мм, D =22 мм, В = 6 мм

3.4.3. Расчет проушины

Рисунок 3.7­­­ – Проушина.

Проверка проушины на смятие проводится из условия:

где σ_см – напряжение смятия, возникающее в отверстии проушины, Па;

d – диаметр отверстия в проушине, м;

b_сеч – ширина поперечного сечения, м

– допускаемое напряжение смятия, Па.

Допускаемое напряжение смятия найдем как:

Условие прочности на смятие определяется как

Условие прочности на смятие выполняется.

4 Экономический расчет

4.1 Расчет комплектующих изделий

Целью данного раздела является расчет экономической эффективности от внедрения разрабатываемого оборудования для возведения буронабивных свай.

Для оценки экономической эффективности работы новой техники необходимо соотнести затраты на эксплуатацию вновь разрабатываемой бурильной машины и машины-прототипа.

Затраты на эксплуатацию строительно-дорожных машин определяются стоимостью машиносмены.

Прототип буровая установка SANY SR250M

Стоимость буровой установки SANY SR250M – 12 150 000 руб.

Таблица 1 - Необходимые комплектующие для новой машины.

Стоимость материалов и комплектующих для проектируемой установки
Наименование	Количество	Стоимость, руб		Ссылка
Гидровращатель ГПР-Ф-М-4000	1 шт	26 500		http: //www.sd-tehno.ru
Шнек буровой ШБ 300-114х8-1400-200-Т90	17 шт	295 545		https://www.mozbt.com
Экскаватор Sany SY335C	1 шт	7 683 500		https://www.tiu.ru
Вертлюг буровой	1 шт	8 000		https://www.kurgan.flagma.ru
Аксиально-поршневых гидромотора Г5-21Н	2 шт	9 792		https://www.tiu.ru
Червячный редуктор 2Ч-63	2 шт	16 400		https://www.tiu.ru
Гидромотор OML 8	1 шт	15 000		https://www.gidroimport.ru
Канат стальной ЛК - Р 6x9	55 м	1 375		http://www.metalloprokat-saratov.ru
Цепь ПР-9,525-9,1	8 м	1 064		http://www.рцпривод.рф
Звездочки	2 шт	1 400		https://www.tiu.ru
Швеллер №12	9 м	5 040		http://www.jaksaratov.ru
Лист г/к 5х1500х3000	1 200 кг	50 400		http://saratov.metal100.ru
Блок обводной 260 мм	1 шт	5 900		http://www.fankor.ru
Блок обводной 200мм	1 шт	3 500		http://www.fankor.ru
Блок обводной 130мм	2 шт	4 200		http://www.fankor.ru
Блок обводной 60мм	5 шт	4 500		http://www.ocalift.ru
Блок обводной 100мм	1 шт	1 500		http://www.fankor.ru
Ролики 100 мм	32 шт	9 600		http://www.alumica.ru
Ролики 55 мм	8 шт	1 896		http://www.promkolesa.ru
Труба стальная квадратная 40*40*3	1 м	146		http:// www.solfit.ru
Труба стальная квадратная 50*50*3	0,5 м	92		http:// www.solfit.ru
Прочие комплектующие (болты, гайки, подшипники, трубопроводы и т.д.)		50 000
Итого:			8 375 350

Определить перечень и стоимость основных материалов с учетом транспортно-заготовительных расходов:

где m_i– норма расхода i-roвида материала на изготовление проектируемого изделия, кг;
Ц_i– цена 1кг i-ro вида материала, руб./кг;
i= 1,...n–наименование (перечень) видов материалов на изготовление проектируемого изделия;
Н_тз–транспортно-заготовительные расходы (3%).

Определить перечень и стоимость покупных комплектующих изделий.

где m–перечень покупных комплектующих изделий;
N_j–норма расхода j-ro комплектующего изделия;
Ц_j–цена единицы j-ro комплектующего изделия.

Определение общей суммы трудовых затрат на осуществление модернизации установки.

Определить основную заработную плату производственных рабочих:

где i = I,...,Q–наименование технологических операций при изготовлении проектируемого изделия;
t_j–норма времени изготовления изделия по i-му разряду,нормо-час;
S_i–часовая тарифная ставка рабочего i-ro разряда, руб./нормо-час.

Сварные работы:

Сварщик 3 разряда заработная плата в месяц 30 000 р.

Часовая ставка

Где, время сваривания 1 м;

число м сварного шва;

коэффициент временной.

Угловой шов:

Тавровый шов:

Стыковой шов:

Слесарные работы:

Слесарь сборщик 3 разряда заработная плата в месяц 25 000 р.

Часовая ставка

Резка металла:

Где, время резания металла 1 м;

число м нарезаемого металла;

коэффициент временной.

Сбор конструкции:

Где, время сборки одного соединения;

число соединений;

коэффициент временной.

Определить дополнительную заработную плату основных рабочих по формуле:

где – норматив дополнительной заработной платы.

Дополнительная заработная плата рабочих на машиностроительном предприятии составляет в среднем 10-15% от основной заработной платы.

Определить сумму отчислений на социальные нужды:

где – норматив отчислений на социальные нужды.

Для 2017 года величина отчислений на социальные нужды составляла 30.0% от общей суммы начисленной заработной платы. В дальнейшем эту величину следует уточнять.

Определить общую сумму заработной платы на модернизацию с отчислением на социальные нужды:

Определение затрат на проектирование оборудования.

Определить затраты на проектирование оборудования в соответствии с нормами времени и расценками на все виды проектно-конструкторских работ (нормо-час):

где Т_к – трудоемкость работ на 1 лист чертежа формата А1, нормо-час;
Ч – количество листов;
Г_н – коэффициент новизны (0,6);

Трудоемкость конструкторских работ Т_к с учетом фактических затрат времени при проектировании модернизации установки примем равной 10 листам формата А1 с затратами 52 часа на 1 лист.

Определить стоимость опытно-конструкторских работ:

где С_чк–стоимость одного человеко-часа конструкторских работ.

Расчет стоимости часа опытно-конструкторских работ ведётся, исходя из средней месячной заработной платы и количества среднемесячных отработанных человек-часов одним работником опытно-конструкторского отдела.

Определение косвенных расходов на опытно-конструкторские работы (ОКР):

где – норматив косвенных расходов (200-400% от ).

Производственная себестоимость опытно-конструкторской разработки модернизации оборудования находится по формуле:

Если разработка или модернизация оборудования выполняется для сторонней организации, необходимо к производственной себестоимости опытно-конструкторских работ добавить в непроизводственные расходы Н_вн: 3-5% от С_окр.

