Корпус земснаряда

Корпус землесосного снаряда – это плавучая база, на которой установлены все основные агрегаты, устройства и сборочные единицы. Возможность плавания корпуса при частичном погружении в воду определяется его водоизмещением, которое выражается в тоннах.

Запас плавучести и сухой борт

Запас плавучести – это дополнительный груз, необходимый для полного погружения корпуса от ватерлинии до палубы. Он зависит от величины сухого борта – расстояния от уровня воды до палубы корпуса. Минимальный размер сухого борта регулируется Речным регистром и зависит от класса землесосного снаряда.

Нагрузки на корпус

На корпус земснаряда воздействуют переменные нагрузки, такие как:

• Масса грунтозаборного устройства и сваи.
• Нагрузки при волнении.
• Изменение осадки корпуса при подъеме и опускании рамы грунтозаборного устройства.

Эти нагрузки вызывают дифферент (продольный наклон) и крен (поперечный наклон), что влияет на устойчивость и управляемость земснаряда.

Основные геометрические параметры

Ключевые размеры корпуса земснаряда включают:

• Длину.
• Ширину.
• Высоту.
• Осадку.

Типы корпусов

Корпуса земснарядов делятся на два основных типа:

1. Неразборные – цельные конструкции, обеспечивающие высокую прочность и надежность.
2. Разборные – состоят из отдельных секций, что упрощает транспортировку по железной дороге или автотранспортом.

Конструкция корпуса

Корпус земснаряда состоит из:

• Продольных и поперечных балок – обеспечивают прочность и устойчивость.
• Листовой обшивки – приваривается к балкам, формируя основную структуру.
• Шпангоутов и переборок – создают поперечную прочность и разделяют корпус на водонепроницаемые отсеки.

Особенности разборных корпусов

Разборные корпуса земснарядов изготавливаются по системе поперечного набора, где:

• Шпангоуты размещаются с шагом 0,5 м.
• Поперечные переборки устанавливаются через 2,5–3 м.
• В местах сосредоточенных нагрузок (например, под грунтонасос) добавляются усиленные кильсоны и карлингсы.

Герметичность и безопасность

Корпус земснаряда разделен на герметичные отсеки, что предотвращает затопление при повреждении одного из них. Для доступа в отсеки предусмотрены люки с герметичными крышками.

Примеры конструкций

Современные корпуса земснарядов включают:

• Полутрюмные корпуса – состоят из четырех коробок (две передние и две задние), соединенных фланцами.
• Трюмные корпуса – цельносварные конструкции с вырезом для грунтозаборного устройства и трюмом для размещения оборудования.

Преимущества современных корпусов

Современные корпуса земснарядов обладают следующими преимуществами:

• Прочность и надежность – благодаря системе продольных и поперечных балок.
• Удобство транспортировки – разборные корпуса легко перевозить.
• Герметичность – водонепроницаемые отсеки повышают безопасность.

Корпуса землесосных снарядов: особенности конструкции и набора понтона

Корпуса землесосных снарядов представляют собой специализированные плавучие платформы, предназначенные для выполнения сложных задач по добыче грунта. В данной статье мы рассмотрим их конструктивные особенности, параметры, системы набора и способы повышения надежности.

Особенности корпуса землесосного снаряда

Оснащение корпуса землесосного снаряда включает сложное оборудование, которое создает значительные нагрузки на конструкцию. Именно поэтому корпус землесосного снаряда существенно отличается от корпуса обычного судна.

Корпуса земснарядов имеют простую геометрическую форму, образованную плоскостями. Для снижения сопротивления движению в воде кормовая часть оснащена скошенными бортами и подъемом днища. Аналогичные скосы присутствуют у носовых очертаний корпуса, что позволяет эффективно работать даже в узких зазорах.

Теоретический чертеж корпуса

Теоретический чертеж корпуса — это рисунок наружной поверхности, выполненный в трех проекциях:

• Боковой разрез: проекция в диаметральной плоскости, вертикальной плоскости, проходящей по продольной оси корпуса;
• Полуширота: горизонтальная проекция;
• Мидельшпангоут: проекция в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости.

Этот чертеж используется для расчета плавучести и остойчивости корпуса. Основные параметры корпуса — длина (L), ширина (B), высота борта (H) и осадка (T). Эти параметры определяются условиями комфортного размещения оборудования и требованиями плавучести и остойчивости.

Уравнение плавучести

Уравнение плавучести связывает водоизмещение \( D \) с основными параметрами корпуса. Согласно закону Архимеда:

\( D = \rho \cdot V \cdot C \), где:

• \( \rho \) — плотность воды;
• \( V \) — объемное водоизмещение;
• \( C \) — коэффициент полноты водоизмещения (0,8–0,92).

Плавучесть обеспечивается за счет запаса плавучести, который зависит от величины водонепроницаемого объема корпуса, размещенного выше ватерлинии. Запас плавучести предотвращает затопление корпуса при повреждении подводной части.

Остойчивость и безопасность

Остойчивость — это способность корпуса сохранять равновесие после воздействия внешних сил. На корпус землесосного снаряда влияют различные силы, такие как:

• Натяжение папильонажных тросов;
• Подъем или опускание грунтозаборного оборудования;
• Подъем или опускание свай.

Крен — это наклонение корпуса относительно продольной оси, а дифферент — наклонение относительно поперечной оси. Примеры остойчивости землесосных снарядов в различных положениях:

• Транспортное положение: сваи приподняты, грунтозаборное устройство находится в поднятой горизонтальной позиции. Влияние ветра;
• Рабочее положение: сваи находятся в любой позиции, грунтозаборное устройство работает. Влияние усилий от рабочих устройств и внешних факторов (ветер, течение);
• Аварийное положение: пробоина в одном из отсеков, отсек заполняется водой. Влияние штормового ветра.

Система набора корпуса

Набор корпуса — это система продольных и поперечных балок, обеспечивающих прочность и жесткость конструкции. Он включает следующие элементы:

• Флорный шпангоут: расположенный по днищу;
• Бортовый рамный шпангоут: расположенный по борту;
• Флорный бимс: расположенный по палубе;
• Кильсоны: обеспечивают продольную прочность;
• Карлингсы: поддерживают палубу;
• Пиллерсы: соединяют продольные и поперечные элементы;
• Бортовые стрингеры: увеличивают несущую способность борта.

Существуют три основные системы набора:

• Поперечная система: балки расположены преимущественно поперек корпуса;
• Продольная система: балки ориентированы вдоль корпуса;
• Смешанная система: сочетание продольных и поперечных элементов.

Наиболее распространенной является поперечная система набора, однако смешанная система становится все более популярной благодаря повышенной прочности и жесткости.

Типы корпусов

Корпуса землесосных снарядов могут быть цельносварными или сборно-разборными. Сборно-разборные конструкции используются в снарядах средней и малой продуктивности для выполнения небольших объемов работ. Такие конструкции позволяют легко монтировать и демонтировать землесосные снаряды при их перебазировании на другие объекты.

Современные корпуса землесосных снарядов часто состоят из нескольких секций, которые соединяются между собой. Это может быть как плавучая сборка, так и наземная.

Соединение понтонов

Существуют различные способы соединения понтонов, включая:

• Соединение с уголками: простое и удобное для установки на берегу, но выступает за габариты понтонов;
• Соединение с бобышками и пазами: позволяет выполнять соединение на плаву, обеспечивает водонепроницаемость;
• Болтовое соединение: применяется для создания герметичных отсеков, изолирующих место соединений от остального трюма.

Конструкции соединения понтонов на плаву менее распространены из-за их сложности, но они становятся все более востребованными благодаря развитию технологий.

Дополнительные понтоны

Для снижения осадки землесосного снаряда во время буксировки используются дополнительные понтоны. Они производятся в форме сигар круглого, эллиптического или прямоугольного сечения и временно присоединяются к основному корпусу. После завершения буксировки доппонтоны откачиваются или осушаются с помощью сжатого воздуха.

Использование доппонтонов позволяет снизить осадку без необходимости частичного демонтажа оборудования, что особенно важно при работе в малых реках или озерах.

Запас плавучести и безопасность

Безопасность плавания обеспечивается за счет запаса плавучести, который зависит от величины водонепроницаемого объема корпуса, размещенного выше ватерлинии. Корпус разделен на водонепроницаемые отсеки, предотвращающие затопление всего судна при повреждении одного из них.

Для доступа к отсекам предусмотрены люки с герметичными крышками. В местах сосредоточенных нагрузок добавляются усиленные кильсоны и карлингсы.

Нагрузки на корпус

Нагрузки на корпус землесосного снаряда делятся на три группы:

• Постоянные нагрузки: собственные веса корпуса, надстроек, оборудования и спецустройств;
• Переменные нагрузки: возникают при работе спецустройств;
• Динамические нагрузки: кратковременные, но значительные, например, нагрузки от обвалов грунта на раму грунтозаборного устройства.

Расчет прочности корпуса выполняется с учетом наиболее опасных комбинаций нагрузок.

