Masini de Constructii

7. MAŞINI DE SĂPAT, NIVELAT, TRANSPORTAT – BULDOZERE

Buldozerele sunt maşini de săpat şi transportat, care au ca organ de lucru o lamă montată în partea din faţă a maşinii. Săparea se realizează prin deplasarea maşinii. Lama se înfige în pământ sub acţiunea forţei din cilindrii hidraulici de manevrare a echipamentului şi a greutăţii acestuia. Pământul săpat prin deplasarea maşinii se aglomerează în faţa lamei, formând o prismă de pământ. Buldozerele se utilizează la executarea lucrărilor de terasamente pentru drumuri, căi ferate, la pregătirea terenului pentru lucrări de construcţii, la nivelarea terenurilor, la umplerea gropilor, astuparea şanţurilor, curăţarea zăpezii şi alte lucrări. Clasificarea buldozerelor: -după mecanismul de deplasare: a) buldozere pe şenile, caracterizate prin forţă de aderenţă mai mare, presiune mai mică pe teren şi stabilitate mai bună; b) buldozere pe pneuri cu şasiu rigid sau şasiu articulat, caracterizate prin viteze de deplasare mai mari -după transmisia mecanismului de deplasare: a) buldozere cu transmisie hidromecanică; b) buldozere cu transmisie hidrostatică; c) buldozere cu transmisie mecanică. -după construcţia echipamentului de lucru: a) buldozere cu lamă fixă; b) buldozere cu lamă orientabilă. -după construcţia mecanismului de manevrare a echipamentului: a) buldozere cu cilindri fixaţi pe capota motorului; b) buldozere cu cilindri fixaţi pe cadrul şenilelor; c) buldozere cu cilindri fixaţi lateral. Principalii parametri ai buldozerelor sunt: -masa maşinii; -forţa de tracţiune maximă; -lungimea, înălţimea şi profilul lamei; -volumul prismei de pământ din faţa lamei; -înălţimea maximă de ridicare a lamei; -adâncimea maximă de săpare; -domeniul vitezelor de deplasare; -dimensiuni de gabarit.

Construcţia şi funcţionarea buldozerelor În figurile 7.1 – 7.3 se dau mai multe scheme constructive pentru buldozere. Schema din figura 7.1 are avantajul că modificările maşinii de bază faţă de un tractor pe şenile de serie sunt minime, dar determină forţe mari în cilindrii hidraulici - comparativ cu schemele din figurile 7.2 şi 7.3, şi de aceea această soluţie nu se poate utiliza decât la buldozere de mică capacitate. Schema din figura 7.2 are avantajul că asigură înălţimi mari de ridicare a lamei cu cilindri hidraulici de lungime mică, dar se îngreunează accesul la motorul diesel pentru lucrări de mentenanţă. De aceea, la majoritatea buldozerelor, cilindrii hidraulici se fixează pe capota motorului, care trebuie întărită corespunzător - comparativ cu tractoarele pe şenile de serie.

Fig.7.1.Buldozer pe şenile de putere mică cu cilindrii hidraulici fixaţi pe cadrul şenilelor 1 – maşina de bază; 2 – lamă; 3 – cadru; 4 – articulatia cadrului la maşina de bază; 5 – cilindrii hidraulici pentru manevrarea echipamentului; 6 – tije reglabile; 7 – urechi fixate pe cadrul şenilelor.

Fig.7.2. Buldozer pe şenile cu cilindrii hidraulici montaţi lateral 1 – maşina de bază; 2 – lamă; 3 – cadru; 4 – articulatia cadrului la maşina de bază; 5 – cilindrii hidraulici pentru manevrarea echipamentului; 6 – tije reglabile; 7 – urechi fixate pe cadrul şenilelor; 8 – pârghii; 9 – tije.

Fig.7.3. Buldozer cu lamă orientabilă cu cilindrii hidraulici montaţi pe capota motorului. a) vedere de ansamblu; b) vedere de sus a echipamentului. 1 – maşina de bază; 2 – lamă; 3 – cadru; 4 – cilindri hidraulici; 5,6 – tije articulate; 7 – articulaţia cadrului la maşina de bază; 8 – urechi pentru fixarea tijelor articulate la cadru; 9 – urechi pentru fixarea cilindrilor hidraulici la cadru; 10 – articulaţie sferică; 11 – bolţuri

Buldozerele pot fi dotate cu lamă fixă ca în figurile 7.1 şi 7.2 sau cu lamă orientabilă. În schema din figura 7.3 se prezintă un buldozer cu lamă orientabilă cu cadru în formă de U, la care schimbarea poziţiei lamei în plan orizontal se realizează prin demontarea bolţurilor 11 de fixare a tijelor 5 şi 6 la cadrul 3, rotirea lamei in jurul articulaţiei 10 şi montarea bolţurilor în alte urechi. Se obţin trei poziţii ale lamei în plan orizontal; în poziţia în care lama este perpendiculară pe direcţia de deplasare pământul săpat poate fi transportat pe distanţe mici (de la câţiva metri până la câteva zeci de metri), iar dacă lama este rotită spre stânga sau spre dreapta, pământul săpat este deplasat lateral.

Fig.7.4. Buldozer –cote principale În figura 7.4 se indică cotele principale pentru un buldozer, dintre care se menţionează: înălţimea lamei A, lungimea lamei B, înălţimea maximă de ridicare a lamei H, adâncimea maximă de săpare K, unghiul de înclinare a lamei în plan orizontal Y (unghiul de atac), înclinarea lamei în plan vertical T. Alţi parametrii tehnici: puterea motorului (kW); masa proprie (kg); presiunea exercitatǎ de şenile asupra solului (N/cm2); viteza de lucru şi viteza de deplasare (km/h).

Fig.7.5. Buldozer –manevrarea lamei cu cilindri hidraulici

Există şi buldozere la care manevrarea lamei în plan orizontal, precum şi înclinarea în plan vertical se realizează cu ajutorul unor cilindri hidraulici (fig.7.5). La un astfel de buldozer schimbarea poziţiei lamei se poate realiza foarte uşor, din cabină, fără a fi necesare operaţii suplimentare ca la buldozerul cu lamă orientabilă din figura 7.6. Buldozerul din figura 7.6 are mecanism de manevrare a echipamentului cu cilindri hidraulici, pârghii şi tije ca în schema din figura 7.2 şi echipament cu lamă orientabilă conform schemei din figura 7.3.

Fig.7.6. Buldozer- mecanism cu cilindrii hidraulici

Fig.7.7. Buldozer cu lamǎ orientabilǎ Pentru protejarea roţilor motoare firma Caterpillar foloseşte soluţia din figura 7.7, cu ridicarea roţilor motoare mult deasupra nivelului terenului. În aceeaşi figură se observă: -supraînălţarea lamei pentru creşterea volumului prismei de pământ;

-înlocuirea unei bare de rigidizare cu un cilindru hidraulic în vederea înclinării lamei în plan vertical cu ajutorul acestui cilindru; - fixarea cilindrilor hidraulici la capota motorului printr-o articulaţie dublă.

Fig.7.8. Scheme pentru echipamentul de scarificator a). Scarificatorul simplu; b) Scarificatorul cu mecanism paralelogram 1 – maşina de bază; 2 – suport de fixare la maşina de bază; 3 – cadru; 4 – traversă; 5 – dinţi; 6 – cilindri hidraulici pentru manevrarea echipamentului ; 7 - cilindri hidraulici pentru reglarea unghiului de scarificare.

În mod frecvent buldozerele sunt prevazute şi cu un echipament de scarificator amplasat în partea din spate a maşinii. În figura 7.8 se prezintă scheme pentru două variante de scarificator: scarificatorul simplu şi scarificatorul cu mecanism paralelogram, care are avantajul că asigură menţinerea constantă a unghiului de scarificare la diferite adâncimi de scarificare. În figura 7.9 se prezintă un scarificator cu un dinte, cu mecanism de manevrare tip paralelogram, cu două perechi de cilindri hidraulici: o pereche pentru deplasarea dintelui pe verticală cu menţinerea constantă a unghiului de scarificare şi o pereche pentru modificarea unghiului de scarificare.

Fig.7.9. Scarificator cu un dinte Se observă şi aici cilindrul hidraulic pentru înclinarea lamei în plan vertical, montat între lamă şi grinda cadrului.

Fig.7.10. Scarificator –cilindrul hidraulic pt. înclinarea organului de lucru

În figura 7.10 se prezintǎ un echipament de scarificator cu mai mulţi dinţi (3...5) dotat tot cu mecanism de manevrare tip paralelogram, dar fără posibilitatea de reglare a unghiului de scarificare. În figura 7.11 se prezintă o variantă de transmisie hidromecanică des folosită la mecanismul de deplasare al buldozerelor. Caracteristica de tracţiune a unei astfel de transmisii se prezintǎ în figura 7.12 şi indică variaţia automată vitezei de deplasare funcţie de forţa de tracţiune pentru diferite trepte ale cutiei de viteze. La rezistenţe mari la deplasare viteza maşinii scade până la oprirea maşinii, fară a se opri însă şi motorul .

Fig.7.11. Transmisie hidromecanică pantru mecanismul de deplasare al buldozerelor

Fig.7.13.

Fig.7.12. Caracteristica de tracţiune a buldozerului cu transmisie hidrostatică-variaţia vitezei de deplasare funcţie de F de tracţiune

Caracteristica de tracţiune a buldozerului cu transmisie hidrostaticăvariaţia vitezei de deplasare în funcţie de puterea P

În ultimii ani la buldozerele pe şenile se utilizează tot mai mult transmisia hidrostatică la mecanismul de deplasare cu pompe cu debit reglabil şi motoare hidrostatice cu volum geometric reglabil, precum şi sisteme automate de reglaj, care asigură reglarea automată a vitezei de deplasare funcţie de rezistenţa la deplasare şi menţinerea motorului diesel în zona turaţiei nominale, asigurând un consum optim de combustibil şi evitând supraîncărcarea motorului. Caracteristica de tracţiune a buldozerului cu transmisie hidrostatică este indicată în figura 7.13. Schema de principiu a unui astfel de sistem se dă în figura 7.14. Se asigură simplificarea construcţiei maşinii prin eliminarea convertizorului hidraulic de cuplu şi a cutiei de viteze cu ambreiaje de fricţiune şi frâne cu discuri pentru schimbarea vitezelor în sarcină. În cazul transmisiei hidrostatice, fiecare şenilă este acţionată separat de un motor hidraulic rotativ prin transmisii mecanice (fig.7.15).

Fig.7.14. Schema de acţionare a mecanismului de deplasare

Fig.7.15. Sistemul de acţionare a unei şenile -M hidraulic rotativ + Tr. mecanicǎ

Pe lângă buldozerele pe şenile, care asigură forţe mari de tracţiune, stabilitate bună şi presiune pe teren redusă, se utilizează uneori şi buldozere pe pneuri, care se pot deplasa pe drumurile publice de la un şantier la altul şi realizează viteze de deplasare mult mai mari decât buldozerele pe şenile. În figura 7.16 se prezintă un buldozer pe pneuri cu şasiu articulat.

Fig 7.16. Buldozer pe pneuri Utilizarea electronicii şi automaticii la acţionarea buldozerelor Electronica joacă un rol important în dezvoltarea maşinilor de săpat moderne, asigurând utilizarea cu eficienţă maximă a motorului diesel şi a sistemului hidraulic. A trecut timpul în care mecanicul avea controlul complet asupra maşinii şi se accentuează tendinţa de a se realiza controlul sistemului motor diesel- instalaţie hidraulică de către microprocesor (fig.7.17).

Fig.7.17. Microprocesor de control a sistemului motor diesel- instalaţie hidraulică Microprocesorul stabileşte turaţia motorului diesel şi debitul pompelor în funcţie de condiţiile de lucru, asigurându-se creşterea productivităţii, reducerea consumului de combustibil, manevrarea lină, fără şocuri a mecanismelor, reducerea uzurii componentelor maşinii, reducerea cheltuielilor de mentenanţă şi reparaţii şi în final un cost unitar mai mic al lucrării. În funcţie de semnalele de intrare primite, microcontrolerul optimizează regimul de lucru al motorului diesel şi generează semnale de comandă pentru distribuitoarele cu comandă electrică, care reglează funcţionarea pompelor şi motoarelor hidraulice. Microcontrolerul se reglează înainte de începerea procesului de lucru, selectând un anumit mod de lucru, ca de exemplu funcţionarea în regim manual sau automat, direcţia de deplasare, creşterea sau reducerea vitezei de deplasare, efectuarea virajului. Pentru reglarea pompelor şi motoarelor hidraulice se utilizează distribuitoare electrohidraulice cu electromagneţi proporţionali, care primesc semnale de comandă de la microcontroler. La viraj motoarele hidraulice stânga şi dreapta primesc semnale de comandă diferite funcţie de raza de viraj dorită. La cerere se poate realiza şi o diagnosticare a stării tehnice a maşinii; se afişează principalii parametri şi, în caz de necesitate, sistemul electronic avertizează mecanicul asupra necesităţii efectuării unor operaţii de întreţinere, iar în caz de pericol imediat realizează oprirea automată a maşinii.

Un alt exemplu de utilizare a electronicii, larg folosit în prezent, este sistemul automat de supraveghere, numit EMS (Electronic Monitoring System), care informează permanent mecanicul, prin afişare pe un ecran aflat la bord, asupra valorilor unor parametri importanţi ai maşinii (fig.7.18).

Fig.7.18. Sistemul EMS

Fig.7.19. Manete multifuncţionale joystick

Privind sistemul de comandă al echipamentului de lucru se menţionează următoarele perfecţionări: -posibilitatea de control a vitezei mecanismului comandat în funcţie de poziţia manetei de comandă a distribuitorului hidraulic, utilizând sistemul de reglare automată denumit “load sensing”, care asigură variaţia liniară a debitului pompei cu deplasarea sertarului distribuitorului la un randament acceptabil al sistemului; -posibilitatea de control a deplasării organului acţionat, utilizând un sistem cu control proporţional de presiune, denumit PPC (Proportional Presure Control), care asigură o mişcare a cilindrului hidraulic acţionat proporţională cu mişcarea manetei de comandă; -utilizarea unor manete multifuncţionale (joystick), ca în exemplul din figura 7.19, care uşurează mult munca mecanicului; - reglarea automată a poziţiei lamei la lucrări de nivelare cu ajutorul unor sisteme bazate pe laser (fig.7.20), compuse din emiţător laser rotativ 1, receptoare laser 2, care emit semnale de comandă pentru cilindrii hidraulici ai echipamentului de lucru şi care sunt montate pe tije telescopice 3, care pot fi reglate din cabină; -controlul poziţiei lamei prin radio utilizând sistemul GPS (fig.7.21)

Fig.7.21. Controlul poziţiei maşinii şi a lamei prin radio cu ajutorul sistemului GPS



Fig.7.20.Controlul automat al poziţiei lamei cu laser

Puterea motorului de acţionare:

-este corelatǎ cu masa proprie a maşinii -determinǎ forţa de tracţiune maximǎ la nivelul şenilelor, Ft

unde - φ este coeficientul de aderenţǎ şenilǎ-sol

∙

(7.1)

M –masa proprie a maşinii Fa – forţa de aderenţǎ la şenile Rezultǎ cǎ puterea în exces, fǎrǎ aderenţa necesarǎ, nu este utilǎ. Pentru ca Fa sǎ fie cât mai mare, trebuie ca atât M, cât şi φ sǎ fie mari  din acest motiv, plǎcile şenilelor au nervuri transversale proeminente.

Fig. 7.22. Forţele care acţioneazǎ asupra buldozerului în timpul lucrului. În timpul sǎpǎrii, terenul opune o rezistenţǎ, materializatǎ prin reacţiunea R –de mǎrime şi direcţie necunoscutǎ, dar care se poate descompune în douǎ componente: N- normalǎ – care se opune înfigerii lamei în pǎmânt, fiind compensatǎ prin acţiunea cilindrilor de apǎsare şi a greutǎţii proprii a echipamentului; T- tangenţialǎ – învinsǎ de forţa de tracţiune a şenilelor, fiind la limitǎ egale: ≤

=

−

(7.2)

−

∙

(7.3)

unde W este rezistenţa la rulare; Gb - greutatea buldozerului, w –coeficientul de rezistenţǎ la rulare Componenta N este şi ea limitatǎ (tinde sǎ rǎstoarne buldozerul în raport cu axa care înţeapǎ planul în punctul R marcat pe desen) şi rezultǎ din ec. de echilibru a echipamentului faţǎ de pct. R: ∙

≤

∙

(7.4)

unde Gech - greutatea echipamentului de lucru; Gt - greutatea tractorului; Ln, Le, Lt – distanţele suporturile forţelor la punctul de rǎsturnare (R). Cunoscǎnd valoarea forţei N, din condiţia de echilibru a echipamentului de lucru faţǎ de punctul de rǎsturnare R, rezultǎ efortul maxim S care trebuie dezvoltat de cilindrii de apǎsare: ∑

= 0:

∙

=

∙

−

∙

−

∙ℎ

(7.5)

Unde lS, lN, le – distantele forţelor la articulaţia O a cadrului de împingere. Forţa de tracţiune în timpul lucrului este mai micǎ decât cea impusǎ prin relaţia (7.1), deoarece încǎrcarea aderentǎ se diminueazǎ datoritǎ acţiunii forţei N:

≤

∙

−

(7.6)

În concluzie, masa proprie a maşinii de bazǎ (tractorul), ca şi cea a echipamentului de lucru, influenţeazǎ performanţele buldozerului. Presiunea exercitatǎ de şenile pe sol nu depǎşeşte 1,2….1,3 daN/cm2. Aceastǎ valoare serveşte la alegerea dimensiunilor şenilelor. Puterea motoarelor buldozerelor variazǎ în intervalul: 45 CP (33 kW) –buldozere mici…..150-180 CP –buldozere mari, ajungând pânǎ la 700 CP la buldozere f. mari. (1 kW = 1,34 CP) Buldozerele cu sistem de deplasare pe şenile au cel puţin douǎ viteze: - o vitezǎ de lucru, mai micǎ: 4…6 km/h - o vitezǎ de deplasare : dublu ca valoare faţǎ de cea precedentǎ Productivitatea buldozerelor: se exprimǎ în -[m3/h]  la sǎpare, decopertare, repartizare - [m2/h]  la nivelare

 





 Sǎpare:

=

∙

∙

∙

(m3/h)

(7.7)

unde: VP –volumul prismei de pǎmânt din faţa lamei (vezi fig. 7.23) =

∙

în care φ este unghiul de taluz natural. Se poate considera, cu aproximaţie, cǎ: VP=0,85 LH - lamǎ neorientabilǎ VP=0,70 LH – lamǎ orientabilǎ kp- coeficient de pierdere lateral  se poate considera kp=1-0,0005dt (dt -distanţa de transport, în m) Tc=3,6 (ds/vs+dt/vt+dî/vî)

[s]

(7.8)

în care ds, dt, dî –distanţele de sǎpare, transport, întoarcere [m] vs, vt, vî – vitezele cu care sunt parcurse distanţele de sus, în km/h  Nivelare:

= 1000 ∙

∙ ∙

∙

∙

[m2/h]

(7.9)

kS – coeficient ce ţine seama de suprapunerea fâşiilor de trecere alǎturate  se considerǎ kS=0,8 pt. o suprapunere de cca 0,2L

Fig. 7.23. Prisma de pǎmânt

L

φ H

CURS 5 8. Autogredere Autogrederele sunt maşini de săpat şi transportat pe pneuri prevăzute cu o lamă cu o mare mobilitate amplasată în zona de mijloc a maşinii. Lama autogrederului poate avea următoarele mişcǎri: deplasare pe verticală, înclinare în plan vertical, rotirea lamei cu 360 grade, deplasarea laterală a lamei, deplasarea laterală a întregului echipament. Autogrederele se utilizează la construcţia drumurilor, săparea rigolelor de scurgere pe marginea drumurilor, repararea şi întreţinerea drumurilor, nivelarea platformelor, curăţarea zăpezii. Clasificarea autogrederelor -după schema roţilor: A x B x C, în care A este numărul de perechi de roţi de direcţie, B - numărul de perechi de roţi motoare, C numărul total de perechi de roţi (două perechi de roţi sau trei perechi de roţi) Autogrederele cu toate roţile de direcţie asigură rază de viraj minimă, iar autogrederele cu toate roţile motoare asigură forţă maximă de tracţiune. -după construcţia şasiului: a) autogredere cu şasiu rigid

b) autogredere cu şasiu articulat -după transmisia mecanismului de deplasare: a) autogredere cu transmisie hidromecanică; b) autogredere cu transmisie combinată (hidromecanică la roţile din spate şi hidrostatică la roţile din faţă); c) autogredere cu transmisie hidrostatică d) autogredere cu transmisie mecanică (foarte rar folosite în prezent) Construcţia şi funcţionarea autogrederelor În figura 8.1 se prezintă schema unui autogreder cu trei perechi de roţi. Echipamentul de autogreder se compune din cadrul de tracţiune 5 fixat prin articulaţia sferică 6 la cadrul principal al maşinii, lama 4, mecanismul de rotire a lamei 14, cilindri 10 de manevrare pe verticală a echipamentului, cilindru 11 de deplasare laterală a echipamentului, mecanism de deplasare laterală a lamei 17, dispozitiv pentru modificarea unghiului de săpare 16. Roţile din spate sunt montate pe balansiere 9, iar roţile de direcţie sunt prevăzute cu mecanism de direcţie comandat de la volanul din cabina de comandă. De asemenea roţile de direcţie din faţă sunt prevăzute cu un mecanism specific autogrederelor şi anume mecanismul de înclinare a roţilor în plan vertical, care are schema din figura 8.2. Acest mecanism asigură încărcarea egală a roţilor din faţă chiar pe teren cu înclinare transversală, îmbunătăţeşte stabilitatea maşinii pe direcţie transversală şi reduce rezistenţele la viraj.

Fig.8.1. Schema autogrederului a) vedere de ansamblu; b) vedere a echipamentului din spatele lamei 1 – grup acţionare cu motor diesel, transmisia mecanismului de deplasare, instalaţie hidraulică; 2 – cabina cu sistemul de comandă; 3 – cadrul principal; 4 – lama; 5 – cadrul de tractiune; 6 – articulaţie sferică; 7 – puntea faţă cu mecanism de direcţie şi mecanism de înclinare a roţilor în plan vertical; 8 – roţi spate; 9 – balansier; 10 – cilindri de manevrare pe verticală a echipamentului; 11 – cilindru pentru deplasarea laterală a echipamentului; 12 – cercul de rotire; 13 – suporţii cercului de rotire; 14 – mecanism de rotire; 15 – console montate pe cercul de rotire; 16 – mecanism pentru modificarea unghiului de săpare; 17 – cilindru pentru deplasarea laterală a lamei; 18 – ghidaje montate pe lamă;

Fig.8.2. Autogreder - mecanismul de înclinare a roţilor în plan vertical În figura 8.3 se prezintă un autogreder cu schema roţilor 1x 2 x 3, care realizează săparea şi deplasarea laterală a pământului săpat.

