НЕДРА
1 966
С. Н. КИСЕЛЕВ, ЧАСОВИТИН, И. Е. ЧЕРКАСОВ,
ЛУС. Г. ВОВИКОВ
ОННЕЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ
Под общей редакцией канд. техн, на
А. Часовитина
Допущено управлением п учебуё&заведений
Министерства транспо н строиМрьства СССР
в качестве учебника для техникум тр йХ^ртного строительства
ИЗДАТЕЛЬСТ
Мойка
УДК 624.19.002.5.(0.7) Д- 622.05
АННОТАЦИЯ
Книга содержит описания принципов действия и конструкций
машин и механизмов, применяющихся при строительстве транспорт-
ных тоннелей и добыче строительных материалов открытым спосо-
бом. Приводятся технические характеристики машин и рассматри-
ваются основные вопросы их эксплуатации и ремонта, излагаются
методы эксплуатационных расчетов и указываются области их при-
менения.
Книга является учебником для учащихся техникумов транспорт-
ного строительства и может быть использована учащимися горных
техникумов, а также при повышении квалификации технических работ-
ников и обслуживающего персонала, занятых на эксплуатации тон-
нельных машин и оборудования.
Отдельные главы и §§ книги написаны:
инж. С. И. Киселевым—главы I, II, VI, VII и XI;
канд. техн, наук П. Л. Часовитиным—главы III и VIII;
канд. техн, наук Н. Е. Черкасовым — главы IV и V (§ 17);
инж. С. Г. Воейковым — главы V (§§ 18 и 19), VII (§ 25), IX,
X и XII.
3-18-1
558-65
К ВВЕДЕНИЮ МЕЖДУНАРОДНОЙ СИСТЕМЫ
ЕДИНИЦ
Наличие нескольких систем единиц для измерения различных
физических величин, а также распространенных внесистемных еди-
ниц вызывает значительные трудности и неудобства, связанные
с переводом значений измеряемых величин из одной системы
в другую.
В качестве Государственного стандарта СССР (ГОСТ 9867—61)
вводится новая универсальная Международная система единиц СИ.
Основными единицами новой системы являются: метр, кило-
грамм, секунда, ампер, градус Кельвина, свеча. Единицей массы
в этой системе является килограмм, а единицей силы (в том числе
и силы тяжести, т. е. веса) - ньютон.
В табл. 1 приводятся основные и производные единицы, исполь-
зуемые в настоящем учебнике, и их обозначение в международной
системе единиц (СИ).
В ряде случаев возникает необходимость пересчета применяемых
единиц в единицы системы СИ. Например, для пересчета единицы
силы — килограмм-сила в единицу ньютон следует пользоваться
Таблица 1
Величина	Единица измерения	Сокращенные обоз- начения единиц		Размер единицы
		русские	латинские или греческие	
Длина	Основные еди метр		ни цы м	т	
Масса	килограмм ....	кг	kg	—
Время	секунда 		сек	S	—-
Сила электрического	ампер ......	а	А	—
тока Термодинамическая	градус Кельвина . .	“К	°К	—
температура Сила света	свеча 		св	cd	—
1*
3
Продолжение табл. 1
Величина	Единица измерения	Сокращенные обоз- начения единиц		Размер единицы
		русские	латинские или греческие	
Площадь	Производные ej квадратный метр . .	ХИНИ цы м2	т2	(1 ^2)
Объем	кубический метр . .	м3	nr'	(1 *3)
Частота	герц		гц	Hz	1 : (1 сек)
Скорость	метр в секунду . . .	м/сек	m/s	(1 м) : (1 сек)
Ускорение Сила	метр на секунду в квадрате	 Ньютон .....	м/сек2 н	m/s2 N	(1 м) : (1 сек)2 (1 кг)-(1 м) :
Давление (механиче- ское напряжение)	ньютон на квадрат- ный метр ....	Н./м2	N/ m2	: (1 сек)2 (1 н) : (1 м)2
Работа, энергия, ко-	джоуль 		дж	J	(1 н)-(1 м)
личество теплоты				
Мощность	ватт			вт	W	(1 дж) : (1 сек)
Электрическое напря-	вольт 		в	, V	(1 вт) : (1 а)
жен не, разность электрических по- тенциалов, элек- тродвижущая сила			Q	(1 в) : (1 а)
Электрическое сопро-	ом		ом		
тивление				
соотношением: 1 кгс = 9,80665 н. Однако в подавляющем большин-
стве случаев пересчет может быть значительно упрощен, так как с точ-
ностью около 2% можно принять, что 1 кгс = 10 н, и этим простым
соотношением можно пользоваться во всех случаях, когда допустимо
пренебречь указанной разницей в 2%.
В отличие от применявшихся прежде единиц измерения, системой
СИ предусматривается единая единица измерения работы, энергии
и количества теплоты — джоуль (1 дж — 1н-1 м).
ВВЕДЕНИЕ
В Программе дальнейшего развития всех отраслей народного
хозяйства СССР, принятой XXII съездом КПСС, предусматривается
большой объем капитального строительства на базе широкого вне-
дрения индустриальных методов и комплексной механизации работ.
В разнообразном комплексе работ по транспортному строительству
важное место принадлежит постройке тоннелей и метрополитенов.
Для механизации работ при строительстве тоннелей и горных
предприятий отечественная промышленность изготовляет в настоя-
щее время многочисленные горнопроходческие и строительные
машины.
 В последние годы научно-исследовательскими, проектными и
строительными организациями Министерства транспортного строи-
тельства СССР на основе достижений советской науки и техники
проводятся работы по внедрению в строительство тоннелей новых,
более совершенных конструкций машин и механизмов.
Для успешного использования этих машин необходимо изучить
их устройство, принципы работы и основные правила эксплуатации.
Учебник «Тоннельные машины и тоннельный транспорт» состав-
лен в соответствии с программой курса того же наименования для
специальности № 1218 «Строительство тоннелей и метрополитенов»,
предусмотренного для техникумов транспортного строительства.