Заключение

Корпус землесосного снаряда играет ключевую роль в обеспечении его работоспособности и безопасности. При выборе конструкции важно учитывать условия эксплуатации, тип выполняемых работ и требования к плавучести и остойчивости. Использование современных технологий и материалов позволяет повысить эффективность работы землесосных снарядов.

Надстройка земснаряда: конструкция, особенности и функции

Надстройка земснаряда представляет собой важнейшую часть конструкции, где размещаются основные агрегаты и системы управления. Она включает машинный зал, в котором установлен грунтонасос, электродвигатель, элементы пульпопроводов, высоковольтные и низковольтные распределительные устройства, а также систему вспомогательного водоснабжения.

Рубка с пультом управления находится во фронтальной части надстройки, обеспечивая оператору удобный обзор рабочей зоны и контроль за процессами.

Требования к конструкции надстройки

Система надстройки должна соответствовать следующим требованиям:

• Прочность: способность выдерживать механические нагрузки;
• Вибростойкость: устойчивость к вибрациям от работающего оборудования;
• Теплоизоляция: защита внутренних помещений от перепадов температур;
• Простота изготовления и установки: возможность быстрой сборки и демонтажа.

Материалы и типы конструкций

На земснарядах малой и средней производительности часто используются сборные деревянные конструкции надстройки как каркасного, так и бескаркасного типа.

Для каркасных конструкций деревянные щиты изготавливаются из брусовой рамы с двойной обшивкой шпунтованными досками. Между слоями обшивки устанавливаются прослойки из толи и войлока, обеспечивающие непродуваемость и теплоизоляцию. Некоторые щиты оснащаются окнами для естественного освещения. Щиты крепятся к металлическому каркасу из угловой стали при помощи болтов.

Бескаркасные щиты имеют окантовку из угловой стали, обеспечивающую жесткость конструкции. Они также имеют проемы для крепления болтами и оборудованы крышей и палубой.

Кран-балка и ремонтные работы

В конструкции надстройки предусмотрена кран-балка, которая крепится к фермам крыши. Она используется для перемещения элементов оборудования во время ремонта или обслуживания грунтонасоса и других агрегатов, размещенных в машинном зале.

Рубка управления

В передней части надстройки расположена стальная рубка управления землесосным снарядом. Она обшита изнутри теплоизоляционным материалом для создания комфортных условий работы машиниста. Для обеспечения хорошего обзора с каждой стороны кабины предусмотрены окна.

Особенности трюмных корпусов

На землесосных снарядах с трюмным корпусом стены трюмной области корпуса являются частью конструкции надстройки. Это позволяет оптимизировать пространство и обеспечить доступ к внутренним элементам оборудования. Через откатной люк в крыше надстройки можно осуществлять монтаж и демонтаж грунтонасоса.

Заключение

Надстройка земснаряда играет ключевую роль в обеспечении эффективной работы всего оборудования. Ее конструкция должна быть прочной, вибростойкой и удобной для обслуживания. Использование современных материалов и технологий сборки позволяет повысить долговечность и комфорт эксплуатации землесосных снарядов.

Подвеска земснаряда: принцип работы и конструктивные особенности

Подвеска земснаряда играет ключевую роль в обеспечении вертикального перемещения грунтозаборного устройства. С ее помощью можно регулировать глубину разработки забоя, а также быстро поднимать устройство для транспортировки или обслуживания.

Основная функция подвески

Подвеска используется для движения грунтозаборного устройства от надводной позиции до максимальной глубины разработки. Она обеспечивает:

• Максимальную работоспособность: защищает конструкции деталей подвески от перегрузок;
• Эффективную фиксацию: позволяет закрепить грунтозаборное устройство в любой позиции;
• Быстрое поднятие: время подъема зависит от размера земснаряда – от 1 минуты для мелких до 3,5 минут для крупных.

Типы подвесок

Существуют два основных типа подвесок: портальные и беспортальные.

Беспортальные подвески: стрела имеет пространственную форму и применяется на земснарядах небольшой величины.

Портальные подвески: стрела выполнена в А-форме, удерживается под наклоном растяжками, закрепленными на портале. Вверху стрелы установлен верхний блок полиспаста, а нижний блок закреплен на раме грунтозаборного устройства. Тяговый трос полиспаста прочно соединен с барабаном лебедки.

Функция полиспаста

Полиспаст служит для уменьшения тягового усилия лебедки. В зависимости от массы грунтозаборного устройства используются 2-, 6- и 8-кратные полиспасты. Скорость рамоподъемных лебедок обычно постоянна, а тяга может варьироваться от 0,5 до 15 тонн.

Пример подвески земснаряда 150-45

На земснаряде модели 150-45 используется подвеска с А-образной стрелой, состоящей из пространственных элементов, изготовленных методом сварки из углового профиля. Обе стороны стрелы соединены шарниром посередине, а к фланцам верхней части прикреплен 3-роликовый блок 5-кратного полиспаста.

Стрела шарнирно установлена в передней части корпуса земснаряда и жестко закреплена растяжками и поперечным трубчатым стержнем. Точки крепления растяжек усилены дополнительными подкреплениями набора корпуса. Нижний 2-роликовый блок полиспаста закреплен на раме рыхлителя.

Система управления подъемом

Для подъема рамы рыхлителя используется лебедка, установленная на постаменте под рубкой управления. Лебедка оснащена электродвигателем мощностью 7 кВт и 3-ступенчатым редуктором с общим передаточным числом 1:167.

Входной вал редуктора соединен с электродвигателем через эластичные полумуфты, которые одновременно выполняют функцию шкива электротормоза. На входном валу редуктора закреплен барабан диаметром 300 мм. На свободном конце выходного вала размещен 2-рядный радиальный шарикоподшипник, закрепленный в стойке подшипника.

Усилие тяги лебедки составляет 3 тс, скорость движения троса – 11 м/мин. Электротормоз обеспечивает эффективное торможение при выключении системы.

Заключение

Подвеска земснаряда представляет собой сложную инженерную систему, обеспечивающую точное управление положением грунтозаборного устройства. Выбор типа подвески зависит от размера и эксплуатационных характеристик земснаряда. Правильная конструкция подвески гарантирует высокую производительность и безопасность работы оборудования.

Всасывающая труба землесосного снаряда: конструкция, особенности и эксплуатация

В процессе работы грунтонасоса в области приемника наконечника всасывающего пульпопровода возникает скоростное поле, состоящее из линий токов и зон равных скоростей. Удаляя наконечник от приемного отверстия, скорости подтекающих струй спадают. При расстоянии от плоскости приемного отверстия, равном его диаметру, скорости уменьшаются вдвое, а при расстоянии, равном двум диаметрам, примерно в 10 раз.

Формирование скоростного поля

Если всасывающую трубу направить ближе к подошве забоя, форма скоростного поля изменится: в центре приемного отверстия возникнет завихрение. Размыв грунта начинается возле стенок наконечника и распространяется как в глубину песка, так и к центру наконечника. Увеличивая глубину разработки грунта, завихрение может вытягиваться до тех пор, пока не закончится отрыв частиц грунта. Частицы грунта при всасывании перемещаются по откосам воронки к центру, затем атакуются вихрем и направляются во всасывающую трубу. Этот процесс продолжается до полной разработки грунта. После этого во всасывающую трубу поступает чистая вода.

Для обеспечения непрерывного всасывания грунта необходимо соблюдать определенное расстояние между отверстием наконечника всасывающей трубы и подошвой забоя. Это расстояние зависит от типа грунта, формы и размеров наконечника всасывающей трубы, а также других факторов.

Конструкция всасывающей трубы

Всасывающая труба установлена на раме, закрепленной шарнирами на корпусе землесосного снаряда. Она соединяется с корпусным всасывающим пульпопроводом грунтонасоса через шаровой шарнир или шланг. Для компенсации случайных смещений всасывающей трубы при ее движении в вертикальной плоскости используется сальниковый компенсатор, установленный на всасывающей линии.

Рама всасывающей трубы через полиспастные блоки закреплена с помощью троса к стреле подвески и может перемещаться в верхнюю и нижнюю позиции посредством рамоподъемной лебедки. Благодаря этому достигается контакт всасывающей трубы с грунтом в подводном забое и образуется необходимая глубина разрабатывания грунта.

Для облегчения заглубления всасывающей трубы в грунт наконечник фиксируют под углом 15–20 градусов, чтобы труба не давила на край воронки, образующейся при разработке грунта.

Снижение гидравлических сопротивлений

Чтобы снизить гидравлические сопротивления, возникающие при входе водяных струй в приемное отверстие наконечника всасывающей трубы, площадь данного отверстия увеличивают в 1,5–1,7 раза относительно площади поперечного сечения всасывающей трубы. Для аналогичных целей на наконечнике устанавливают обтекатели.

Существуют различные типы наконечников всасывающего пульпопровода:

• Конические раструбы: используются для разработки песчаных грунтов без крупных включений;
• Щелевидные раструбы: применяются при разработке забоев, засоренных негабаритными включениями;
• Цилиндрические наконечники: также подходят для песчаных грунтов.

Высота щели щелевидного наконечника обычно на 10–15 мм меньше диаметра шара, проходящего через рабочее колесо грунтонасоса. Ширина наконечника зависит от необходимой площади приемного отверстия, которая должна быть в 1,5–1,7 раза больше площади поперечного сечения всасывающей трубы.