Fig.8.3. Autogreder - chema roţilor 1x 2 x 3

Prin deplasarea laterală a echipamentului de lucru şi deplasarea laterală a lamei se obţine poziţia de lucru pentru săparea pământului în afara părţii carosabile a drumului (fig. 8.4). Se observă şi deplasarea laterală a roţilor din faţă în raport cu roţile din spate, autogrederul fiind prevăzut cu şasiu articulat. Autogrederul cu şasiu articulat are trei posibilităţi de deplasare, care sunt indicate în figura 8.5: a) deplasare normală în linie dreaptă; b) deplasarea în curbă, când şasiul faţă este rotit în raport cu şasiul spate, fiind rotite şi roţile de direcţie pentru obţinerea razei minime de viraj; c) deplasare în linie dreaptă cu roţile faţă decalate lateral faţă de cele din spate. Deplasarea în linie dreaptă cu roţile faţă decalate lateral faţă de cele din spate e prezentată în fig. 8.6.

Fig.8.4. Autogreder - deplasarea laterală a lamei pentru săpare în afara părţii carosabile a drumului

a)

b)

c)

Fig.8.5. Autogreder cu şasiu articulat - trei posibilităţi de deplasare

Fig.8.6. Autogreder - Deplasare în linie dreaptă, roţile faţă decalate lateral faţă de cele din spate Cu ajutorul mecanismului de deplasare laterală a echipamentului se poate obţine şi poziţia lamei pentru lucrările de taluzare la drumuri în debleu cu lama mult înclinată faţă de orizontală (fig 8.7) sau chiar cu lama în poziţie verticală (fig. 8.8).

Fig.8.7. Poziţia lamei la lucrările de taluzare pt. drumuri în debleu -cu lama mult înclinată faţă de orizontală

Fig.8.8. Poziţia lamei la lucrările de taluzare pt. drumuri în debleu - lama la verticalǎ

Pentru realizarea acestor poziţii ale lamei se adoptă următoarele soluţii constructive pentru echipamentul de lucru al autogrederului (fig.8.9): -articulaţie sferică între cadrul de tracţiune şi cadrul principal; -articulaţii duble la fixarea celor trei cilindri hidraulici de manevrare a cadrului de tracţiune; aceşti cilindri se sprijină pe un suport rotitor (fig.8.10) sau pe un sistem de bare articulate (fig.8.11); -articulaţii sferice la tijele cilindrilor hidraulici;

-mecanism de deplasare laterală a lamei cu cilindru hidraulic şi cu sistem de ghidare a lamei pe consolele fixate pe cercul de rotire (fig 8.11).

Fig 8.9. Autogreder - articulaţie sferică între cadrul de tracţiune şi cadrul principal

Fig.8.10. Autogreder - articulaţii duble la fixarea celor trei cilindri, cu sprijinire pe un suport rotitor

Fig.8.11. Autogreder - articulaţii duble la fixarea celor trei cilindri, cu sprijinire pe un sistem de bare articulate În figura 8.12 se prezintă cadrul de tracţiune al autogrederului, care susţine, prin intermediul mai multor suporţi, cercul de rotire cu coroana dinţată a mecanismului de rotire, pe care se sudează consolele pe care sprijină lama. Reglarea unghiului de săpare al lamei se realizează cu un dispozitiv manual cu şurub- piuliţă (fig.8.13) sau cu ajutorul unui cilindru hidraulic (fig.8.9). Deoarece autogrederul lucrează frecvent pe teren cu înclinare transversală, puntea faţă este prevăzută în afară de mecanismul de direcţie şi cu un mecanism de înclinare a roţilor în plan vertical (fig. 8.14). Acest mecanism asigură încărcarea egală a roţilor din faţă şi pe teren cu înclinare transversală determină creşterea stabilităţii maşinii pe direcţie transversală şi reducerea rezistentelor la viraj (fig.8.15).

Fig.8.12

Fig. 8.13. Mecanism şurub-piuliţǎ pt. reglarea unghiului de înclinare a lamei

Fig.8.14. Autogreder - mecanismul de direcţie şi mecanism de înclinare a roţilor în plan vertical

De asemenea puntea faţă a autogrederului este montată articulat la cadrul principal (fig. 8.14, fig.8.15) pentru a se asigura cerinţa ca autogrederul să sprijine pe toate roţile la trecerea peste denivelările terenului. În plus pentru îndeplinirea acestei cerinţe la roţile din spate se adoptă soluţia cu balansiere.

Fig.8.15. Autogreder - montaj punte faţǎ articulatǎ la cadrul principal+ echip. scarificator La autogrederele moderne - cu toate roţile motoare, roţile din spate sunt acţionate printr-o transmisie hidromecanică cu convertizor hidraulic de cuplu, iar la roţile din faţă se utlizează o acţionare hidrostatică cu motor hidraulic rotativ (fig.8.9).

Fig. 8.16. Autogreder – dotare echipament de buldozer

Autogrederele sunt prevăzute şi cu echipamente auxiliare, ca de exemplu echipament de scarificator ( fig. 8.4, fig. 8.15) sau echipament de buldozer (fig. 8.16). Autogrederul din figura 8.16 este dotat şi cu sistem automat cu laser pentru controlul poziţiei lamei în timpul lucrului.

9. SCREPERE Definire. Domeniu de utilizare Screperele sunt maşini de săpat şi transportat pe pneuri, prevăzute cu o cupă montată între puntea faţă şi puntea spate a maşinii. Săparea şi umplerea cupei cu pământ se realizează prin deplasarea maşinii. Distanţa de transport a pământului poate ajunge până la 5 km. Se utilizează la lucrări de terasamente la drumuri, căi ferate, la nivelarea terenurilor, la executarea unor lucrări de îmbunătăţiri funciare. Clasificarea screperelor Screperele se pot clasifica după mai multe criterii: -după modul de deplasare: -screpere tractate -autoscrepere prevăzute cu mecanism propriu de deplasare -după modul de umplere a cupei:

-screpere cu oblon ( fără echipament de încărcare a cupei cu pământ), la care umplerea cupei se obţine prin intrarea forţată a brazdei de pământ în cupă -screpere cu elevator de încărcare -după modul de descărcare a cupei: -descărcare forţată -descărcare combinată -descarcare prin basculare -după numărul de punţi motoare: -autoscrepere cu o punte motoare (puntea faţă);

-autoscrepere cu ambele punţi motoare Principalii parametri ai autoscreperelor sunt: -masa maşinii – M, şi puterea motorului- P -capacitatea cupei - Q -lăţimea de tăiere - B -forţa maximă de tracţiune – Ft -domeniul vitezelor de deplasare – Vm…VM -raza minimă de viraj - Rmin -dimensiuni de gabarit – H, L, l Scheme constructive şi funcţionare În figura 9.1.a se prezintă schema unui autoscreper cu oblon cu descărcare forţată, în figura 9.1.b schema unei cupe cu oblon cu descărcare combinată, iar în figura 9.1.c schema unei cupe cu elevator de încărcare. Pentru descărcarea cupei se ridică oblonul şi se realizează golirea cupei prin deplasarea peretelui mobil din spatele cupei (descărcare forţată – fig.9.1) sau prin bascularea peretelui inferior şi a peretelui din spate (descărcare combinată). În timpul descărcării screperul se deplasează pentru a se depune pământul într-un strat cu grosime aproximativ constantă. Prin deplasarea screperului (fig.9.2) cuţitul cupei taie o brazdă de pământ care intră în cupă, în poziţia de săpare oblonul cupei fiind puţin ridicat. După umplerea cupei cu pământ se închide oblonul, se ridică cupa şi maşina se deplasează spre locul de descărcare (fig.9.3), pe o distanţă de până la 5 km. Manevrarea oblonului se poate realiza cu doi cilindri montaţi pe pereţii laterali ai cupei (fig. 9.2) sau prin intermediul unei pârghii şi a unei tije cu un cilindru hidraulic montat pe cadrul principal (fig.9.3). De asemenea şi pentru manevrarea cupei sunt variante cu cilindri care acţionează direct asupra cupei (fig. 9.2, fig.9.3), precum şi variante cu cilindri hidraulici şi sistem de bare articulate.

Fig.9.1.a. Schema unui autoscreper cu oblon cu descărcare forţată a cupei (vedere laterală şi de sus) 1- tractor monoax; 2 – suport articulat; 3 – cadrul principal; 4 – cilindri de direcţie; 5 –cupă; 6 –oblon; 7 – cilindri manevrare cupă; 8 – cilindri manevrare oblon; 9 – perete posterior mobil; 10 – cilindri de descărcare; 11 –roţi spate; 12 tampon

Fig.9.1.b.Schema cupei cu oblon cu descărcare combinată 1 – cupa; 2 – oblon basculant; 3 – perete basculant; O1 – articulaţia oblonului la cupă; O2 – articulatia peretelui basculant

Fig.9.1.c. Schema cupei cu elevator de încărcare 1 – cupa; 2 – elevator de incărcare cu lanţ şi racleţi; 3 – perete posterior mobil; 4 – perete inferior mobil

Fig. 9.2. Screper- manevrarea oblonului cu doi cilindri montaţi pe pereţii laterali

Fig. 9.3. Screper- manevrarea oblonului cu pârghie şi tije cu un cilindru hidraulic montat pe cadrul principal Virajul se realizează cu ajutorul a doi cilindri hidraulici fixaţi între suporul articulat montat pe tractorul monoax şi cadrul screperului (fig.9.3). Având în vedere că la screperele cu oblon apar rezistenţe foarte mari la sfârşitul umplerii cupei, în această fază se utilizează un tractor ajutător (buldozer), care acţionează asupra tamponului din spate cu o forţă de împingere, care se însumează cu forţa de tracţiune a autoscreperului (fig.9.5). Astfel se poate obţine şi o supraumplere a cupei fără a se mări puterea motorului şi masa maşinii.

Soluţia este economică dacă tractorul auxiliar poate deservi mai multe autoscrepere, cerinţă care se poate realiza dacă distanţa de transport este suficient de mare ( peste 1 km).

Fig. 9.4. Screper - manevrarea cupei cu cilindri hidraulici şi sistem de bare articulate.

Fig.9.5. Screper cu oblon - cu tractor ajutător (buldozer) Pentru creşterea forţei de tracţiune se utilizează autoscrepere cu doua motoare (fig.9.6), care pot realiza o umplere mai bună a cupei fără intervenţia unui tractor ajutător.

Fig. 9.6. Autoscrepere cu douǎ motoare

O reducere mare a rezistenţei la săpare se obţine la screperele cu elevator (fig.9.7), unde elevatorul de încărcare cu racleţi amplasat în faţa cupei, în locul oblonului, preia brazda de pământ şi o introduce în cupă, realizând o supraumplere a cupei fără ajutorul tractorului împingător. În figura 9.8 se indică un autoscreper cu elevator cu cupa plină în timpul virajului.

Fig. 9.7. Screper cu elevator

Fig. 9.8. Autoscreper cu elevator cu cupa plină în timpul virajului Elevatorul este format din braţ, două lanţuri pe care se fixează racleţii, mecanism de actionare cu motor hidraulic rotativ, reductor, roţi de lanţ motoare şi role de întindere a lanţului. Pentru descărcarea cupei se prevede un perete posterior mobil şi o trapă în partea inferioară a cupei, care se retrage în faza de descărcare. În figura 9.9 se prezintă schema unui screper tractat cu oblon, cu descărcare forţată şi cu mecanism de manevrare a cupei cu cilindri hidraulici şi sistem de bare articulate. Mecanismul de manevrare a oblonului este compus din cilindru hidraulic, pârghie, rolă de cablu şi un cablu cu un capăt fixat la oblon şi celălalt capăt fixat la cadrul principal. Screperele tractate au o construcţie mai simplă, sunt mai ieftine, dar productivitatea este mai redusă.

Fig. 9.9. Screper tractat cu oblon - descărcare forţată, mecanism de manevrare a cupei cu cilindri hidraulici şi sistem de bare articulate La autoscrepere se utilizează frecvent mecanisme de deplasare cu transmisie hidromecanică cu convertizor hidraulic de cuplu şi cutie de viteze cu ambreiaje multidisc, care asigură schimbarea vitezelor în sarcină. O astfel de transmisie se prezintă în figura 9.10.

Fig. 9.10. Autoscreper - mecanisme de deplasare cu transmisie hidromecanică, cu convertizor hidraulic de cuplu şi cutie de viteze cu ambreiaje multidisc

CURS 6

10. Încărcătoare cu o cupă

Introducere Încărcătorul are ca organ de lucru o cupă montată în partea din faţă a maşinii şi se utilizează în principal pentru încărcarea materialelor în vrac prin deplasarea maşinii, transportul pe distanţe mici (de la câţiva metri la câteva zeci de metri) şi descărcarea materialului în mijloace de transport sau in grămadă. Se poate utiliza şi pentru săpare în pământuri slabe, tăind brazda prin deplasarea maşinii, precum şi la lucrări de nivelare şi ridicarea unor sarcini. Încărcătorul cu o cupă lucrează după un ciclu de lucru, care cuprinde următoarele faze: -încărcarea cupei prin deplasarea maşinii spre grămada de material, apoi bascularea cupei; -ridicarea cupei pline; -deplasarea maşinii cu cupa plină pe distanţe mici; -descărcarea cupei în mijlocul de transport sau în grămadă; -deplasarea maşinii cu cupa goală până la locul de încărcare; -coborârea cupei în poziţia de încărcare. Clasificarea încărcătoarelor După tipul echipamentului de lucru încărcătoarele se clasifică astfel: -încărcătoare frontale care realizează atât încărcarea cupei, cât şi descărcarea frontal ( în partea din faţă a maşinii); -încărcătoare cu descărcare laterală, utilizat la capacităţi mici şi care realizează descărcarea cupei lateral, după rotirea echipamentului faţă de maşina de bază. După construcţia şasiului încărcătoarele se clasifică astfel: -încărcătoare cu şasiu rigid; -încărcătoare cu şasiu articulat. După sistemul de deplasare încărcătoarele se clasifică astfel: -încărcătoare pe pneuri; -încărcătoare pe şenile. După transmisia mecanismului de deplasare încărcătoarele se clasifică astfel: -încărcătoare cu transmisie hidromecanică; -încărcătoare cu transmisie hidrostatică; -încărcătoare cu transmisie mecanică (rar folosite în prezent). După construcţia mecanismului de basculare a cupei : -mecanism de basculare tip Z; -mecanism de basculare tip P (paralelogram); -mecanisme de basculare în doua trepte; -mecanism de basculare cu corecţie hidraulică a poziţiei cupei

Construcţia şi funcţionarea încărcătoarelor În figura 10.1 se prezintă schema de ansamblu a unui încărcător pe pneuri cu şasiu articulat şi mecanism de basculare tip Z, iar în figurile 10.2 -10.5 mai multe variante de mecanisme de basculare a cupei.

Fig.10.1. Schema încărcătorului pe pneuri cu şasiu articulat şi mecanism de basculare a cupei tip Z 1 – maşina de bază; 2 – braţ; 3 – cupă; 4 – cilindri pentru manevrarea braţului; 5 - cilindri pentru manevrarea cupei; 6 – pârghie; 7 – tije; 8 – cilindri de viraj; O –articulaţia braţului la maşina de bază; O 1 – articulaţia braţului la cupă; O2 – articulaţia pârghiei la braţ.

Fig.10.2.Schema mecanismului de basculare a cupei tip P

Fig.10.3. Schema mecanismului de basculare a cupei tip Z cu cilindru montat sub braţ

Fig.10.4. Scheme de mecanisme de basculare a cupei în două trepte (cu patru bare articulate) a) cu două bare fixate pe braţ; b) cu una din bare fixate la maşina de bază

Fig.10.5. Schema unui mecanism de basculare a cupei cu cilindru suplimentar pentru corecţia poziţiei cupei la ridicarea bratului Mecanismele de basculare a cupei la încărcătoare trebuie să asigure cerinţa ca la ridicarea braţului cupa să-şi păstreze poziţia faţă de orizontală fără a fi necesare corecţii ale poziţiei cupei realizate cu ajutorul mecanismului de basculare a cupei. Această cerinţă se poate realiza prin studiul cinematic al mecanismului de basculare a cupei şi alegerea corespunzătoare a lungimilor barelor articulate, precum şi a poziţiilor articulaţiilor elementelor mecanismului. O altă posibilitate este corecţia hidraulică a poziţiei cupei cu ajutorul unui cilindru suplimentar ce joacă rol de pompă la manevrarea braţului (fig.10.5) sau corecţia automată a poziţiei cupei cu ajutorul unor sisteme electrohidraulice.

Convertizor hidraulic de cuplu

Motor diesel

Cutie de viteze

Diferenţial

Arbori cardanici

Reductor planetar amplasat în janta roţii

Fig. 10.6. Transmisie hidromecanică (motor diesel-convertizor hidraulic de cuplu- cutie de vitezediferenţial- reductor planetar la janta roţii) utilizată la încărcătoare pe pneuri.

Mecanismul de deplasare este un mecanism de bază al încărcătorului, asigurând umplerea cupei prin deplasarea maşinii. Se utilizează frecvent atât transmisii hidromecanice (fig.10.6.a, fig.10.6.b), cât şi transmisii hidrostatice.

Fig.10.6.b. Transmisie hidromecanică (convertizor de cuplu şi cutie de viteze planetară cu ambreiaje multidisc) utilizată la încărcătoare pe pneuri.

În cazul transmisiei hidromecanice, pentru care se prezintǎ schema cinematică în figura 10.7, mişcarea se transmite de la motorul diesel 1 prin convertizorul hidraulic 2 şi arborele cardanic 3 la cutia de viteze 4, iar apoi prin arborele cardanic 5 la puntea faţă 6 şi prin arborii 7 şi 8 la puntea spate 9. Fiecare punte cuprinde transmisie conică, diferenţial, arbori planetari, reductoare planetare la roţi şi roţi cu pneuri.

Fig 10.7. Transmisie hidromecanicǎ (motor diesel - convertizor hidraulic- arbore cardanic - cutie de viteze cu mecanisme planetare –punte faţǎ, respectiv punte spate) În cazul transmisiei hidrostatice la mecanismul de deplasare, se folosesc frecvent următoarele variante:

Fig.10.8. Transmisie hidrostaticacu motoare hidrostatice la roţi

- varianta cu motoare hidrostatice la roţi (fig.10.8), soluţie folosită mai ales la încărcătoare de mică capacitate cu viraj prin derapare (fig.10.9); -varianta pentru încărcătoare pe şenile, cu motoare hidrostatice separate la fiecare şenilă, având schema cinematică din figura 10.10; - varianta cu pompă hidrostatică reglabilă şi motor hidrostatic reglabil, care prin intermediul cutiei de viteze şi a arborilor cardanici acţionează punţile motoare ale maşinii (fig.10.11), variantă folosită la încarcătoare pe pneuri;

Fig.10.9. Încărcătoare de mică capacitate cu viraj prin derapare - transmisie hidrostaticǎ cu motoare hidrostatice la roţi

Fig.10.10. Transmisie hidrostatica- cu motoare hidrostatice separate la fiecare şenilǎ

Fig. 10.11. Transmisie hidrostatica- cu motoare hidrostatice, cu pompă hidrostatică reglabilă şi motor hidrostatic reglabil ce acţionează punţile motoare ale maşinii

În figura 10.12 se prezintă un încărcător pe pneuri cu şasiu rigid şi cu mecanism de basculare tip P, în faza de descarcare a cupei.

Fig.10.12. Încărcător pe pneuri cu şasiu rigid, mecanism de basculare tip P - faza de descǎrcare a cupei.

Construcţia echipamentului rezultă clar din figura 10.13, în care maşina de bază are mecanism de deplasare pe şenile. Braţul este format din două grinzi rigidizate cu o traversă. Cilindrii de basculare a cupei se fixează la maşina de bază, ca şi cilindrii de manevrare a echipamentului.

Fig. 10.13. Încărcător frontal cu şasiu rigid, mecanism de deplasare pe şenile.

În figura 10.14 se prezintă un încărcător pe pneuri în faza de încărcare a cupei, în figura 10.15 un încărcător pe şenile, ce se deplasează cu cupa plină, iar în figura 10.16 un încărcător pe pneuri cu cupa ridicată înainte de descărcare în bena autobasculantei.

Fig. 10.14. Încărcător pe pneuri - faza de încărcare a cupei

Fig. 10.15. Încărcător pe şenile – deplasare cu cupa plină

Fig. 10.16. Încărcător pe pneuri cu cupa ridicată înainte de descărcare În figurile 10.14 – 10.16 mecanismul de basculare a cupei este de tip Z, format din cilindru hidraulic fixat la maşina de bază, pârghie cu articulaţie la traversa braţului şi tija articulată la cupă şi la pârghie (fig. 10.17)

Fig.10.17. Încǎrcǎtor pe şenile-mecanism de basculare tip Z În figura 10.18 se prezintă un încărcător excavator, cu mecanism de basculare a cupei în două trepte.

Fig. 10.18. Încărcător excavator - mecanism de basculare a cupei în două trepte

Pe aceeaşi maşină de bază se pot utiliza diverse cupe (cupe normale cu capacităţi diferite în funcţie de materialul încărcat, cupe multifuncţionale – fig. 10.19), precum şi alte echipamente, ca de exemplu echipament cu furcă (fig. 10.20), folosit la manipularea materialelor paletizate. În acest caz există tendinţa utilizării unor dispozitive speciale de cuplare - decuplare a organului de lucru, care permit schimbarea organului de lucru fără intervenţia special a mecanicului din cabină (fig. 10.21).

Fig. 10.19. Cupe multifuncţionale utilizate la încǎrcǎtoare

Fig. 10.20. Echipament cu furcă

Fig. 10.21. Dispozitive speciale de cuplaredecuplare a organului de lucru

În ultima perioadă se manifestă şi tendinţa extinderii încărcătoarelor cu braţ telescopic, care pot fi dotate atât cu cupă (fig. 10.22), cât mai ales cu furcă (fig. 10.23).

Fig. 10.22. Încărcător cu braţ telescopic, cu cupă

Fig.10.23. Încărcător cu braţ telescopic, cu furcǎ

PARAMETRI TEHNICI PRINCIPALI AI ÎNCĂRCĂTARELOR FRONTALE CU CUPĂ  Parametrul principal: q – capacitatea cupei, în m3. În mod curent, capacitatea cupelor încǎrcǎtoarelor variazǎ între 0,5…4 m 3. Miniîncǎrcǎtoarele au capacitǎţi mai mici, iar încǎrcǎtoarele de carierǎ sau din exploatǎri mari de agregate de carierǎ au capacitǎţî mai mari.