Большую помощь авторскому коллективу в подготовке рукописи
книги оказали рецензенты-инженеры И. Ф. Жуков, В. А. Гуцько
и С. С. Казанцев, ценные замечания и советы которых приняты
авторами с благодарностью.
Авторы с глубокой признательностью примут все замечания и
пожелания читателей, направленные на дальнейшее улучшение
содержания учебника.

Глава I
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ОТБОЙКИ ГОРНОЙ ПОРОДЫ,
БУРЕНИЯ ШПУРОВ И СКВАЖИН
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Применяемые в тоннельном строительстве и на открытых карье-
рах машины для отбойки породы, бурения шпуров и скважин де-
лятся на две группы — отбойные молотки и буровые машины.
Все машины первой группы основаны на ударном
принципе действия. Породоразрушающий рабочий инструмент таких
машин внедряется в породу под действием направленной по его оси
ударной нагрузки. По виду применяемой энергии отбойные молотки
подразделяются на пневматические, широко используемые в тон-
нельном строительстве, и электрические, которые не получили
широкого распространения ввиду их низкой производительности
вследствие небольшой работы удара. Однако в связи с высокой
стоимостью пневматической энергии и низким к. п. д. пневмати-
ческих отбойных молотков работы по созданию электрических молот-
ков продолжаются.
Вторая группа машин отличается значительным
разнообразием конструкций, принципы действия которых связаны
с различными видами и способами бурения шпуров и скважин.
В табл. 2 представлена классификация машин, предназначенных
для наиболее распространенного в горном деле механического буре-
ния, при котором разрушение породы осуществляется за счет вне-
дрения в нее специального бурового инструмента под действием
механических усилий.
Из машин для немеханического бурения (термического, взрыв-
ного, электрогидравлического, гидравлического, ультразвукового
и других) в производстве применяются установки для термиче-
ского и взрывного бурения. Остальные находятся в стадии разра-
ботки или экспериментальных исследований.
При механическом бурении шпуров применяются ударный, враща-
тельный, вращательно-ударный и ударно-вращательный способы буре-
7
Таблица 2
ния, для каждого из которых (см. рис. 1) предназначаются соответ-
ствующие машины.
Разрушение пород машинами ударного
действия происходит в результате внедрения в породу лезвий
буровой коронки (рис. 1, а) под действием ударной нагрузки Луд,
направленной по оси шпура или скважины. В месте внедрения лез-
вия порода сминается, дробится и лишь незначительная часть ее
скалывается. Статическая осевая нагрузка Рос в этом случае либо
совсем отсутствует (ударно-канатное бурение), либо незначительна
по величине (при бурении пневматическими молотками) и обеспе-
чивает только контакт лезвия с породой в момент удара, после кото-
рого инструмент за счет упругости породы отскакивает от забоя
8
и поворачивается на некоторый угол. Затем удар повторяется.
Забойная мощность Nyfl, расходуемая на удар, в 10 и более раз
больше мощности NBP, расходуемой на вращение.
Машины ударного действия обеспечивают бурение шпуров и
скважин практически в породах любой крепости. Наибольшее рас-
пространение они получили при бурении по породам с f = 2^-20 *.
К их недостаткам относится значительное пылеобразование, а также
прерывистый во времени процесс разрушения породы, снижающий
производительность бурения.
Бурение машинами вращательного дей-
ствия осуществляется резанием или путем смятия и раздавлива-
ния_пород.
Рис. 1. Схема процесса разрушения породы при различных способах бурения
Разрушение породного массива при резании происходит путем
срезания породной стружки резцом в результате сочетания враща-
тельного движения лезвий резца под действием окружного уси-
лия Л4вр (рис. 1, б) с их поступательным движением на забой под
действием осевого усилия Рос. Вся забойная мощность расходуется
на вращение.
Центр вращения резца совпадает с осью шпура или скважины.
Резец совершает сложное винтообразное движение, при котором его
лезвие сначала производит незначительное уплотнение и смятие
породы, а затем большую часть ее скалывает.
Бурение машинами вращательного действия, основанными на
принципе резания, по сравнению с ударными значительно умень-
шает пылеобразование и повышает скорость бурения, так как забой
разрушается непрерывно. Расход энергии и ее стоимость сокра-
щаются вследствие значительно меньшего (почти в 10 раз) сопротив-
* Здесь и далее коэффициент крепости пород f по шкале проф. М. М. Протодья-
конова.
9
ления пород скалыванию при резании, чем раздавливанию при уда-
рах, и применения более дешевой электрической энергии (вместо
пневматической).
Однако такие машины могут применяться только при бурении
пород с коэффициентами крепости f < 9. При бурении по более креп-
ким породам истирание и износ резцов настолько значительны, что
бурение становится неэффективным.
Машины (станки) вращательного действия с алмазными или дро-
бовыми коронками, а также шарошечными долотами разрушают
породный массив путем смятия и раздавливания пород. Произво-
дительность таких станков невысокая, но они просты и надежны
в эксплуатации и обеспечивают бурение в породах с коэффициен-
том крепости f > 9.
Машины вращательно-ударного действия
разрушают породный массив коронками, лезвия которых внедряются
в породу под действием значительного осевого статического уси-
лия Рос (рис. 1, в), осевой ударной нагрузки Луд при одновременном
вращении под действием окружного усилия Л4вр.
У этих машин мощность Мвр механизма вращения значительно
выше мощности Муд ударного механизма, поэтому большая часть
энергии тратится на разрушение породы резанием. Ударная нагрузка
при высоком осевом давлении способствует внедрению лезвия в по-
роду на значительную глубину и как бы расширяет возможности
вращательного бурения резанием, так как с увеличением глубины
внедрения резца в породу улучшается отвод тепла от резца и сни-
жается его износ. Одновременно повышается и производительность
бурения.