Устройства против засорения

Во время разработки засоренных забоев на землесосных снарядах применяются устройства, предотвращающие засорение всасывающего пульпопровода и грунтонасоса. Простейшим решением является ограничитель в виде серповидного крюка, изготовленного из круглой стали (диаметром 25–30 мм). Он устанавливается по оси наконечника около его приемного отверстия. Входящий во всасывающую трубу поток подхватывает негабаритный камень, который ударяется о крюк, отлетает от наконечника и остается на дне забоя вне зоны всасывания.

Неподвижная и подвижная решетки

Более надежным решением являются неподвижные или подвижные решетки:

• Неподвижная решетка: представляет собой усеченный конус, изготовленный из круглой стали (диаметром 20–30 мм). Конус крепится к наконечнику и сваривается. Расстояние между кольцом решетки и приемным отверстием наконечника не должно превышать диаметр всасывающей трубы.
• Подвижная решетка: состоит из двух дисков, установленных на оси щелевидного наконечника с ножами, прикрепленными к торцевым частям дисков. Ножи препятствуют попаданию негабаритных включений во всасывающую трубу. Если решетка забивается камнями, машинист запускает тросовый привод и поворачивает решетку вокруг оси, очищая ее.

Камнезадерживающие и камневыбрасывающие устройства

На всасывающей трубе часто устанавливаются камнезадерживающие и камневыбрасывающие устройства на расстоянии 2–3 м от приемного отверстия наконечника. Эти устройства применяются на землесосных снарядах с грунтозаборными устройствами, оборудованными механическими рыхлителями.

Недвижимые входной и выходной конические-цилиндрические патрубки соединены между собой с помощью ребер жесткости и балок. Подвижный патрубок шарнирно крепится к выходному патрубку. Внутри входного патрубка установлены два зуба, которые делят полость трубы на три секции. Если диаметр всасывающей трубы составляет 426 мм, то расстояние между зубьями равно 160–170 мм. Таким образом, включения размером более 170 мм не могут проникнуть через зубья и попасть в проточные каналы рабочего колеса грунтонасоса.

Внизу патрубка внутри прикреплен язык, который препятствует движению камней во всасывающую трубу при открытии патрубка.

Эффективность при засорении

Забивание решетки камнями можно обнаружить по показаниям вакуумметра и манометра, установленных на пульте управления. Для очистки решетки используется тросовый привод с обратным ходом.

Также применяются камнераздробители, такие как щековые и роторные дробилки, монтируемые на всасывающих пульпопроводах для разрушения крупных камней, проникших через всасывающую трубу.

Гидравлические рыхлители

Для эффективной разработки песчаных забоев с прослойками ила или суглинка на всасывающей трубе устанавливают гидравлические рыхлители. Они разрушают массив плотных грунтов с помощью воды. Центробежный насос, закрепленный на землесосном снаряде, подает воду через гибкий шланг по трубе, установленной вдоль всасывающей трубы, к насадку, выступающему за приемное отверстие наконечника на расстояние 1,5–2 диаметра всасывающей трубы. Из насадка вода выбрасывается с максимальной скоростью, разжижая грунт.

При работе с гидравлическими рыхлителями важно держать насадок вблизи грунта, так как ударная сила струи в воде быстро снижается.

Совмещенные гидрорыхлители

Гидрорыхлители могут быть совмещены с эжекторными грунтозаборными устройствами. Такие устройства используются при разработке грунтов на глубине более 12 м, когда грунтонасос не способен обеспечить достаточную всасывающую способность даже при низкой концентрации пульпы.

Кольцевой щелевой эжектор крепится на конце всасывающей трубы вместо наконечника. Вода из центробежного насоса поступает в кольцевую камеру, где основная часть воды через кольцевую щель высокоскоростной струей попадает во всасывающий патрубок вместе с увлекаемой пульпой, после чего смесь проходит через диффузор во всасывающую трубу. Оставшаяся часть воды через патрубок и насадок используется для рыхления грунта.

Главным недостатком кольцевого щелевого эжектора является узкое входное отверстие всасывающего патрубка, что вызывает высокую скорость потока пульпы и быстрый износ входного кольца и патрубка.

Многоструйные эжектирующие устройства

Многоструйные эжектирующие устройства с кольцевым коллектором и шестью-восьмью насадками, расположенными под определенным углом по внешнему контуру всасывающей трубы, характеризуются повышенной износостойкостью. Они могут использоваться как с гидравлическими, так и с механическими рыхлителями.

Грунтозаборные эжектирующие устройства

Грунтозаборные эжектирующие устройства с центральным насадком представляют собой приставку к наконечнику всасывающей трубы. Вода от насоса поступает в коллектор, затем через центральный насадок maximal speed струей подается в наконечник всасывающей трубы. Часть воды через противоположный насадок используется для рыхления грунта.

Особенностью работы таких устройств является их заглубление в грунт. Максимальная эффективность достигается при завале всасывающего наконечника. В противном случае напор воды разжижения пульпы.

Погружные грунтонасосы

Погружные грунтонасосы устанавливаются на раму грунтозаборного устройства и функционируют под водой, подавая пульпу высокой концентрации. Они являются первой ступенью, тогда как насосы, закрепленные на корпусе землесосного снаряда, выполняют роль второй ступени. Погружные насосы обычно имеют низкий напор (до 20 м) и большую подачу.

Профилактика срыва вакуума

Для предотвращения срыва вакуума при завале грунтом наконечника всасывающей трубы применяются следующие решения:

• Жалюзи: управляются дистанционно. При завале наконечника жалюзи открываются, позволяя продолжить работу грунтонасоса;
• Дополнительная труба: длина 4–5 м, крепится на всасывающей трубе таким образом, чтобы нижний конец не достигал приемного отверстия наконечника на расстоянии 1–1,5 диаметра всасывающей трубы. При завале грунтом вода из верхних слоев водоема поступает через трубу в область разрежения, последовательно размывая завал.

Заключение

Всасывающая труба является ключевым элементом землесосного снаряда, обеспечивающим эффективную разработку грунта. Использование современных технологий и устройств позволяет минимизировать засорение, повысить производительность и продлить срок службы оборудования.

Грунтозаборные устройства: функции, виды и технологии

Грунтозаборные устройства землесосных снарядов играют ключевую роль в процессе добычи грунта. Они обеспечивают точное выполнение работ на разных глубинах, разработку различных типов грунтов и защиту оборудования от засорений. В этой статье мы рассмотрим их функции, классификацию и современные решения.

Основные функции грунтозаборных устройств

Грунтозаборные устройства выполняют следующие задачи:

• Разработка грунта в геологической среде;
• Подача грунта в грунтонасос, установленный на землесосном снаряде;
• Разработка грунта на заданной глубине с соблюдением норм точности;
• Отсеивание негабаритных включений (камней, бревен и других объектов);
• Работа с различными типами грунтов: сыпучими, налипающими, плотными и пластичными.

Классификация грунтозаборных устройств

Грунтозаборные устройства делятся на две основные категории в зависимости от принципа работы:

1. Водные (эжектирующие): разрабатывают грунт с помощью высокоскоростного потока воды, который засасывается грунтонасосом через всасывающую трубу. Примеры: кольцевые эжекторы, многоструйные устройства.
2. Механические: используют спецприспособления (например, фрезы или роторно-ковшовые механизмы) для физического извлечения грунта. Эти устройства эффективны для плотных и связных грунтов.

Выбор устройства в зависимости от глубины и типа грунта

Выбор грунтозаборного устройства зависит от глубины разработки и свойств грунта:

• Связные грунты (песок, щебень, гравий): до 12 м глубины эффективно разрабатываются всасывающей трубой. При глубине более 12 м используются эжектирующие устройства или земснаряды с погружными грунтонасосами.
• Плотные грунты с прослойками: для их разработки применяются гидрорыхлители, которые с помощью воды разрушают массив и упрощают всасывание.
• Связные грунты (пластичные, налипающие): требуют устройства с механическими рыхлителями (например, фрезами), которые действуют на глубине 6–12 м.

Механические рыхлители

Механические грунтозаборные устройства с фрезами:

• Используют ножи, срезающие грунт при вращении фрезы;
• Наклон ножей направляет грунт к приемному отверстию всасывающей трубы;
• Примеры: роторно-ковшовые рыхлители с бункером и черпаковые устройства с грунтовым колодцем, которые также выступают в роли дозаторов для стабилизации подачи.

Эжектирующие устройства

Эжектирующие устройства (эжекторы) применяются для глубокой разработки (свыше 12 м). Их особенности:

• Кольцевой щелевой эжектор создает высокоскоростной поток воды, разрушающий грунт;
• Многоструйные эжекторы с кольцевым коллектором обеспечивают повышенную износостойкость за счет равномерного распределения нагрузки;
• Эжекторы с центральным насадком заглубляются в грунт, что повышает эффективность всасывания.

Недостаток эжекторов: узкое входное отверстие может вызывать быстрый износ деталей. Для решения этой проблемы используются устройства с расширенными каналами.