Тогда единовременные капитальные затраты на разработку составят:

4.2 Расчет эксплуатационных затрат
наземных транспортно-технологических средств

Расчет затрат на эксплуатацию наземных транспортно-технологических средств проводится отдельно для проектируемого и базового вариантов.

4.2.1 Порядок расчета постатейных показателей затрат
на эксплуатацию машин

В состав сметных расценок на эксплуатацию машин (С_маш.) входят следующие статьи затрат (руб./маш.-ч):

где А – амортизационные отчисления на полное восстановление;
Р - затраты на выполнение всех видов ремонта, диагностирование и техническое обслуживание;
Б - затраты на замену быстроизнашивающихся частей;
З - оплата труда рабочих, управляющих машиной (машинистов, водителей);
Э - затраты на энергоносители;
С - затраты на смазочные материалы;
Г - затраты на гидравлическую и охлаждающую жидкость;

П - затраты на перебазировку машин с одной строительной площадки на другую строительную площадку, включая монтаж машин с выполнением пусконаладочных операций, демонтаж, транспортировку с погрузочно-разгрузочными операциями. По особо сложным и мощным машинам на операции, связанные с их перебазировкой, разрабатываются отдельные расценки и соответствующие затраты учитываются в сметах по отдельным строкам.

4.2.1 Амортизационные отчисления на полное восстановление

Нормативный показатель амортизационных отчислений на полное восстановление для строительных машин (А_см) определяется по формуле:

где C_перв–первоначальная стоимость (средне взвешенная восстановительная стоимость) машин данной типо размерной группы, учитывающая структуру парка по их маркам (моделям) на дату введения в действие сметной расценки, руб.;
Н_А– норма амортизационных отчислений, процент/год.

Т - годовой режим эксплуатации машины, маш.-ч/год. Показатель (Т) устанавливается на основе анализа фактических данных по использованию строительных машин в течение года (в машино-часах) на основании сменных рапортов. Т = 2700 маш-час.

Первоначальная стоимость определяется:

Для новой машины:

Для эталлоной машины:

где - стоимость оборудования;
- затраты транспортные;
- затраты прочие.

Для новой машины:

Для эталлоной машины:

4.2.3 Затраты на выполнение всех видов ремонта, диагностирование и техническое обслуживание

Нормативный показатель затрат на выполнение всех видов ремонта, диагностирование и техническое обслуживание машин определяется по формуле:

Для новой машины:

Для эталлоной машины:

где Н_р - норма годовых затрат на ремонт и техническое обслуживание в процентах от первоначальной стоимости соответствующей типо размерной группы определяется по формуле:

Таблица 2 - Рекомендуемые нормы годовых затрат на ремонт и техническое обслуживание машин (в процентах к первоначальной стоимости машин)

№ п/п	Наименование машин	Для остальной территории Российской Федерации
1	2	3
2	Экскаваторы	25

4.2.4 Затраты на замену быстроизнашивающихся частей

Нормативный показатель затрат на замену быстроизнашивающихся частей определяется по формуле:

где –цена быстро изнашивающейся части данного вида франко-продавец, руб./единица. Показатель ( ) принимается на основе текущих (рыночных) цен на дату введения в действие сметной расценки на эксплуатацию машин данной типо размерной группы;
– затраты на доставку быстро изнашивающихся частей данного вида к потребителю с учетом транспортных расходов, включающих погрузоразгрузочные работы, стоимость тары, реквизита и т.д., руб./единица. Показатель ( ) устанавливается по транспортной схеме, характерной для данного региона (данной совокупности подразделений строй механизации), применительно к заводам-изготовителям или поставщикам- дилерским фирмам быстроизнашивающихся частей данного вида для машин данной типо размерной группы;
– оплата труда ремонтных рабочих, занятых на замене быстроизнашивающихся частей, руб./ед.;
– количество быстроизнашивающихся частей данного вида, одновременно заменяемых на машине, ед.;
– нормативный ресурс (срок службы) быстроизнашивающейся части данного вида, маш.-ч. Этот показатель принимается на основе (в порядке очередности применения): рекомендаций изготовителя;данных, приводимых в нормативной литературе; фактически достигнутых показателей времени использования быстроизнашивающихся частей данного вида.

В таблице 3 приводятся рекомендуемые показатели нормативного ресурса (срока службы) по некоторым видам быстроизнашивающихся частей.

Таблица 3 - Нормативный ресурс (срок службы) быстроизнашивающихся частей для проектируемой

Наименование	Количество, шт	Цена. руб	Доставка (15%). руб	Оплата труда, руб	Нормативный срок, час
Канат ЛК-Р 6х9	1	1375	206	300	500
Цепь ПР-9	1	1064	160	200	650
Ролики 100 мм	32	300	45	10	300
Ролики 55 мм	8	250	38	7	300

Таблица 4 - Нормативный ресурс (срок службы) быстроизнашивающихся частей для эталлоной.

Наименование	Количество, шт	Цена. руб	Доставка (15%). руб	Оплата труда, руб	Нормативный срок, час
Канат ЛК-Р 6х9	1	1375	206	300	500
Цепь ПР-9	1	1064	160	200	650

4.2.5 Оплата труда рабочих, управляющих машинами

Количество и квалификационные разряды рабочих, управляющих машинами, по фактическим условиям эксплуатации машины. Показатель затрат труда рабочих в чел.-ч устанавливается в расчете на 1 маш.-ч работы машины. Нормативный показатель оплаты труда рабочих, управляющих машинами (З), определяется по формуле:

где t - затраты труда рабочих данного квалификационного разряда, чел.-ч/маш.-ч.

Машинист получает 140 руб/час, помощник машиниста 105 руб/час.

Для новой и эталлоной машины:

Отчисления от заработной платы в пенсионный фонд, фонд медицинского и социального страхования:

4.2.6 Затраты на дизельное топливо

Усредненный нормативный показатель расхода дизельного топлива Нд для машин с дизлельны двигателем до 200 кВт принимается по Сборнику сметных норм и расценок на эксплуатацию строительных машин СНиП 4.03-91 в размере Нд =7 кг/маш.-ч .

 Затраты на дизельное топливо в стоимостной форме (приобретение дизельного топлива и его доставку до заправляемой машины) для новой и эталонной машины определяют по формуле:

Для новой и эталлоной машины:

где Цс.м. = 37,2 - региональная рыночная цена приобретения дизельного топлива франко-нефтеналивная база (автозаправочная станция), руб./л;

 Кп,= 1,15 - затраты на доставку дизельного топлива до заправляемой машины.