Машины вращательно-ударного действия используются при буре-
нии по породам с коэффициентом крепости f = 9ч-14. К недостат-
кам таких машин относится высокий расход и стоимость пневмати-
ческой энергии (по сравнению с затратами на электроэнергию при
вращательном бурении), значительный вес в связи с необходимостью
создания большого осевого усилия, а также невозможность бурения
по породам с коэффициентом крепости f > 14.
Машины ударно-вращательного действия
разрушают породы в забое при внедрении в нее лезвия долота под
действием значительной осевой ударной нагрузки (см. рис. 1, г)
в сочетании с независимым вращением бурового инструмента при
окружном усилии Мвр. Статическая осевая нагрузка Рос в этом слу-
чае незначительна и служит не для внедрения лезвий долота в по-
роду, а для предупреждения отскока долота от забоя после удара.
Забойная ударная мощность Муд у этих машин больше забойной
вращательной мощности Мвр. Они имеют небольшой вес, просты
в изготовлении, удобны для эксплуатации и обеспечивают бу-
рение скважин . в породах любой крепости. К их недостаткам
относится значительное пылеобразование, а также прерывистость
во времени процесса разрушения породы, снижающего производи-
тельность бурения.
10
§ 2. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ОТБОЙНЫЕ МОЛОТКИ
Отбойными молотками называются ручные машины ударного
действия, предназначенные для выемки мягких пород и пород сред-
ней крепости (/ = 0,6-=-2,0), а также для разрушения каменных
и кирпичных кладок, вскрытия дорожных покрытий и разрушения
крепких пород при вспомогательных работах (дробление крупных
кусков и оконтуривание забоя после взрывания, рыхление пород,
разбивка мерзлого грунта и т. д.).
Пневматические отбойные молотки подразделяются:
по весу на легкие — 8 кг для выемки мягких пород (/ = 0,64-1,5),
средние — 9 и 10 кг для выемки довольно мягких пород и пород
средней крепости (f = 1,54-2,0) и тяжелые — 12,5 кг для разруше-
ния каменных и кирпичных кладок, дробления крупных кусков
и т. д.;
по конструкции пусковых устройств — с принудительным или
автоматическим пуском;
по способу воздухораспределения — клапанные и золотниковые;
по возможности пылеподавления — с орошением или без оро-
шения.
Технические характеристики пневматических отбойных молот-
ков приведены в табл. 3.
Таблица 3
Показатели
Вес, кг.........
Длина без пики,
мм..............
Рабочее давление
сжатого воз-
духа, апш . . .
Энергия единич-
ного удара, кГм
Частота ударов,
уд/мин . . . .
Мощность, л. с.
Расход воздуха,
лР/мин . . . .
Ход ударника, мм
Способ пуска
Способ воздухо-
распределения
Пылеподавление
Тип отбойного молотка
МО-8у		МО-9у		МО-Шу		МОО-8	МОО-Ю	МО-12
8,5		9		1	0	9	10,8	12,5
48	0	51	>0	5'	ГО	475	528	655
4	5	4	5	4	5	5	5	5 (до- пускается ДО 6)
2,6	3,2	2,8	3,5	3,5	4,4	3,4	4,5	6,3
1850 1,07	2000 1,42	1560 0,97	1800 1,4	1220 0,95	1400 1,3	1600	1250	1060 1,48
1,2 1	1,4 05 Ai	1,2 12 !томат	1,3 5 нческ!	1,05 Р 1Й	1,3 13	1,1 Неавт че	1,15 омати- зкий	1,25 185 Автомати- ческий
		Клапанный Нет				| Золот Орошение		тиковый Нет
Примечание Диаметр ударника у всех молотков 38 мм.
11
Конструкция и принцип действия
Пневматический отбойный молоток состоит из автоматического
или неавтоматического пускового устройства, клапанного или золот-
никового ударно-воздухораспределительного механизма, ороситель-
ного устройства (у молотков с орошением) и исполнительного органа—
пики. Работа пневматического отбойного молотка основана на прин-
ципе преобразования внутри молотка энергии сжатого воздуха в ме-
ханическую энергию ударов по пике, под действием которых пика
Рис. 2. Отбойный молоток МО-9у
внедряется в породный массив, после чего проходчик, действуя от-
бойным молотком, как рычагом, производит отделение части мас-
сива.
Автоматическое пусковое устройство
(рис. 2) состоит из промежуточного звена 9 с вентильной буксой 6,
вентилем 7 и вентильной пружиной 10; рукоятки 5 и футорки 3.
Промежуточное звено плотно навинчивается на ствол 17 и закреп-
ляется стопорным штифтом 15, который удерживается от выпадания
щитком 16, служащим одновременно для направления струи отра-
ботанного воздуха в сторону от рабочего.
Рукоятка свободно надевается на промежуточное звено и отжи-
мается от него двумя спиральными пружинами 8. Благодаря оваль-
ному окну в рукоятке, через которое проходит футорка, ввинчивае-
мая в резьбовое гнездо промежуточного звена, рукоятка может пере-
мещаться в горизонтальной плоскости относительно промежуточного
звена.
Вентиль 7 одной своей стороной упирается в вентильную пру-
жину, а другой в пластину 4 дна рукоятки.
Сжатый воздух подводится к молотку по гибкому шлангу, кото-
рый соединяется с футоркой конусным ниппелем 1 и накидной
гайкой 2.
12
При нажатии на рукоятку пружины 8 сжимаются, вептиль,
перемещаясь в буксе в направлении к стволу молотка, сжимает
вентильную пружину и своей выточкой становится против воздуш-
ного канала, открывая доступ сжатому воздуху к воздухораспре-
делительному устройству — отбойный молоток начинает работать.
При освобождении рукоятки пружины 8 смещают ее в направле-
нии от ствола; в этом же направлении под действием вентильной
пружины смещается вентиль и своей утолщенной частью перекры-
вает канал для впуска сжатого воздуха — отбойный молоток пре-
кращает работу.