Вибрационные грунтозаборные устройства

Современные вибрационные устройства обладают следующими преимуществами:

• Снижают плотность грунта в зоне работы, обеспечивая легкое всасывание;
• Фильтруют крупные включения: камни оседают на дне воронки и не попадают во всасывающую трубу;
• Минимизируют простои из-за засорений, повышая общую надежность землесосного снаряда.

Совмещенные решения

Для сложных условий часто применяются комбинированные системы:

• Эжекторы с механическими рыхлителями: сочетают силу воды и механическое воздействие для разработки плотных грунтов.
• Погружные грунтонасосы: устанавливаются непосредственно на раме устройства, что позволяет работать с пульпой высокой концентрации. Они выступают первой ступенью подачи, а основной насос на корпусе — второй.

Технологии для сложных грунтов

При работе с плотными или налипающими грунтами используются:

• Фрезы с режущими ножами, обеспечивающими равномерный срез;
• Роторно-ковшовые механизмы для дозированной подачи грунта;
• Гидравлические рыхлители, разрушающие массивы воды под давлением.

Заключение

Грунтозаборные устройства землесосных снарядов — это комплексные системы, адаптированные под конкретные условия эксплуатации. Выбор типа устройства (эжектирующий, механический или комбинированный) зависит от глубины, вида грунта и требований к производительности. Современные решения, такие как вибрационные системы и погружные насосы, позволяют минимизировать простои и повысить эффективность работ.

Грунтомониторы: конструкция, принципы работы и технические особенности

Грунтомониторы (гидромониторы) — ключевые устройства для выполнения открытых земляных работ, преобразующие потенциальную энергию воды в кинетическую для создания мощной напорной струи. Они используются для разработки грунта, формирования рельефа и других инженерных задач. В этой статье рассмотрим их конструкцию, принципы работы и технические характеристики.

Основные требования к грунтомониторам

Современные грунтомониторы должны отвечать следующим требованиям:

• Герметичность и прочность для работы под высоким давлением;
• Удобство технического обслуживания и минимальная масса;
• Легкость перемещения в забое и компактность струи;
• Минимизация гидравлических потерь;
• Дистанционное управление для поворота в шарнирах;
• Универсальность: возможность регулировки угла наклона и направления струи.

Пример: гидромонитор ГМП-250С

Одним из популярных примеров является гидромонитор ГМП-250С, который имеет следующие характеристики:

• Производительность: 1 500–1 700 м³/ч при давлении 15 кг/см²;
• Условный диаметр входного патрубка: 250 мм;
• Сальниковое уплотнение (маркировка "П") для герметичности;
• Возможность поворота на 360° за счет вертикального шарнира;
• Конический ствол из стали с направляющими ребрами для компактной струи;
• 5 сменных насадок диаметром 50, 60, 70, 90 и 100 мм.

Конструкция гидромонитора включает:

• Нижнее неподвижное колено с фланцем для подключения к водоводу;
• Вертикальный шарнир с сальниковой коробкой и упорным подшипником;
• Горизонтальный шарнир для поворота ствола на 27° к горизонту;
• Ствол с 6 направляющими ребрами (2 группы по 3 ребра с углом 50° друг к другу), обеспечивающими стабильность струи.

Принцип работы вертикального и горизонтального шарниров

Вертикальный шарнир позволяет вращать подвижную часть гидромонитора на 360° за счет:

• Сальниковой коробки, зафиксированной винтом на нижнем колене;
• Упорного конического подшипника для снижения трения;
• Кронштейна верхнего колена и соединительных пальцев, обеспечивающих устойчивость.

Горизонтальный шарнир обеспечивает:

• Поворот ствола на 27° к горизонту;
• Антифрикционные втулки в проушинах для минимизации трения;
• Сальниковое уплотнение, предотвращающее утечки.

Система дистанционного управления

Современные гидромониторы оснащаются электроприводами для дистанционного управления:

• Червячные редукторы с электродвигателями обеспечивают горизонтальный и вертикальный поворот ствола;
• Пульт забойной землесосной установки управляет перемещением ствола;
• Винтовой привод на верхнем колене позволяет точно регулировать угол наклона.

Гидромонитор ГМДУ-300: усиленная модель

Для высоконапорных работ применяется гидромонитор ГМДУ-300, который:

• Работает при давлении до 300 м;
• Имеет 4 сменные насадки (100, 115, 125, 140 мм);
• Достигает производительности 4 000 м³/ч с насадком диаметром 140 мм;
• Поворачивается в горизонтальной плоскости со скоростью 0,6 оборотов/мин и в вертикальной — 0,25 оборотов/мин;
• Оснащен шариковыми подшипниками и манжетами для обеспечения плавности движения и герметичности.

Конструктивные особенности

Ключевые элементы гидромониторов:

• Нижнее колено: закреплено на металлических санях, соединено с верхним коленом через вертикальный шарнир;
• Ствол: из цельнотянутой толстостенной трубы с ребрами-успокоителями для стабилизации струи;
• Сменные насадки: устанавливаются на резьбовом кольце ствола, определяют форму и скорость струи;
• Система управления: электродвигатели и редукторы обеспечивают точный контроль направления струи.

Применение в землесосных установках

Грунтомониторы сочетаются с землесосными снарядами для комплексной работы:

• С грунтонасосами 20Р-11, 20Гру-8, ЗГМ-350 и ЗГМ-2М для подачи воды под высоким давлением;
• Гидравлические рыхлители (если установлены) используются для разрушения плотных грунтов перед всасыванием;
• Эжектирующие устройства дополняют работу при разработке глубоких забоев.

Технологические особенности

Особенности эксплуатации грунтомониторов:

• При работе с плотными грунтами (суглинки, ил) ствол заглубляют в грунт для максимальной эффективности;
• Напорная струя сохраняет силу только на небольшом расстоянии из-за быстрого распада ударной волны в воде;
• Дистанционное управление позволяет оператору безопасно управлять направлением струи из рубки управления.

Заключение

Грунтомониторы — это высокотехнологичные устройства, обеспечивающие точное выполнение земляных работ. Их конструкция сочетает прочность, маневренность и универсальность, что делает их незаменимыми в строительстве и реконструкции. Современные модели, такие как ГМП-250С и ГМДУ-300, оснащаются электроприводами и сменными насадками, что расширяет их применение в различных условиях. Правильный выбор грунтомонитора зависит от типа грунта, глубины разработки и требований к производительности.

Пульпопровод с шарнирным соединением: конструкция, функции и особенности

Плавучий пульпопровод — это ключевая система, соединяющая напорный корпусный пульпопровод землесосного снаряда с береговым, обеспечивая свободное перемещение техники в забое. Он состоит из отдельных звеньев, соединенных шарнирами или резиновыми рукавами, что позволяет адаптироваться к динамическим условиям работы.

Конструкция звеньев пульпопровода

Каждое звено плавучего пульпопровода включает:

• Два цилиндрических или эллиптических металлических поплавка;
• Межпонтонное соединение с верхней выемкой для трубы, закрепленной фланцами;
• Трапы с ограждениями для безопасного перемещения обслуживающего персонала;
• Кронштейны для электрических кабелей (снабжение энергии снаряда) и осветительных систем;
• Ограничители угла поворота шарниров для предотвращения перегрузок.

Шарнирные соединения

Шарниры обеспечивают гибкость пульпопровода и компенсируют колебания уровня воды:

• Шаровой шарнир: состоит из литых полукорпусов с шаровой поверхностью, соединенных кольцом. Герметичность достигается за счет резиновой прокладки;
• Вертикальные сальниковое шарниры: уменьшают нагрузки на соединения и обеспечивают свободный поворот звеньев;
• Кормовой шарнир: установлен между земснарядом и пульпопроводом для минимизации колебаний кормы.

Угол поворота шарниров ограничен выступами, а их взаимозаменяемость гарантируется благодаря стандартным техническим условиям.

Система крепления и маневрирования

Для стабильности и маневренности пульпопровода применяются:

• Якорные цепи между звеньями, обеспечивающие свободное перемещение при сохранении целостности конструкции;
• Откидной металлический фартук на трапах для исключения падения в шарнирные зоны;
• Упоры на смежных звеньях, снижающие нагрузки на шарниры;
• Лебедки с ручным приводом и якорями для фиксации пульпопровода в условиях сильного течения или ветра.

При необходимости наращивания пульпопровода добавляются резервные звенья. Для этого:

1. Разъединяют шарниры, ослабив болты;
2. Вводят новое звено с полукорпусами шарниров;
3. Соединяют элементы через шарниры с использованием стандартных болтовых соединений.

Технические особенности

Особенности конструкции:

• Концевой понтон с двумя шарнирами на трубе для земснарядов производительностью 200 м³/ч и выше;
• Длинная труба с шарниром на береговой части для компенсации разницы высот между берегом и водной поверхностью;
• Шарнирное соединение с якорным устройством: стрела и лебедка позволяют поднимать/опускать трубу при установке;
• Специальные упоры между звеньями для снижения вибрации и износа.