4.2.7 Затраты на смазочные материалы.

Нормативный показатель затрат на смазочные материалы для дизельных машин (Сд) определяется по формуле:

Где, 0,044; 0,004; 0,015 - коэффициенты, учитывающие расход смазочных материалов;

Цмм, Цпс, Цтм - рыночные цены, соответственно на моторные масла, пластичные смазки и трансмиссионные масла на дату введения в действие сметной расценки с учетом затрат на их доставку до обслуживаемой машины данной типоразмерной группы, руб./кг;

Нд - норма расхода дизельного топлива для машин данной типоразмерной группы (модели) в среднем за год, кг/маш.-ч.

Для базовых машин и навесного оборудования используются следующие смазоные материалы:

моторное масло КЗ-20 = 72,5 руб/кг

пластичная смазка НМР-12 = 225,4 руб/кг

трансмиссионное масло ТСзп-8   = 103,5 руб/кг

Нормативный показатель затрат на смазочные материалы для новой и эталлоной машины определяется по формуле:

4.2.8 Затраты на гидравлическую жидкость

Нормативный показатель затрат на гидравлическую (рабочую) жидкость (Г) определяется на основе формулы:

 Где, О - средневзвешенный показатель вместимости (емкости) гидравлической системы машины, в соответствии с паспортными данными составляет 120 л;

Дг - плотность гидравлической жидкости равна 0,87 кг/л;

 Кд - коэффициент доливок гидравлической жидкости, восполняющих систематические ее утечки при работе экскаватора мощностью от 79 кВт до 117 кВт, принимается в размере 1,6;

 Пг - периодичность полной замены гидравлической жидкости для машин данной типоразмерной группы принимается равной 2, что означает переход в течение года с летнего сорта гидравлической жидкости на зимний сорт и наоборот;

 Цг - цена приобретения гидравлической жидкости франко-нефтеналивная база (автозаправочная станция), для экскаватора применяется гидравлическая жидкость ВМГЗ(-45)/(-55) Цг = 42,80 руб/кг;

 Кд.г - коэффициент затрат на доставку гидравлической жидкости до обслуживаемой машины принимается в размере 1,2;

 Т - годовой режим работы буровой установки равна 2700 маш.-ч/год.

 Нормативный показатель затрат на гидравлическую жидкость для новой и эталлоной машин:

4.2.9 Затраты на перебазировку машин с одной строительной площадки на другую строительную площадку .

Затраты на перебазировку строительной машины на прицепе (полуприцепе, прицепе-тяжеловесе и т.п.) без ее демонтажа и последующего монтажа, с погрузкой на прицеп своим ходом или с помощью лебедки (или иного приспособления, оборудованного натранспортном средстве) (Пт), определяются по формуле:

где - сметная расценка на эксплуатацию тягача, руб./маш.-ч;
- сметная расценка на эксплуатацию машины сопровождения, руб./маш.-ч;
- сметная расценка на эксплуатацию прицепа (полуприцепа, прицепа-тяжеловеса), руб./маш.-ч;
- оплата труда машиниста (машинистов) перебазируемой машины, руб./маш.-ч;
В - время перебазировки машины, маш.-ч, принимается по средней фактически сложившейся продолжительности перебазировок (1 час);
- время работы машины на одной строительной площадке, маш.-ч.

Для новой машины:

Для эталлоной машины:

Накладные расходы НР определяются по формуле

НР = 30% от З_т+ 10% от ( А + Р + Б + Э + С + Г+ П)

Для новой машины

НР = 0,3·319 +0,1(360+924+52+249 +45+6,35+290)= 288 руб/час

Для эталонной машины

НР = 0,3·319 +0,1(452+1125+6+249 +45+6,35+321) =316 руб/час

Таблица 5 – Сметная расценка на эксплуатацию буровой установки

№	Наименование статей затрат	Нормативные показатели, руб/маш.-час
		Установка новая	Установка эталлоная
1	Амортизационные отчисления	360	452
2	Затраты на ремонт и техническое обслуживание	924	1125
3	Затраты на замену быстроизнашивающихся частей	52	6
4	Затраты на заработную плату	319	319
5	Затраты на дизельное топливо	249	249
6	Затраты на смазочные материалы	45	45
7	Затраты на гидравлическую жидкость	6,35	6,35
8	Затраты на перебазировку	290	321
9	Накладные расходы	288	316
ИТОГО		2534	2840

4.3 Цена услуги предоставления машины

Цена услуги предоставления машины в стройорганизации с учетом рентабельности:

где R – коэффициент рентабельности, R=1,3.

Получаем:

Годовая прибыль составляет:

4.4 Срок окупаемости

Годовой эффект от эксплуатации машины определяется сроком окупаемости:

4.5 Годовой экономический эффект

Вывод

Анализируя расчеты, приведенные выше, можно сделать вывод, что приобретение разрабатываемой машины позволяет повысить эффективность использования оборудования при годовом экономическом эффекте тыс. рублей.

5.Технология изготовления детали

5.1 Назначение детали

Деталь «Пластина» (рис. 5.1) предназначена для базирования на ней осей подъемных механизмов и закрепления на ней крышек, входит в состав рычажного механизма.

В процессе работы, на деталь “Пластина” действуют небольшие постоянные нагрузки, поэтому к материалу детали не предъявляют жестких требований по прочности и износостойкости. Деталь не содержит направляющих поверхностей, по которым перемещаются другие детали узла, поэтому не целесообразно повышать износостойкость поверхностей корпуса.

Рисунок 5.1 – Пластина

5.2 Анализ технических условий чертежа

а) Деталь “Пластина” имеет точные размеры (8-12 квалитет);

б)Шероховатость должна быть равна Ra = 1,25, линейный размер выполнен по 10 квалитету, для отверстий, так как в них крепятся оси рычажного механизма;

в) Остальные поверхности должны быть обработаны поRa = 6,3;

5.3 Технико-экономическое обоснование метода получения заготовки и ее проектирование

Материал для изготовления деталь “Пластина” Ст3сп ГОСТ 535-2005.

Механические свойства Ст3сп ГОСТ 535-2005:

предел кратковременной прочности;

предел текучести для остаточной деформации;

относительное удлинение при разрыве;

НВ 131 – твердость.

Таблица 5.1 – Химические свойства Ст3сп ГОСТ 535-2005

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As
0.16	0.2	0.5	до   0.3	до 0.05	до   0.04	до   0.3	до   0.3	до   0.08

Важнейшим фактором при выборе метода изготовления заготовок является экономия металла. Значительное сокращение расхода металла достигается при использовании технологических процессов малоотходного производства заготовок, размеры которых максимально приближаются к размерам деталей. Экономия металла достигается благодаря сокращению припусков под механическую обработку и повышению точности размеров заготовки.