Неавтоматическое (клавишное) пусковое уст-
ройство применяется только на молотках с водяным пыле-
подавляющим орошением и имеет ограниченное применение ввиду
малой прочности, возможности интенсивного загрязнения и необхо-
димости постоянного нажатия на клавишу. Вследствие жесткой
связи рукоятки с корпусом молотка его отдача значительно увели-
чивается, вызывая повышенную утомляемость рабочего.
Ударно-воздухораспределительный ме-
ханизм (см. рис. 2) состоит из каленого ствола 17 с запрессован-
ной в него буксой 19 под хвостовик пики, ударника 18, воздухо-
распределительного механизма клапанного типа с клапаном 13,
клапанной коробкой 11 и крышкой клапанной коробки 12 или
золотникового типа (см. рис. 4) с золотником 4, золотниковой короб-
кой 6 и крышкой золотниковой коробки 5.
Основное назначение ствола и ударника состоит в обеспечении
необходимой энергии удара по хвостовику пики при возвратно-
поступательном движении ударника. Одновременно они являются
элементами воздухораспределительного механизма. Продольные и
радиальные каналы, расположенные в стенках ствола, совмещаясь
с соответствующими каналами клапанной или золотниковой коробок,
образуют единую воздухораспределительную систему, в которой
при возвратно-поступательном движении ударника в стволе и кла-
пана в клапанной или золотника в золотниковой коробках проис-
ходит регулирование подачи воздуха. Клапанная или золотниковая
коробки располагаются в расточке промежуточного звена 9 или
непосредственно в рукоятке, если молоток выполняется с неавто-
матическим пусковым устройством, и плотно прижимаются к стволу.
Штифты 14 (см. рис. 2) исключают возможность их смещения отно-
сительно ствола. Наружный диаметр клапанной и золотниковой
коробок выполняется на 5 мм меньше внутреннего диаметра про-
межуточного звена благодаря чему вокруг коробок образуется
кольцевой зазор в 2,5 мм (на сторону).
В современных отбойных молотках применяются две принци-
пиально различные системы воздухораспределения, зависящие от
конструкции воздухораспределительного механизма — клапанного
или золотникового.
Клапанный воздухораспределительный механизм по сравнению
с золотниковым имеет меньшие габариты, меньшие вес и износ
13
деталей, проще в изготовлении и прочнее за счет малого количества
каналов. Путь перемещения клапана из одного положения в дру-
гое короче по сравнению с путем золотника, в связи с чем сокра-
щается время перемещения клапана, возрастает число ударов и
повышается производительность молотка.
Недостатки клапанной системы: значительное снижение энергии
удара при понижении- давления сжатого воздуха ниже номиналь-
ного (5 ати), повышенный расход воздуха и увеличенная отдача.
Как показали исследования Г. И. Кусницына и Г. И. Сидоренкова,
повышенный расход сжатого воздуха и повышенная отдача при
клапанном воздухораснределении становятся ощутимыми только
в том случае, если относительная длина хода ударника (отношение
длины рабочего хода ударника к его собственной длине) больше 2.
Так как при нормальной эксплуатации падение давления в сети не
должно иметь место, при выполнении указанного выше условия
недостатки клапанного воздухораспределения в основном исклю-
чаются.
При клапанном воздухораспределении
к началу рабочего хода клапан 6 занимает крайне?верхнее положение
в клапанной коробке (рис. 3), ударник — крайнее верхнее положе-
ние в стволе. Сжатый воздух под давлением 5 ати из кольцевого про-
странства 1 по каналам I—2 поступает в полость А ствола и приводит
в движение ударник, который начинает рабочий ход в направлении
пики. В этот момент давление воздуха в полости ствола Б, кана-
лах III— 4—II и полости 3 клапанной коробки равно атмосферному.
Клапан плотно прижат давлением 5 ати к корпусу клапанной ко-
робки. По мере продвижения ударника по стволу воздух из полости Б
вытесняется ударником в атмосферу по выхлопным каналам IV—V—
5—VI и не оказывает сопротивления ударнику до тех пор, пока
ударник не перекроет выхлопные каналы. После этого воздух в по-
лости Б, в каналах III—4—II и полости 3 клапанной коробки начи-
нает сжиматься и давление его повышается до ^.2,5 ати. Когда
задняя кромка ударника открывает выхлопной канал V—5—VI,
давление в полости А падает до атмосферного. Усилие, действующее
в этот момент на клапан со стороны полости 3 клапанной коробки,
превышает усилие со стороны ствола и клапан перемещается в край-
нее нижнее положение. Одновременно ударник наносит удар по
хвостовику пики. -
Холостой ход ударник совершает под действием сжатого воздуха
давлением 5 ати, поступающего из кольцевого пространства по
каналам /—3—II—4—III в полость Б. Воздух из полости А вы-
тесняется ударником в атмосферу по выхлопным каналам V—5—VI,
а затем сжимается до давления, равного =йг2,5 ати. После того как
задняя кромка ударника открывает выхлопные каналы IV—5—VI,
давление в полости Б и соответственно в каналах I—3—II—4—III
падает до атмосферного. Усилие, действующее в этот момент на кла-
пан со стороны ствола, превышает усилие со стороны полости 3 кла-
панной коробки, и клапан перемещается в крайнее верхнее поло-
14
жение. Далее цикл повторяется. Образующаяся к концу рабочего
и холостого хода воздушная подушка исключает возможность ударов
ударника по промежуточному звену и буксе. Предусмотренное
в крышке клапанной коробки отверстие а обеспечивает проникно-
вение воздуха в полость А и переброску клапана в крайнее верхнее
Рис. 3. Воздухораспределение в отбойных молотках с плоским
клапаном
положение, если к началу рабочего хода ударник находится в край-
нем верхнем положении, а клапан в крайнем нижнем.