Безопасность и стабилизация

Для обеспечения безопасности и устойчивости:

• Трапы оснащены откидными фартуками в зонах шарниров;
• Электрические и осветительные кабели укладываются на кронштейнах для защиты от повреждений;
• Светильники на поплавках обеспечивают освещение рабочей зоны в темное время суток;
• Лебедки с якорями фиксируют звенья при сильном течении или ветре.

Примеры использования

На высокопроизводительных землесосных снарядах (≥200 м³/ч) пульпопровод комплектуется:

• Концевым понтоном с двумя шаровыми шарнирами на концах трубы;
• Системой подъема/опускания трубы через лебедку и стрелу;
• Вертикальными шарнирами для увеличения гибкости в сложных условиях.

Преимущества шарнирной конструкции

Шарнирное соединение обеспечивает:

• Компенсацию колебаний уровня воды и горизонта;
• Устойчивость к динамическим нагрузкам при движении землесосного снаряда;
• Возможность быстрого расширения/сокращения пульпопровода за счет модульной конструкции;
• Снижение риска повреждений кабелей и труб при изменении направления течения.

Заключение

Пульпопровод с шарнирным соединением — это многофункциональная система, обеспечивающая надежную работу землесосного снаряда в условиях меняющейся среды. Его модульная конструкция, использование шарниров и якорных устройств делает его незаменимым для соединения снаряда с береговым оборудованием и обеспечения безопасности эксплуатации. Современные решения, такие как концевые погоны с двойными шарнирами, повышают универсальность и долговечность пульпопроводов.

Устройство грунтового насоса: конструкция, модификации и технические особенности

Грунтовые насосы землесосных снарядов обеспечивают перекачку пульпы с высокой концентрацией твердых частиц. В этой статье рассмотрим конструктивные изменения, системы уплотнения, а также технические детали моделей ЗГМ-2М, 20Р-11, Гр и их модификаций.

Основные конструктивные изменения

В конструкции грунтовых насосов введены следующие видоизменения:

• Отвод: напорный патрубок размещен горизонтально в нижней части корпуса. Устранены отверстия для соединения с эжектором и спускным люком. Смотровой люк расположен рядом с напорным патрубком;
• Рабочее колесо: диаметр расширен, задний диск и лопатки уплотнены. Возможность работы на 2 режимах: 590 и 740 об/мин для диаметров 910 мм и 865 мм соответственно. Проходные сечения до 220 мм, наружные кромки дисков закруглены;
• Уплотнения: цилиндрический прилив на бронедиске передней крышки предотвращает закручивание пульпы. Уплотнение напорной стороны аналогично насосу ЗГМ-1;
• Прочие узлы: задняя крышка корпуса изготавливается отдельно от станины, центрируется по выточке. Остальные элементы соответствуют конструкции ЗГМ-1.

Насос ЗГМ-2М: модификация и особенности

Модель ЗГМ-2М — это усовершенствованная версия ЗГМ-2 с характеристиками:

• Рабочая частота: 730 об/мин;
• Диаметр всасывающего входа: 350 мм, соответственно увеличен диаметр входа рабочего колеса;
• Съемная задняя крышка с центровкой по полуфланцу;
• Разъемные корпуса подшипников для упрощения обслуживания;
• Вспомогательная масленка в задней станине для смазки упорных подшипников;
• Зубчатая муфта привода, допускающая погрешности в центровке валов.

Насос 20Р-11: характеристики и улучшения

Насос 20Р-11 предназначен для работы с абразивной пульпой. Его ключевые особенности:

• Вход в форме цилиндра, объединенный с передней крышкой;
• Напорный патрубок направлен вертикально вверх;
• Отверстие для отсоса воздуха в верхней части корпуса;
• Рабочее колесо с 4 лопастями, пропускающее камни до 300 мм;
• Возможность установки колес диаметром 1100, 1150, 1250 мм для подачи 3600–4500 м³/ч;
• Крепление колеса на коническом конце вала через шпонку и кольцевую гайку.

Современные улучшения:

• Добавление броневкладышей для работы с абразивной пульпой;
• Увеличение диаметра подвода до 550 мм, что повышает подачу до 4500 м³/ч;
• Модификация 20Р-11М с вертикальным напорным патрубком.

Насосы серии Гр (ГОСТ 9075-75)

Насосы Гр производятся в 26 типоразмерах с подачей от 50 до 4000 м³/ч и напором до 75 м. Основные параметры:

• КПД: 32–75%;
• Мощность: 2,2–4000 кВт;
• Проходные сечения: 30–300 мм.

Маркировка:

• Начальные цифры: диаметр входа (в мм) /25;
• Буквы: назначение (Гр — грунтовый, "у" — увеличенные проходные сечения);
• Новые обозначения: подача/напрор (например, Гру2000/63 — 2000 м³/ч и 63 м напора), а буква "т" указывает на тяжелое двухкорпусное исполнение.

Конструктивные особенности моделей серии Гр

Примеры моделей и их характеристики:

• Гру400/20: используется на малых снарядах типа «Утенок». Вход и корпус изготовлены из высокочромого чугуна. Рабочее колесо 3-лопастное, бронедиск напорной стороны;
• Гру800/40: вертикальный напорный патрубок, крепление бронедисков через болты и контргайки. Выточки в бронедисках и внутреннем корпусе для точной посадки рабочего колеса;
• Гру2000/63: подвод в форме усеченного конуса, уплотнение на фланце подвода. Рабочее колесо диаметром 940–1050 мм;
• Грт2000/63: разъемный корпус с внутренним корпусом для перекачки гравийных грунтов.

Технические детали и узлы

Критически важные элементы:

• Отвод: выполнен в форме полуспирали с суженным каналом, ширина которого соответствует расстоянию между дисками рабочего колеса;
• Рабочее колесо: изготовлено из высокочромого чугуна, крепится на валу колпачковой гайкой;
• Уплотнения: регулируемые с подвижным кольцом, установлены на фланце подвода. В некоторых моделях отсутствие лабиринта приводит к быстрому износу, но в новых версиях проблема устранена;
• Подшипники: в заднем корпусе — 2 радиальных шариковых подшипника. Смазка через прессмасленки. Вращение вала происходит в подшипниках качения;
• Центровка: задняя крышка 8Гру-12 фиксируется без опорных лап, напорный патрубок может размещаться в 4 положениях: вертикально/горизонтально.

Принципы работы и усовершенствования

Особенности моделей Гр:

• Центровка корпуса по буртику с помощью задней крышки и 4 болтов;
• Картер заднего подшипника смещается посредством болтов для настройки зазора уплотнения;
• Смазка подшипников консистентной смазкой через прессмасленки;
• Усовершенствованная модель Гру800/40 имеет индивидуальную заднюю крышку с центровкой по буртику станины;
• Насос Гру2000/63 отличается отъемным подводом и фланцевым уплотнением.

Примеры замены моделей

Популярные замены:

• Гру400/20 вместо 6НЗ;
• Гру800/40 вместо 8НЗ, 8НЗМ, 8НЗУ;
• Гру2000/63 вместо ЗГМ-1-350, 12НЗУ, ЗГМ-2М;
• Грт4000/71 вместо 20Р-11.

Грт800/40: внутренний корпус отлит с задним бронедиском. Буртик на бронедиске обеспечивает соосность с наружным корпусом. Передний бронедиск фиксируется болтами через переднюю крышку.

Недостатки и решения

Исправлены конструктивные проблемы:

• В старых моделях уплотнение всасывающей части быстро изнашивалось из-за отсутствия лабиринта. В новых версиях кольцо уплотнения не входит в рабочее колесо;
• Устройства Грт для гравийных грунтов используют разъемный корпус для удобства ремонта;
• Все модели обеспечены водонепроницаемыми отсеками в зонах соединений понтонов.

Применение и преимущества

Преимущества и области использования:

• Насосы Грт с вертикальным напорным патрубком применяются для перекачки абразивной пульпы;
• Модель 20Р-11М популярна в энергетике и строительстве за простоту и надежность;
• Усовершенствованные насосы (например, Гру2000/63) имеют увеличенные проходные сечения и двойной корпус для снижения износа;
• Система полуспирали в отводе у моделей Гр стабилизирует скорость потока.

Технические детали сборки

Процесс сборки и крепления:

• Рабочее колесо крепится на валу через колпачковую гайку;
• Подшипники запрессованы в корпус, внутренние обоймы зафиксированы кольцевой гайкой и проставочной втулкой;
• Задняя крышка 8Гру-12 не имеет опорных лап, что позволяет вращать напорный патрубок в 4 направлениях;
• Уплотнение всасывающей части настраивается перемещением корпуса заднего подшипника.

Примеры конструкций

Типовые решения:

• Насос Гру2000/63 имеет отъемный подвод в форме усеченного конуса;
• Насос Грт2000/63 включает внутренний корпус в разъемной конструкции;
• Все модели поддерживают замену бронедисков и рабочих колес без разборки основного корпуса.

Технологические особенности

Особенности эксплуатации:

• Напорный патрубок Гру800/40 может быть установлен в любом из 4 положений (вертикально/горизонтально);
• У моделей с маркировкой "т" (например, Грт4000/71) используется двухкорпусная конструкция для защиты от абразивного износа;
• Регулировка зазора уплотнения всасывающей части выполняется смещением корпуса заднего подшипника.