Сравним два метода получения заготовки: заготовка из проката и штамповка на корячекованных машинах (ГКМ)

Стоимость заготовки из проката рассчитывается по формуле:

где, затраты на материалы заготовки, руб.;

технологическая себестоимость правки, калибрования, разрезки, руб.

Затраты на материалы:

где, масса заготовки,

цена 1 кг материала заготовки, =36 руб.;

масса детали, ;

цена 1 кг отходов,

Технологическая себестоимость:

где приведенные затраты на рабочем месте, = 156 руб/ч;

штучное или штучно-калькуляционное время выполнения заготовительной операции.

Штучное или штучно-калькуляционное время рассчитывается по формуле:

где, длина резания при резании проката на заготовки,

величина врезания и перебега, 15 мм;

минутная подача при разрезании, 160 мм/мин;

коэффициент, показывающий долю вспомогательного времени в штучном, =1,84

Определение себестоимости штампованной заготовки.

Определяем индекс заготовки по ГОСТ 13130-83

Расчётная масса поковки:

где, масса детали;

расчётный коэффициент, .

Расчет стоимости заготовок полученных штамповкой выполняется по формуле:

где, базовая стоимость одной тонны заготовок,

масса заготовки,

масса детали,

стоимость одного кг отходов,

коэффициент, зависящий от класса точности , ;

коэффициент, зависящий от степени сложности , ;

коэффициент, зависящий от массы заготовки , ;

коэффициент, зависящий от марки материала, ;

коэффициент, зависящий от объема выпуска, .

Годовой экономический эффект рассчитываем по формуле:

где, объём выпуска, шт.

Таблица 5.2 – Экономические показатели

Вид заготовки	Прокат	Штамповка
1.	0,79	0,71
2. Масса заготовки	300	332
3. Трудоемкость, мин		Т
4. Себестоимость, руб	10341	15154

Принимаю метод получения заготовки – прокат, так как при этом методе выше коэффициент использования металла и ниже цена себестоимости.

5.4 Разработка технологического процесса изготовления детали

“Пластина”

Таблица 5.3 – План операций изготовления детали “Пластина”

№ операции	Наименование операции	Обрабатываемая поверхность	Базовая поверхность	Оборудование
005	Заготовительная	2,4,5,6,7,8	1,3	Плазменный станок PLASMA 3000
010	Вертикально-фрезерная	2,4	1,3	Вертикально-фрезерный станок модели 6М13П
015	Вертикально-фрезерная	5,6,7,8	2,4	Вертикально-фрезерный станок модели 6М13П
020	Вертикально-фрезерная	1	2,4	Вертикально-фрезерный станок модели 6М13П
025	Вертикально-фрезерная	3	2,4	Вертикально-фрезерный станок модели 6М13П
030	Вертикально-сверлильная	11,13	2,4	Вертикально-фрезерный станок модели 6М13П
035	Вертикально-сверлильная	9	2,4	Вертикально-фрезерный станок модели 6М13П
040	Резьбонарезная	12,14	2,4	Гидравлическийрезьбонарезной станок GHRM30D
045	Резьбонарезная	10	2,4	Гидравлическийрезьбонарезной станок GHRM30D
050	Контрольная	–	–	Стол контрольный
055	Окрасочная	–	–	–

5.5 Выбор оборудования, приспособления, инструмента

Структура технологического процесса.

Операция 005: Заготовительная

Оборудование: Плазменный станок PLASMA 3000

Инструмент: Плазмотрон 2210-0073 ГОСТ 12221-79.

1. Установить заготовку и закрепить.

2. Отрезать по контуру соблюдая все размеры.

3. Вырезать внутренние отверстия под оси, 64 мм,64 мм, 114 мм, 445 мм.

4. Снять и уложить деталь в тару.

Операция 010: Вертикально-фрезерная.

Оборудование: Вертикально-фрезерный станок модели 6М13П

Инструмент: Концевая фреза с цилиндрическим хвостовиком

Фреза 8-1-А-10-69 ГОСТ 32831-2014.

1. Установить заготовку и закрепить.

2. Фрезеровать наружные поверхности 2,4 (рис. 5.1) соблюдая размеры.

3. Снять и уложить деталь в тару.

Операция 015: Вертикально-фрезерная.

Оборудование: Вертикально-фрезерный станок модели 6М13П

Инструмент: Концевая фреза с цилиндрическим хвостовиком

Фреза 8-1-А-10-69 ГОСТ 32831-2014.

1. Установить заготовку и закрепить.

2. Фрезеровать поверхность 5, (рис. 5.1) соблюдая размер

3. Фрезеровать поверхность 6, (рис. 5.1) соблюдая размер

4. Фрезеровать поверхность 7, (рис. 5.1) соблюдая размер

5. Фрезеровать поверхность 8, (рис. 5.1) соблюдая размер

6. Снять и уложить деталь в тару.

Операция 020: Вертикально-фрезерная.

Оборудование: Вертикально-фрезерный станок модели 6М13П

Инструмент: Фрезы торцовые с механическим креплением многогранных пластин

Фреза 2214 – 0556 ГОСТ 26595 – 85.

1. Установить заготовку и закрепить.

2. Фрезеровать поверхность 1, (рис. 5.1) соблюдая размер

3. Снять и уложить деталь в тару.

Операция 025: Вертикально-фрезерная.

Оборудование: Вертикально-фрезерный станок модели 6М13П

Инструмент: Фрезы торцовые с механическим креплением многогранных пластин

Фреза 2214 – 0556 ГОСТ 26595 – 85.

1. Установить заготовку и закрепить.

2. Фрезеровать поверхность 3, (рис. 5.1) соблюдая размер

3. Снять и уложить деталь в тару.

Операция 030: Вертикально-сверлильная.

Оборудование: Вертикально-фрезерный станок модели 6М13П

Инструмент: Сверло спиральное с цилиндрическим хвостовиком.

Сверло 2300-9617 ГОСТ 4010-77

1. Установить заготовку и закрепить.

2. Сверлить на сквозь поверхность 1, (рис. 5.1) соблюдая размер 8 отверстий

3. Снять и уложить деталь в тару.

Операция 035: Вертикально-сверлильная.

Оборудование: Вертикально-фрезерный станок модели 6М13П

Инструмент: Сверло спиральное с цилиндрическим хвостовиком.