Fig. 10.24. Încărcător frontal cu cupă, pe şenile- parametri dimensionali Alţi parametric de naturǎ dimensionalǎ:  Înǎlţimea de descǎrcare: Hd, în m  Distanţa la roţi: D, în m  Gabaritele maxime ale utilajului: L (lungime utilaj+echipament), B (lǎţime utilaj =lungime cupǎ) şi H (înǎlţime utilǎ + echipament cu cupa ridicatǎ în poziţie maximǎ), în m  Unghiurile limitǎ de basculare a cupei, în grd.  Raza minimǎ de viraj a maşinii, R, în m În aceste condiţii, productivitatea de exploatare a încǎrcǎtoarelor cu cupǎ are expresia:

∙

∙

∙

[m3/h]

(10.1)

unde: T –durata unui ciclu complet [s] ku –coeficient de umplere a cupei [-] kt – coeficient de utilizare în timp a excavatorului [-] Coeficientl ku depinde de natura materialului preluat, putând avea valori sub- sau supraunitare. În general: ku1 (1,1..1,25) la celelalte materiale. Coeficientul kt de utilizare în timp a încǎrcǎtorului depinde de gradul de “încǎrcare” al excavatorului pe toatǎ durata ciclului T, în strânsǎ corelaţie cu cadenţa fluxului mijloacelor de transport.

Dacǎ în relaţia 10.1 se considerǎ:



kt =1 (utilizare a utilajului fǎrǎ întrerupere) atunci se obţine productivitatea tehnicǎ:

Pt=P kt 

dacǎ se considerǎ ku =1 (umplere completǎ a cupei), atunci se obţine productivitatea teoreticǎ: P=Pt ku a încǎrcǎtoarelor

CURS 7, 8 11. MAŞINI PENTRU COMPACTAREA PĂMÂNTURILOR ŞI A ÎMBRĂCĂMINŢILOR ASFALTICE Maşinile de compactat realizează creşterea densităţii materialelor granulare prin reducerea volumului golurilor existente între particule (particulele mici pătrund în golurile dintre particulele mari). Prin compactare se obţine creşterea capacitǎţii portante a stratului de material. Clasificarea maşinilor de compactat: -după materialul de compactat -compactarea pământurilor -compactarea îmbrăcăminţilor asfatice -compactarea betoanelor -compactarea gunoaielor -după construcţia organului de compactare: rulou sau placă -după metoda de compactare -compactare prin cilindrare, adică prin rostogolirea unor rulouri peste stratul de compactat Compactarea stratului se realizează prin mai multe treceri ale rulourilor peste stratul de compactat. Se utilizează la compactarea pământurilor şi a îmbrăcăminţilor asfaltice. -compactare prin batere (pentru compactarea pământurilor coezive, unde asigurǎ adâncimi de compactare mai mari) -compactare prin vibrare (pentru compactarea pământurilor slab coezive, a îmbrăcăminţilor asfaltice şi pentru compactarea betoanelor) -metode combinate (cilindrare şi vibrare, vibrare şi lovire) Clasificarea compactoarelor cu rulouri: -după tipul rulourilor utilizate a) rulouri metalice netede b) rulouri cu pneuri (pentru compactarea pământurilor coezive şi a îmbrăcăminţilor asfaltice) c) rulouri cu crampoane (pentru compactarea de adâncime la pământuri coezive; exclus la compactarea de finisare) d) rulouri mixte (rulou metalic şi pneuri )

-după sistemul de deplasare a) rulouri remorcate (tăvălugi) b) rulouri autopropulsate (cilindri compactori) -cu şasiu rigid şi rulou (rulouri) de direcţie -cu şasiu articulat -după tipul transmisiei (la rulouri autopropulsate)

-cu transmisie hidrostatică -cu transmisie hidromecanică (cu convertizor hidraulic de cuplu) -după modul de acţiune a ruloului asupra materialului a) rulouri statice b) rulouri vibratoare - cu vibraţii circulare sau dirijate -după funcţia ruloului legat de deplasarea compactorului -rulou motor -rulou nemotor -după numărul rulourilor şi amplasarea acestora -cu două rulouri şi două axe -cu trei rulouri şi două axe -cu trei rulouri şi trei axe (pentru înlăturarea ondulaţiilor) A.Compactoare cu rulouri A1. Compactoare statice În figura 11.1 se indică schema unui compactor static cu şasiu rigid cu trei rulouri pe două axe. Acelaşi tip de compactor este prezentat în figura 11.2. Ruloul din faţă este de direcţie, iar rulourile din spate sunt motoare. Compactorul poate fi prevăzut şi cu echipamente auxiliare, ca de exemplu scarificator, lamă. (fig.11.3). La fiecare rulou se montează răzuitoare pentru curăţarea acestora de pământ sau asfalt.

Fi.11.1. Compactor static cu trei rulouri pe două axe a) vedere laterală; b) schema rulourilor (vedere de sus) 1 – şasiu cu motor şi transmisie; 2 – post de comandă; 3 – rulou de direcţie; 4 – mecanism de direcţie; 5 – rulouri motoare.

Schimbarea direcţiei se realizează prin rotirea arborelui vertical al mecanismului de direcţie cu ajutorul unui cilindru hidraulic. Compactoarele statice cu rulouri metalice netede se pot utiliza atât la compactarea pământurilor necoezive şi coezive, la compactarea pietrei sparte, precum şi a îmbrăcăminţilor asfaltice. Pentru fiecare situaţie trebuie stabilit experimental numărul de treceri şi grosimea optimă a stratului de material supus compactării. Trebuie îndeplinită cerinţa de a se realiza suprapunerea zonelor compactate de ruloul din faţă şi de rulourile din spate, precum şi suprapunerea zonelor compactate pe direcţia perpendiculară pe direcţia de deplasare.

Fig.11.2. Compactor static cu trei rulouri pe două axe

Fig.11.3. Compactor cu echipament auxiliar -lamǎ

În figura 11.4 se prezintă un compactor static cu ambele rulouri motoare şi de direcţie, care are următoarele avantaje: - poate realiza o bună compactare chiar lângă bordură (fig11.5, a); - asigură raze de viraj mai mici (fig.11.5, b); -pot realiza şi “mersul de crab” cu rulourile decalate şi creşterea lăţimii de compactare (fig.11.5, c).

Fig.11.4. Compactor static cu ambele rulouri motoare şi de direcţie

Fig.11.5. Cazuri avantajoase ale utilizǎrii compactorului static cu ambele rulouri motoare şi de direcţie

A2. Compactoare cu pneuri Compactoarele cu pneuri sunt indicate la compactarea pământurilor coezive (fig.11.6), precum şi la compactarea îmbrăcăminţilor asfaltice (fig.11.7).

Fig.11.6. Compactoarele cu pneuri indicate la compactarea pământurilor coezive

Fig.11.7. Compactoarele cu pneuri indicate la compactarea îmbrăcăminţilor asfaltice

Compactarea se realizează după un număr mai mic de treceri ca la alte tipuri de rulouri. Masa maşinii poate fi mărită prin lestare (prin umplerea unor compartimente ale şasiului cu nisip sau cu apă). De asemenea maşina este prevăzută cu instalaţie pneumatică, care permite reglarea presiunii în pneuri. Schemele din figura 11.8 mai indică şi următoarele cerinţe: -suspensii independente la grupuri de două roţi pentru a permite o compactare corespunzătoare în diferite situaţii: suprafaţă plană (fig.11.8, a), suprafaţă curbă (fig.11.8, b), suprafeţe la diferite nivele (fig.11.8, d) şi cu înclinări diferite (fig.11.8, c); -decalare între roţile din faţă şi cele din spate (fig.11.8, e), astfel încât să se asigure o compactare uniformă a materialului pe întreaga lăţime de compactare; -mecanism de direcţie la roţile din faţă pentru realizarea virajului (fig.11.8, f). La compactoare pe pneuri se pune şi problema reglării corecte a presiunii în pneuri, această operaţie influenţând şi calitatea suprafeţei compactate (fig.11.9). De aceea compactoarele pe pneuri sunt dotate cu instalaţie de aer comprimat cu regulator de presiune.

Fig.11.9. Reglarea corectǎ a presiunii în pneuri la compactoarele pe pneuri Fig.11.8. Suspensii independente la grupuri de două roţi pentru o compactare corespunzătoare în diferite situaţii În figura 11.10 se prezintă un compactor pe pneuri cu patru roţi în faţă şi patru roţi in spate. Se remarcă existenţa a două posturi de comandă pentru a asigura o vizibilitate mai bună a zonei compactate în vederea realizării suprapunerii corecte a diferitelor fâşii compactate, precum şi o bună compactare în imediată apropiere a bordurilor.

Fig.11.10. Compactor pe pneuri cu patru roţi în faţă şi patru roţi in spate Varianta din figura 11.11 are o fixare rigidă a roţilor la şasiu, iar manevrarea roţilor de direcţie se face prin intermediul unui suport comun rotitor.

Fig.11.11. Compactor pe pneuri cu fixare rigidă a roţilor la şasiu, iar manevrarea roţilor de direcţie se face prin intermediul unui suport comun rotitor. În figura 11.12 se indică o variantă mai nouă cu suspensie hidraulică individuală a roţilor de direcţie, reprezentate în poziţia de realizare a virajului, iar în figura 11.13 suspensia hidraulică a roţilor din spate, care permite la nevoie decalarea acestora pe verticală.

Fig.11.12. Variantă nouă cu suspensie hidraulică individuală a roţilor de direcţie

Fig.11.13. Suspensia hidraulică a roţilor din spate ce permite decalarea acestora pe verticală

În figura 11.14 se prezintă schema bloc a mecanismului de deplasare a unui compactor pe pneuri cu transmisie hidromecanică, iar în figura 11.15 un exemplu de schemă cinematică.

Fig.11.14. Schema bloc a mecanismului de deplasare a unui compactor pe pneuri cu transmisie hidromecanică

Fig.11.15. Schema cinematică a mecanismului de deplasare la un compactor pe pneuri cu transmisie hidromecanică 1 – motor diesel; 2 – convertizor hidraulic de cuplu; 3 – cutie de viteze cu schimbarea vitezelor în sarcină ( cu ambreiaje multidisc comandate hidraulic);4 – frâna de parcare; 5 – arbore cardanic; 6- diferenţial; 7 – frâna de serviciu; 8 – transmisie finală; 9 –roţi cu pneuri motoare

A3. Compactoare cu rulouri netede vibratoare Compactoarele cu rulouri vibratoare (fig.11.16) se utilizează la compactarea pământurilor cu coeziune mică şi medie, precum şi la compactarea îmbrăcăminţilor asfaltice, situaţii în care realizează o adâncime de compactare mai mare la o greutate mai mică a maşinii comparativ cu compactarea statică.

Fig.11.16. Compactoarele cu rulouri vibratoare

Rulourile vibratoare, ca şi alte tipuri de rulouri, sunt prevăzute cu răzuitor pentru curăţare şi cu instalaţie de stropire cu apă (fig.11.17). Fiecare rulou este prevăzut cu mecanism de vibrare (fig.11.18, fig.11.18-a, fig.11.18-b) şi cu mecanism de deplasare (fig.11.19), ambele acţionate cu motoare hidrostatice rotative. Utilizând pompe cu debit reglabil se asigură variaţia vitezei de deplasare, precum şi a frecvenţei vibraţiilor. Unele tipuri permit şi variaţia amplitudinii vibraţiilor (fig.11.18-a, fig.11.18-c). De asemenea rulourile vibratoare trebuie prevăzute cu amortizoare (fig.11.19), cu scopul de a se reduce vibraţiile transmise la şasiul maşinii, precum şi la componentele montate pe acesta, inclusiv la postul de comandă . Se manifestă şi tendinţa extinderii compactoarelor cu oscilaţii dirijate a ruloului vibrator (fig.11.18d), care pot transmite stratului de compactat şi vibraţii orizontale foarte utile la compactarea de finisare a stratului de uzură la mixturi asfaltice (fig.11.18e).

Fig.11.17. Rulou vibrator prevăzut cu rǎzuitoare şi instalaţie de stropire cu apǎ

Fig.11.18. Rulou prevăzut cu mecanism de vibrare

Fig. 18, a - Rulou prevăzut cu mecanism de vibrare

Fig.11.18, b - Rulou prevăzut cu mecanism de vibrare Fig.11.18, c - Rulou cu mecanism de vibrare –variaţia amplitudinii vibraţiilor

Fig.11.18, e - Rulou cu mecanism de vibrare –vibraţii verticale, orizontale Fig.11.18, d- Oscilaţii dirijate la ruloul vibrator

Fig.11.19. Rulou vibrator prevăzut cu amortizoare

Se prezintă în continuare mai multe tipuri de compactoare cu rulouri vibratoare: a) Compactoare cu şasiu articulat cu ambele rulouri motoare şi vibratoare (tandem) (fig.11.20 şi fig.11.21). Între cele două părţi ale şasiului se realizează o articulaţie dublă, care permite atât virajul maşinii, cât şi oscilaţia în plan transversal a unui rulou pentru a asigura rezemarea completă a rulourilor pe teren cu înclinare transversală (fig.11.22).

Fig.11.20. Compactor cu şasiu articulat cu ambele rulouri motoare şi vibratoare (tandem)

Fig.11.21. Compactor cu şasiu articulat cu ambele rulouri motoare şi vibratoare (tandem)

Fig.11.22. Articulaţie dublă- permite virajul maşinii, dar şi oscilaţia în plan transversal a unui rulou pentru rezemarea completă a rulourilor pe teren cu înclinare transversală b) Compactoare cu şasiu rigid cu ambele rulouri de direcţie, variantă care se utilizează nu numai la maşini de mică capacitate (fig.11.23), care de regulă, nu au cabină, cât şi la maşini de capacitate medie (fig.11.24), care sunt prevăzute cu cabină. La compactoarele cu şasiu rigid motorul diesel şi grupul de pompe se montează sub postul de comandă, în zona de mijloc a maşinii.

Fig.11.23. Compactor cu şasiu rigid cu ambele rulouri de direcţie- maşinǎ de capacitate micǎ

Fig.11.24. Compactor cu şasiu rigid cu ambele rulouri de direcţie-maşinǎ de capacitate mare c) Compactoare tractate (fig.11.25), care sunt mai ieftine, neavând mecanism de deplasare propriu. Aceste compactoare pot utiliza mecanisme de vibrare ce realizează forţe perturbatoare mai mari, deci amplitudini mai mari ale vibraţiilor, asigurând adâncimi de compactare superioare. Aceste compactoare necesită însă un mijloc de tractare (tractor pe şenile)

Fig.11.25. Compactor tractat d) Compactoare de mică capacitate pentru spaţii înguste. Pentru reducerea gabaritului, rulourile sunt montate la distanţă mică unul de altul, comenzile sunt amplasate la capătul unei bare prevăzute cu amortizoare (fig.11.26) şi se execută de la sol de către operatorul, care se deplasează pe teren în spatele maşinii (fig.11.27). Astfel de maşini pot realiza compactarea chiar în interiorul unui şanţ (fig.11.28). În figura 11.28, a se prezintă un compactor vibrator cu un singur rulou.

Fig.11.26. Compactoare de mică capacitate pentru spaţii înguste, cu amortizoare

Fig.11.27. Operatorul se deplasează pe teren în spatele maşinii

Fig.11.28. Compactarea în interiorul unui şanţ

Fig.11.28,a- Compactor vibrator cu un singur rulou

A 4. Compactoare mixte Schema unui compactor mixt se prezintǎ în figura 11.29, iar în figura 11.30 se prezintă un astfel de utilaj. Compactoarele mixte sunt prevăzute cu rulou vibrator în faţă şi roţi motoare cu pneuri în spate, îmbinând astfel avantajele rulourilor netede şi ale pneurilor. Se utilizează cu rezultate bune atât la compactarea pământurilor slab coezive, cât şi la compactarea îmbrăcăminţilor asfaltice.

Fig.11.29.Schema unui compactor mixt cu şasiu articulate a)

vedere de ansamblu; b) articulatia şasiului (vedere de sus)

1- rulou vibrator; 2 – roţi motoare cu pneuri; 3 – semişasiu faţă; 4 – semişasiu spate cu motor diesel, instalaţie hidraulică, transmisie pentru deplasare, cabină cu sistem de comandă; 5 – articulaţia şasiului (dublă articulaţie); 6 – amortizoare; 7 – cilindri de viraj

Fig.11.30. Echipamentul unui compactor mixt De regulă compactoarele mixte au şasiu articulat, dar există şi variante cu şasiu rigid ca maşina din figura 11.31, care are un grup de patru roţi cu pneuri şi un rulou neted vibrator, cu mecanisme de direcţie şi în faţă şi în spate.

Fig.11.31. Compactor mixt cu şasiu rigid O altă variantă de compactor mixt este compactorul din figurile 11.32 şi 11.32-a, având în faţă un rulou vibrator cu crampoane (proeminenţe) şi în spate roţi motoare cu pneuri. Ruloul vibrator

poate fi şi motor ca în schema bloc din figura 11.33 în scopul creşterii forţei de tracţiune maxime. Ruloul cu crampoane se recomandă la compactarea pământurilor coezive, unde asigură creşterea adâncimii de compactare, dar nu poate fi folosit la compactarea de finisare şi nici la compactarea îmbrăcăminţilor asfaltice. Compactorul poate fi prevazut şi cu echipament de buldozer, caz în care poate efectua şi pregătirea şi nivelarea terenului înainte de compactare (fig.11.34)

Fig.11.32. Compactor mixt- în faţă un rulou vibrator cu crampoane (proeminenţe) şi în spate roţi motoare cu pneuri

Fig.11.32,a. Compactor mixt- în faţă un rulou vibrator cu crampoane (proeminenţe) şi în spate roţi motoare cu pneuri

Fig.11.33. Rulou vibrator motor - schema bloc

Fig.11.34. Compactorul prevazut şi cu echipament de buldozer

A5. Maşini pentru compactarea gunoaielor Maşinile de compactat gunoaie asigură compactarea şi nivelarea gunoaielor, precum şi acoperirea acestora cu un strat de pământ compactat. Sunt echipate cu lamă de buldozer (fig.11.35) sau cu cupa de încărcător (fig.11.36), în ambele cazuri cu o mare supraînalţare a organului de lucru. Rulourile sunt prevăzute cu proeminenţe de înălţime mare, care asigură forţa de aderenţă necesară şi creşterea adâncimii de compactare. Proeminenţele pot fi realizate ori sub forma unor plǎci sudate pe suprafaţa cilindrică a ruloului (fig.11.37), ori prin montarea pe rulou a unor inele cu dinţi (fig.11.38) şi în acest caz se prevede şi un dispozitiv de curăţare a spaţiilor dintre inelele cu dinţi .

Fig.11.35. Maşinile de compactat gunoaie echipate cu lamă de buldozer

Fig.11.36. Maşinile de compactat gunoaie echipate cu cupa de încărcător

Fig.11.37. Proeminenţe cu plǎci sudate

Fig.11.38. Proeminenţe realizate prin montarea pe rulou a unor inele cu dinţi

A 6. Metode moderne pentru controlul procesului de compactare Maşinile moderne de compactat sunt dotate cu aparate, care dau mecanicului toate informaţiile, care îi permit să efectueze autocontrolul procesului de compactare şi care înregistrează în permanenţă valorile măsurate, aceste înregistrări reprezentând proba respectării prescripţiilor şi dispoziţiilor privind compactarea.

Fig.11.39. Microcontroler pentru măsurarea gradului de compactare, cu computer la bord

Un pas important în optimizarea procesului de compactare îl reprezintă realizarea şi utilizarea pe scară din ce în ce mai largă a maşinilor de compactat inteligente, echipate cu dispozitive de măsurare a gradului de compactare şi având computer la bord, împreună cu un software special conceput, maşini capabile să-şi regleze parametrii la valorile optime funcţie de caracteristicile terenului supus compactării (fig.11.39) Pe lângă sistemele de reglare a frecvenţei şi amplitudinii vibraţiilor şi sistemele de control electronic a acţionării în vederea evitării şocurilor la demaraj, frânare şi inversarea sensului şi pentru preîntâmpinarea patinării rulourilor, în ultimii ani se manifestă tendinţa introducerii unor sisteme de control continuu a procesului de compactare, asistate de calculator. În acest caz, se poate urmări pe un ecran, aflat în cabină gradul de compactare obţinut şi se pot înregistra şi analiza datele măsurate. Cea mai utilizată metodă de control a compactării în timpul execuţiei procesului cu rulouri compactoare vibratoare sau mixte este metoda răspunsului dinamic (metoda vibrometrică). Această metodă se bazează pe corespondenţa între acceleraţia vibraţiilor şi gradul de compactare. Pornind de la acceleraţia măsurată cu ajutorul accelerometrelor, amplasate pe ruloul vibrator (fig.11.40), sistemul calculează şi indică pe un cadran gradul de compactare, permiţând mecanicului să depisteze zonele mai puţin compactate şi să stabilească momentul în care procesul de compactare se poate considera încheiat.

Fig.11.40. Accelerometre amplasate pe ruloul vibrator Sistemul de măsurare a gradului de compactare se compune din accelerometre 1, sistem de poziţionare a maşinii 2, microprocesor 3, panou de control 4 aflat în cabină, aparat de măsură pentru gradul de compactare 5, imprimantă 6.

Fig.11.41. Sistem perfecţionat de bord pentru urmǎrirea situaţiei compactǎrii Un sistem perfecţionat se prezintă în figura 11.41, la care mecanicul poate urmări pe ecran o reprezentare grafică a situaţiei compactării, pe care se figurează cu culori diferite zonele compactate suficient, precum şi zonele care necesită o compactare suplimentară. Poziţia compactorului se stabileşte utilizând sistemul GPS, care realizează determinarea precisă a poziţiei maşinii cu ajutorul undelor radio, utilizând sistemul de sateliţi de comunicaţie şi o staţie de referinţă terestră (fig.11.42).

Fig.11.42. Poziţionarea compactorului utilizând sistemul GPS

Controlul procesului de compactare se poate realiza astfel cu uşurinţă atât de către conducerea şantierului, cât şi de către proiectant şi de beneficiarul lucrării, utilizând înregistrările furnizate de aparatele de măsură de la bord.