При золотниковом воздухораспределе-
н и и к началу рабочего хода золотник 4 занимает крайнее нижнее
положение в золотниковой коробке (рис. 4), а ударник — крайнее
верхнее положение в стволе. Сжатый воздух под давлением 5 ати
из кольцевого пространства между промежуточным звеном и золот-
никовой коробкой по каналу поступает в полость ствола А и при-
водит в движение ударник, который начинает рабочий ход в направ-
лении пики. В этот момент давление в полости ствола Б и соответ-
ственно в каналах VI—3—VIII, V—2—IX, III—IV—1—X равно
15
атмосферному. Золотник в это время находится под действием сле-
дующих сил: на площадки SL, S2, S4, S5 действует полное рабочее
давление, а на площадку S3 действует давление, равное примерно
одной атмосфере. Равнодействующая сил, оказывающих давление на
золотник, направлена сверху вниз. По мере передвижения ударника
по стволу воздух из полости Б по каналам IX—2—VII, X—1—IV,
Рабочий ход
холостой ход
Рис. 4. Схема воздухораспрсдсления в отбойных молот-
ках с цилиндрическим золотником
выточке на золотнике и каналам V—2—VII вытесняется ударником
в атмосферу и не оказывает сопротивления рабочему ходу ударника.
В момент, когда перемещаясь вперед, ударник перекроет каналы
IX—2—VII и откроет каналы VIII—3—VI, сжатый воздух (5 ати)
по открытому каналу поступает к площадке S3 золотника, который
при этом уравновешивается. Продолжая двигаться вперед, ударник
открывает выхлопные каналы IX—2— VII, соединяющие полость А
с атмосферой. Давление в этой полости и соответственно у площа-
док золотника St, S3, S4, S5 резко падает до атмосферного. На пло-
щадку S2 в этот момент действует полное рабочее давление (5 ати)
16
й равнодействующая сил оказывается направленной снизу вверх —
золотник перемещается в крайнее верхнее положение. Одновременно
ударник наносит удар по хвостовику пики.
Холостой ход ударник совершает под давлением сжатого воздуха
(5 ати), поступающего в полость Б из кольцевого пространства
через каналы II—III—1—X. В этот момент полость А и все торцо-
вые площадки золотника находятся под атмосферным давлением, за
исключением площадки S2, на которую действует полное рабочее
давление (5 ати). Равнодействующая сила направлена снизу вверх,
и соответственно золотник удерживается в крайнем верхнем положе-
нии. Воздух из полости А вытесняется ударником по каналам
IX—2—VII и VIII—3—VI—V—2—VII. В момент, когда ударник
перекроет эти каналы, в полости А воздух сжимается до я^З ати,
а между ударником и крышкой образуется воздушная подушка,
исключающая возможность ударов ударника по золотниковой ко-
робке. Этому также способствует поступление сжатого воздуха
в заднюю полость ствола через отверстие а — 0,8 4-1,0 мм в стенке
золотника.
После того как задняя кромка ударника открывает выхлопные
каналы IX—2—VII, давление в полости Б и соответственно у пло-
щадки S2 золотника резко падает до атмосферного. Равнодействую-
щая сил оказывается направленной сверху вниз, и золотник пере-
мещается в крайнее нижнее положение, после чего цикл повто-
ряется.
При работе вверх золотник и ударник под действием собственного
веса будут находиться в крайнем верхнем положении. Благодаря
отверстию а в золотнике сжатый воздух под давлением 5 ати попа-
дает в полость А ствола и, действуя на площадку S5, перекидывает
золотник в крайнее нижнее положение. Дальнейшая работа молотка
осуществляется в прежней последовательности.
Сменный рабочий инструмент
Сменным рабочим инструментом, непосредственно контактирую-
щим с породой и разрушающим ее, является пика отбойного
молотка.
Пика 23 (см. рис. 2) имеет буртик 22 и хвостовик 21. Длина пики
и форма ее острия зависят от физико-механических свойств разру-
шаемых горных пород. Чем крепче породы, тем во избежание поломок
пики и острия должна быть короче пика и больше угол заострения,
и наоборот.
Так, для пород с коэффициентом крепости f = 1 применяют
пики длиной 300—400 мм и угол заострения 60°, а для пород с коэф-
фициентом крепости f = 1,5 и выше длина пик выбирается в пределах
250—300 мм и угол заострения до 80°.
В вязких, но не твердых породах, например в плотных глинах
(f = 1), применяют пику в виде лопатки с клинообразным заостре-
нием, так как обычная пика в этом случае не отбивает породу, а вяз-
2 Зак. 630
17
нет и застревает в ней. Пика крепится в буксе с помощью концевого
колпака 20. Колпак обеспечивает центральный удар ударника по
хвостовику пики, что уменьшает износ буксы и хвостовика. Зазор
между концевой буксой и хвостовиком пики оказывает значительное
влияние на долговечность и экономичность работы молотка. При уве-
личении зазора снижается давление в воздушном буфере между удар-
ником и буксой, вследствие чего будут иметь место удары удар-
ника по буксе, т. е. будет происходить выпрессовывание буксы из
ствола.
Кроме того, с увеличением зазора резко падает мощность мо-
лотка и увеличивается расход сжатого воздуха. Износ хвостовика
не должен превышать 0,2 мм. Восстановление пик производится
способом наплавки или электротермической обработки.
§ 3.	ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ БУРИЛЬНЫЕ МОЛОТКИ
Бурильными молотками (перфораторами) называются машины
ударного действия, предназначенные для бурения шпуров и неглу-
боких скважин малого диаметра в породах средней крепости, крепких
и в высшей степени крепких (f = 2ч-20), а также для вспомогатель-
ных работ при строительстве.
Пневматические бурильные молотки в зависимости от их назна-
чения подразделяются на ручные, предназначенные для бурения
горизонтальных и наклонных шпуров; телескопные для бурения
шпуров и скважин в направлении снизу вверх; колонковые для
бурения горизонтальных и наклонных шпуров и скважин.