Сверло 2300-9537 ГОСТ 4010-77

1. Установить заготовку и закрепить;

2. Сверлить поверхность 1, (рис. 5.1) соблюдая размер 8 отверстий.

3. Снять и уложить деталь в тару.

Операция 040: Резьбонарезная

Оборудование: Гидравлический резьбонарезной станок GHRM30D

Инструмент: Метчик для сквозных отверстий.

Метчик 2629–0195 ГОСТ 17927–72

1. Установить заготовку и закрепить;

2. Нарезать резьбу, соблюдая размер 8 отверстий.

3. Снять и уложить деталь в тару.

Операция 045: Резьбонарезная

Оборудование: Гидравлический резьбонарезной станок GHRM30D

Инструмент: Метчик для сквозных отверстий.

Метчик 2629–0187 ГОСТ 17927–72

1. Установить заготовку и закрепить;

2. Нарезать резьбу, соблюдая размер 8 отверстий.

3. Снять и уложить деталь в тару.

Операция 050: Контрольная

Оборудование: Стол контрольный

Инструмент: штангенциркуль ШЦ-III-250-0,05 ГОСТ 166-80

1. Установить заготовку и закрепить;

2. Проверить соответствие размеров требуемой детали;

3. Снять и уложить деталь в тару.

5.6 Определение режимов резания и техническое нормирование

Операция 015: Вертикально-фрезерная.

1. Фрезеровать поверхность 5, (рис. 5.1) соблюдая размер

2. Фрезеровать поверхность 6, (рис. 5.1) соблюдая размер

3. Фрезеровать поверхность 7, (рис. 5.1) соблюдая размер

4. Фрезеровать поверхность 8, (рис. 5.1) соблюдая размер

Чистовое фрезерование

Ширина обрабатываемой поверхности

Длина обрабатываемой поверхности

Длина обрабатываемой поверхности

Длина обрабатываемой поверхности

Принимаем концевую фрезу с цилиндрическим хвостовиком

Фреза 20-1-А-10-104 ГОСТ 3882-74

Ширина фрезерования ;

Диаметр инструмента ;

Число зубьев

При этом подача на зуб составит:

Концевая фреза с напаянными пластинами из твердого сплава марки ВК8;

T = 112 мин – стойкость фрезы.

Скорость резания определяем по формуле:

условия обработки;

общий поправочный коэффициент на измененные условия обработки, равен:

поправочный коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала;

поправочный коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности слоя заготовки;

поправочный коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала;

поправочный коэффициент, учитывающий величину главного угла в плане;

Скорость резания:

Расчетную частоту вращения фрезы определяем для чистового фрезерования по выражению:

По паспорту станка:

Основное время определяется по формуле:

длина обрабатываемой поверхности;

длина врезания фрезы, мм;

длина перебега фрезы;

Длина врезания фрезы определяется из условия несимметричного встречного фрезерования.

Основное время при концевом фрезеровании составит:

Общее время на данную операцию:

Вспомогательное время на операцию:

время на установку;

время на переход;

Операция 020: Вертикально-фрезерная.

1. Установить заготовку и закрепить;

2. Фрезеровать поверхность 1, (рис. 5.1) соблюдая размер ;

Чистовое фрезерование

Общий припуск на обработку

Ширина обрабатываемой поверхности

Длина обрабатываемой поверхности

Выбираем фрезу для обработки поверхности:

Число проходов фрезой

Диаметр фрезы выбираем из соотношения:

Принимаем фрезу с диаметром , число зубьев , четырехгранной пластинки.

Условное обозначение – Фреза 2214 – 0556 ГОСТ 26595 – 85.

Материал режущей части фрезы для чистого фрезерования принимаем Т15К6.

Для торцевой фрезы имеющую , с шероховатостью обработанной поверхности с углом подача на оборот фрезы находится в пределах .

При этом подача на зуб составит:

Скорость резания определяем по формуле:

условия обработки;

T = 140 мин – стойкость фрезы;

ширина фрезерования одного прохода;

общий поправочный коэффициент на измененные условия обработки, равен:

поправочный коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала;

поправочный коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности слоя заготовки;

поправочный коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала;

поправочный коэффициент, учитывающий величину главного угла в плане;

Скорость резания:

Расчетную частоту вращения фрезы определяем для чистового фрезерования по выражению:

По паспорту станка 6М13П уточняем частоту вращения фрезы,

Основное время определяется по формуле:

длина обрабатываемой поверхности;

длина врезания фрезы, мм;

длина перебега фрезы;

Длина врезания фрезы определяется из условия несимметричного встречного фрезерования.

Основное время при торцевом фрезеровании составит:

Вспомогательное время на операцию:

время на установку;

время на переход;

Операция 030: Вертикально-сверильная.

1. Установить заготовку и закрепить

2. Сверлить насквозь поверхность 1, (рис. 5.1) соблюдая размер 8 отверстий

Сверло спиральное с цилиндрическим хвостовиком.

Сверло 2300-9617 ГОСТ 4010-77

Диаметр сверла

Значение оборотной подачи s при сверлении отверстия в сплошном материале вычисляется по формуле:

коэффициент подачи при сверлении

Стойкость сверла

Скорость резания при сверлении вычисляется по формуле:

показатели степени.

Расчетную частоту вращения сверла определяем по выражению:

По паспорту станка:

Основное время определяется по формуле:

длина отверстия;

количество отверстий;

Основное время при сверлении составит:

Вспомогательное время на операцию:

время на установку;

время на переход;

Операция 040: Резьбонарезная.

1. Установить заготовку и закрепить;

2. Нарезать резьбу, соблюдая размер 8 отверстий.

Инструмент: метчик машинный М32, 2629–0195 ГОСТ 17927–72.

Подача равна шагу резьбы S = 2 мм/об.

Скорость резания при нарезании резьбы:

коэффициент

показатели степени;

поправочный коэффициент.

Расчетную частоту вращения сверла определяем по выражению:

По паспорту станка:

Основное время определяется по формуле:

длина отверстия;

количество отверстий;

Основное время при торцевом фрезеровании составит:

Вспомогательное время на операцию:

время на установку;

время на переход;

6. Безопасность оборудования для возведения буронабивных свай

Целью данного раздела является проверка проектируемого технического устройства на соответствие установленным нормам и правилам.

Разрабатываемое оборудование выполнено на базе экскаватора SANY SY420C, привод оборудования осуществляется от систем экскаватора.

Поэтому вредные воздействия на окружающую среду и людей будут оказываться преимущественно базовой машиной. К таким вредным воздействиям относятся: выбросы отработавших газов и испарений топлива, утечка гидравлической жидкости.