Elemente de calcul a parametrilor tehnologici de compactare. Recomandǎri practice

Fig. 11.42 bis – Dimensiuni de gabarit ale maşinii de compactat cu două rulouri vibratore

Parametrii maşinii de compactat – se aleg astfel încât oraganul de lucru- rulourile/ pneurile compactoarelor sǎ nu inducǎ în teren un efort unitar de compresiune mai mare decât rezistenţa la rupere a acestuia: 0,9 ∙

(11.1)

Tensiunea indusǎ depinde de încǎrcarea pe organul compactor, precum şi de geometria acestuia, şi se poate determina astfel: 1. Rulouri metalice netede ∙

(11.2)

în care: q=Q/B este încǎrcarea specificǎ pe rulou, în daN/m; R - raza ruloului, în cm; B - lungimea generatoarei acestuia, în cm; Q – încǎrcarea normalǎ ce revine unui rulou, în daN; Est –modul de elasticitate static pentru diverse categorii de terenuri (valori indicate în tabelul 11.1) - rezistenţa la rupere. Se deduce încǎrcarea admisibilǎ pe rulou, şi de aici masa maşinii:

0,9 ∙

∙

(11.3)

2. Rulou cu crampoane (11.4)

unde: A- aria de contact cu terenul a unui singur crampon n- nr. de crampoane situate pe aceeaşi generatoare a ruloului . Simultan cu relaţia (11.4), trebuie îndeplinitǎ şi condiţia:

≥

(11.5)

în care: pc este presiunea de contact minimǎ necesarǎ crampon-sol, cu valori indicate în tabelul 11.1. Tabelul 11.1. Natura terenului Pǎmânturi coezive şi slab coezive Argile nisipoase Pǎmânturi Argile nisipoase grele coezive Argile grele Piatrǎ spartǎ şi pietriş

Caracteristicile fizico-mecanice ale pǎmânturilor Tipul organului de lucru (compactor) Rulou neted sau cu crampoane Pneu 2 2 P [daN/cm2] σ [daN/cm] Est [daN/cm ] Pc [daN/cm ] 30…60 100..180 * (nu se util.) 3…4 60…100 7…15 4…6 200…700 100…150 15…40 6…8 150…180 300…1000 30…60 8…10 20…45 300…1500 * *

3. Roţi compactoare cu pneuri

=

(11.6)

În care Q1 este forţa d apǎsare ce revine unui singur pneu Ac - aria de contact a pneului cu solul : ∙

= 1,1 ∙

(11.7)

În care pa este presiunea aerului din pneu kr - coeficientul de rigiditate al pneului (valori furnizate în tabelul 11.2) Tabelul 11.2. Presiunea în pneu, barr Coeficientul kr

1 0,5

Valori ale coeficientului de rigiditate al pneurilor 2 3 4 5 6 7 8 0,6

0,68

0,75

0,85

0,93

1,10

1,40

Umiditatea optimǎ a pǎmânturilor este aceea care favorizeazǎ compactarea optimǎ. Aceste valori optime sunt prezentate în tabelul 11.3.

Adâncimea de compactare, Hco, se determinǎ în funcţie de organul de lucru, cu formulele: 1. Rulouri metalice netede

=

∙

∙

în care k = 0,30 pt. pǎmânturi coezive

k = 0,33 pentru pǎmânturi necoezive w – umiditatea efectivǎ a pǎmântului compactat

(11.8)

Tabelul 11.3 Natura pǎmântului Nisip neuniform Nisip monogranular Pietriş Pietriş nisipos-argilos Praf argilos-nisipos Argilǎ nisipoasǎ uşoarǎ Loess Argilǎ nisipoasǎ uşoarǎ Argilǎ compactǎ

Umiditatea optimǎ a pǎmânturilor în scopul compactǎrii Gradul de neuniformitate al Densitate (proctor) Umiditatea optimǎ pǎmântului u [kg/m3] [%] 8 1840 11 2 1750 13 9 2050 8 14 2450 6 1875 14 < 1950 15…17 19…21 21…28 30…35

Pentru rulourile netede, încǎrcarea specific liniarǎ q are valorile indicat în tabelul 11.4 Valorile încǎrcǎrii specifice liniare q pe generatoarea B a ruloului compactor Clasa de greutate Încǎrcarea specificǎ liniarǎ Grupa maşinii G [t] q [daN/cm] Uşoare 2…5 40…45 Compactoare Medii 5…10 45…60 Grele >10 60…120 Tabelul 11.4.

2. Rulou cu crampoane = 1−

în care:

∙ ℎ+ 2,5 … 4 ∙

, în cm

(11.9)

ka = 0,15…0,35, este coeficient ce ţine seama de starea de afânare a terenului (cu valori mai mari pentru terenuri afânate) h- înǎlţimea cramponului b – dimensiunea laturii mici a suprafeţei frontale a cramponului 3. Roţi compactoare cu pneuri

= 0,18 ∙

, în cm

(12.10)

B. Maşini de compactat prin batere (maiuri) Compactarea prin batere se utilizează cu bune rezultate la compactarea pământurilor coezive, unde asigură creşterea adâncimii de compactare. Există două grupe de maiuri: a) maiuri pentru spaţii înguste comandate de operator din poziţia în picioare; b) maiuri pentru spaţii largi manevrate cu ajutorul macaralelor. a) În figurile 11.43 şi 11.44 se indică scheme constructive pentru maiuri utilizate în spaţii înguste. Maiul funcţionează după un ciclu de lucru, care cuprinde : -faza de ridicare a tălpii maiului sub acţiunea mecanismului bielă – manivelă şi a sistemului de arcuri; -faza de cădere a maiului sub acţiunea greutăţii, care se termină cu executarea loviturii asupra stratului de material şi comprimarea acestuia. Axa maiului este înclinată faţă de verticală cu un unghi de circa 10 grade, astfel că ridicarea tălpii se face pe direcţie înclinată, urmată de căderea maiului pe verticală. Astfel, la fiecare ciclu de lucru se obţine un avans corespunzător al maiului, asigurându-se şi executarea mai multor lovituri în acelaşi loc. Din figura 11.44 mai rezultă şi alte detalii constructive: -corpul inferior cu talpa maiului se deplasează pe ghidaje înclinate faţă de verticală; -se prevăd amortizoare pentru a atenua vibraţiile ce se transmit de la carcasa maiului la bara de comandă; -ghidajele şi sistemul de arcuri sunt protejate cu ajutorul unui burduf de cauciuc, montat între carcasa maiului şi corpul inferior.

Fig.11.43. Schema maiului compactor pentru spaţii înguste 1 – motor (electric sau cu ardere internă); 2 – transmisie cu curele; 3 – mecanism bielă-manivelă; 4 – cilindru exterior; 5 – cilindru interior; 6 – piston; 7, 8 - arcuri; 9 – tije; 10 – talpă.

Fig.11.44. Schema maiului compactor pentru spaţii înguste- detalii constructive

În figurile 11.45-11.47 se prezintă executarea compactării pământurilor cu maiuri pentru spaţii înguste.

Fig.11.45. Compactării pământurilor cu maiuri pentru spaţii înguste

Fig.11.46. Mai pentru spaţii înguste

Deplasarea în cadrul şantierului pe distanţe mici se realizează cu ajutorul unui dispozitiv prevăzut cu două roţi (fig.11.48). În figurile 11.49 şi 11.50 se arată compactarea prin batere a pământului în spaţii largi cu ajutorul unui mai manevrat de o macara.

Fig.11.47.

Fig.11.48. Deplasare cu dispozitiv prevăzut cu două roţi

Fig. 11.49. Compactarea prin batere a pământului în spaţii largi cu ajutorul unui mai manevrat de o macara

Fig.11.50. Compactarea prin batere a pământului în spaţii largi cu ajutorul unui mai manevrat de o macara

C. Plăci vibratoare Plăcile vibratoare realizează compactarea prin deplasarea plăcii peste stratul de material care trebuie compactat. Se utilizează la compactarea pământurilor slab coezive şi a îmbrăcăminţilor asfaltice. Clasificare – dupã caracterul oscilaţiilor – circulare - unidirecţionale - dupã modul de producere a forţei perturbatoare – inerţiale - hidraulice - dupã modul de deplasare – manual - autodeplasabile - tractate - în cârlig (suspendate) - dupã motor acţionare -motor cu ardere internă (MAI) - electric - hidraulic - pneumatic

În figura 11.51 se prezintǎ schema constructivă a unei plăci vibratoare cu motor rezemat elestic. O astfel de varianta se prezintă în figura 11.52

Fig.11.51. Schema unei plăci vibratoare cu motor rezemat elastic 1 – motor (electric sau cu ardere internă); 2 – transmisie cu curele; 3 – arbore cu excentric; 4 – talpă; 5 – suport motor; 6 – arcuri; 7 – lagare cu rulmenţi.

Fig.11.52. Placǎ vibratoare cu motor rezemat elastic Principalele părţi componente ale plăcii vibratoare sunt indicate în figura 11.53.

Fig.11.53. Părţi componente ale plăcii vibratoare 1-motor cu ardere internă cu rezervor de comustibil; 2-cadru de protecţie a motorului; 3-maneta de reglare a vitezei de deplasare; 4- bara de comandă prevăzută cu amortizoare; 5- mecanism de vibrare cu reglare hidraulică a poziţiei relative a excentricilor; 6- talpa plăcii vibratoare.

În figura 11.54 se prezintă o soluţie de rezemare elastică a suportului motorului pe corpul inferior, care cuprinde talpa plăcii vibratare şi arborii cu excentrici. Aceste amortizoare protejază motorul, iar pentru protecţia operatorului contra vibraţiilor se introduc amortizoare şi între suportul motorului şi bara de comandă. Pentru manipularea plăcii vibratoare în vederea mutării la alt loc de lucru, se prevăd urechi de agăţare în dispozitivul utilajului de ridicat (fig.11.54).

Fig.11.54. Urechi de agăţare în dispozitivul utilajului de ridicat

Fig.11.55. Transmisie cu curele pt. transmiterea mişcării de la arborele motorului la arborii cu excentrici

Transmiterea mişcării de la arborele motorului la arborii cu excentrici se realizează, de regulă, cu ajutorul unei transmisii cu curele (fig.11.55). În cazul existenţei a doi arbori cu excentric, ce se rotesc în sens contrar cu turaţii egale, se obţin vibraţii unidirecţionale. În fig. 11.56 se indică schema cinematică a unei plăci vibratoare de acest tip.

Fig.11.56. Plăcǎ vibratoare cu vibraţii unidirecţionale O cerinţă importantă este autodeplasarea plăcii vibratoare, care se poate obţine prin reglarea poziţiei relative a celor doi excentrici. Astfel pentru poziţia din figura 11.56, a se obţine deplasarea plăcii spre dreapta, iar pentru poziţia din 11.56, b se obţine deplasarea spre stânga. Schimbarea poziţiei relative a excentricilor se poate comanda hidraulic, acţionând o manetă aflată pe bara de comandă (fig.11.53). În figura 11.57 se indică poziţia excentricilor pentru trei situaţii: deplasare înainte (fig.11.57, a), executarea vibrării fără deplasarea plăcii (fig.11.57,b) şi deplasare înapoi (fig.11.57,c). Se vede şi furtunul hidraulic al dispozitivului de reglare a poziţiei relative a excentricilor.

a)

b)

Fig.11.57. Poziţia excentricilor pentru cele trei situaţii

c)

În funcţie de lăţimea zonei de compactat şi de volumul de lucrări se utilizează plăci vibratoare mai mici, cu masa puţin peste 100 kg (fig.11.58), precum şi plăci vibratoare mari cu masa 500 -600 kg. (fig.11.59).

Fig.11.58. Placǎ vibratoare micǎ

Fig.11.59. Placǎ vibratoare mare

În figurile de mai jos se prezintă diferite utilizări ale plăcilor vibratoare: -compactarea pământurilor slab coezive (fig. 11.60, a); -compactarea îmbrăcăminţilor asfaltice (fig. 11.60, c); -compactarea drumurilor din piatră prelucrată (fig.11.60, b); -compactarea pământului după astuparea şanţurilor (fig.11.61, a ); -compactarea pământului în şanţ după montarea conductelor sau cablurilor (fig.11.62, b)

a)

b)

Fig.11.60. Utilizǎri ale plǎcilor vibratoare

c)

a)

b)

c)

Fig.11.61. Utilizǎri ale plǎcilor vibratoare

a)

b)

Fig.11.62. Transportul plǎcilor vibratoare- pe distanţe mici, respective mari Pentru deplasarea plăcilor vibratoare în şantier pe distanţe mici se utilizează dispozitive prevăzute cu roţi ca în figura 11.61, c pentru plăci mici sau dispozitive prevăzute cu roţi şi bară de tractare ca în figura 11.62, a pentru plăci de dimensuni mari. Pentru transportul pe distanţe mai mari, placa vibratoare se încarcă într-un mijloc de transport (fig.11.61, b).

CURS 9, 10 12. Maşini pentru lucrări de fundaţii La executarea lucrărilor de fundaţii, pe lângă maşini utilizate şi la alte lucrări (ca de exemplu maşini de săpat, maşini de săpat şi transportat, maşini de ridicat, maşini pentru transportul betoanelor), se utilizează şi maşini speciale şi anume: -maşini pentru înfigerea elementelor de construcţii în pământ; -maşini pentru executarea pereţilor turnaţi în pământ (pereţi mulaţi, ecrane); -maşini pentru executarea coloanelor de fundaţie; -maşini pentru executarea ancorajelor; -maşini pentru prepararea şi transportul noroiului bentonitic; -maşini pentru injectarea unor amestecuri în pământ în vederea consolidării terenului; -maşini pentru evacuarea apei din zona de lucru. Maşinile de forat au o largă utilizare la lucrări de fundaţii (executarea găurilor pentru coloane de fundaţii şi ancoraje, executarea pereţilor din piloţi secanţi), dar se utilizează şi la alte lucrări ca de exemplu: foraje pentru alimentări cu apă, foraje în cariere pentru dislocarea rocilor cu explozivi, foraje pentru studii geotehnice, foraje pentru executarea tunelelor sub pământ, foraje pentru subtraversarea unor construcţii.

12.1. Maşini pentru înfigerea elementelor de construcţii în pământ Maşinile pentru înfigerea elementelor de construcţii în pământ se utilizează la următoarele lucrări: -înfigerea în pământ a piloţilor prefabricaţi din beton, a profilelor metalice, a palplanşelor, a piloţilor din lemn, a ţevilor etc.; -înfigerea în pământ a tuburilor de protecţie a forajelor pentru coloane de fundaţie; -executarea găurilor în pământ slab, uşor compactabil, prin înfigerea unor tuburi având capătul inferior astupat; -executarea coloanelor din balast şi pământ; -compactarea în adâncime a terenurilor de fundaţie. Dupa metoda de înfigere folosită, maşinile de înfigere se clasifică astfel: a) maşini de înfigere prin batere; b) maşini de înfigere prin vibrare; c) maşini de înfigere prin apăsare şi rotire.

12.1.1. Maşini de înfigere prin batere Maşinile de înfigere prin batere se recomandă la înfigerea elementelor de construcţii în pamânturi coezive. În figura 12.1 se indică schema unei maşini de înfigere prin batere, care cuprinde două părţi: a) berbecul (poz. 5), utilajul care realizează lovitura asupra elementului (poz.7); b) soneta (poz.1-4), utilajul care constituie suportul berbecului, realizând ghidarea berbecului şi a pilotului, precum şi manevrarea acestora. Dupa sistemul de acţionare, berbecii se clasifică astfel: -berbec cu acţiune mecanică (greutate ridicată de un troliu şi lăsată să cadă liber); -berbec diesel; -berbec pneumatic; -berbec hidraulic.

Fig.12.1. Schema unei maşini de înfigere prin batere 1 – maşina de bază cu platformă rotitoare; 2 – catarg (2’-poziţia limită înclinat spre spate; 2’’- poziţia limită înclinat spre faţă); 3 – mecanism de manevrare a catargului pentru poziţiile de lucru şi de transport); 4 – trolii pentru manevrarea berbecului şi a pilotului; 5 – berbec; 6 – ghidajele berbecului; 7 – elementul ce se înfige în pământ (pilot).

Organul activ al maşinilor de înfigere prin batere este berbecul. Berbecul mecanic – este un mai metalic lăsat să cadă ghidat, de la o înălţime prestabilită, pe capul elementului care se înfige. Berbecii diesel sau pneumatici se fixează direct pe capul elementului de înfipt. Berbecii diesel – au o parte fixă (solidară cu elementul de înfipt), care poate juca rol de piston- la o variantă, sau de cilindru - la altele, şi o parte mobilă (cilindru, respectiv piston –după caz) care, pentru iniţierea funcţionării, este ridicată cu o funie sau un cablu şi apoi eliberată. Pe ultima porţiune ghidată a căderii, se produce compresia aerului cuprins şi apoi injecţia de motorină. Urmează autoaprinderea şi explozia – ca la orice MAI cu apindere prin compresie (MAC). Efectul este dublu: înfigerea exercitată asupra elementului, propulsia părţii mobile şi pregătirea ei în vederea următoarei căderi. Berbecii pneumatici – au corpul cilindrului fixat pe capul elementului de înfipt, iar pistonul este mobil. Berbecul este alimentat de un compresor cu aer. Pot fi cu acţiune simplă (aerul comprimat asigură doar ridicarea părţii mobile) şi cu acţiune dublă (aerul comprimat acţionează şi la ridicare, dar şi la cădere şi lovire - ca urmare a unei distribuţii automate a aerului). Berbecii hidraulici – au o alcătuire şi funcţionare mult mai complexă. Principalii parametri ai berbecului sunt: energia de lovire [kJ], masa piesei de lovire m [kg], cursa/ înălţimea de cădere h [m], frecvenţa loviturilor ν [s-1/ Hz], masa berbecului M [kg], dimensiuni de gabarit. Alegerea berbecului se face funcţie de tipul şi dimensiunile elementului, adâncimea de înfigere şi caracteristicile pământului. Intervalele în care se încadrează berbecii uzuali sunt prezentate în tabelul 12.1. La berbeci de tip mai, energia de lovire este dată de formula: (12.1) Tabelul 12.1. Domeniile în care se încadrează caracteristicile principale ale diverselor tipuri de maiuri Tipul berbecului Diesel Diesel rapizi Pneumatici, simplă acţiune Pneumatici, dublă acţiune

cu cu

Masa părţii de lovire kg 500…6000 1500…4500

kJ 50…250 35…125

Frecvenţa loviturilor lov/min 35…60 80…100

2500…15000

35…200

30…50

4,5….5

20…2250

0,25…27

100…500

1,25…4,5

Energia de lovire

Înălţimea de cădere m 3,5…6 5….5,6

Numărul de lovituri necesare înfigerii se poate calcula în funcţie de berbecul utilizat, masa şi forma elementului de înfipt şi de natura terenului. În practică, înfigerea se realizează până la o adâncime de refuz, adică până în momentul când adâncimea de înfigere - în mm, dupǎ un numǎr de lovituri succesive, devine constantă şi nesemnificativǎ.

Domenii de utilizare. Cu excepţia berbecului diesel, maşinile de înfipt prin batere pot fi utilizate pentru orice terenuri. Berbecii diesel nu pot fi utilizaţi în terenurile slabe, care opun rezistenţă mică la înfigere, deoarece în aceste condiţii compresia necesară nu poate fi realizată. 12.1.1.1. Berbeci diesel Berbecul diesel funcţionează pe principiul motorului diesel în doi timpi. Ridicarea piesei de lovire se face sub acţiunea presiunii gazelor rezultate în urma autoaprinderii combustibilului din camera de ardere a berbecului. Construcţia unui berbec diesel tubular este prezentată în figura 12.2, iar fazele ciclului de lucru se indică în figura 12.3. Înfigerea pilotului se poate realiza şi pe direcţie înclinată faţă de verticală (fig.12.4). În figura 12.5 se prezintă un echipament de înfigere prin batere cu berbec diesel montat pe un excavator hidraulic.

Fig.12.2. Construcţia unui berbec diesel tubular

Fig.12.3.Fazele ciclului de lucru la berbecul diesel tubular

a) Coborârea pistonului şi alimentarea cu combustibil comandată de pistonul în cădere; b) Compresia, urmată imediat de autoaprinderea combustibilului în camera de ardere, care se încheie cu executarea loviturii; c) Destinderea gazelor rezultate în urma arderii, ridicarea pistonului şi evacuarea gazelor de ardere în atmosferă; d) Continuarea ridicării pistonului şi admisia aerului proaspăt în cilindru.

Fig.12.4 . Înfigerea pilotului pe direcţie înclinată faţă de verticală

Fig.12.5. Echipament de înfigere prin batere cu berbec diesel montat pe un excavator hidraulic.

12.1.1.2. Berbeci pneumatici Berbecii pneumatici necesită o sursă de aer comprimat pentru acţionare. La berbecii pneumatici cu simplă acţiune piesa de lovire se ridică sub acţiunea presiunii aerului comprimat şi cade sub acţiunea gravitaţiei, iar la berbecii cu dublă acţiune aerul comprimat acţionează asupra piesei de lovire şi în faza de coborâre a acesteia. În figura 12.6 se prezintă un berbec pneumatic cu simplă acţiune. Alimentarea cu aer comprimat se face prin tija pistonului 2, prin furtunul 1, piesa de lovire fiind în acest caz cilindrul 3. Cilindrul este ghidat pe catargul 4 al sonetei, ca şi capişonul 5 de protecţie a pilotului. Berbecul pneumatic cu dublă acţiune din figura 12.7, utilizat la înfigerea palplanşelor 6, este rezemat pe elementul ce se înfige şi fixat de acesta cu ajutorul unor plăci 5. Alimentarea cu aer comprimat se face prin furtunul 4 şi distribuitorul pneumatic 3, montat pe corpul 2 al berbecului. Manevrarea berbecului se face prin agăţarea urechii 1 în cârligul sonetei sau al macaralei.

Fig. 12.6 Berbec pneumatic cu acţiune simplǎ

Fig. 12.7. Berbec pneumatic cu acţiune dublǎ

Berbecii pneumatici au avantajul că asigură frecvenţe de lovire mult mai mari ca berbecii diesel (mai ales cei cu dublă acţiune), dar prezintă dezavantajul că necesită o sursă de aer comprimat. Pentru extragerea elementelor de inventar (de exemplu palplanşele) din pământ după terminarea lucrării respective şi a reutilizării acestora la alte lucrări, se utilizează berbeci pneumatici speciali (fig.12.8). Berbecul extractor este suspendat în cârligul sonetei sau în cârligul unei macarale cu ajutorul dispozitivului de agăţare cu amortizor 7, iar cleştele 1 se fixează pe capătul superior al palplanşei. Pistonul 4, deplasându-se în interiorul cilindrului 3 de jos în sus, execută lovituri asupra suportului 6, pe care se înfăşoară cablu 5, şi astfel şocul loviturii se transmite palplanşei prin intermediul cleştelui 1. Alimentarea cu aer comprimat se realizează cu ajutorul distribuitorului de aer comprimat 2, comandat de pistonul în mişcare.

Fig.12.9. Principiul de funcţionare al berbecilor hidraulici a) la înfigerea elementelor în pământ; b) la extragere 1 – sistem de acţionare hidrostatic cu cilindru şi acumulator; 2 – piesa de lovire; 3 – dispozitiv de protecţie a elementului ce se înfige în pământ; 4 – cablu de suspendare a berbecului şi elementului ce se extrage; 5 – dispozitiv de fixare a berbecului la element.

Fig.12.8. Berbeci pneumatic speciali, pentru palplanşe

12.1.1.3. Berbeci hidraulici

În cazul berbecilor hidraulici ridicarea piesei de lovire se realizează sub acţiunea presiunii uleiului hidraulic. Ca şi în cazul berbecilor pneumatici, există berbeci hidraulici cu simplă acţiune, precum şi berbeci hidraulici cu dublă acţiune. În prezent se manifestă tendinţa extinderii utilizării berbecilor hidraulici datorită următoarelor avantaje: -nu poluează mediul cu gaze de ardere ca berbecii diesel; -nivelul de zgomot este mai redus ca la alte tipuri de berbeci . În figura 12.9 se indică principiul de funcţionare a berbecilor hidraulici, atât la înfigerea în pământ, cât şi la extragerea elementelor de construcţii.