Заключение

Грунтовые насосы серии Гр, ЗГМ и 20Р-11 являются ключевыми элементами землесосных систем. Их конструкция адаптирована для работы с абразивными грунтами, а модификации (такие как Грт2000/63 или 20Р-11М) включают улучшенные уплотнения, износостойкие материалы и гибкие системы крепления. Выбор модели зависит от требований к подаче, напору и типу перекачиваемого материала. Современные решения, такие как полуспиральная форма отвода и регулируемые подшипники, повышают долговечность и эффективность работы.

Установка эжектора: методы монтажа и технические особенности

Эжектор — важный элемент землесосных систем, используемый для повышения эффективности всасывания грунта на глубине. В этой статье рассмотрим два основных метода его установки, компоненты и преимущества автоматизации процесса.

Основные методы установки эжектора

Монтаж эжектора выполняется двумя способами:

1. Первый метод:
   • Эжекторный патрубок соединяется с патрубком верхней части корпуса грунтонасоса;
   • Требуется монтаж пробкового крана или специального клапана на всасывающей линии эжектора;
   • Корпус грунтонасоса наполняется водой полностью, что обеспечивает герметичность.
2. Второй метод:
   • Эжектор устанавливается на всасывающем пульпопроводе;
   • Вода заполняет корпус грунтонасоса до 50% диаметра всасывающей трубы;
   • Преимущество: упрощенный запуск в работу за счет частичного наполнения.

Однако второй метод имеет недостаток: при пуске грунтонасоса возможна вибрация из-за дисбаланса вращающихся масс. Вибрация исчезает после полного наполнения корпуса водой.

Пробковый кран и его замена

В первом методе монтажа пробковый кран может засоряться песком или травой, что приводит к блокировке всасывающей линии. Для решения этой проблемы чаще применяется:

• Шариковый клапан — устройство с цилиндрическим корпусом, крышкой и присоединительными патрубками;
• Внутри клапана расположена перегородка с отверстием («седлом»), через которое перемещается полый шарик.

Шариковый клапан обеспечивает:

• Автоматическое открытие и закрытие всасывающей линии;
• Исключение попадания воздуха через отключенный эжектор при пуске грунтонасоса.

Принцип работы шарикового клапана

Конструкция и функции шарикового клапана:

• Соединение с всасывающим пульпопроводом через один патрубок;
• Второй патрубок подсоединен к всасывающей области эжектора;
• На нижнем патрубке установлена сетка, препятствующая закрытию отверстия шариком при отсасывании воздуха.

В активном режиме эжектора шарик отодвигается от седла, позволяя отсасывать воздух из пульпопровода и корпуса грунтонасоса. При увеличении разрежения в всасывающей линии (при запуске насоса) шарик плотно прижимается к седлу, блокируя поступление воздуха через эжектор.

Преимущества второго метода установки

Второй метод монтажа эжектора обладает следующими преимуществами:

• Автоматизация процесса через шариковый клапан;
• Исключение засорения всасывающей линии эжектора за счет создаваемого разрежения;
• Упрощение пусконаладки за счет частичного наполнения корпуса грунтонасоса.

Для минимизации гидравлических ударов клапан рекомендуется оснащать гидравлическим приводом, который обеспечивает плавное открытие/закрытие.

Эжекторные грунтозаборные устройства

Совмещенные эжектирующие системы применяются при разработке грунтов на глубине более 12 м, когда стандартный грунтонасос не обеспечивает достаточной всасывающей способности. Примеры:

• Кольцевой щелевой эжектор: устанавливается вместо наконечника всасывающей трубы. Вода из центробежного насоса поступает в кольцевую камеру, где основная часть образует высокоскоростную струю, а часть используется для рыхления грунта;
• Многоструйные эжекторы: с кольцевым коллектором и несколькими насадками, обеспечивают равномерное распределение нагрузки и снижают износ деталей;
• Эжектор с центральным насадком: приставляется к наконечнику всасывающей трубы. Давление воды разрушает плотные грунты, а шариковый клапан предотвращает попадание воздуха.

Технические особенности

Критически важные детали:

• Расположение насадка эжектора на 1,5–2 диаметра всасывающей трубы перед приемным отверстием наконечника;
• Использование центробежных насосов с подачей 300–1500 м³/ч и напором 60–100 м для создания ударной струи;
• Камерные камнеуловители на всасывающих пульпопроводах, которые автоматически отводят крупные включения при снижении скорости потока.

Вибрация при пуске второго метода компенсируется полным наполнением корпуса водой. Это также устраняет риск срыва вакуума из-за завала наконечника.

Автоматизация и надежность

Для повышения надежности эжекторных систем применяются:

• Электроконтактные вакуумметры, связанные с исполнительными механизмами;
• Гидравлические приводы клапанов, обеспечивающие плавность движения;
• Жалюзи для компенсации завала наконечника, которые открываются дистанционно.

Шариковый клапан исключает механическое засорение и позволяет контролировать поток через пульт управления.

Заключение

Установка эжектора требует тщательного подхода к выбору метода монтажа и компонентов. Второй метод с шариковым клапаном считается оптимальным из-за автоматизации и снижения рисков засорения. Современные эжектирующие системы, такие как многоструйные устройства и эжекторы с центральным насадком, повышают эффективность работы землесосных снарядов даже в сложных условиях. Корректный расчет плавучести и использование водонепроницаемых соединений гарантируют бесперебойную работу эжектора и грунтонасоса.

Фрезерные рыхлители: конструкция, методы работы и преимущества

Фрезерные рыхлители — ключевые элементы землесосных снарядов, используемые для разработки связных, плотных и налипающих грунтов. В этой статье рассмотрим их принципы работы, типы конструкций и инновационные решения, разработанные ведущими институтами.

Методы разработки забоев

Разработка забоев фрезерными рыхлителями осуществляется двумя способами:

1. Подбойной метод (в 2 этапа):
   • Сначала подрезают подошву забоя с помощью ножей фрезы;
   • Нарезанный грунт попадает в область всасывания наконечника;
   • После подрезки верхний слой обрушивается и смешивается с грунтом с подошвы.
2. Послойный метод:
   • Используется для связных грунтов;
   • Фреза устанавливается на раме с электродвигателем, редуктором и подшипниками;
   • Всасывающая труба расположена в нижней части рамы, а фреза — в носовой.

Конструктивные требования к фрезам

Фрезы должны отвечать следующим критериям:

• Рыхление грунта для эффективного всасывания;
• Минимизация потерь грунта при транспортировке;
• Проходные размеры включений не превышают диаметр шара рабочего колеса насоса;
• Высокая прочность и износостойкость.

Фрезы делятся на 2 основные группы:

1. Открытые фрезы: состоят из ножей, соединенных спицами с ступицей, и тыльного кольца для жесткости;
2. Закрытые фрезы: отсутствуют спицы, ножи крепятся напрямую к ступице и тыльному кольцу.

Типы фрез и их особенности

Открытые фрезы:

• Фрезы с прямыми ножами: простые в производстве, эффективны для связных, но неналипающих грунтов;
• Фрезы с волнообразными ножами (например, «Моонзунд»): 5 узких волнообразных ножей снижают усилие резания и залипание грунта;
• Отвально-режущие фрезы КПИ: ножи из твердого сплава, отсутствие спиц, угол установки 50–52° для подачи грунта к наконечнику.

Закрытые фрезы:

• Пример: фреза «Митра» для плотных грунтов, супесей и суглинков;
• Ножи крепятся напрямую к ступице и тыльному кольцу, что повышает жесткость.

Инновационные решения

Современные фрезы разработаны ведущими институтами:

• Фреза СибЦНИИС:
  • Включает опорное кольцо, ступицу и 4–5 ножей с отвально-режущими поверхностями;
  • Ножи образуют конические поверхности с углом конусности 10°;
  • Угол установки ножей 45° относительно тыльного кольца направляет грунт в зону всасывания;
  • Сварная конструкция из стали обеспечивает прочность и автоматическую очистку ножей.
• Фреза Калининского политехнического института (КПИ):
  • Диаметр максимальный в передней части;
  • Ножи из твердого сплава (до 50 мм в толщину) для снижения износа;
  • Отсутствие спиц и смыкание ножей в передней зоне исключает залипание при работе с налипающими грунтами;
  • Идеальны для грунтов с растительными включениями.
• Плужная фреза КПИ:
  • Отсутствие тыльного диска для минимизации сопротивления и заклинивания корней;
  • Ножи усилены в головной части для повышения прочности;
  • Пригодны для работы с грунтами, засоренными растительными остатками.

Принцип работы и конструкция

Конструкция фрезерного рыхлителя включает:

• Раму с электродвигателем, редуктором (часто 2-ступенчатым цилиндрическим) и подшипниками;
• Головной вал с насаженной фрезой через шпонку;
• Блоки для крепления папильонажных тросов;
• Сальниковый компенсатор для компенсации смещений всасывающей трубы.

Рама соединена с корпусом землесосного снаряда шарнирно и подвешена к стреле подвески через полиспаст. Это позволяет регулировать глубину резания и угол наклона.