Ручные бурильные молотки имеют три весовые категории: легкую
до 18 кг для бурения с пневмоподдержки шпуров глубиной до 2 м
в горизонтальных и наклонных выработках по породам с коэффи-
циентом крепости f до 8ч-10; среднюю до 25 кг для бурения с пневмо-
поддержки шпуров глубиной до 4 м преимущественно в горизонталь-
ных выработках по породам с коэффициентом крепости f др 12ч-16;
тяжелую весом свыше 25 кг для бурения с пневмоподдержки гори-
зонтальных и нисходящих шпуров и скважин по породам крепким
и в высшей степени крепким с коэффициентом крепости f = 10ч-20.
В настоящее время значительное распространение получили
высокочастотные бурильные молотки (2000 ударов поршня в минуту
и более), которые развивают большую ударную мощность и обеспе-
чивают более высокую производительность, чем низкочастотные
молотки. Увеличение количества ударов и мощности достигается
путем уменьшения длины хода поршня и увеличения его диаметра..
По способу воздухораспределения все бурильные молотки де-
лятся на клапанные, золотниковые и бесклапанные, а по способу-
удаления буровой мелочи из шпура — на молотки с промывкой;
и с пылеотсасыванием. Технические характеристики пневматических,
бурильных молотков, получивших распространение в тоннельном
строительстве, приводятся в табл. 4.
18
Тип бурильного молотка
о 2 п	<15-ЭМ	S	° Ag’i tzr —,	Л *— ‘-Ll ста	
м X о ч о X	t-wYlM	r ca o	g	2	s -S о® ю	S°°-S®12	S	S	Ё и 00	I:'»1'-'''	О	g$ co	
ф X	9S-1U	TO o	_,	о		.	й	И	<u £:£*	ю	°1	J2°-5® 2:	<oS	§	з	s 2	<£>	со	S	о	зз го	=Х С О	3 ж	
р о ф н	9SJ.LI	и ооЗ	О gcigjo о° coco ю о 0^2°° —- со	с	IHBUBiry ВМЯ1Ч ива; loo	П4,
	621 LI	g g ’to	Sc^couo „-CD	О co. COCO 10 со	со ^	с	
	0О1ГОН1Э еииэНэя -oclu BIftf ЭМСЕ-dU	og	®i	<0$	§ЯЖ «t<	10 •^со^'О	§ 5 к то с °	sS	
ф 3	girOoEdU iroe-du	к	и ТОГО	о са q со	о 5 и	S со	е 2	£ о	to gtoo^	S	»Д 5	| СО	к W S	S2.S со	ото-2 0 2	
£	siim-du im-du	К ТО	ГО °	й 6 * г^-,	О i: СО со	о	S S с"3 а	° §«-й- Л 5 СО	f	t	ГО °	<4 к	О	ш ГО	О-	'т? <о	О ш	с	g	
	at^i-du irei-du	i	«	,	, °	§ « 6 и	«	I !S •7	to	о Я e.?	ч	ra 2 10	—	о	-f	(j3cc£fcc;i=s 2	ю °-	2^-gS N|	-	=	 о	CO	о к о g й	5°&3	
	Показатели	Вес, кг	 Длина (без бура), мм Рабочее давление сжа- того воздуха, ати Энергия единичного уда- ра, кГм 	 Число ударов поршня в минуту 	 Расход воздуха, м?/мин Диаметр поршня, мм Ход поршня, мм .... Наибольшая глубина бурения, м 		/и,п amv 1 р лмипп п , yrtyri. Способ удаления буро- вой мелочи и пылепо- давления 	 Способ	воздухорасп ре- деления 	
Примечание. Все молотки имеют зависимый поворот бура.
2*
19*
Конструкция и принцип действия
Бурильный молоток (рис. 5) состоит из корпуса, образуемого
крышкой 2, цилиндром 4, направляющей втулкой 5 и стволом 6,
соединенными между собой стяжными болтами 8 с гайками; пуско-
вого устройства 3, размещенного в специальном приливе крышки 2;
воздухораспределительного и ударно-поворотного механизмов, раз-
мещенных в корпусе; устройств для удаления буровой мелочи из
шпуров; буродержателя 7, автомасленки 9 и рукоятки 1.
Пусковое устройство (рис. 6) состоит из пустотелого
конуса / с радиальным каналом а и поворотной рукоятки.
Рис. 5. Бурильный молоток ПР-18Л
Радиальный канал а, совмещаясь при поворотах конуса пол-
ностью или частично с каналом б корпуса молотка, обеспечивает
подачу сжатого воздуха в рабочие полости цилиндра и соответст-
венно работу молотка на полную или на неполную мощность. Послед-
нее необходимо для режима забуривания.
Воздухораспределительный и ударно-поворотный механизмы со-
ставляют вместе с цилиндром молотка единый механизм, предназна-
ченный для регулирования подачи сжатого воздуха, а также преоб-
разования его энергии в механическую энергию удара по хвосто-
вику бурового инструмента и поворота бура вокруг продольной
оси.
Ударно-поворотный механизм состоит из порш-
ня 9 со шлицами на штоке; размещенной в расточке поршня спираль-
ной направляющей гайки 8\ храпового стержня 7; установленной
неподвижно в цилиндре молотка храповой буксы 2 внутреннего
зацепления; разъемной поворотной буксы, в ведомой части 12 кото-
рой устанавливается штанга бурового инструмента, а ведущая
часть // соединяется с помощью шлиц со штоком поршня.
20
10 11	12	13 /4
Рис. 6. Бурильный молоток ПР-18Л (разрез)
21
Головка храпового стержня со стопорными собачками 17 и отжи-
мающими их пружинами 18 размещается внутри храповой буксы.
Собачки под действием пружинок упираются в зубья храповой
буксы и позволяют храповому стержню поворачиваться только
в одном направлении. Для зацепления поршня с храповым стержнем
последний на внешней поверхности имеет винтовые пазы, в которые
входят винтовые выступы гайки 8.