La înfigerea pilotului în pământ, berbecul hidraulic (fig.12.10) este ghidat pe catargul 6 al sonetei şi poate fi manevrat cu ajutorul cablului 8 al troliului sonetei. Cilindrul hidraulic 3 al berbecului este alimentat de la pompa maşinii de bază prin furtunurile 4. Pentru amortizarea şocurilor în instalaţia hidraulică şi furnizarea debitului necesar în anumite faze ale ciclului de lucru, berbecul este dotat cu un acumulator hidraulic 2. Piesa de lovire, acţionată de cilindrul hidraulic, este ghidată pe cadrul berbecului 1. Forţa de lovire se transmite la pilot prin intermediul dispozitivului 7, care asigură şi protecţia capului pilotului.

Fig.12.10. Ghidarea berbecului pe catarg

Fig.12.11. Utilaj cu berbec hidraulic pentru înfigerea elementelor de construcţii în pamânt.

În figura 12.11 se prezintă o maşină cu berbec hidraulic pentru înfigerea elementelor de construcţii în pamânt. Maşina de bază 1 cu şenile şi platformă rotitoare este prevăzută cu troliile 2, cu cablurile 7 pentru manevrarea berbecului, respectiv 8 pentru manevrarea elementului ce se înfige. Catargul 4 este manevrat cu un mecanism 3 cu cilindri hidraulici şi bare articulate, mecanism care asigură diferite poziţii de lucru, inclusiv poziţia din figura 12.11, în care catargul este înclinat spre spate cu un unghi de circa 450. Berbecul hidraulic 6 este alimentat prin furtunurile hidraulice 5, fiind ghidat pe catarg. Pentru reducerea nivelului de zgomot berbecul este închis într-o carcasă prevăzută cu izolaţie fonică.

Fig.12.12. Echipamentul de lucru în poziţie de transport Mecanismul de manevrare 3 asigură şi poziţia de transport a echipamentului de lucru (fig.12.12).

12.1.2. Maşini de înfigere prin vibrare

Maşinile de înfigere a elementelor de construcţii în pământ prin vibrare se clasifică astfel: -vibroînfigătoare - realizează înfigerea elementelor de construcţii în pământ numai prin vibrare şi sub acţiunea greutăţii; -vibropercutoare - realizează înfigerea prin vibrare şi lovire; -maşini de înfigere prin vibropresare - realizează înfigerea prin vibrare şi apăsare. Cele mai utilizate maşini din această grupa sunt vibroînfigătoarele, care în pământuri slab coezive asigură de regulă înfigerea elementelor de construcţii în pământ la adâncimi mai mari, întrun timp mai scurt şi cu consum redus de energie. Sub acţiunea vibraţiilor, la pământuri slab coezive, forţele de frecare între element şi pământ se reduc apreciabil şi ca urmare se micşoreazǎ rezistenţele opuse de pământ la înfigerea elementului. În figura 12.13 se prezintă schema vibroînfigătorului. Generatorul de vibraţii unidirecţionale 3 se compune din doi arbori cu excentrici ce se rotesc în sens contrar cu turaţii egale. Excentricii, fiind simetrici faţă de axa verticală a pilotului, prin, compunerea forţelor centrifuge ce acţionează asupra excentricilor rezultă o forţă perturbatoare unidirecţională verticală cu variaţie sinusoidală, care determină vibraţiile elementului şi ale pământului din vecinătatea acestuia. Vibratorul se fixează la partea superioară a elementului ce se înfige cu ajutorul unui dispozitiv 4 acţionat hidraulic. În timpul lucrului vibroînfigatorul este suspendat în cârligul unei macarale prin intermediul unui dispozitiv de manipulare 2 prevăzut cu amortizoare, care evită transmiterea vibraţiilor la cablul macaralei.

Fig.12.13. Schema constructivǎ a vibroînfigătorului 1 – cablul maşinii purtătoare (macara) 2 – dispozitiv de manipulare cu amortizor de vibraţii; 3 – generator de vibraţii unidirecţionale 4–dispozitiv de fixare a vibroînfigătorului la elementul ce se înfige în pământ 5 – elementul ce se înfige în pământ.

În figurile 12.14-12.16 se exemplifică utilizarea vibroînfigătoarelor pe şantiere de construcţii: -realizarea unui perete din palplanşe (fig.12.14) -înfigerea unor profile metalice (fig.12.15) -înfigerea tuburilor (fig.12.16), inclusiv tuburi de diametru mare (fig.12.17).

Fig.12.14. Realizare perete palplanşe

Fig.12.15 Înfigere profile metalic

Fig.12.16. Înfigere tuburi

Fig.12.17. Înfigere tuburi diametru mare

Principalii parametri ai vibroînfigătorului sunt:     

frecvenţa vibraţiilor, ν momentul static al excentricilor, M forţa perturbatoare a vibratorului, F masa, m puterea motorului, P.

Pentru sistemul vibroînfigător -pilot (element) -pământ intervin şi alţi parametri importanţi: amplitudinea vibraţiilor, presiunea pilotului asupra pământului, viteza de înfigere, adâncimea de înfigere, dimensiunile secţiunii transversale a elementului, caracteristicile pământului. Alegerea vibroînfigătorului se face funcţie de caracteristicile pământului şi ale elementului ce se înfige în pământ. Având în vedere variaţia în limite largi a acestor parametri, vibroînfigătoarele au posibilitatea reglării frecvenţei, forţei perturbatoare şi a amplitudinii vibraţiilor. Frecvenţa se modifică prin variaţia turaţiei motorului (motor electric sau motor hidrostatic rotativ), iar pentru modificarea amplitudinii vibraţiilor şi a forţei perturbatoare una din posibilităţi este montarea pe arborii vibratorului a mai multor şaibe excentrice şi modificarea poziţiei relative între ele, conform schemelor din figura 12.18.

Fig.12.18.Reglarea amplitudinii vibraţiilor prin modificarea poziţiei relative a şaibelor excentrice.

12.1.2. Maşini de înfigere prin vibrare şi lovire (vibropercuţie) Echipamentele de înfigere prin vibrare intră uneori în componenţa unor maşini de forat şi a altor maşini utilizate la lucrări de fundaţii. De exemplu în figura 12.19 se prezintǎ schema unei maşini de forat, la care înfigerea tubului de protecţie a găurii forate se realizează prin vibrare şi lovire de către un vibropercutor, existând şi posibilitatea înfigerii prin vibropresare. Acest sistem realizează înfigerea tubului şi în pământuri coezive.

Fig.12.19.Schema funcţionalǎ a unei maşini de forat, cu echipament de înfigere prin vibrare, apăsare şi lovire a tubului de protecţie a găurii

12.1.3. Maşini de înfigere prin apăsare şi rotire (procedeu Benoto) Maşinile de înfigere prin apăsare şi rotire se utilizează la înfigerea în pământ a tuburilor de diametru mare, cu avantajul că nivelul de zgomot este mult mai redus ca la înfigerea prin batere sau vibrare. Principiul de funcţionare este indicat în figura 12.20. Cilindrii hidraulici 6 realizează rotirea alternativă a tubului cu un unghi de 10 – 15 grade prin intermediul braţului 4 şi a colierului1, strâns pe tub cu ajutorul cilindrului hidraulic 3. Rotirea alternativă a tubului determină o reducere importantă a coeficientului de frecare între tub şi pământ comparativ cu înfigerea statică, realizânduse introducerea tubului în pământ cu ajutorul cilindrilor de avans 7. Acţionând cilindrii 7 în sens invers se obţine extragerea tubului din pământ. În figura 12.21 se prezintă o altă variantă, în care cilindrii de rotire a tubului sunt montaţi direct pe colierul de strângere a tubului. Asfel de echipamente de înfigere a tuburilor prin apăsare şi rotire sunt de cele mai multe ori părţi componente ale unor maşini complexe pentru executarea coloanelor din beton direct în pământ (fig.12.22, fig.12.23).

Fig.12.20. Principiul de funcţionare al maşinii de înfigere prin apăsare şi rotire 1 – colier din elemente articulate; 2 – tub; 3 – cilindru de strângere a colierului pe tub; 4 – braţ de manevrare a colierului; 5 – articulaţie sferică; 6 – cilindri pentru rotirea alternativă a colierului; 7 – cilindri de avans.

Fig.12.21. Maşinǎ de înfigere prin apăsare şi rotire (procedeu Benoto) -cilindrii de rotire a tubului sunt montaţi direct pe colierul de strângere a tubului

Fig.12.22. Echipament de înfigere a tuburilor prin apăsare şi rotire (procedeu Benoto)-părţi componente ale maşinilor pentru executarea coloanelor din beton direct în pământ

Fig.12.23. Echipamente de înfigere a tuburilor (procedeu Benoto) - părţi componente ale unor maşini complexe pentru executarea coloanelor din beton direct în pământ

12.2. Maşini pentru executarea şanţurilor înguste şi adânci (procedeu Kelly) Pentru executarea pereţilor îngropaţi în pământ (pereţi mulaţi, ecrane) se parcurg mai multe etape:  săparea şanţului în prezenţa noroiului bentonitic, care asigură stabilitatea pereţilor şanţului (fig.12.24, a);  introducerea armăturii din oţel-beton şi turnarea betonului (fig.12.24, b);  extragerea tubului de rost şi înfigerea acestuia în vederea execuţiei panoului următor (fig.12.24c).

Fig.12.24, a

Fig.12.24, b

Fig.12.24, c

Utilajul conducător la executarea pereţilor îngropaţi în pământ este maşina pentru executarea şanţurilor înguste şi adânci. Cele mai utilizate variante ale acestei maşini sunt: - maşini cu graifăr pentru săparea şanţurilor în pământuri slabe şi medii - maşini cu freză (hidrofreză) pentru săparea şanţurilor în pământuri tari şi roci În figura 12.25 se prezintă schema unei maşini cu coloană telescopică şi graifăr pentru săparea şanţurilor înguste şi adânci. Maşina de bază 1 pe şenile şi cu platformă rotitoare este prevăzută cu calajele 8 pentru asigurarea stabilitaţii. Pe braţul 2 se montează tronsonul exterior al coloanei telescopice, iar la capătul inferior al tronsonului interior al coloanei telescopice 6 se montează graifărul 7. Verticalitatea coloanei telescopice este asigurată cu ajutorul unui mecanism de manevrare 5. Ciclul de lucru cuprinde următoarele faze:   

coborârea graifarului cu fălcile deschise şi înfigerea acestuia în pământ (prin desfăşurarea cablului de pe tobă); umplerea graifărului cu pământ prin închidere; ridicarea graifărului şi scoaterea acestuia din şanţ prin înfăşurarea pe tobă a cablului de telescopare;

  

rotirea platformei rotitoare a maşinii de bază cu graifărul plin; descărcarea graifărului prin deschiderea fălcilor; rotirea platformei rotitoare a maşinii de bază cu graifărul gol până ce acesta ajunge deasupra şanţului.

Fig.12.25.Maşină cu coloană telescopică şi graifăr. 1 – maşină de bază cu platformă rotitoare; 2 – braţ; 3 – mecanism de manevrare a braţului; 4 – mecanism de telescopare cu cablu; 5 –mecanism pentru manevrarea catargului; 6 – coloană telescopică; 7 – graifăr; 8 – calaje.

Schema echipamentului cu coloană telescopică şi graifǎr este indicată în figura 12.26. Extinderea şi plierea coloanei telescopice se realizează cu ajutorul unui mecanism cu cablu, iar manevrarea graifărului se face cu ajutorul unor cilindri hidraulici. Coloana telescopică este formată din trei tronsoane: un tronson exterior fixat la braţul maşinii, un tronson intermediar şi un tronson interior pe care se montează graifărul.

Fig.12.26. Schema echipamentului cu coloană telescopică şi graifăr 1 – tronson exterior fixat la braţul maşinii; 2 – tronson intermediar; 3 –tronson interior; 4, 5 -cablurile mecanismului de telescopare; 6 – graifăr; 7 – cilindri hidraulici pentru manevrarea graifărului.

La maşinile moderne mecanismul de manevrare a coloanei telescopice (fig.12.27) cuprinde un sistem de bare articulate acţionat de cilindri hidraulici, care asigură; -

poziţia verticală a coloanei; deplasarea coloanei pe orizontală ; poziţia de transport a echipamentului.

În figura 12.28 se prezintă o maşină pentru săparea şanţurilor înguste şi adânci cu graifăr manevrat cu cablu.

Fig.12.27. Mecanismul cu bare de manevrare a coloanei telescopice acţionat de cilindri hidraulicî

Fig.12.28. Utilaj pentru săparea şanţurilor înguste şi adânci cu graifăr manevrat cu cablu

Pentru pământuri tari înfigerea graifărului în pământ este insuficientă şi în acest caz se utilizează hidrofreza. Organul de lucru al hidrofrezei este prezentat în figura 12.29 şi cuprinde două rotoare prevăzute cu dinţi/ butoni (freze), care se rotesc în sens invers. Materialul dislocat de dinţii frezelor este evacuat din şanţ prin circularea noroiului bentonitic cu ajutorul unei pompe de noroi.

Fig.12.29. Organul de lucru al hidrofrezei cu două rotoare prevăzute cu dinţi (freze), care se rotesc în sens invers

Schema de ansamblu a maşinii este indicată în figura 12.30, iar schema echipamentului de lucru în figura 12.31. Atât freza cât şi pompa de noroi sunt acţionate de motoare hidraulice rotative. Forţa de avans este dată de greutatea cadrului echipamentului sau de către cilindrul hidraulic de telescopare a cadrului, atunci când acesta este format din mai multe tronsoane. Noroiul bentonitic evacuat din şanţ împreună cu materialul dislocat de dinţii frezei este transportat într-un bazin de decantare, de unde revine în şanţ prin canale sau conducte. Echipamentul de lucru este suspendat în cârligul maşinii purtătoare, pe care se află şi grupul de pompare pentru alimentarea motoarelor hidraulice. La ridicarea echipamentului de lucru pentru scoaterea acestuia din şanţ furtunele hidraulice se înfăşoară pe role speciale, de pe care se desfăşoară la coborârea echipamentului în şanţ în vederea săpării unui nou tronson. Principalii parametri ai hidrofrezei sunt: lăţimea şanţului, adâncimea maximă a sanţului, lungimea de frezare, masa echipamantului, lungimea minimă a echipamentului, momentul şi turaţia la arborii frezelor, debitul şi presiunea pompei de noroi, forţa de avans.

Fig.12.31.Schema echipamentului de lucru al hidrofrezei 1 –cadru; 2 – freze (roţi cu dinţi); 3 – motoare hidraulice rotative; 4 – pompă de noroi; 5 – furtun hidraulic; 6 – rolă pentru furtun; 7 –cablul troliului de manevră.

Fig.12.30. Schema de ansamblu a hidrofrezei

În figura 12.32 se prezintă o hidrofreză având ca maşină purtatoare o macara cu braţ, pe care se amplasează grupul de pompare pentru acţionarea echipamentului de lucru, iar în figura 12.33 maşina purtătoare este o maşină specială prevazută cu catarg, pe platforma căreia se amplasează şi rolele pentru înfăşurarea şi desfăşurarea furtunelor hidraulice, precum şi pentru furtunul de refulare al pompei de noroi. De asemenea pe platforma rotitoare a maşinii din figura 12.33 se află şi mecanismul de manevrare a catargului, care asigură poziţia de lucru şi de transport. O cerinţă importantă la maşinile pentru săparea şanţurilor înguste şi adânci, necesare pentru executarea pereţilor îngropaţi în pământ, este asigurarea stabilităţii maşinii. Această cerinţă se îndeplineşte prin alegerea corespunzătoare a maşinii purtătoare ţinând seama de greutatea echipamentului de lucru, precum şi prin prevederea unor calaje şi contragreutăţi. Se mai menţionează cerinţele: controlul poziţiei verticale a echipamentului de lucru, ghidarea echipamentului la introducerea în şanţ, verificarea adâncimii şanţului, presiunea şenilelor pe teren să nu depăşească limita admisă.

Fig.12.32. Hidrofreză - maşină purtatoare macara cu braţ, pe care se amplasează grupul de pompare pentru acţionarea echipamentului de lucru

Fig.12.33. Hidrofreză - maşinǎ purtătoare prevazută cu catarg, pe platforma căreia se amplasează şi rolele pentru înfăşurarea şi desfăşurarea furtunelor hidraulice

12.3. Maşini pentru executarea coloanelor de fundaţie

Există o mare diversitate de maşini pentru executarea coloanelor de fundaţie în funcţie de tipul coloanei (coloane din beton şi beton armat, coloane din balast compactat, coloane din pământ compactat), funcţie de caracteristicile pământului în care se execută coloana, funcţie de dimensiunile coloanei (diametru, lungime). Pentru executarea unei coloane din beton trebuie executate următoarele operaţii: -realizarea unei găuri de secţiune circulară în pământ (diametru peste 400 mm); -consolidarea pereţilor găurii şi evacuarea materialului dislocat, simultan cu executarea găurii; -instalarea în gaură a armăturii din oţel beton; -turnarea (şi compactarea) betonului; -extragerea tubului de protecţie. După modul în care se realizează aceste operaţii, se poate face următoarea clasificare: a) după modul de executare a găurii necesare pentru realizarea coloanei: - cu maşină de forat prin rotire, având ca organ de lucru, în funcţie de condiţiile de lucru, burghiu scurt, burghiu de lungime mare, cupă cilindrică specială (borsapă), sapă de foraj (cu cuţite, cu butoni din material dur, cu role de foraj); -cu graifăr monocablu; -prin înfigerea în pământ a unui tub având capătul inferior astupat cu un vârf nerecuperabil sau cu un dop de beton (în cazul pământurilor slabe, uşor compactabile); b) după modul de protecţie a pereţilor găurii: -cu tubaj (tub de protecţie ce se înfige în pământ prin apăsare şi rotire alternativă, prin apasare şi rotire, prin vibrare sau batere); -fără tubaj (în cazul forajului uscat în pământuri compacte, stabile sau în cazul forajului umed în prezenţa noroiului bentonitic introdus în gaura ce se execută). c) după modul de evacuare a materialului dislocat de organul de lucru: -evacuare periodică cu burghiu scurt sau cupă cilindrică (borsapă); -evacuare continuă cu burghiu lung; -evacuare hidraulică prin circulaţia noroiului de foraj (circulaţie inversă, circulaţie directă); -evacuare cu ajutorul aerului comprimat.

12.3.1. Maşini cu graifăr pentru executarea coloanelor de fundaţie

În figura 12.34 se indică schema unei maşini cu graifăr, cu deplasare prin păşire pentru executarea coloanelor de fundaţie (procedeu Benoto). Maşina include şi echipamentul pentru înfigerea şi extragerea tubului de protecţie prin apăsare şi rotire alternativă. Graifărul monocablu 10, ghidat de tubul 9, este lăsat să cadă cu fălcile deschise pentru a se înfige în pământ, după care se umple prin închidere şi apoi se ridică cu cablul troliului 13 până ce intră în tubul de ghidare. Dupa bascularea tubului de ghidare împreună cu graifărul, se comandă deschiderea graifărului şi pământul se descarcă din graifăr prin pâlnia 11. În continuare se basculează în sens invers tubul de ghidare şi se reia ciclul de lucru. Săparea se face în interiorul tubului de protecţie 5, executat din mai multe tronsoane (fig.12.37), care se îmbină între ele. Tubul de ghidare 9 şi pâlnia 11 se montează pe căruciorul 8, care se deplasează pe ghidajele catargului 1 cu ajutorul troliului 12. Deplasarea maşinii în zona de lucru se realizează prin păşire, cu sprijinirea alternativă a platformei 2 când pe placa de sprijin 15, când pe calajele 17. Deplasarea plăcii de sprijin faţă de platformă se face cu ajutorul unui cilindru hidraulic în faza în care maşina sprijină pe teren prin calajele 17. În figura 12.35 se prezintă o maşină pe şenile pentru executarea coloanelor de fundaţie, având ca organ de lucru un graifăr. La această variantă descărcarea graifărului se realizează după înclinarea acestuia faţă de poziţia verticală cu ajutorul unui cadru basculant, acţionat de un cilindru hidraulic. Maşina este dotată cu un mecanism de manevrare a catargului pentru realizarea poziţiei de lucru şi a poziţiei de transport. De asemenea maşina este echipată cu calaje pentru asigurarea stabilităţii. În figura 12.36 se prezintă un graifăr monocablu, care fiind prevăzut cu dispozitive speciale de blocare-deblocare, asigură realizarea următoarelor operaţii cu ajutorul unui singur cablu: -coborărea graifărului cu fălcile deschise şi înfigerea acestora în pamânt; -închiderea graifărului şi umplerea cu pământ; -ridicarea graifărului plin cu pământ; -deschiderea graifărului în vederea descărcarea pământului.

Fig. 12.34. Schema unei maşini cu graifăr, cu deplasare prin păşire, pentru executarea coloanelor de fundaţie (echipament tip Benoto) 1 – catarg; 2 – platformă; 3 –grup motor; 4 – calaj; 5 – tub de protecţie; 6 – cilindri de avans; 7 – mecanism de rotire alternativă a tubului de protecţie; 8 – cărucior; 9 – tub de ghidare a graifărului cu mecanism de basculare ; 10 – graifăr monocablu; 11 – pâlnie; 12 – troliu manevrare cărucior; 13 – troliu manevrare graifăr; 14 – cârligul troliului auxiliar; 15 – placă de sprijin; 16 –ghidaje; 17 calajele mecanismului de deplasare prin păşire

Fig.12.35. Utilaj pe şenile pentru executarea coloanelor de fundaţie, cu graifǎr

Fig.12.36. Graifăr monocablu prevăzut cu dispozitive speciale de blocaredeblocare

Fig.12.37. Tubului de protecţie, executat din mai multe tronsoane Graifărul monocablu poate fi manevrat şi cu ajutorul unei macarale pe şenile cu braţ, la care se ataşează şi echipamentul pentru înfigerea tubului de protecţie prin apăsare şi rotire (fig.12.23). Fazele de realizare a coloanei de fundaţie, utilizând o maşină cu graifăr, se indică în figura 12.38.

Fig.12.38. Fazele de executare a coloanei de fundaţie cu o maşină cu graifăr a) înfigerea tubului de protecţie prin apăsare şi rotire; b) săparea pământului cu graifărul în interiorul tubului de protecţie; c) introducerea armăturii din oţel beton; d) turnarea betonului şi extragerea tubului de protecţie.

12.3.2. Maşini de forat rotative pentru executarea coloanelor de fundaţie În funcţie de caracteristicile terenului şi dimensiunile coloanei se utilizează diverse tipuri de maşini de forat prin rotire pentru foraj vertical. 12.3.2.1. Maşini de forat cu coloană telescopică şi evacuare periodică a pământului forat În figurile 12.39 şi 12.40 se prezintă principalele părţi componente ale maşinii.