6.1 Анализ опасностей, возникающих при изготовлении свай

Технологический процесс изготовления буронабивных свай является сложной системой последовательно выполняемых технических операций, каждая из которых, в той или иной степени, несет в себе определенную опасность.

Анализ опасностей, возникающих при выполнении отдельных технологических операций, а также мероприятия, исключающие их возникновение представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Опасные факторы технологического процесса изготовления буронабивных свай.

Операции технологического процесса	Опасности, создаваемые элементами технологического процесса, и способы их ликвидации
1. Транспортировка оборудования на строительную площадку	Транспортировка оборудования на строительную площадку осуществляется на прицепе. Транспортировка оборудования с базовой машиной может осуществляться как по обустроенным дорогам, так и по временным дорогам в условиях загородного строительства. Опасности, возникающие при транспортировке оборудования: - выбросы отработанных газов двигателя машины, шум работающего двигателя. Следует отметить, что на экскаваторе SANY SY420C применяется двигатель, который соответствует требованиям международной нормы TIER III в части защиты окружающей среды. Следовательно превышение величин нормативных выбросов вредных веществ в атмосферу в транспортном и рабочем режиме исключается; - при транспортировке оборудования запрещается превышение максимальной скорости, которую допускает автомобиль. Допустимая скорость транспортирования установки - не более 35 км/час. Максимальный поперечный уклон дороги - не более 8°; - запрещается транспортное передвижение установки с поднятой мачтой и незакрепленными элементами цепного привода.
2. Установка оборудования в рабочее положение	Установка оборудования в рабочее положение осуществляется за счет рычажного механизма. Но при этом рабочее оборудование имеет большие габаритные размеры. В этом случае возникает опасность травмирования работающих при попадании в зону подъема рабочего оборудования. Для предотвращения травмирования работающих необходимо: - оборудовать машину специальной световой и звуковой сигнализацией; - проводить оцепление зоны подъема оборудования и выставлять предупредительные знаки опасной зоны.
3. Бетонирование ствола сваи	Бетонирование ствола сваи осуществляется при включении привода вращения рабочего органа. Одновременно через приемную воронку в скважину подается бетонная смесь. При этом возникают следующие опасные травмирующие факторы: - поскольку на оборудовании применяется гидравлический привод, при разрушении его элементов возможен выброс гидравлической жидкости. Кроме того, возможны постоянные протечки через неплотные соединения элементов гидропривода. Эти факторы приводят к загрязнению рабочей зоны и могут приводить в травматизму. Для предотвращения загрязнения рабочей зоны в гидравлической системе необходимо предусмотреть систему защиты от выбросов гидравлической жидкости; - недостаточная освещенность рабочей зоны. Для эксплуатации оборудования в условиях недостаточной освещенности необходимо предусмотреть осветительные приборы непосредственно на оборудовании.
4. Травмирование работающих при эксплуатации оборудования	К основным причинам несчастных случаев, которые могут возникнуть при эксплуатации оборудования, можно отнести: - конструктивные недостатки машины, механизмов, оборудования, приспособлений, оградительных и предохранительных устройств и т.д.; - неисправность машины, оборудования, механизмов и т.д.; - неудовлетворительная организация работ; - нарушение правил техники безопасности; - недостатки в обучении и инструктировании работающих по безопасным приемам труда; - использование работающих не по специальности. При эксплуатации свайного оборудования возможно получение механических травм от вращающихся и других подвижных частей машин и механизмов (приводные и натяжные звездочки мачты, вал привода и т.д.) Для предотвращения травмирования работающих необходима организация работ по возведению свай согласно СНиП 12-03-2001 «Безопасность труда в строительстве».

6.2 Инженерные решения по обеспечению безопасности технического устройства

6.2.1 Расчет защиты гидросистемы привода оборудования

Практика эксплуатации оборудования с гидроприводом, а также проведённые научные исследования показывают, что значительно ухудшают санитарно-гигиенические условия труда потери гидравлической жидкости, которая загрязняет рабочую зону оборудования.

Установлено, что основные потери рабочей жидкости вызваны разрушением рукавов высокого давления. Уменьшить эти потери можно путём создания устройств защиты, уменьшающих аварийный выброс рабочей жидкости.

При нарушении герметичности напорной гидролинии некоторое количество гидрожидкости (от 1 до 9 литров) попадает в рабочую зону, вызывая её загрязнение.

Чтобы исключить последствия от выброса рабочей жидкости при аварийных ситуациях в гидросистеме, надо предотвратить попадание её в рабочую зону. Добиться этого можно за счёт установки на шланги гидросистемы специальной прочной защитной оболочки. При этом прочность материала защитной оболочки должна быть такой, чтобы выдержать давление струи жидкости, вырывающейся из повреждённого шланга [19,20].

Если обозначить давление струи жидкости на стенку оболочки Н, а площадь, на которую струя воздействует S , то напряжение в материале будет:

Давление струи на стенку оболочки принимаем при аварийном выбросе, когда не срабатывает предохранительный клапан регулирования давления, принимаем Н = 3 ∙ Р = 60 МПа, где Р = 20МПа – давление в рукаве высокого давления привода станка.

Площадь, на которую воздействует струя принимаем S=2∙10^-3м².

Тогда получим:

По величине σ = 30∙10^-3 МПа можно подобрать материал для защитной оболочки.

Важной характеристикой защитной оболочки, кроме прочности материала, является величина её объёма, в котором должна собираться выбрасываемая гидрожидкость при разрушении рукавов высокого давления. При этом желательно, чтобы давление жидкости в защитной оболочке не превышало атмосферного.

Схема для расчёта необходимого объёма оболочки защитного устройства показана на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Схема для расчёта необходимого объёма оболочки

защитного устройства

Выбрасываемая при разрушении рукава жидкость должна разместиться в объёме:

диаметр оболочки;

диаметр шланга;

длина шланга.

Зная объём V выбрасываемой жидкости, можно найти необходимые размеры защитной оболочки.

Принимаем, что весь объем жидкости, находящейся в рукаве высоко давления выливается в оболочку, то есть:

Тогда диаметр защитной оболочки определится как

Внешний диаметр рукава высокого давлелия = 0,02 м

Тогда:

Внешний диаметр рукава и определенное значение σ позволяют подобрать для защитной оболочки стандартизированные металлические трубы или резинокордовые шланги.

6.2.2 Расчет освещения рабочей зоны

Согласно СНиП 12-03-2001 «Безопасность труда в строительстве и СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» необходимо оборудование искусственного освещения рабочей зоны строительных работ.