Технические особенности

Ключевые детали:

• Ножи фрезы устанавливаются под углом 45–52° для направления грунта в зону всасывания;
• Тыльное кольцо обеспечивает жесткость конструкции;
• Отвальные ножи КПИ выполнены из твердого сплава, что увеличивает срок службы;
• Фрезы СибЦНИИС имеют спиральную траекторию нарезания, улучшающую подачу грунта.

Преимущества современных фрез

Современные фрезерные рыхлители обладают следующими преимуществами:

• Нет залипания и заклинивания при работе с связными грунтами;
• Автоматическая очистка ножей за счет сгибания стружки;
• Износостойкие ножи из твердого сплава (например, в фрезах КПИ);
• Спиральная подача грунта (у фрез СибЦНИИС) минимизирует потери при всасывании;
• Угол установки ножей (50–52°) повышает эффективность резания.

Недостатки и решения

Основной недостаток фрезерных рыхлителей:

• Одностороннее направление вращения: эффективное резание только при движении вниз (снизу вверх). В обратном направлении фреза может скользить по подошве забоя.

Для решения этой проблемы:

• Увеличивают массу рамы рыхлителя;
• Используют ножи с отвальной формой для устойчивости;
• Размещают наконечник всасывающей трубы ближе к зоне резания (как в фрезах КПИ).

Применение в землесосных снарядах

Фрезы применяются в следующих условиях:

• Разработка плотных грунтов (супеси, суглинки) с помощью закрытых фрез;
• Работа с налипающими грунтами — фрезы «Моонзунд» и КПИ;
• Забои с растительными включениями — плужные фрезы КПИ;
• Глубокая разработка (до 12 м) — комбинация с погружными насосами.

Погружные насосы (например, 20Р-11) устанавливаются на раму рыхлителя, создавая двухступенчатую систему: первая ступень — подача пульпы высокой концентрации, вторая — основной насос корпуса.

Технические характеристики

Критически важные параметры:

• Диаметр фрезы: у КПИ — максимум в передней части, у СибЦНИИС — посередине;
• Угол установки ножей: до 52° для подачи грунта к приемнику;
• Редукторы с горизонтальным разъемом для снижения скорости вращения фрезы;
• Всасывающая труба с наконечником, входящим в полость фрезы.

Примеры конструкций

Популярные типы фрез:

• «Моонзунд»: 5 узких волнообразных ножей для рыхления плотных грунтов;
• «Митра»: закрытая конструкция с ножами без спиц для работы с супесью;
• СибЦНИИС: спиральная подача грунта, сварная конструкция из стали;
• Фрезы КПИ: ножи из твердого сплава, угол 50–52°, оптимизированная форма для подавления залипания.

Технологические особенности

Особенности эксплуатации:

• Рама рыхлителя соединена с корпусом через шарниры и полиспастную лебедку;
• Редукторы снижают скорость вращения фрезы для стабильности;
• Наконечник всасывающей трубы расположен в полости фрезы для прямого поглощения рыхленного грунта;
• Плужные фрезы КПИ исключают заклинивание корнями растений.

Автоматизация и надежность

Современные решения:

• Использование цилиндрических редукторов с горизонтальным разъемом для простоты обслуживания;
• Сварные соединения вместо болтовых для повышения прочности;
• Центробежные насосы с подачей 300–1500 м³/ч для рыхления грунта водяными струями;
• Гидравлические приводы для плавного управления жалюзи и патрубками.

Пример: фреза «Моонзунд» с волнообразными ножами снижает усилие резания за счет распределения нагрузки по длине лезвия.

Заключение

Фрезерные рыхлители обеспечивают эффективную разработку даже самых плотных и налипающих грунтов. Конструктивные решения, такие как спиральная подача грунта (СибЦНИИС) или ножи из твердого сплава (КПИ), повышают долговечность и продуктивность. Однако их одностороннее направление вращения требует тщательного планирования траектории движения. Современные разработки продолжают улучшать эти устройства, делая их незаменимыми в строительстве и реконструкции водоемов.

Фрезерные рыхлители: конструкция, методы работы и преимущества

Фрезерные рыхлители — ключевые элементы землесосных снарядов, используемые для разработки связных, плотных и налипающих грунтов. В этой статье рассмотрим их принципы работы, типы конструкций и инновационные решения, разработанные ведущими институтами.

Методы разработки забоев

Разработка забоев фрезерными рыхлителями осуществляется двумя способами:

1. Подбойной метод (в 2 этапа):
   • Сначала подрезают подошву забоя с помощью ножей фрезы;
   • Нарезанный грунт попадает в область всасывания наконечника;
   • После подрезки верхний слой обрушивается и смешивается с грунтом с подошвы.
2. Послойный метод:
   • Используется для связных грунтов;
   • Фреза устанавливается на раме с электродвигателем, редуктором и подшипниками;
   • Всасывающая труба расположена в нижней части рамы, а фреза — в носовой.

Конструктивные требования к фрезам

Фрезы должны отвечать следующим критериям:

• Рыхление грунта для эффективного всасывания;
• Минимизация потерь грунта при транспортировке;
• Проходные размеры включений не превышают диаметр шара рабочего колеса насоса;
• Высокая прочность и износостойкость.

Фрезы делятся на 2 основные группы:

1. Открытые фрезы: состоят из ножей, соединенных спицами с ступицей, и тыльного кольца для жесткости;
2. Закрытые фрезы: отсутствуют спицы, ножи крепятся напрямую к ступице и тыльному кольцу.

Типы фрез и их особенности

Открытые фрезы:

• Фрезы с прямыми ножами: простые в производстве, эффективны для связных, но неналипающих грунтов;
• Фрезы с волнообразными ножами (например, «Моонзунд»): 5 узких волнообразных ножей снижают усилие резания и залипание грунта;
• Отвально-режущие фрезы КПИ: ножи из твердого сплава, отсутствие спиц, угол установки 50–52° для подачи грунта к наконечнику.

Закрытые фрезы:

• Пример: фреза «Митра» для плотных грунтов, супесей и суглинков;
• Ножи крепятся напрямую к ступице и тыльному кольцу, что повышает жесткость.

Инновационные решения

Современные фрезы разработаны ведущими институтами:

• Фреза СибЦНИИС:
  • Включает опорное кольцо, ступицу и 4–5 ножей с отвально-режущими поверхностями;
  • Ножи образуют конические поверхности с углом конусности 10°;
  • Угол установки ножей 45° относительно тыльного кольца направляет грунт в зону всасывания;
  • Сварная конструкция из стали обеспечивает прочность и автоматическую очистку ножей.
• Фреза Калининского политехнического института (КПИ):
  • Диаметр максимальный в передней части;
  • Ножи из твердого сплава (до 50 мм в толщину) для снижения износа;
  • Отсутствие спиц и смыкание ножей в передней зоне исключает залипание при работе с налипающими грунтами;
  • Идеальны для грунтов с растительными включениями.
• Плужная фреза КПИ:
  • Отсутствие тыльного диска для минимизации сопротивления и заклинивания корней;
  • Ножи усилены в головной части для повышения прочности;
  • Пригодны для работы с грунтами, засоренными растительными остатками.

Принцип работы и конструкция

Конструкция фрезерного рыхлителя включает:

• Раму с электродвигателем, редуктором (часто 2-ступенчатым цилиндрическим) и подшипниками;
• Головной вал с насаженной фрезой через шпонку;
• Блоки для крепления папильонажных тросов;
• Сальниковый компенсатор для компенсации смещений всасывающей трубы.

Рама соединена с корпусом землесосного снаряда шарнирно и подвешена к стреле подвески через полиспаст. Это позволяет регулировать глубину резания и угол наклона.

Технические особенности

Ключевые детали:

• Ножи фрезы устанавливаются под углом 45–52° для направления грунта в зону всасывания;
• Тыльное кольцо обеспечивает жесткость конструкции;
• Отвальные ножи КПИ выполнены из твердого сплава, что увеличивает срок службы;
• Фрезы СибЦНИИС имеют спиральную траекторию нарезания, улучшающую подачу грунта.

Преимущества современных фрез

Современные фрезерные рыхлители обладают следующими преимуществами:

• Нет залипания и заклинивания при работе с связными грунтами;
• Автоматическая очистка ножей за счет сгибания стружки;
• Износостойкие ножи из твердого сплава (например, в фрезах КПИ);
• Спиральная подача грунта (у фрез СибЦНИИС) минимизирует потери при всасывании;
• Угол установки ножей (50–52°) повышает эффективность резания.

Недостатки и решения

Основной недостаток фрезерных рыхлителей:

• Одностороннее направление вращения: эффективное резание только при движении вниз (снизу вверх). В обратном направлении фреза может скользить по подошве забоя.

Для решения этой проблемы:

• Увеличивают массу рамы рыхлителя;
• Используют ножи с отвальной формой для устойчивости;
• Размещают наконечник всасывающей трубы ближе к зоне резания (как в фрезах КПИ).

Применение в землесосных снарядах

Фрезы применяются в следующих условиях:

• Разработка плотных грунтов (супеси, суглинки) с помощью закрытых фрез;
• Работа с налипающими грунтами — фрезы «Моонзунд» и КПИ;
• Забои с растительными включениями — плужные фрезы КПИ;
• Глубокая разработка (до 12 м) — комбинация с погружными насосами.