Fig.12.39. Schema unei maşini de forat cu coloană telescopicǎ 1 – maşina de bază cu platformă rotitoare; 2 – cablul troliului pentru manevrarea coloanei telescopice; 3 – catarg; 4 – mecanism de manevrare a catargului; 5 – coloana telescopică (tijǎ telescopică); 6 – masa rotativă; 7 – sanie; 8 – cilindru de avans; 9 – adaptor pentru rotirea tubului de protecţie; 10 – tub de protecţie; 11 – organul de lucru (burghiu scurt)

Organul de lucru, montat la capătul inferior al tijei telescopice, realizează forarea găurii sub acţiunea momentului de torsiune dat de masa rotativă 6 şi a forţei de apăsare dată de cilindrul de avans 8, care realizează deplasarea saniei 7 de-a lungul catargului 3 al maşinii de forat. Înfigerea tubului de protecţie se realizează prin apăsare (cu cilindrul de avans) şi prin rotire cu ajutorul mesei rotative 6 prin intermediul adaptorului 9. După umplerea organului de lucru cu pământ se realizează ridicarea burghiului deasupra nivelului terenului prin retragerea (strângerea) tronsoanelor tijei telescopice cu ajutorul cablului 2, care se înfăşoară pe tobă. După rotirea platformei se realizează descărcarea pământului de pe spirele burghiului prin inversarea sensului de rotire. Pe lângă troliul principal care manevrează tija telescopică, maşina de forat este prevăzută şi cu un troliu auxiliar (fig.12.40) pentru manevrarea tronsoanelor de tub, a armăturii din oţel beton şi a coloanei de turnare a betonului.

Fig.12.40. Maşină de forat cu tijă telescopică 1 – masă rotativă; 2 – tijă telescopică; 3 –tub de protecţie; 4 – sanie; 5 –catarg; 6 – mecanism de manevrare catarg; 7 – cablul troliului principal; 9 – cablul troliului auxiliar.

În figura 12.41 se prezintă faza de scoatere din tub a burghiului plin cu pământ, iar in figura 12.42 faza de înfigere a tubului de protecţie.

Fig.12.41. Scoaterea din tub a burghiului plin cu pământ

Fig.12.42. Înfigerea tubului de protecţie

Forarea cu burghiul (fig.12.43) se recomandă pentru pământuri slab coezive. Pentru pământuri mai coezive se obţin rezultate mai bune utilizând în locul burghiului o cupă cilindrică specială (fig.12.44) – borsapă  prevăzută cu cuţite sau dinţi, şi fante prin care pământul taiat intră în cupă.

Fig.12.43. Forare cu burghiu

Fig.12.44. Forare cu borsapǎ

În schemele din figura 12.45 se prezintă maşina de forat cu echipamentul la adâncimeamaximă de lucru, respectiv cu echipamentul ridicat deasupra nivelului terenului.

Fig.12.45. Maşina de forat cu echipamentul la adâncimea maximă de lucru,

Fazele de realizare a coloanelor de fundaţie, utilizând maşini de forat cu coloană telescopică, se indică în figurile 12.46 (cu tubaj) şi 12.47 (fără tubaj).

Fig.12.46. Fazele de realizare a coloanelor de fundaţie, utilizând maşini de forat cu coloană telescopic – cu tubaj a) înfigerea tubului de protecţie; b) forare cu burghiu în interiorul tubului; c) introducerea armăturii din oţel beton; d) turnarea betonului şi extragerea tubului de protecţie

Fig.12.47. Fazele de realizare a coloanelor de fundaţie, utilizând maşini de forat cu coloană telescopic – fǎrǎ tubaj a) înfigerea unui tub scurt pentru ghidarea organului de lucru şi protecţia părţii superioare a găurii; b) forare cu borsapa în prezenţa noroiului bentonitic; c) introducerea armăturii din oţel beton; d) turnarea betonului şi extragerea tubului de protecţie

Mecanismul de manevrare a catargului (poz.4 din figura 12.39), format din mai multe bare articulate şi cilindri hidraulici, trebuie să asigure atât poziţia de lucru, cât şi poziţia de transport a maşinii de forat (fig.12.48).

Fig.12.48. Maşina de forat în poziţie de transport 12.3.2.2. Maşini de forat cu burghiu cu evacuare continuă a pământului Maşina de forat cu burghiu cu evacuare continuă a pământului are ca organ de lucru un burghiu de lungime relativ mare (fig.12.49), iar adâncimea maximă de forare este limitată de înălţimea catargului. Un astfel de echipament se poate utiliza în anumitor categorii de pământ, când pământul nu se lipeşte de elicea burghiului şi poate fi ridicat până la suprafaţa terenului.

Fig.12.49. Maşina de forat cu burghiu cu evacuare continuă a pământului

Schema echipamentului de lucru cu burghiu lung cu evacuare continuă a pământului este indicată în figura 12.50. Pe ghidajele catargului 1 culisează sania 5, pe care se află mecanismul 4 pentru rotirea burghiului 6. Forţa de împingere şi de retragere a burghiului se realizează cu ajutorul mecanismului de avans 3, care poate fi cu lanţ (ca în figură), cu cilindru hidraulic sau cu cablu. Forajul se realizează sub protecţia unui tub realizat din tronsoane, care se manevrează cu ajutorul cablului 2.

Fig.12.50. Schema echipamentului de lucru cu burghiu lung cu evacuare continuă a pământului În figura 12.51 se indică schema tehnologică de realizare a coloanelor de fundaţie prin foraj continuu cu burghiu fără tub de protecţie, iar în figura 12.52 se indică schema tehnologică în varianta utilizării unui tub de protecţie, care se roteşte in sens invers faţă de sensul de rotire a burghiului.

Fig.12.51.Executarea coloanelor de fundaţie cu burghiu cu evacuare continuă fără tub de protecţie a)

executarea găurii; b) ridicarea burghiului şi turnarea betonului prin axul tubular al burghiului; c) introducerea prin vibrare a armăturii din oţel beton şi compactarea betonului

Fig.12.52. Executarea coloanelor de fundaţie cu burghiu cu evacuare continuă cu tub de protecţie (cu înfigere şi extragere prin rotire) a) executarea găurii şi înfigerea tubului prin rotire; b) ridicarea burghiului, extragerea tubului şi turnarea betonului prin axul tubular al burghiului; c) introducerea prin vibrare a armăturii din oţel beton şi compactarea betonului

12.3.2.3. Maşini de forat cu evacuare hidraulică a materialului forat

La maşinile de forat cu evacuare hidraulică organul de lucru este o sapă, care dislocă materialul prin apăsare şi rotire în prezenţa noroiului de foraj, iar materialul dislocat de sapă este evacuat prin circulaţia noroiului de foraj. În funcţie de proprietăţile pământului se utilizează diverse tipuri de sape: sape cu cuţite (fig.12.53 a), sape cu butoni sau pastile din materiale dure (fig.12.53 b), sape cu role (fig.12.54). În corpul sapei sunt prevazute canale pentru circulaţia noroiului de foraj (fig.12.55).

Fig.12.53. Sapǎ - cu cuţite (a); - cu butoni/pastile (b)

Fig.12.54. Coloană de foraj cu sapă cu role

Fig. 12.55. Canale pentru circulaţia noroiului de foraj din interiorul corpului sapei

Schema de ansamblu a unei maşini de forat cu evacuare hidraulică a materialului forat este indicată în figura 12.56

Fig.12.56. Maşină de forat cu evacuare hidraulică a materialului forat având ca maşină de bază un excavator pe şenile 1 – maşină de bază; 2 – braţ; 3 – mecanism de manevrare a catargului; 4 – catarg; 5 – sanie; 6 – ghidaje; 7 – mecanism de avans cu lanţ; 8 – masa rotativă; 9 – coloana de foraj; 10 – sapa de foraj; 11 – cap hidraulic; 12 – troliu pentru manevrarea coloanei de foraj; 13 – instalaţie pentru circulaţia noroiului de foraj

Coloana de foraj este realizată din tronsoane care se îmbină prin filet sau prin flanşe. Pe măsură ce forajul avansează se adaugă noi tronsoane, iar după atingerea adâncimii de foraj necesare, coloana de foraj se demontează tronson cu tronson până ce este posibilă ridicarea sapei deasupra nivelului terenului. În cazul coloanelor de foraj îmbinate prin filetare, maşina de forat este prevăzută cu dispozitive cu cilindri hidraulici pentru fixarea tuburilor de foraj în vederea înşurubării sau deşurubării rapide (fig.12.57). Se utilizează mai multe sisteme de circulaţie a noroiului de foraj prin interiorul tuburilor de foraj: -sisteme cu circulaţie inversă prin absorbţie cu pompe de noroi (fig.12.58); -sisteme cu circulaţie inversă cu ajutorul aerului comprimat (fig.12.59, 12.60); -sisteme cu circulaţie directă (fig.12.61).

Fig.12.57. Maşinǎ de forat - prevăzută cu dispozitive cu cilindri hidraulici pentru fixarea tuburilor de foraj Sistemele cu circulaţie inversă prin absorbţie necesită amorsarea ( umplerea) pompei la fiecare pornire a instalaţiei, operaţie care se realizează cu ajutorul unei instalaţii de vid (fig. 12.58). Sistemele cu circulaţie directă nu prezintă acest dezavantaj, dar nu se pot utiliza decât la forarea găurilor de diametere mici şi în pământuri compacte, caz în care se poate asigura o viteză ascensională suficientă a noroiului fără desprinderea unor particule de pământ din pereţii găurii. Ca urmare sistemele cu circulaţie inversă sunt mult mai utilizate la executarea coloanelor de fundaţie.

Separarea materialului dislocat de sapă din noroiul de foraj se realizează în bazine de decantare executate pe şantier în apropierea maşinii de forat. În figura 12.59 se prezintă principiul de funcţionare al sistemului cu circulaţie inversă cu aer comprimat cu tub dublu: prin tubul exterior este introdus aerul comprimat, iar prin tubul interior este evacuat sub acţiunea aerului comprimat materialul forat împreună cu apa din sol. Capul hidraulic, aflat la partea superioară a coloanei de foraj, (fig.12.58, fig.12.60) face legătura între partea rotitoare şi partea nerotitoare a echipamentului de forat. Capul hidraulic îndeplineşte urmatoarele funcţiuni: susţine echipamentul de foraj, permite rotirea coloanei de foraj, permite circulaţia noroiului de foraj, asigură etanşarea evitând pierderile de noroi de foraj.

Fig.12.58. Schema de principiu a instalaţiei de forat cu circulaţie inversă prin absorbţie 1 – sapă de foraj; 2 – coloana de foraj realizată din mai multe tronsoane;3 – tija de antrenare; 4 –masa rotativă; 5 – cap hidraulic, care face legătura intre partea rotitoare şi partea nerotitoare a echipamentului de forat; 6 – cârligul mecanismului de ridicare a echipamentului de forat; 7 – pompa de noroi; 8, 14, 15 robinete; 9 – pompă de vid; 10 – rezervor de vid; 11- conductă de noroi; 12, 13 – conducte; 16 – bazin de decantare; 17 – canale; 18 – catargul maşinii de forat; 19 – sanie ce se deplasează pe ghidajele catargului.

Fig.12.59. Principiul de funcţionare al sistemului cu circulaţie inversă cu aer comprimat cu tub dublu Schema întregii instalaţii de forat cu circulaţie inversă cu aer comprimat este indicată în figura 12.60.

Fig.12.60. Schema de principiu a instalaţiei de forat cu circulaţie inversă cu aer comprimat 1 –tuburi de foraj; 2 – sapă de foraj; 3 – conductă de aer comprimat; 4 –cap hidraulic; 5 – masa rotativă; 6 – cârligul troliului de manevrare a echipamentului de forat; 7 –conducta de noroi; 8 – bazin de decantare

Fig.12.61. Schema de principiu a sistemului cu circulaţie directă a noroiului de foraj 1 – sapă de foraj; 2 – tuburi de foraj; 3 – tub de protecţie ; 4 – masa rotativă; 5 – cap hidraulic; 6 – sită; 7 – conductă de noroi; 8 – pompă de noroi; 9 – bazin de decantare.

Fig.12.61. Maşină de forat pe autoşasiu - circulaţia noroiului se realizează cu aer comprimat

În figura 12.61 se prezintă o maşină de forat la care circulaţia noroiului se realizează cu ajutorul aerului comprimat şi care are ca maşină de bază un autoşasiu. Astfel de masini se utilizează nu numai la lucrări de fundaţii, ci şi la alte lucrări, ca de exemplu foraje de adâncime relativ mare pentru alimentare cu apă. De asemenea maşinile de forat prin rotire se utilizează frecvent la realizarea pereţilor secanţi prin executarea găurilor şi turnarea coloanelor în ordinea indicată în figura 12.62: -executarea forajelor 1, 2, 3 şi turnarea unor coloane din beton cu adaus de bentonită (noroi autoîntǎritor); -executarea forajelor 4 şi 5 şi turnarea unor coloane din beton armat; -executarea forajelor 6, 7, 8 şi turnarea unor coloane din beton cu adaus de bentonită (noroi autoîntǎritor); -executarea forajelor 9, 10, 11 şi turnarea unor coloane din beton armat etc. Se obţine astfel un perete continuu etanş şi cu rezistenţă ridicată.

Fig.12.62. Maşini de forat prin rotire- realizare pereţi secanţi

12.4. Maşini pentru executarea găurilor de diametru mic pentru ancoraje, minipiloţi şi alte lucrări Pentru executarea ancorajelor şi a minipiloţilor sunt necesare găuri de diametru relativ mic, care în mod frecvent sunt înclinate faţă de verticală, uneori cu unghiuri mari. Pentru realizarea acestor găuri se utilizează maşini de forat rotative sau rotopercutante, la care catargul, pe care culisează sania cu mecanismul de rotire, este manevrat cu ajutorul unui braţ format din mai multe tronsoane articulate (fig.12.63). Ca organe de lucru se utilizează sape de foraj cu cuţite sau sape cu pastile dure (fig.12.53, fig.12.55), iar evacuarea materialului dislocat de sapă se face prin circularea noroiului de foraj prin procedeele indicate mai sus sau în cazul forajului uscat, materialul sub formă de praf este evacuat cu ajutorul aerului comprimat. În cazul evacuării pneumatice maşina de forat este prevăzută cu compresor de aer, conducte de aer, conducte şi furtunuri prin care circulă aer cu praf, precum şi filtru de praf (fig.12.63). Coloana de foraj este formată din tuburi îmbinate cu filet, iar maşina de forat este dotată şi cu dispozitive de fixare cu cilindri hidraulici, care asigură înşurubarea şi deşurubarea rapidă a tronsoanelor ca în figura 12.57. În figura 12.64 se prezintă realizarea unor foraje pe direcţie înclinată în vederea consolidării terenului prin injectarea ulterioară prin tuburile de foraj a mortarului sub presiune sau a altor

amestecuri. În cazul indicat se utilizează forajul rotopercutant, iar evacuarea materialului forat se realizează prin procedeul umed.

Fig.12.63. Maşini de forat rotative sau rotopercutante - catargul manevrat cu braţ format din mai multe tronsoane articulate

Fig.12.64. Realizare foraj înclinat - consolidare teren prin injectarea mortar sub presiune

Din figura 12.65 rezultă principiul de funcţionare a maşinilor de forat rotopercutante: motorul hidraulic rotativ acţionează coloana de foraj prin intermediul unui reductor, iar pistonul acţionat tot hidraulic realizează lovituri periodice asupra coloanei de foraj. Sertarul care asigură schimbarea circulaţiei uleiului prin canalele cilindrului este comandat automat chiar de către pistonul in mişcare. Pentru îmbunătăţirea parametrilor de funcţionare, dispozitivul de lovire este prevăzut cu un acumulator hidraulic.

Fig. 12.65. Principiul de funcţionare a maşinilor de forat rotopercutante

CURS 1

1. OBIECTUL CURSULUI Obiectul acestui curs constǎ în prezentarea unor cunoştinţe generale minime/de bazǎ despre maşinile de construcţii (MC) utilizate necondiţionat într-un proces tehnologic de execuţie a unei construcţii – din orice domeniu (construcţii civile, industriale, cǎi ferate, agricole…). Informaţiile sunt prezentate succint şi sistematizat, parcurgând de regulǎ urmǎtoarele etape: -

Denumirea utilajului respectiv Definiţie şi domenii de utilizare Clasificare Schema de principu- cu elemente componente şi rol funcţional Prezentarea echipamentului de lucru Funcţionare şi parametrii tehnologici Elemente de calcul tehnologic/ mecanizare de bazǎ

În urma parcurgerii acestui curs, utilizatorul va avea acces la o serie de cunoştinţe minimale care-i vor conferi competenţa de a fi capabil:    

sǎ cunoascǎ maşinile de construcţii astfel încât sǎ identifice şi sǎ aleagǎ, din întreaga gamǎ de MC, maşina/utilajul necesar procesului tehnologic respectiv sǎ aprecieze durata de utilizare sǎ planifice timpii tehnologici şi, nu în ultimul rând, sǎ evalueze costurile aferente.

2. NOŢIUNI GENERALE DESPRE MAŞINI Sistemul tehnic reprezintă o creaţie a inteligenţei umane prin intermediul căruia legile naturii sunt modificate şi utilizate în scopul deservirii muncii proprii şi creşterii productivităţii în aceste sens. În stadiul actual de dezvoltare a societăţii, majoritatea activităţilor ce se desfăşoară în diverse domenii sunt realizate cu ajutorul maşinilor. Maşina este un sistem tehnic alcătuit dintr-un ansamblu de corpuri materiale în scopul transformǎrii formei de energie disponibile în energie cineticǎ şi producerii lucrului mecanic util corespunzǎtor procesului tehnologic respectiv. Părţile componente ale maşinii sunt:  sursa motoare, mecanism/mecanisme  organ/organe de lucru  sistem de comandă şi control. În schema structurală 1.2 este prezentat principiul transmiterii mişcării în cadrul maşinii.

Schema structurală 2.1

Sistem de comandă

Sursa motoare (M)

Mecanism (Mec)

şi control (SCC)

Organ de lucru (OL)

Mecanismul constituie partea componentă a maşinii ce preia mişcarea de la sursa motoare şi o transmite modificată la organul/organele de lucru. În figura 2.1. este schematizată modalitatea transmiterii mişcării la un dumper pitic de 750 l capacitate. Dumperul pitic este un utilaj de construcţii folosit pentru transportul unor materiale ca: nisip, pietriş, beton etc. Sursa motoare/motorul (M) are rolul de a produce energie mecanică (cinetică) şi de a o transmite mai departe în lanţul cinematic prin intermediul arborelui de ieşire.

Fig. 2.1. Schema transmiterii mişcării la un dumper pitic de 750 l S.C.C.  sistem de comandă şi control; M  motor; C.V.  cutie de viteze; T.C.  transmisie cardanică; O.L.  organ de lucru (benă); A  ambreiaj; R  reductor

Ambreiajul (A) are rolul de a întrerupe mişcarea în lanţul cinematic la schimbarea turaţiei sau a sensului de mişcare. Cutia de viteze (C.V.) realizează alternativ mai multe rapoarte de transmitere, permiţând astfel adaptarea turaţiei la organul de lucru funcţie de procesul tehnologic specific utilajului. Transmisia cardanică (T.C.) realizează transmiterea mişcării între doi arbori concurenţi aflaţi în plane diferite. Organul de lucru (O.L.) este reprezentat în figura 2.1 de benă dumperului pitic şi are rolul de a realiza procesul tehnologic de transport al pământului la punctul de lucru. Sistemul de comandă şi control (S.C.C.) are rolul de a controla parametrii funcţionării utilajului în timpul transmiterii mişcării de la motor la organul de lucru. Mecanismul poate fi definit în sens general ca parte componentă a maşinii. În cazul nostru, mecanismul care îndeplineşte această funcţiune este alcătuit dintr-o serie de mecanisme componente, definite în sens restrâns: ambreiaj (A), cutie de viteze (C.V.), transmisie cardanică (T.C.). Fiecare dintre acestea, la rândul lor, alcătuiesc câte un mecanism. Clasificarea generalǎ a masinilor a) Maşini de forţǎ- maşini care transformǎ energia dintr-o formǎ în alta, nefiind consumatoare de energie decât în limita pierderilor inerente implicate în transformare a.1 Maşini generatoare - transformǎ energia mecanicǎ într-o altǎ formǎ de energie:  Electricǎ = generatoare electrice  Hidraulicǎ = pompe  Pneumaticǎ = compresoare a.2 Maşini motoare – consumǎ anumite forme de energie şi produc enegie mecanicǎ  Motoarele cu ardere internǎ (MAI)–consumǎ prin ardere energia potenţialǎ termochimicǎ a combustibilului  Motoarele electrice – consumǎ energie electrică  Motoarele hidrostatice şi turbinele – consumǎ energie hidraulicǎ b) Maşini de lucru – efectueazǎ o operaţie/operaţii tehnologice pe parcursul cǎrora cedeazǎ energie prin efectuarea de lucru mecanic util (Lu). MC sunt destinate efectuǎrii de operaţii tehnologice în lucrǎrile de construcţii montaj c) Maşini instrument – maşini destinate determinǎrii unor anumite mǎrimi fizice sau a unor corelaţii între anumite mǎrimi, cu ajutorul cǎrora se pot caracteriza proprietǎţile fizico-mecanice ale unor materiale, produse. Ex. Maşinile de încercat betoane şi elemente prefabricate din beton şi beton-armat. Mǎrimea mecanicǎ subunitarǎ ce caracterizeazǎ eficienţa utilizǎrii energiei primare de cǎtre maşina respectivǎ = randament = raportul între lucrul mecanic util şi lucrul mecanic consumat sau raportul dintre energia utilǎ (furnizatǎ la ieşire) şi energia primarǎ (furnizatǎ la intrare): =

=

< 1

Tabelul 2.1. Semne convenţionale uzuale utilizate în transmisiile mecanice Denumire

Semne convenţionale

bară

placă

Element cinematic- denumiri generice

roată

camă

manivelă (mişcare de rotaţie completă) bielă (mişcare plan-paralelă)

balansier (mişcare de rotaţie incompletă)

Culisor (mişcare de translaţie) Element fix (batiu, şasiu, carcasă)

Exemple funcţionale

Arbore cotit

articulaţie plană

Cuplă cinematică

articulaţie sferică

de translaţie

şurub-piuliţă

cilindrică

Transmisii mecanice cu

Curea

cablu

lanţ

Element elastic –arc, resort

Exemplu de transmisie mecanică – cutia de viteze a unui autovehicul care realizează patru viteze de mers înainte şi una de mers înapoicinci lanţuri cinematice (fig. 2.2 şi 2.3):  lanţul 1 (viteza I):  lanţul 2 (viteza II):  lanţul 3 (viteza III):  lanţul 4 (viteza IV):  lanţul 5 (mers înapoi):

I  1  2  II I  3  4  II I  5  6  II I  7  8  II I  9  10  11  II Fig. 2.2.Cutie de viteze -alcătuire

Fig. 2.2. Schema cinematică a unei cutii de viteze I, II  arbori; i  viteza unghiulară la arborele de intrare; e = viteza unghiulară la arborele de ieşire; 2,4,6,8,10,11  roţi dinţate fixe; 1,3,5,7,9- roţi dinţate mobile (baladoare)

În poziţia prezentată mai sus funcţionează lanţul cinematic de mers înapoi (marche-arrière).