Для оборудования для изготовления свай целесообразно расположение осветительных приборов на мачте, что позволит обеспечить постоянную освещенность рабочей зоны независимо от освещения рабочей площадки (рисунок 6.2.)

Для определения типа и параметров прожекторов проведем расчет освещенности рабочей зоны.

Рисунок 6.2 - Схема для определения освещенности рабочей зоны

Размер рабочей зоны свайного оборудования определяется положением рабочего органа в момент бетонирования, а также наличием в рабочей зоне оборудования для подачи бетона. Размер площадки определяется как:

м².

Освещение рабочей зоны предполагается осуществлять с помощью прожектора, расположенного на верхней части нижней секции мачты на высоте Н ₁= 8 м. Расстояние от источника освещения до контрольной точки А (рисунок 6.2) определяется по формуле:

=11,34 м

Тогда для получения в данной точке заданной освещенности Е световой поток светильника определяется по формуле:

где Е - заданная минимальная освещенность, лк(люкс), принимаем по рекомендациям Е=10 лк ;

S – площадь площадки, м²;

N – число светильников, принимаем N=1 ;

η – коэффициент использования;

z – характеризует неравномерность освещения и составляет z= 1,15 для ламп накаливания;

k – коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока лампы вследствие ее старения, запыленности и т.д., для ламп накаливания равен k =1,3.

Для определения значения η определим индекс площадки как специального помещения по формуле:

где А и В – длина и ширина площадки, м;

h – расчетная высота, м.

Зная значение R = 11,36 м и I = 05, определяем значение η = 0,4. Необходимый световой поток светильника.

По величине Ф из приложения 1 [18] выбираем двойной прожектор БП 400-223-100 суммарной мощностью 400 Вт.

Заключение

В результате проведенного исследования безопасности разработанного в проекте технического устройства можно сделать следующие выводы:

1. Проведенный анализ опасных и вредных факторов, возникающих при работе свайного оборудования, показал, что такие показатели безопасности как шум, вибрация, безопасность рабочей зоны, соответствуют действующим нормам ССБТ и ISO;

2. Предложено и рассчитано устройство для защиты гидросистемы от выброса гидравлической жидкости, что предотвращает загрязнение строительной площадки.

3. С целью обеспечения требуемой освещенности рабочей зоны оборудования произведен расчет и выбор осветительного прибора, устанавливаемого на мачте оборудования.

7 Экологическая безопасность эксплуатации оборудования для изготовления буронабивных свай

7.1 Защита окружающей среды в период строительства

Разработанное оборудование для изготовления буронабивных свай применяется при строительстве фундаментов зданий и сооружений. Поэтому для оценки уровня экологической безопасности разработанного оборудования проведем анализ основных мероприятий по защите окружающей среды в период строительства [17, 18].

Мероприятия по защите воздушной среды. Основные мероприятия по уменьшению загрязнения атмосферного воздуха при строительстве должны быть направлены на сокращение объемов выброса токсичных газов от автомашин и строительной техники. Для снижения уровня выброса токсичных газов следует ограничивать работу автомобилей и строительной техники на холостом ходу. Не допускать завышенной запыленности и загазованности воздуха при производстве строительно-монтажных работ в пределах территории застройки. Целесообразно применять на строительной площадке транспорт и технику с электроприводом.

Не допускать сжигать строительные отходы и использовать их в качестве топлива, а также применять открытый огонь на строительной площадке. Для приготовления различных строительных смесей рекомендуется использовать индукционный электронагрев.

Необходимо сокращать объем работ, выполняемых на стройплощадке различными установками и механизмами, больше использовать конструкции и изделия заводского изготовления.

Уровень запыленности и загазованности воздуха можно уменьшить за счет сокращения земляных работ при сооружении различных объектов и широкого применения свайных оснований, опускных колодцев, устройства фундаментов способом «стена в грунте» и других приемов.

Для обеспечения защиты атмосферного воздуха от вредных выбросов следует предусматривать правильные: размещение складов; перемещение сыпучих материалов; заправку автомобилей и строительных машин; установку пылеулавливающего и газоочистного оборудования.

Мероприятия по охране поверхностных и подземных вод при производстве строительных работ предписывают:

– не размещать в водоохранных зонах строительные площадки;

– не допускать загрязнения их территорий отходами строительного производства, горюче-смазочными материалами;

– применять техническое водоснабжение и замкнутый водооборот;

– не допускать утечки хозяйственно-питьевой воды и сточных вод;

– повышать технический уровень строительства, включая повышения сборности и совершенствования технологии строительства.

Для охраны подземных вод при заборе необходимо производить вертикальную планировку территории застройки таким образом, чтобы атмосферные осадки стекали в грунт, пополняя запасы подземных вод, не допуская отсутствия противофильтрационных экранов в накопителях стоков. Для мойки автомашин и техники необходимо создавать специальные пункты с оборотным водоснабжением. Очищенную воду использовать повторно или сбрасывать в канализацию. В процессе буровых работ, если скважины достигают водоносных горизонтов, следует предотвращать самоизливание подземных вод.

Охрана почв и рекультивация земель. На строительной площадке следует предусматривать раздельную разработку грунта с предварительным снятием почвенного слоя, а затем его возвращение после окончания работ, при этом не наносится ущерб сельхозугодиям. Не допускать перемещения техники и транспорта за пределами стройплощадки. Насыпные сооружения на вечной мерзлоте следует возводить с учетом ее сохранения, устраивая термоизолирующий слой. Не допускать попадания на растительный слой нефтепродуктов, цемента, каменной мелочи и других строительных материалов. Зеленые участки, приводимые в состояние пригодное для использования в сельском или лесном хозяйстве, должны быть спланированы, покрыты плодородным почвенным слоем.

В строительстве необходимо более широко применять биологическое закрепление нарушенных территорий и откосов, как наиболее доступный и дешевый способ борьбы с эрозией грунтов.

Проекты рекультивации площадей (резервов, грунтовых карьеров, под временными зданиями, дорогами и др.) разрабатываются в процессе проектирования организацией, выполняющей проект основную проектную документацию, с учетом консультаций земельного органа или землепользователя, которым передаются рекультивированные земли.

На территории строящихся объектов не допускаются не предусмотренные проектной документацией сведение древесно-кустарниковой растительности и засыпка грунтом корневых шеек и соответствующих деревьев и кустарников.