Поршень под действием сжатого воздуха совершает возвратно-
поступательное движение внутри цилиндра молотка. При рабочем
ходе поршня, в конце которого наносится удар по хвостовику буро-
вой штанги, гайка 8, двигаясь вместе с поршнем прямолинейно,
поворачивает не встречающий сопротивления храповой стержень
вместе со стопорными собачками на некоторый угол. При обратном
ходе поршня собачки препятствуют возврату стержня в исходное
положение и гайка 8, скользя по спиральной нарезке стержня,
вынуждена сама поворачиваться вместе с поршнем, поворотной буксой
и буром на угол 10—15°. Угол поворота зависит от шага винтовых
пазов храпового стержня.	<.
Преимуществом такой конструкции поворотного механизма, кото-
рым оборудуются все отечественные бурильные молотки, является
возможность получения для данного перфоратора различных чисел
оборотов буровой штанги путем смены комплектов храповых стерж-
ней и гаек с разным шагом винтовой нарезки. Кроме того, быстро
изнашивающаяся гайка 8 легко заменяется новой.
Недостатком является неизбежность дополнительных потерь дав-
ления воздуха, так как часть его перетекает через продольные
каналы храповой буксы.
Воздухораспределительный механизм в
зависимости от конструкции может быть клапанного типа (рис. 7)
с клапаном 5, клапанной коробкой 4, задней 6 и передней 7 крышками
клапанной коробки и золотникового типа (рис. 8) с золотником /;
и золотниковой коробкой, состоящей из задней 3 и передней 4 крышек:
втулки 2 и корпуса 7.
Во всех этих конструкциях, как и в пневматических отбойных
молотках, цилиндр и поршень молотка одновременно являются
элементами воздухораспределительного механизма.
При клапанном воздухораспределении (см. рис. 7) в момент
начала рабочего хода клапан занимает крайнее левое положение
в клапанной коробке, а поршень — крайнее левое положение в ци-
линдре. Воздух от пускового устройства по каналам I—1—II—
III—2 попадает в полость А цилиндра и приводит в движение пор-
шень, который начинает рабочий ход в направлении бурового ин-
струмента.
В этот момент давление воздуха в полости Б, сообщающейся
с атмосферой через выхлопной канал IV, в канале 3 и коль-
цевой выточке V (слева за клапаном) равно атмосферному. Кла-
пан давлением 5 ати плотно прижат к корпусу клапанной ко-
робки.
22
Совершая рабочий ход, поршень в некоторый момент перекры-
вает выхлопной канал IV и воздух в полости Б, а также в канале 3
и кольцевой выточке V за клапаном начинает сжиматься до ати.
В момент, когда поршень задней кромкой открывает выхлопной
канал IV, давление в полости А цилиндра резко падает до атмосфер-
ного и клапан под действием более высокого давления в кольцевой
Рабочий ход
Рис. 7. Воздухораспределительное устройство с фланце-
вым клапаном
выточке слева за клапаном перебрасывается в крайнее правое поло-
жение, открывая путь сжатому воздуху в полость Б цилиндра через
кольцевую выточку V и канал 3. Поршень в момент переброски кла-
пана наносит удар по хвостовику бура. На этом рабочий ход закан-
чивается и начинается холостой ход, при котором после перекрытия
поршнем выхлопного канала IV начинается сжатие воздуха, остав-
шегося в полости А. В момент, когда поршень задней кромкой
открывает выхлопной канал IV, давление в полости Б, канале 3
и кольцевой выточке V резко падает до атмосферного, а в полости А
возрастает до =^3 ати. Такой перепад давлений вызывает переброску
23
клапана в положение, соответствующее рабочему ходу. Далее цикл
повторяется.
Клапанный воздухораспределительный механизм прост по кон-
струкции, легок и обеспечивает переключение воздушной системы
из одного положения в другое не более чем за 0,001—0,0015 сек.
К его недостаткам относятся значительный расход сжатого воздуха
Рис. 8. Золотниковое воздухораспределительное
устройство
в момент переключения клапана и снижение энергии удара. Поэтому
широкое применение он получил только в ручных молотках с повы-
шенной частотой и сравнительно небольшой энергией ударов.
При золотниковом воздухораспределении к началу рабочего
хода (см. рис. 8) золотник занимает крайнее левое положение в ци-
линдре. Воздух через каналы и кольцевые зазоры 5—6—8—11—12
поступает в полость А цилиндра и приводит в движение поршень,
который начинает рабочий ход в направлении хвостовика бурового
инструмента. Воздух из полости Б вытесняется через выхлопной
канал 15 до тех пор, пока канал не будет перекрыт поршнем.
24
В процессе движения поршень задней кромкой открывает
канал 16, и сжатый воздух под давлением 5 ати из полости А
устремляется по каналу 16 в кольцевое пространство 18 золотнико-
вой коробки, нажимает слева на буртик золотника и перебрасывает
в крайнее правое положение золотник, который закрывает каналы 12
и до начала выхлопа отсекает подачу воздуха в полость А цилиндра.
Поршень, двигаясь вперед, одновременно с ударом по хвостовику
бурового инструмента открывает выхлопное отверстие 15, после
чего давление в полости А цилиндра снижается. На этом рабочий
ход заканчивается.
В период холостого хода воздух под давлением 5 ати по каналам
и кольцевым зазорам 5—6—19—13 поступает в полость Б цилиндра.
Воздух из полости А вытесняется поршнем в атмосферу через вы-
хлопной канал 15, а после его перекрытия поршнем сжимается,
образуя в конце холостого хода воздушную подушку, исключающую
возможность удара поршня по золотниковой коробке. Совершая
холостой ход, поршень открывает канал 14, и сжатый воздух, попа-
дая через него в кольцевой зазор 9 корпуса золотниковой коробки,
до начала выхлопа передвигает золотник в крайнее левое положение.
Далее цикл повторяется. Отверстия 10 и 17 имеют диаметр 0,8—1 лии
и служат для выпуска воздуха в атмосферу из кольцевых про-
странств 9 и 18 золотниковой коробки в момент переброски золот-
ника. Наличие этих отверстий позволяет избежать образования
воздушной подушки, препятствующей переброске золотника.