3. ALCĂTUIREA GENERALĂ DE PRINCIPIU A MC Maşinile de lucru- din cadrul cǎrora fac parte şi MC, sunt alcǎtuite dupǎ o structurǎ/schelet comun, având în cadrul lor subansambluri cu roluri funcţionale identice sau asemǎnǎtoare:         

Echipament de forţǎ Transmisie Echipament de lucru, cu organul de lucru Echipament (sistem) de comandǎ şi control (supraveghere) Structura portantǎ Structura de sprijin şi echipament de propulsie Echipament de securitate Instalaţii şi echipamente anexǎ Caroserie

Echipamentul de forţǎ (EF) = maşina/ansamblul de maşini motoare şi generatoare, cu anexele aferente, care furnizeazǎ energia necesarǎ acţionǎrii maşinii Transmisia (Tr) = ansamblul de mecanisme şi instalaţii (electrice, hidraulice) care preiau energia produsǎ de echipamentul de forţǎ, o transformă şi o trimit modificatǎ pâna la echipamentul/organul de lucru Echipament de lucru, cu organ de lucru (EL) = ansamblul de organe/elemente cinematice ataşat maşinii cu ajutorul cǎroa se efectueazǎ operaţia/operaţiile din cadrul procesului tehnologic respectiv pentru care a fost destinatǎ maşina. La echipamentul de lucru este ataşat organul de lucru (OL): cupǎ excavator/încǎrcǎtor, lamǎ buldozer, graifer macara… Echipament comandǎ şi control (SCC) = ansamblu de dispozitive, mecanisme, instrumente de bord, cu ajutorul cǎrora se porneşte, se manevreazǎ şi supravegheazǎ funcţionarea maşinii la parametrii nominali, şi se opreşte. Structura portantǎ (SP) = suport pentru toate celelalte pǎrţi ale maşinii; preia încǎrcǎturile provenite din greutatea tuturor elementelor maşinii, precum şi a celor de exploatare (ex.: greutatea sarcinii la macara, rezistenţa la sǎpare a unui excavator etc.) şi le transmite prin sistemul de sprijin sau a celui de propulsie, terenului sau cǎii pe care lucreazǎ maşina. Structura de sprijin (SS) = preia încǎrcǎrile maşinii şi le descarcǎ la teren sau la calea de rulare Sistemul de propulsie (SP) = asigurǎ deplasarea maşinii în timpul lucrului sau la schimbarea amplasamentului acesteia; poate fi cu: roţi cu pneuri, şenile, roţi (rulouri) metalice, cale de rulare cu şine etc. Echipamentul de securitate (ES) = asigurǎ funcţionarea şi exploatarea maşinii în condiţii de deplinǎ securitate. Ex.: macaralele sunt dotate cu cu limitator de sarcinǎ – un dispozitiv cu funcţionare automatǎ care anuleazǎ orice comandǎ cu excepţia celei de coborâre şi de depunere a sarcinii atunci când se încearcǎ ridicarea unei sarcini superioare celei admisibile. Instalaţiile şi echipamentele anexǎ = asigurǎ confortul exploatǎrii maşinii: instalaţia de încǎlzire a cabinei operatorului, de iluminat…

Tipul EF se alege în funcţie de sursa de energie primarǎ disponibilǎ şi de autonomia de deplasare necesarǎ maşinii. Astfel, în lipsa unei surse de energie primarǎ electrică, se recurge la acţionarea cu MAI. La acelaşi tip de acţionare se recurge şi în cazul maşinilor care necesitǎ autonomie mare de deplasare, care sunt concepute ca maşini fǎrǎ cale de rulare proprie (cu sistem de deplasare pe şenile, pe pneuri…) – excavatoare universale, buldozere, automacarale. Ansamblul EF-Tr. = sistemul de acţionare (SA) a maşinii. SA ale MC pot fi tip (fig.2.2):  Diesel-mecanice = motor primar diesel şi transmisie mecanicǎ  Diesel-electrice = motor diesel+generator electric şi transmisie electricǎ  Diesel-hidraulice= motor diesel+grup pompare şi transmisie hidraulicǎ (TH)  Diesel-pneumatice= motor diesel+ compresor şi transmisie pneumaticǎ (TP)  Electro-mecanice= motor sau motoare electrice (ME) şi transmisie mecanicǎ (TM)  Electro-hidraulice= motor electric+grup pompare (P) şi transmisie hidraulicǎ (TH)  Electro-pneumaticǎ= motor electric (ME)+ compresor şi transmisie pneumaticǎ A

SV

MAI

TM

CD

OL

TM

a. A GE/ P

MAI

ME/ MH

OL

TM

TE/TH

b. RE

C TM

ME

OL

c. RE ME

d

C P

MH

TM

OL

TH Fig. 2.2 Reprezentarea schematizatǎ a sistemelor de acţionare a MC.

a. diesel-mecanic; b. diesel-electric/diesel-hidraulic; c. electro-mecanic; d. electro-hidraulic MAI- M cu ardere internǎ; A- ambreiaj; SV- schimbǎtor de viteze; CD- cutie de distribuţie; TM- transmisie mecanicǎ; OL- organ de lucru; GE,TE, ME – generator, transmisie, motor electrice; P, TH, MH – pompǎ, transmisie, motor hidrostatice; RE- reţea electrică; C- cuplaj

Atunci când maşina lucreazǎ mult timp pe acelaşi amplasament la punct fix sau pe cale de rulare cu şine, este avantajoasǎ acţionarea electrică, energia electricǎ fiind mai ieftinǎ, iar distribuţia ei la diferite mecanisme ale maşinii mai simplǎ. Ex.: macarale turn, betonierele şi centralele de beton, pompele de beton sau de mortar etc. Sistemele de acţionare diesel-electrice, diesel-hidraulice şi electro-hidraulice sunt sisteme combinate.

4. CLASIFICAREA GENERALĂ A M.C. Conform STAS 4184-85: “Utilaje tehnologice pentru c-ţii. Clasificare”. Criteriul de clasificare îl constituie natura sau categoria lucrǎrilor efectuate. Practic, pentru fiecare categorie de lucrare existǎ maşini sau, cel puţin, unelte adecvate. Clasificarea, corespunzǎtor standardului menţionat, este urmǎtoarea: 1. Utilaje pentru lucrǎri de pǎmânt 1.1 Utilaje pentru pregǎtirea terenului: -scarificatoare -tǎietoare de tufişuri -extractoare de buturugi 1.2 Utilaje de sǎpat, nivelat şi transportat: - buldozere - screpere - autogredere 1.3 Utilaje de sǎpat, încǎrcat şi transportat: - excavatoare cu o cupǎ 1.4 Încǎrcǎtoare: - cu 1/mai multe cupe - cu frezǎ - cu melc - cu discuri 1.5 Sǎpǎtoare de gropi, canale şi gǎuri 1.6 Utilaje pentru compactarea terenurilor: -compactoare cu rulouri, cu pneuri mixte cu acţiune staticǎ sau dinamicǎ (prin vibrare, prin batere şi mixtǎ) - maiuri 1.7 Utilaje pentru finisarea terasamentelor 2. Utilaje pentru fundaţii, lucrǎri în stâncǎ şi pentru tuneluri 2.1 Utilaje pentru înfigerea şi smulgerea elementelor: - sonete -berbeci -vibroînfigǎtoare -vibroextractoare 2.2 Utilaje pentru execuţia coloanelor şi pereţilor din beton in situ 2.3 Utilaje pentru ameliorarea terenurilor de fundare slabe 2.4 Utilaje pentru lucrǎri în stâncǎ şi de tuneluri 2.5 Utilaje de forat şi perforat 2.6 Utilaje pentru demolǎri şi dezafectǎri 3. Utilaje pentru transporturi şi maipulǎri 3.1 Autovehicule şi tractoare

3.2 Remorci şi semiremorci 3.3 Mijloace de transport feroviar 3.4 Maşini şi instalaţii de transport continuu: -transportoare cu –bandǎ; lanţ; racleţi; cupe -transportoare cu melc -transportoare inerţiale şi vibratoare -transportoare pneumatice -elevatoare -funiculare 3.5 Alte mijloace de transport 3.6 Stivuitoare: cu furci, etc. 3.7 Utilaje de descǎrcat: -lopeţi mecanice - descǎrcǎtoare de vagoane etc. 4. Utilaje pentru pregǎtirea agregatelor, pentru armǎturi şi cofraje 4.1 Utileje pt. mǎrunţirea agregatelor: -concasoare - mori 4.2 Utilaje pentru sortarea, spǎlarea şi uscarea agregatelor: -ciururi -clasificatoare -spǎlǎtoare -uscǎtoare de agregate 4.3 Utilaje pentru stingerea, prepararea şi manipularea varului:- stingǎtoare - fluidificatoare 4.4 Utilaje pentru prelucrat oţel-beton: -maşini de tǎiat şi îndreptat OL-beton -maşini de fasonat OL-beton 4.5 Utilaje de prelucrat sârmǎ pentru beton precomprimat 4.6 Utilaje pentru prelucrarea armǎturilor: -maşini de sudat armǎturi, plase şi carcase 4.7 Utilaje pentru pretensionare: -instalaţii de pretensionare - prese hidraulice - maşini pt. confecţionat teci pt. fascicole - pompe pt. injectat canale de armǎturi 5. Utilaje pentru prepararea şi punerea în operǎ a betoanelor şi mortarelor 5.1 Utilaje pt. amestecarea betoanelor şi mortarelor: -betoniere -malaxoare de mortar 5.2 Instalaţii pt. prepararea betoanelor şi mortarelor: - centrale fixe sau mobile de beton/mortar 5.3 Utilaje de depozitare şi transport a betoanelor şi mortarelor: -silozuri - buncǎre - containere - bene - autobetoniere 5.4 Utilaje pt. compactarea betoanelor: -vibratoare (de interior/ext.; mese, rigle, plǎci) -instalaţii de vacumare 5.5 Utilaje pt. punerea în operǎ a betoanelor şi mortarelor:- pompe, autopompe beton - pompe mortar - aparate de injectat şi torcretat beton şi mortar

-

repartizoare de beton instalaţii cofraje glisante instalaţii de aburit beton maşini de curǎţat-uns cofraje

6. Utilaje de ridicat pentru lucrǎri de montaj 6.1 Mecanisme simple de ridicat: -vinciuri, palane, trolii 6.2 Ascensoare de şantier: -pt. material/ persoane 6.3 Macarale: -macarale uşoare –de fereastrǎ, de planşeu - macarale turn - macarale pe şenile - macarale pe pneuri - automacarale - lansatoare de conducte 7. Utilaje pentru lucrǎri de izolaţii, instalaţii, finisaje şi lucrǎri pe timp friguros 7.1 Utilaje pt. lucrǎri de izolaţii: -pt. preparare bitumuri -pt. aplicarea bitumuri -pt. uscarea suprafeţelor -pt. aplicarea materialelor izolatoare şi protectoare 7.2 Utilaje pt. prelucrarea materialelor de învelitori şi ventilaţii: -maşini de tǎiat -maşini de roluit - maşini de fǎţuit -maşini de bordurat - maşini de încheiat falţuri la tablǎ etc. 7.3 Utilaje pt. lucrǎri instalaţii: -dispozitive şi maşini de filetat, îndoit, tǎiat, evazat -dispozitive şi maşini de sudat ţevi din material plastic 7.4 Utilaje pt. lucrǎri de tencuieli şi zugrǎveli: - agregate de tencuit, drişcuit -schele 7.5 Utilaje pt. lucrǎri de vopsitorie: -malaxoare pt. chit -maşini de amestecat chituri şi vopseluri -pistoale de injectat chit - instalaţii de vopsit prin pulverizare ş.a. 7.6 Utilaje pt. lucrǎri de pardoseli: -maşini de finisat pardoseli minerale, din beton -maşini de spǎlat -maşini de rindeluit, şlefuit -maşini de lustruit pardoseli din parchet -aspiratoare 7.7 Utilaje pt. lucrǎri pe timp friguros: -generatoare de aer cald, abur -încǎlzitoare de apǎ -instalaţii de încǎlzire/uscare cu infraroşii 8. Utilaje pentru lucrǎri hidrotehnice şi îmbunǎtǎţiri funciare 8.1 Drǎgi maritime 8.2 Drǎgi fluviale 8.3 Mijloace de sǎpat şi transportat agregate 8.4 Hidromonitoare 8.5 Sonete plutitoare

8.6 Degroşeze 8.7 Instalaţii pt. executarea sistemelor de irigare şi desecare 8.8 Instalaţii pt. întreţinerea şi curǎţarea canalelor 8.9 Instalaţii pt. drenaje 9. Utilaje pentru construcţii şi reparaţii drumuri 9.1 Utilaje pt. lucrǎri de fundaţii rutiere şi pt. salubrizǎri - Repartizoare de agregate - Freze rutiere - Distribuitoare de bitum - Distribuitoare de ciment … 9.2 Utilaje pt. preparat mixture asfaltice, la cald şi la rece: - uscǎtoare de agregate - topitoare de bitum -malaxoare şi instalaţii pt. prepararea mixturilor asfaltice la cald/rece 9.3 Utilaje pt. îmbrǎcǎminţi asfaltice, penetrǎri şi tratamente superficiale: -repartizoare şi finisoare de mixture asfaltice -stropitoare de bitum -autogudronatoare -distribuitoare de criblurǎ etc. 9.4 Utilaje pt. fundaţiile drumurilor: -repartizoare şi finisoare din beton -maşini de tǎiat rosturi în beton etc. 9.5 Utilaje pt. întreţinerea drumurilor: - autoagregate pt. reparat şi întreţinut drumuri - autoagregate pt. curǎţirea şi colmatarea fisurilor - autoagregate pt. mǎturat, deszǎpezit, repartizat nisip şi sare ş.a. 10. Utilaje pentru construcţii şi reparaţii cǎi ferate 10.1 Utilaje pentru pregǎtirea cǎii 10.2 Utilaje pentru balastarea şi compactarea cǎii 10.3 Utilaje pentru curǎţat prisma de balast a cǎii 10.4 Utilaje pentru montarea şi sudarea şinelor 10.5 Utilaje pentru montarea şi pozarea cǎii 10.6 Utilaje şi aparate pentru mǎsurat şi verificat calea 10.7 Utilaje pentru întreţinerea liniilor 11. Utilaje pentru montajul conductelor şi liniilor de transport a energiei electrice 11.1 Maşini de prelucrat pe şantier ţevi şi conducte 11.2 Utilaj pentru montat linii electrice aeriene 12. Utilaje energetice şi de sudurǎ : - compresoare de aer; -grupuri electrogene -redresoare şi transformatoare de sudurǎ -generatoare de acetilenǎ etc. 13. Unelte portabile- pt. montaj şi prelucrǎri, pt. instalaţii, pt. finisaje, pt. pardoseli

5. CARACTERISTICILE SĂPĂRII ACESTORA

PĂMÂNTURILOR

ŞI

PROCESUL

Comportarea şi rezistenţa la sǎpare a pǎmânturilor depind de:  

Caracetristicile fizico-mecanice ale pǎmânturilor Forma şi parametrii organului de lucru

În procesul de sǎpare a pǎmânturilor, un rol determinant îl au urmǎtoarele caracteristici: 

Compoziţia granulometicǎ = proporţia procentualǎ a maselor diferitelor fracţiuni componente ale materialului din masa totalǎ a materialului.  Fracţiune material = interval granulometric dimensional în care pot fi încadrate granulele component ale unui material  Dimensiunea nominalǎ a unei granule: = ∙ ∙ [mm] (5.1) în care a1, a2 , a3 sunt cele trei dimensiuni ale prismei circumscrise granulei . În funcţie de dimensiunea nominalǎ, pǎmânturile se structureazǎ în urmǎtoarele categorii: Structurarea pǎmânturilor în funcţie de dimensiunea nominal granulometricǎ

Nr.crt 1 2 3 4 5 6 

Tipuri pǎmânt Argiloase Prǎfoase Nisipoase Pietriş Prundiş/piatrǎ spartǎ Bolovani

Dimensiune nominalǎ, a [mm] a < 0,005 0,005 < a < 0,05 0,05 < a < 2 2< a < 20 20 < a < 200 a > 200

Masa volumicǎ = masa unitǎţii de volum a pǎmântului/rocii în stare natural Structurarea pǎmânturilor în funcţie de masa volumetricǎ

Nr.crt 1 2 3 

Tipuri pǎmânt Neobişnuite Stâncoase Minereuri (metalice)

Masa volumetricǎ, ρ [kg/m3] 1100….2000 2000….3000 3500….5300

Afânarea = proprietatea pǎmânturilor de a-şi mǎri volumul prin sǎpare Coeficientul de afânare  simbol: ka sau ψ [-] î â ǎ = = î ǎ

Valori ale coeficientului de afânare

Nr.crt 1 2 3 4

Tipuri pǎmânt

Nisipuri Argile Pǎmânturi stâncoase Pǎmânturi îngheţate

Valori ka 1,2 1,3 1,45 1,5…2,5

  





Frecarea interioarǎ = se manifestǎ între particulele vecine, componente ale materialului/pǎmântului;se caracterizeazǎ prin coeficientul de frecare interioarǎ, μi [-] Coeziunea = proprietatea componentelor unui pǎmânt/material de a-şi pǎstra legǎtura intrinsecǎ, de a se menține unite datorită forțelor interioare moleculelare Umiditatea = cantitatea procentualǎ de apǎ reţinutǎ de material: − = %

unde Mw este masa materialului umed, iar Mu este masa materialului uscat Frecarea extrioarǎ = frecarea materialului cu corpurile cu care vine în contact. Se caracterizeazǎ prin coeficientul de frecare la alunecare, μ. În cazul MC intereseazǎ frecarea pǎmânt-OL. În cazul materialelor vǎrsate/pǎmânturilor afânate, se definesc şi caracteristicile: Unghiul taluzului natural = unghiul dintre generatoarea conului de material depus liber la sol şi linia orizontalǎ a solului, φ.

φ

φ

φm

a.

θ

Fig. 5.1. Unghiul de taluz natural şi unghiul de surpare b.

Dacǎ suprafaţa de depunere este vibratǎ, atunci materialul se rǎspândeşte lateral (fig. 5.1, a) şi unghiul φ scade ca valoare, devenind unghi de taluz natural în mişcare, φm (φm~0,7 φ). Pentru materiale ideale (granulaţie micǎ, uniformǎ) unghiul de taluz natural este egal cu unghiul de frecare interioarǎ: φ= φi =arctg μi .  Unghiul de surpare = unghiul de la baza conului de surpare creat prin scurgerea materialului printr-un orificiu circular realizat pe suprafaţa de aşezare (fig.5.1, b), notat cu θ.  Gradul de compactare = raportul dintre masele unitǎţii de volum a pǎmânturilor în stare compactatǎ şi necompactatǎ. =



Procesul sǎpǎrii = introducerea OL în pǎmânt, la o adâncime oarecare, ca urmare a deformǎrii pǎmântului, apoi prin tǎierea, şi dislocarea unei brazde. δ

β

γ

Formarea brazdei la pǎmânturi uscate

Formarea brazdei la pǎmânturi plastice

Formarea brazdei la nisipuri

Fig. 5.2. Formarea brazdelor din pǎmânt

Clasificarea pǎmânturilor dupǎ rezistenţa la tǎiere Rezistenţa la tǎierea a pǎmânturilor este determinatǎ de urmǎtorii factori:  masa volumicǎ  caracterizeazǎ indirect gradul de compactare  frecarea internǎ  coezivitatea Dupa mǎrimea rezistenţei la tǎiere, pǎmânturile se impart în opt categorii (I…VIII), dintre care ne vom opri asupra primelor patru (celelalte nu pot fi atacate direct cu MC, necesitând, în prealabil, o operaţie suplimentară de dislocare sau explozie). Cat.I: nisip; nisip argilos, argilǎ nisipoasǎ cu umiditate medie, afânatǎ şi fǎrǎ incluziuni; Cat.II: argilǎ nisipoasǎ, fǎrǎ incluziuni; pietriş mǎrunt şi mijlociu; argilǎ afânatǎ slabǎ, umedǎ; Cat.III: argilǎ nisipoasǎ compactă, argilǎ mijlocie; pǎmânt vegetal; Cat.IV: argilǎ nisipoasǎ tare, cu pietriş; argilǎ tare şi foarte tare umedǎ; cǎrbune slab, conglomerate slab cementate. Rezistenţa totalǎ de sǎpare la OL este mai mare decât rezistenţa la tǎiere  intervine frecarea OL de masiv, de brazda formată, de valul de pǎmânt format în faţǎ şi împins de OL etc.

CURS 2, 3 6. MAŞINI DE SĂPAT ŞI ÎNCĂRCAT. EXCAVATOARE 6.1. Definiţie. Domenii de utilizare Exavatoarele= maşini de c-ţii (MC) utilizate la dislocarea din masiv a terenurilor, precum şi la preluarea şi depunerea excavaţiei într-un mijloc de transport sau în grǎmadǎ -

-

sunt utilizate la executarea gropilor de fundaţie a şanţurilor şi canalelor, la sǎpǎturi pt. regularizarea cursurilor de apǎ, la exploatarea agregatelor minerale în balastiere, cariere… echipamentele de lucru dispun de una sau mai multe cupe prevǎzute cu dinţi cu ajutorul cǎrora se efectueazǎ sǎparea, preluarea, transportul şi descǎrcarea materialului la punctul de lucru

Existǎ o mare varietate de tipuri de excavatoare – fiecare tip fiind destinat unei anume categorii de proces de lucru şi realizat, totodatǎ, într-o gamǎ largǎ de dimensiuni constructive 6.2. Clasificarea excavatoarelor Criteriul general de clasificare – nr. de cupe cu care este prevǎzut echipamentul de lucru: - exc. cu o cupǎ - exc. cu mai multe cupe Excavatoarele cu o singurǎ cupǎ = maşini cu acţiune ciclicǎ Excavatoarele cu m. multe cupe = maşini cu acţiune continuǎau productivitate mai mare, dar sunt mai complexe şi mai scumpe Clasificarea excavatoarelor cu o cupă  după modul de acţionare al echipamentului de lucru: -excavatoare mecanice, la care echipamentul de lucru este acţionat cu ajutorul unor

transmisii cu cabluri şi a altor transmisii mecanice; -excavatoare hidraulice, la care echipamentul de lucru este acţionat cu ajutorul unor cilindri hidraulici. Acţionarea diesel-hidrostaticǎ s-a generalizat în cazul exc. de capacitate micǎ, medie şi mare Acţionarea diesel-mecanicǎ, uneori diesel-electricǎ, se utilizeazǎ la exc. mari şi foarte mari.  dupǎ gradul de universalitate: -excavatoare cu destinaţie specialǎ –prevǎzute cu un singur echipament de lucru, la care se pot ataşa eventual una sau mai multe tipuri de cupe specializate - excavatoare universale – pot fi echipate cu mai multe tipuri de echipamente de lucru = echipamente de schimbpot lucra cu echip. de cupǎ dreaptǎ, cupǎ întoarsǎ, de draglinǎ, de graifer, de macara  după tipul echipamentului de lucru: -excavatoare cu cupă dreaptă, care sapă de regulă deasupra nivelului de sprijin al maşinii;

-excavatoare cu cupă inversă, care sapă de regulă sub nivelul de sprijin al maşinii; -excavatoare cu draglină, prevăzută cu o cupă manevrată cu cabluri şi lanţuri; -excavatoare cu braţ telescopic.  după sistemul de deplasare: -excavatoare pe şenile;

-excavatoare pe pneuri; -excavatoare deplasabile pe şine; -excavatoare păşitoare; -excavatoare plutitoare. 6.3. Construcţia şi funcţionarea excavatoarelor mecanice 6.3.1 Excavator mecanic cu cupă dreaptă În figura 6.1 se prezintă schema şi principalele părţi componente ale unui excavator mecanic cu cupă dreaptă. O particularitate a acestui excavator este existenţa ghidajului articulat al mânerului şi a mecanismului de împingere-retragere a mânerului, care asigură înfigerea şi scoaterea cupei din pământ, precum şi reglarea grosimii brazdei în timpul săparii. De asemenea cupa este montată rigid pe mâner şi se descarcă prin deschiderea peretelui basculant al cupei. Excavatorul mecanic cu cupă dreaptă funcţionează după un ciclu de lucru, care cuprinde următoarele faze: -săparea pământului prin ridicarea cupei (după înfigerea cupei în pământ);

-scoaterea cupei din pământ şi ridicarea acesteia; -rotirea platformei cu echipamentul de lucru cu cupa plină; -descărcarea cupei prin bascularea peretelui inferior al cupei; -rotirea platformei cu echipamentul de lucru cu cupa goală; -coborârea cupei în poziţia de început a săpării, înfigerea cupei în pământ şi închiderea peretelui basculant al cupei.