Строительная площадка. Ее размеры в плане должны быть минимальными, т.е. в пределах ее площади предусматривают лишь строящееся здание или сооружение и дополнительно минимальную площадь для проезда, размещения монтажных механизмов и бытовых помещений. Складские помещения отсутствуют, монтаж производится с «колес».

Существующий почвенный слой в пределах котлована заранее должен быть снят и перевезен в место его новой укладки (например, для рекультивации), а почвенно-растительный слой и растительность рядом с будущим объектом полностью сохраняются и защищаются от загрязнения и уничтожения. На выезде со стройплощадки должна быть смонтирована установка для мытья машин и механизмов, чтобы загрязнения не разносились за ее пределы.

Автодороги. Для полного сохранения или восстановления естественного состояния почвенно-растительного слоя временные автодороги проектируют инвентарными, полностью удаляемыми после окончания строительства (например, из сборных решетчатых плит). Еще более экологично устройство дорог, поднятых над поверхностью земли на небольшую высоту, путем укладки плит на промежуточные П – или Т-образные опоры. Стоянки выполнены из решетчатых железобетонных плит с озеленением проемов, причем размер проема должен быть меньше отпечатка колеса автомобиля. При движении автомобиля трава, выросшая выше уровня верха плит, подрезается колесами.

Подъемно-транспортное оборудование. Желательно максимально использовать оборудование и средства передвижения, не требующих специальных дорог. Двигатели подъемно-транспортного оборудования

должны быть экологически чистыми – на природном газе, электричестве, жидком водороде.

Оборудование для земляных работ и устройства фундаментов. Оно не должно вызывать интенсивных динамических, в том числе ударных нагрузок. Желателен отказ от сваебойного оборудования, мощных трамбовок, вибраторов, рыхлителей, различных механизмов для ударной разработки, рыхления, уплотнения грунта. Лучше использовать бурение грунта, его разработку экскаваторами, скреперами. Еще лучше применять незаглуб-

ленные фундаменты, безфундаментные здания.

Инструмент. Не следует применять строительный инструмент, создающий обильное выделение пыли, недопустимые колебания высоких или низких частот без их гашения (пилы, дрели и др.), ударные нагрузки высокой интенсивности; инструмент, загрязняющий среду отходами (например, штукатурные сопла, допускающие большое количество отходов раствора) и т.д.

Временные помещения. Это могут быть блоки с полной внутренней отделкой, завозимые на площадку и монтируемые на точечных опорах над поверхностью земли на высоте, обеспечивающей рост травы и мелких кустарников.

Снабжение теплом, электроэнергией, водой. Для временного снабжения теплом и электроэнергией хорошо использовать возобновляемые источники, в первую очередь, солнечную энергию (гелиоколлекторы, солнечные электростанции), ветродвигатели (особенно для питания водяных насосов).

Чтобы исключить экологические последствия от выброса рабочей жидкости при аварийных ситуациях в гидросистеме, надо предотвратить попадание её в окружающую среду.

Большинство известных схем защиты гидросистем имеют механическое конструкторское исполнение. Такие защитные устройства обычно размещают в напорной гидролинии, и в действие они приводятся вследствие изменения рабочего давления в напорной магистрали гидропривода.

Схема механической системы защиты с расположением защитного устройства между гидронасосом и гидрораспределителем показана на рисунке 7.1 [16].

Рисунок 7.1.– Гидросистема с механической схемой защиты от выбросов гидравлической жидкости

Гидросистема содержит бак 1, насос 2, предохранительный клапан 3, исполнительный гидродвигатель 4 и трёхпозиционный распределитель 5, снабжённый ручным выключающим устройством. Ручное выключающее устройство (фигура1 и фигура2) содержит кулачок 6, закреплённый на оси, имеющей головку 7 и выступ 8, а также пружины 9. Кулачок имеет торцовый зуб 10. В корпусе распределителя 11 имеются пазы 12 и 13, а золотник снабжён толкателем 14. Из бака питающий насос, защищённый от перегрузки предохранительным клапаном 3, подаёт рабочую жидкость в исполнительный гидродвигатель 4. При аварийной ситуации или необходимости проведения ремонтных работ ручное включающее устройство приводится в действие и фиксируется в включённом состоянии.

Введение клапана механической защиты от выброса гидравлической жидкости при повышении давления снижает риск загрязнения грунта при работе оборудования для изготовления свай.

7.2 Выводы по разделу экологическая безопасность

Проведенный анализ основных мероприятий по защите окружающей среды в период строительства, а также требований, предъявляемых к строительной технике, позволяют произвести оценку экологической безопасности разработанного оборудования:

- рабочее оборудование при возведении сваи не требует дополнительных вспомогательных машин, что обеспечивает требование применения минимального количества машин на строительной площадке;

- рабочее оборудование выполнено на базе экскаватора SANY SY420C. Двигатель, применяемый на экскаваторе, соответствует требованиям международной нормы TIER III в части защиты окружающей среды;

- разработанное оборудование обладает высокой производительностью, что обеспечивает требование минимизации времени пребывания строительной техники на объекте;

- в гидравлическую систему привода оборудования включено устройство, предохраняющее от аварийного выброса гидравлической жидкости, тем самым снижается риск загрязнения грунта строительной площадки;

- для снижения вредного воздействия на окружающую среду при эксплуатации оборудования необходимо выполнять следующие мероприятия:

- не допускать лишних перемещений оборудования по строительной площадке, для чего необходимо разработать технологическую карту позиционирования машины на отметку возводимой сваи;

- для бетонирования ствола сваи применять оборудование, обеспечивающее минимальное количество отходов бетона, например, проводить прямое бетонирование через приемную воронку, установленную в устье скважины, из автобетоновоза-миксера;

- не проводить операции технического обслуживания и заправку оборудования на строительной площадке;

- все отходы при бетонировании сваи и другие отходы (остатки бетона и обрезки арматуры, промасленная ветошь и др.), следует собирать и вывозить со строительной площадки после каждой смены;

- следить за техническим состоянием оборудования и не допускать пролива топлива и гидравлической жидкости в грунт.

Список литературных источников

Верстов В.В., Гайдо А.Н. Технология устройства свайных фундаментов.— СПбГАСУ,2010. — 58-80с

Кириллов Ф.Ф., Щипунов А.Н. Расчет и выбор параметров лебедки. – Томск 2008г.

Детали машин. Проектирование приводов технологического

оборудования. Д.В. Чернилевский, М.: «Машиностроение» 2002.

Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя в 3-х т

Живейнов Н.Н., «Строительная механика и металлоконструкции строительных и дорожных машин» - М.: Машиностроение, 1988.- 280 с.

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Код для цитирования: Скопировать