Погружные насосы (например, 20Р-11) устанавливаются на раму рыхлителя, создавая двухступенчатую систему: первая ступень — подача пульпы высокой концентрации, вторая — основной насос корпуса.

Технические характеристики

Критически важные параметры:

• Диаметр фрезы: у КПИ — максимум в передней части, у СибЦНИИС — посередине;
• Угол установки ножей: до 52° для подачи грунта к приемнику;
• Редукторы с горизонтальным разъемом для снижения скорости вращения фрезы;
• Всасывающая труба с наконечником, входящим в полость фрезы.

Примеры конструкций

Популярные типы фрез:

• «Моонзунд»: 5 узких волнообразных ножей для рыхления плотных грунтов;
• «Митра»: закрытая конструкция с ножами без спиц для работы с супесью;
• СибЦНИИС: спиральная подача грунта, сварная конструкция из стали;
• Фрезы КПИ: ножи из твердого сплава, угол 50–52°, оптимизированная форма для подавления залипания.

Технологические особенности

Особенности эксплуатации:

• Рама рыхлителя соединена с корпусом через шарниры и полиспастную лебедку;
• Редукторы снижают скорость вращения фрезы для стабильности;
• Наконечник всасывающей трубы расположен в полости фрезы для прямого поглощения рыхленного грунта;
• Плужные фрезы КПИ исключают заклинивание корнями растений.

Автоматизация и надежность

Современные решения:

• Использование цилиндрических редукторов с горизонтальным разъемом для простоты обслуживания;
• Сварные соединения вместо болтовых для повышения прочности;
• Центробежные насосы с подачей 300–1500 м³/ч для рыхления грунта водяными струями;
• Гидравлические приводы для плавного управления жалюзи и патрубками.

Пример: фреза «Моонзунд» с волнообразными ножами снижает усилие резания за счет распределения нагрузки по длине лезвия.

Заключение

Фрезерные рыхлители обеспечивают эффективную разработку даже самых плотных и налипающих грунтов. Конструктивные решения, такие как спиральная подача грунта (СибЦНИИС) или ножи из твердого сплава (КПИ), повышают долговечность и продуктивность. Однако их одностороннее направление вращения требует тщательного планирования траектории движения. Современные разработки продолжают улучшать эти устройства, делая их незаменимыми в строительстве и реконструкции водоемов.

Датчики землесосных снарядов: типы, принципы работы и применение

Датчики — основные элементы автоматизации и контроля процессов в землесосных системах. Они преобразуют физические параметры в электрические сигналы для измерения, сигнализации и управления. В этой статье рассмотрим типы датчиков, их конструкцию и роль в обеспечении надежности работы оборудования.

Термометры сопротивления и термосигнализаторы

Термометр сопротивления состоит из:

• Измерительного элемента (проволочного резистора), помещенного в контролируемую среду;
• Электрического контрольного прибора, подсоединеного к источнику постоянного напряжения.

Принцип работы: при повышении температуры сопротивление резистора увеличивается, что изменяет силу тока в цепи. Метод используется для контроля температуры обмоток электродвигателей.

Термосигнализаторы (например, ТС-100 и ТС-200) включают:

• Баллон с газом;
• Манометрический прибор;
• Гибкую трубку для соединения элементов.

При изменении температуры давление в системе меняется, что фиксируется манометром. Два контрольных контакта настраивают предельные значения: если температура превышает норму, контакты замыкаются, посылая сигнал. Устройства применяются для контроля температуры подшипников крупных двигателей.

Датчики давления

Электроконтактные манометры (типа ЭКМ и ЭКВ) работают по принципу деформации манометрической пружины:

• Указательная стрелка показывает текущее давление;
• Контрольные стрелки с переставляемыми контактами настраиваются на предельные значения;
• При превышении давления контакты замыкаются, срабатывая на сигнал.

Применение: контроль давления на землесосных снарядах и насосных станциях (диапазон измерения от 0,1 до 100 МПа).

Индукционные датчики давления включают:

• Манометрическую пружину с ферромагнитным якорем;
• Электромагнитную систему с неподвижной катушкой;
• Ротор с определенной структурой для изменения магнитного потокосцепления.

Изменение давления приводит к перемещению якоря, что нарушает равновесие ЭДС в обмотках и формирует сигнал для системы управления.

Датчики перемещения (положения)

Конечные выключатели используются для сигнализации о крайних позициях движущихся частей:

• Содержат группы неподвижных контактов и ходовой рычаг;
• Подвижная часть механизма давит на рычаг, что ведет к замыканию/размыканию цепи;
• Применяются для контроля положения рам грунтозаборных устройств.

Путевые выключатели фиксируют промежуточные позиции в процессе движения. Они содержат несколько контактных групп для точной настройки.

Сельсин (синхронный датчик) измеряет угловое или линейное перемещение:

• Конструкция: статор с двумя обмотками (возбуждения и синхронизации), ротор;
• Бесконтактные модели: обмотки неподвижны, а ротор изменяет магнитное потокосцепление;
• Система сельсинной связи: датчик и приемник связаны через обмотки. Поворот ротора датчика передается на приемник через уравнительный ток.

Пример применения: сельсин фиксируется на раме всасывающего устройства. Маятниковый груз обеспечивает стабильность измерения угла погружения, что отображается на шкале приемника.

Датчики усилий в тросах

Для контроля натяжения и ослабления тросов используют:

• Механические датчики натяжения:
  • Трос пропускается через ролик, опирающийся на пружины;
  • При избыточном натяжении ролик перемещается и воздействует на рычаг конечного выключателя, отключая привод лебедки.
• Датчики ослабления:
  • Базируются на провисании троса, которое активирует рычаг выключателя;
  • Используются для предотвращения обрыва тросов при буксировке.
• Электрические системы предельного момента:
  • Реле отключает двигатель при превышении тока, соответствующего избыточному натяжению троса;
  • Применяются в системах управления лебедками.

Датчики консистенции (плотности) гидросмеси

Консистометры контролируют плотность пульпы:

• Базируются на зависимости перепада давления в наклонной трубе от плотности жидкости;
• Дифференциальный манометр измеряет разницу давления при высоте перепада Н;
• Калибровка шкалы на показаниях плотности гидросмеси.

Критически важный показатель: консистенция влияет на производительность грунтонасосов и землесосных снарядов.

Датчики уровня воды и водотечности

Датчик уровня воды:

• Использует поплавок, воздействующий на сельсин или конечный выключатель;
• При движении поплавка стрелка сельсина-приемника отображает уровень на шкале.

Датчик водотечности:

• Состоит из параллельных электродов в цепи сигнализации;
• При попадании воды между электродами замыкается цепь, посылая сигнал тревоги;
• Применяется для контроля герметичности корпусов землесосных снарядов и насосных установок.

Принципы работы и конструктивные особенности

Технические детали:

• Термосигнализаторы ТС-100/ТС-200 имеют шкалу до 100/200°C;
• Электроконтактные манометры ЭКМ/ЭКВ обеспечивают измерение давления и вакуума;
• Сельсин-приемник с механической передачей преобразует угловые перемещения в линейные;
• Датчики натяжения троса с роликами и пружинами предотвращают перегрузки;
• Консистометры калибруются на основе гидравлических законов для точной оценки плотности пульпы.

Примеры применения

Типовые случаи использования:

• Термометры сопротивления контролируют температуру обмоток электродвигателей;
• Электроконтактные манометры отслеживают давление в гидравлических системах;
• Сельсины измеряют угол погружения всасывающего устройства;
• Датчики натяжения защищают тросы лебедок от обрыва;
• Консистометры определяют плотность пульпы для коррекции режимов работы насосов;
• Датчики водотечности сигнализируют о пробоях в корпусе.

Технологические особенности

Критически важные моменты:

• Термосигнализаторы ТС-100/ТС-200 обеспечивают визуальную и электрическую сигнализацию;
• Сельсинная система требует механических передач для преобразования линейного перемещения в угловое;
• Электрические системы предельного момента используют реле, реагирующее на ток двигателя;
• Датчики консистенции калибруются под конкретные условия работы (например, на наклонных трубопроводах);
• Поплавковые датчики уровня воды просты в установке, но требуют защиты от механических повреждений.

Автоматизация и надежность

Современные решения:

• Системы сельсинной связи для точного определения глубины погружения;
• Бесконтактные сельсины с неподвижными обмотками для минимизации износа;
• Консистометры с дифференциальными манометрами для анализа плотности пульпы;
• Реле натяжения троса с автоматическим отключением привода.

Датчики водотечности с электродами обеспечивают мгновенную реакцию на утечки воды в критических зонах.

Заключение

Датчики землесосных снарядов играют ключевую роль в обеспечении безопасности и эффективности работы. Термосигнализаторы, сельсины и консистометры позволяют контролировать температуру, положение оборудования и плотность пульпы. Датчики натяжения тросов и водотечности предотвращают аварии и износ деталей. Современные конструкции, такие как бесконтактные сельсины и электронные системы контроля, повышают точность управления и снижают риск технологических сбоев.