Fig.6.1. Excavator mecanic cu braţ monobloc cu cupă dreaptă 1 - sistem de deplasare pe şenile; 2 – platformă rotitoare; 3 – sistem de rezemare a platformei rotitoare; 4 – braţ; 5 – ghidaj articulat; 6 – mecanism de împingere a mânerului; 7 – mâner; 8 – peretele inferior basculant al cupei; 9 – cupă; 10 – mecanism de ridicare a cupei; 11 – mecanism de manevrare a braţului.

În figura 6.2 se prezintă excavatorul mecanic cu cupă dreaptă cu braţ monobloc (realizat dintr-o singură grindă), având mânerul executat din două grinzi, cu cupa plină cu pământ ridicată la înalţimea maximă înainte de descărcare.

Fig.6.2. Excavatorul mecanic cu cupă dreaptă cu braţ monobloc

În figura 6.3 este prezentat acelaşi excavator cu echipamentul de lucru în poziţia de început a săpării. Deasupra braţului se observă şi transmisia cu lanţ pentru acţionarea mecanismului de împingere- retragere a mânerului, cu ajutorul caruia se realizează înfigerea dinţilor cupei în pământ.

Fig.6.3. Excavatorul mecanic cu cupă dreaptă cu braţ monobloc- început sǎpare În figura 6.4 se prezintă o altă variantă de excavator mecanic cu cupa dreaptă cu mânerul realizat dintr-o singura grindă de formă tubulară, pe care se montează şi cremaliera mecanismului de împingere- retragere a mânerului. Excavatorul lucrează în carieră, iar cupa se află deasupra basculantei, înainte de descărcare.

Fig.6.4. Excavator mecanic cu cupa dreaptă - mânerul realizat dintr-o singura grindă tubulară

În figura 6.5 se prezintă o altă variantă de excavator mecanic cu cupă dreaptă, prevăzut cu mecanism de împingere- retragere a mânerului cu cabluri şi braţ executat din doua grinzi. Toba mecanismului de împingere- retragere a mânerului se montează între grinzile braţului, în articulaţia ghidajului mânerului.

Fig.6.5. Excavator mecanic cu cupă dreaptă, prevăzut cu mecanism de împingere- retragere a mânerului cu cabluri şi braţ executat din doua grinzi În figura 6.6 se prezintă în prim plan cupa excavatorului şi rola mobilă a palanului de ridicare a cupei, montată articulat pe cupă. Cablul paralel cu mânerul realizează comanda dispozitivului de blocare a peretelui basculant al cupei în vederea executarii descărcării pământului din cupă.

Fig.6.6. Cupa excavatorului şi rola mobilă a palanului de ridicare a cupei- montată articulat pe cupă Dupǎ bascularea peretelui inferior al cupei, are loc descărcarea materialului din cupă sub acţiunea greutăţii proprii (fig.6.7).

Fig.6.7. Descărcarea materialului din cupă sub acţiunea greutăţii proprii

În figura 6.8 se indică schema cinematică a unui excavator la care acţionarea tuturor mecanismelor se face de către motorul diesel prin transmisii mecanice. În prezent această schemă este rar folosită datorită complexităţii sale şi predomină sistemul de acţionare cu motoare electrice separate pentru fiecare mecanism, exemplificat în figura 6.9. Motorul electric principal este alimentat de la reţeaua electrică de curent alternativ şi antrenează mai multe generatoare electrice de curent continuu, care alimentează motoarele electrice ale mecanismelor excavatorului. Se poate utiliza acest sistem de acţionare deoarece, în prezent, excavatoarele mecanice se folosesc în principal în cariere, unde există posibilitatea alimentării de la reţeaua electrică. Un astfel de excavator de mare capacitate cu acţionare electrică este indicat în figura 6.10.

Fig.6.8. Schema cinematică a unui excavator cu transmisie mecanică acţionat de motor unic 1 – motor ; 2 –transmisie; 3 – ambreiaj hidraulic; 4 – troliu pentru manevrarea braţului; 5 – inversorul de sens (cu angrenaje) pentru rotire şi deplasare; 6 – troliul principal cu două tobe pentru ridicarea cupei şi împingerea mânerului; 7 – troliul pentru bascularea peretelui cupei; 8 – sistem de distribuţie a mişcării (rotire sau deplasare); 9 – arborele vertical al mecanismului de deplasare; 10 – mecanism de rotire a platformei excavatorului cu rulment şi angrenaj pinion-coroană dinţată; 11-15 – transmisia mecanismului de deplasare.

Fig. 6.9. Sistemul de acţionare cu motoare electrice separate pentru fiecare mecanism 1-mecanism de deschidere a cupei; 2-mecanism de împingere a mânerului cu cabluri acţionat de motor electric; 3- dulap cu aparataj electric; 4- mecanisme de rotire acţionate de motoare electrice; 5-grup auxiliar motor electric-generator electric; 6-troliul mecanismului de ridicare a cupei acţionat de motoare electrice; 7- generator de curent continuu pentru troliul de ridicare a cupei; 8- motor electric de curent alternativ alimentat de la reţea; 9- camera cu echipament electric; 10- colector de curent pentru alimentarea motoarelor de deplasare aflate pe partea nerotitoare a maşinii; 11- celulă de distribuţie a tensiunii; 12- grup de sudură; 13- accesul pe platformă; 14- generator de curent continuu pentru motoarele de rotire şi motorul şenilei din dreapta; 15- generator de curent continuu pentru motorul mecanismului de împingere a mânerului şi motorul şenilei din stânga.

Fig.6.10. Excavator de mare capacitate cu acţionare electricǎ

6.3.2. Excavator cu draglină În figura 6.11 se prezintă schema şi principalele părţi componente ale unui excavator cu draglină. Draglina se caracterizează printr-o fixare flexibilă a cupei la braţ prin intermediul unui sistem de cabluri şi lanţuri, care servesc şi la manevrarea cupei. Draglina are avantajul realizării unor raze de acţiune şi a unor adâncimi de săpare mai mari ca excavatorul cu cupă dreaptă şi inversă. Înfigerea cupei în pământ se realizează sub acţiunea greutăţii cupei, iar săparea se realizează prin tragerea cupei, astfel că draglina se utilizează doar la săparea în pământuri slabe şi mai ales la extragerea balastului din albia râurilor. Datorită construcţiei cupei (fig.6.12) şi manevrării acesteia cu cabluri şi lanţuri, draglina poate săpa şi sub nivelul apei. Ciclul de lucru al draglinei cuprinde următoarele faze (fig.6.11): -săparea pământului prin tragerea cupei şi umplerea cupei cu pământ din poziţia poziţia I în poziţia II; -scoaterea cupei din pământ prin acţionarea cablului de ridicare a cupei (poziţia III); -ridicarea cupei din poziţia III în poziţia IV cu ajutorul cabului de ridicare, cu desfăşurarea frânată a cablului de tragere de pe toba de tragere;

-rotirea platformei cu cupa plină; -descărcarea cupei prin basculare ca urmare a defrânării cablului de tragere; -rotirea platformei cu cupa goală; -căderea cupei prin desfăşurarea de pe tobă a cablului de ridicare (poziţia V), încheiată prin înfigerea muchiei tăietoare a cupei în pământ.

Fig.6.11. Excavator cu draglină 1 – maşină de bază pe şenile cu platformă rotitoare; 2 – braţ; 3 – cupă; 4 – cablu de tragere a cupei; 5 – lanţuri de tragere; 6 – lanţuri de ridicare; 7 – cablu de echilibrare; 8 – cablu de ridicare a cupei; 9 – dispozitiv de ghidare a cablului de tragere; 10 – troliul principal cu două tobe (toba de tragere şi toba de ridicare a cupei);11 – cablu pentru manevrarea braţului;12 – rola de echilibrare; I – V poziţii ale cupei în timpul ciclului de lucru.

Fig.6.12. Cupa draglinei În figura 6.13 se prezintă cupa plină cu pământ, care se menţine în echilibru sub acţiunea forţelor din cablul de ridicare şi din cablul de tragere, care este frânat.

Fig.1.13. Cupa draglinei plină cu pământ menţinutǎ în echilibru

La defrânarea (slăbirea) cablului de tragere se realizează bascularea cupei şi descărcarea pământului din cupă. Descărcarea se poate realiza într-un mijloc de transport (fig.6.14) sau în grămadă (fig.6.15).

Fig 6.14. Descǎrcarea în autobasculantǎ

Fig. 6.15. Descǎrcarea în grǎmadǎ

Pentru acţionarea excavatorului cu draglină se foloseşte de regulă sistemul diesel-hidraulic, cu motor diesel ce pune în mişcare mai multe pompe hidraulice, iar acestea alimentează motoarele hidraulice rotative ale mecanismelor de deplasare şi rotire, precum şi motoarele hidraulice rotative pentru acţionarea troliilor draglinei.

Fig.6.16. Extragerea balastului din albiile rǎurilor cu ajutorul draglinei Excavatorul cu draglină se utilizează frecvent în balastiere la extragerea balastului din albiile râurilor (fig.6.16).

6.4. Excavatoare hidraulice La excavatoarele hidraulice echipamentul de lucru este acţionat cu ajutorul unor cilindri hidraulici. După construcţia echipamentului de lucru, sunt următoarele tipuri de excavatoare hidraulice: -

excavatoare hidraulice cu cupă inversă; excavatoare hidraulice cu cupă dreaptă; excavatoare hidraulice cu braţ telescopic.

6.4.1. Excavatoare hidraulice cu cupă inversă Aceste excavatoare sapă de regulă sub nivelul de sprijin al maşinii de bază, prin deplasarea cupei spre maşina de bază. Schema şi părţile componente ale excavatorului cu cupă inversă sunt date în figura 6.17.

Fig.6.17. Excavator hidraulic cu cupă inversă 1 – sistem de deplasare; 2 – platformă rotitoare; 3 – braţ; 4 – mâner; 5 – cupă; 6 – mecanism manevrare braţ; 7 - mecanism manevrare mâner; 8 - mecanism manevrare cupă.

Săparea se execută de regulă prin bascularea ansamblului mâner-cupă faţă de articulaţia braţ-mâner cu ajutorul cilindrului 7 pentru manevrarea mânerului. În pământuri slabe, săparea se poate realiza prin acţionarea cupei cu ajutorul cilindrului 8 prin intermediul unor bare articulate, care asigură creşterea unghiului de basculare a cupei. Descărcarea materialului din cupă se realizează prin bascularea cupei.

Fig. 6.18. Excavator hidraulic cu cupă inversă în timpul săpării

În figura 6.18 se prezintă un excavator hidraulic cu cupă inversă în timpul săpării, cu sistem de deplasare pe şenile şi cu braţul construcţie monobloc. Excavatorul din figura 6.19, aflat tot în timpul săpării, are braţul format din două tronsoane articulate, fiecare tronson fiind manevrat separat cu cilindri hidraulici, ceea ce asigură următoarele avantaje: parametri de săpare superiori, înălţime mai redusă în timpul transportului, stabilitate mai bună în timpul deplasării.

Fig. 6.19. Excavator aflat în timpul săpării - braţul din două tronsoane articulate, manevrabile independent cu cilindri hidraulici

Fig.6.20. Excavator pe pneuri - braţ ridicat la înălţimea maximă, cupa plină cu pământ, poziţia premergǎtoare descărcǎrii

În figura 6.20 se prezintă un excavator pe pneuri cu braţul ridicat la înălţimea maximă, cupa plină cu pământ fiind în poziţia înainte de descărcare. Pentru asigurarea stabilităţii şi protejarea pneurilor se introduce o lamă de calare sau calaje basculante. Descărcarea pământului se realizează prin bascularea cupei, ori în mijloace de transport (fig. 6.21), ori în grămadă (fig. 6.22).

Fig.6.21. Descǎrcare în autobasculantǎ

Fig.6.22. Descǎrcare în grǎmadǎ

Fig. 6.23. Excavator cu cupă inversă - diagramǎ parametrii de săpare (adâncimea maximă de săpare, raza maximă, înălţimea maximă de ridicare a cupei, înălţimea de descărcare).

În figura 6.23 se indică parametrii de săpare (adâncimea maximă de săpare, raza maximă, înălţimea maximă de ridicare a cupei, înălţimea de descărcare) pentru un excavator cu cupă inversă. S-au trasat mai multe diagrame pentru diferite lungimi de mâner şi de braţ, care se montează pe aceeaşi maşină de bază. Mecanismul de rotire a platformei excavatorului (fig. 6.24) este format din motor hidraulic, frână normal închisă, reductor, pinion, montate pe partea rotitoare, precum şi coroana dinţată montată pe inelul nerotitor al rulmentului de sprijin al platformei. Pe platforma rotitoare se mai află şi motorul diesel, grupul de pompe, aparatajul hidraulic, cabina cu sistemul de comandă şi control, echipamentul de lucru format din braţ, mâner şi cupă.

Fig. 6.24. Mecanismul de rotire a platformei excavatorului

Pe lângă excavatoarele de capacitate mare şi medie, o largă utilizare au căpătat şi excavatoarele hidraulice de mică capacitate (miniexcavatoare), care asigură importante avantaje pentru lucrări de volum mic , în spaţii înguste (fig.6.25).

Fig. 6.25. Excavator hidraulic de mică capacitate Miniexcavatoarele sunt prevăzute cu un mecanism de rotire suplimentar, care permite rotirea braţului faţă de platforma rotitoare, asigurând posibilitatea de săpare în imediata apropiere a construcţiilor (fig. 6.26).

Fig.6.26. Miniexcavator ce sapǎ lângǎ un zid De asemenea se manifestă tendinţa echipării excavatoarelor cu diferite organe de lucru, mai ales la excavatoarele de mică capacitate: cupe de diferite dimensiuni (fig.6.27 a,b) ciocan hidraulic (fig. 6.27 c), echipament pentru lucrări de demolare a construcţiilor (fig.6.27 d), burghiu pentru forarea găurilor în pământ (fig.6.27 e) şi altele. În figura 6.28 se prezintă un miniexcavator care execută lucrări de demolare în interiorul unei clădiri. Excavatorul devine astfel o maşină

multifuncţională, care poate realiza şi alte lucrări în afară de săparea pământului, inclusiv manipularea unor materiale pe şantier (fig.6.29).

a

b d

e

Fig.6.27. Organe de lucru în echiparea excavatoarelor c

a,b- cupe; c-ciocan hidraulc; d-echipament pt. lucrǎri de demolare; e-burghiu pt. foraje

Fig.6.28. Miniexcavator-execută demolare

Fig.6.29. Excavator- manipulare materiale

O largă răspândire a căpătat în ultimii ani încărcătorul-excavator (buldoexcavatorul), prevăzut atât cu echipament de încărcător (buldozer) în partea din faţă a maşinii de bază, cât şi cu

echipament de excavator cu cupă inversă în partea din spate (fig.6.30). Pentru condiţii speciale de lucru s-au realizat excavatoare speciale, ca de exemplu din figura 6.31, care se poate utiliza la săparea pe teren accidentat.

Fig.6.30 Excavator - cupă inversă în spate

Fig.6.31 Excavator - deplasare prin păşire

6.4.2. Excavatoare hidraulice cu cupă dreaptă Aceste excavatoare sapă de regulă deasupra nivelului de sprijin al maşinii de bază, prin depărtarea cupei faţă de maşina de bază. Schema şi părţile componente ale excavatorului cu cupă dreaptă sunt date în figura 6.32.

Fig.6.32. Excavator hidraulic cu cupă dreaptă 1 - sistem de deplasare; 2 – platformă rotitoare; 3 – braţ; 4 – mâner; 5 – cupă (realizată din două părţi articulate); 6 – cilindri manevrare braţ; 7 – cilindru manevrare mâner; 8 – cilindru manevrare cupă.

Specific acestor excavatoare este faptul că descărcarea cupei se realizează prin deschiderea acesteia, basculându-se partea din faţă a cupei în raport cu peretele posterior al cupei cu ajutorul a doi cilindri hidraulici montaţi pe peretele posterior. În figura 6.33 se indică părţile componente ale unui excavator hidraulic cu cupă dreaptă, iar în figura 6.34 un exemplu de diagramă de săpare.

Fig.6.33 . Excavator hidraulic –pǎrţi componente 1- braţ; 2 – mâner; 3- cupă cu descărcare prin deschidere;4 – cilindri pentru manevrarea cupei; 5 – motoare hidraulice rotative pentru acţionarea şenilelor; 6 –platforma rotitoare cu urechi pentru articulaţia braţului şi a cilindrilor braţului; 7 –roata motoare a şenilelor; 8 – rulment cu coroană dinţată cu dantură interioară; 9- motorul hidraulic rotativ al mecanismului de rotire; 10 – şenile; 11 – cadrul şenilelor; 12 – răcitor de ulei; 13- motor diesel; 14- pompe hidraulice antrenate de motorul diesel; 15 – cabină cu sistem de comandă şi aparate de control; 16- cilindri manevrare braţ; 17 – cilindru manevrare mâner; 18 – aparataj hidraulic montat pe platforma rotitoare.

Fig.6.34. Diagrama de sǎpare

Faza de descărcare a cupei este dată în figura 6.35, iar din figura 6.36 rezultă construcţia cupei.

Fig.6.35. Descărcarea cupei

Fig.6.36. Construcţia cupei

Excavatoarele hidraulice cu cupa dreaptă se utilizează mai ales la capacităţi mari, în cariere, pentru preluarea şi încărcarea materialului în mijloace de transport.

6.4.3. Excavatoare cu braţ telescopic

Excavatoarele cu braţ telescopic se folosesc pentru lucrări de finisare a săpăturii, asigurând o mişcare de translaţie a cupei prin telescoparea braţului şi având şi posibilitatea rotirii cupei în jurul axului braţului. Schema şi diagrama de săpare a unui astfel de excavator se indică în figura 6.37.

Fig. 6.37 Excavator cu braţ telescopic - schema şi diagrama de săpare La unele variante tronsonul mobil al braţului împreună cu cupa se pot roti în jurul axului braţului (fig. 6.38), dar la majoritatea excavatoarelor cu braţ telescopic se poate roti numai cupa în raport cu axul braţului (fig.6.39), pe lângă mişcarea de basculare a cupei, caracteristică tuturor excavatoarelor hidraulice.

Fig. 6.38- Rotire braţ+cupǎ

Fig. 6.39. Rotire relativǎ cupǎ faţǎ de braţ

6.5. Excavatoare cu acţiune continuă Excavatoarele cu acţiune continuă sunt maşini de săpat care realizează săparea, ridicarea şi descărcarea pământului în mod continuu. Dupa modul de săpare se clasifică astfel: a) Excavatoare cu săpare transversală, la care echipamentul de lucru cu lanţ portcupe este amplasat perpendicular pe direcţia de deplasare a maşinii. Se utilizează la săparea taluzelor, extragerea materialului în cariere, extragerea argilei în depozitele fabricilor de cărămizi. b) Excavatoare cu săpare longitudinală la care echipamentul de lucru este amplasat în planul longitudinal de simetrie al maşinii. Se utilizează la săparea şanţurilor, a canalelor de irigaţii. c) Excavatoare cu săpare radială la care săparea se execută prin rotirea unei roţi portcupe simultan cu rotirea întregului echipament în plan orizontal cu turaţie foarte mică. Se utilizează la extragerea materialului în cariere.

6.5.1. Excavatoare cu săpare longitudinală (săpătoare de şanţuri) După construcţia echipamentului de lucru, excavatoarele cu săpare longitudinală se clasifică astfel: -excavatoare cu braţ şi lanţ cu variantele: -lanţ portcupe -lanţ cu cuţite plane şi racleţi -lanţ cu cuţite curbe -lanţ cu dinţi sau cu plăci prevăzute cu dinţi -excavatoare cu roată portcupe După sistemul de descărcare a pământului se clasifică astfel: -descărcare cu transportor cu bandă -descărcare cu transportor elicoidal Pe lângă săparea şanţurilor, unele excavatoare cu săpare longitudinală pot realiza şi instalarea conductelor flexibile sau a cablurilor în pământ.



Săpătoare de şanţuri cu lanţ portcupe

În figura 6.40 se prezintă schema săpătorului de şanţuri cu lanţ portcupe. Săparea se realizează prin acţionarea lanţului cu cupe simultan cu deplasarea maşinii cu viteză foarte mică. Pământul tăiat de cupele 4 se încarcă în cupe, este ridicat şi se descarcă din cupe pe transportorul cu bandă 9, în poziţia în care cupele trec peste roţile de lanţ motoare 5. Pământul este descărcat lateral de către transportor, formându-se o prismă de pământ de-a lungul şanţului. Reglarea adâncimii şanţului şi trecerea echipamentului din poziţia de săpare în poziţia de transport se realizează cu

ajutorul cilindrilor hidraulici 8, care asigură bascularea braţului în jurul articulaţiei braţului la şasiu. În figura 6.41-a se indică o vedere laterală a unui săpător de şanţuri cu lanţ portcupe, iar în figura 6.41-b o vedere din spate. Cupele se fixează între cele două lanţuri.

Fig.6.40. Excavator cu săpare longitudinală cu lanţuri portcupe 1- masină de bază pe şenile; 2 – braţ; 3 – lanţuri portcupe; 4 – cupe; 5 - mecanism actionare lanţ; 6 – roţi de întindere; 7 – roţi de sprijin; 8 – mecanism manevrare braţ; 9 – transportor cu bandă; vl – viteza lanţului; vd – viteza de deplasare a maşinii (vd