Золотниковое воздухораспределение применяется в тяжелых руч-
ных и колонковых молотках, обладающих значительной энергией,
большой длиной хода и малой частотой ударов поршня. Принцип
работы, обеспечивающий прямолинейное направление струи сжа-
того воздуха при рабочем ходе поршня, плотное перекрытие каналов
торцами золотника и его переключение до начала выхлопа, позво-
ляет значительно сократить расход воздуха и получить высокую
энергию удара. К недостаткам такого воздухораспределения отно-
сится сложность конструкции, исключающая возможность примене-
ния его в бурильных молотках с повышенной частотой ударов.
Устройствами для промывки шпуров или
пылеотсоса оборудуются все современные бурильные молотки. При-
чем большинство применяемых в тоннельном строительстве молот-
ков оборудуется устройствами для промывки шпуров водой, так
как бурение с промывкой обеспечивает надежность работы, сокра-
щает затраты времени на вспомогательные операции, повышает ско-
рость бурения на 15—20 % и срок службы бурового инструмента
в связи с непрерывным охлаждением водой коронок бура.
Для промывки шпуров применяются устройства двух типов:
с осевой или с боковой подачей воды.
В первом случае вода из водяной магистрали поступает
(см. рис. 6) в специальные каналы пробки 20 и далее по трубке 10
в осевой канал штанги и в шпур. Для уплотнения соединения пробки
С водяной трубкой служит резиновое кольцо 19. Поток жидкости,
25
поступая в шпур, захватывает буровую мелочь и выносит ее из шпура.
Для предотвращения поступления воды в цилиндр молотка и вымы-
вания смазки с движущихся частей давление воды поддерживается
на 0,5—1 ати — меньше, чем давление сжатого воздуха. Несмотря
на широкое распространение, осевая промывка шпуров имеет ряд
недостатков: частый выход из строя осевых промывочных трубок;
частичное перетекание воды внутрь молотка и вымывание смазки;
проникновение воздуха в шпур вместе с водой и затрудненное в связи
с этим смачивание частиц пыли и недостаточное их вымывание;
необходимость применения нейтральной воды.
Указанные недостатки осевой промывки исключаются при боко-
вом способе подачи воды. В этом случае вода поступает через муфту
непосредственно в осевое отверстие буровой штанги, минуя молоток.
Муфта с уплотняющими устройствами располагается на цилиндри-
ческой части хвостовика бура.
Отсос пыли применяется в тех случаях, когда подача воды
по естественным или техническим условиям невозможна или затруд-
нена (бурение в зоне вечной мерзлоты; в породах, склонных к пуче-
нию; на больших глубинах; при проведении восстающих выработок
и т. д.). В этом случае буровая пыль вместе с воздухом засасывается
в канал бура и через осевую трубку диаметром 10 мм подается в пе-
риодически очищающийся пылеуловитель.
Разрежение, необходимое для отсасывания пыли, создается пнев-
матическим эжектором, который чаще всего размещается в корпусе
специального пылеуловителя, где пыль осаждается.
Конструктивные особенности колонковых
и телескопных бурильных молотков
Особенность конструкции колонковых бурильных молотков со-
стоит в возможности их установки на автоподатчиках, а телескоп-
ных — оборудованных специальными телескопными подающими и под-
держивающими устройствами, в наличии между штоком поршня и
хвостовиком бура специального бойка, предохраняющего молоток
от попадания в него буровой мелочи, и воздушной трубки, кон-
центрически охватывающей осевую трубку для подачи воды. Поток
сжатого воздуха предотвращает попадание воды внутрь полости
молотка.
Установочные приспособления
Установочные приспособления предназначаются для облегчения
труда бурильщика и создания определенного осевого усилия на
буровой инструмент, что повышает производительность бурения.
Приспособления подразделяются на пневмоподдержки, применяе-
мые главным образом для установки и подачи ручных бурильных
молотков, и распорные винтовые или пневматические колонки
с автоподатчиками для подачи колонковых молотков.
26
Широкое распространение в последнее время получили также
манипуляторы — механизмы, служащие для установки бурильных
молотков на буровых тележках, погрузочных и других машинах,
а также буровые каретки и буровые рамы, предназначенные для
установки на них бурильных молотков с автоподатчиками и пневмо-
поддержками.
Пневматическая поддержка (рис. 9) состоит из стального ци-
линдра /; поршня 3 с полым штоком 2 и манжетными уплотне-
ниями 4; установочной головки 7 с редукционным краном 9, разгру-
зочной кнопкой 8 и воздухоподводящим ниппелем //; ручки 12
и установочной пяты 5 с вилкой 6.
Воздух, поступая по каналам а—б—в—г—д в полость А ци-
линдра, перемещает поршень со штоком и установочной головкой
с закрепленным на ней молотком в направлении снизу вверх. Усилие
подачи плавно регулируется редукционным краном, поворотом ру-
коятки которого в ту или иную сторону с помощью регулировочной
иглы 10 создается большее или меньшее сопротивление движению
воздуха, поступающего в канал б. Подвижная часть пневмопод-
держки возвращается в исходное положение под действием соб-
ственного веса при выпуске воздуха из полости А через разгрузоч-
ную кнопку 8. В некоторых, более сложных, но менее распростра-
ненных конструкциях предусматривается принудительный возврат
поршня под действием сжатого воздуха, поступающего в верхнюю
полость цилиндра.
Для защиты бурильщиков от вибрации между пневмоподдержкой
и молотком устанавливаются виброгасящие каретки КВ1 и КВС1,
в которых вибрация поглощается амортизационными пружинами.
Технические характеристики наиболее распространенных пневмо-
поддержек приводятся в табл. 5.
Создаваемое пневмоподдержкой подъемное усилие Р (рис. 10)
при наклонной установке пневмоподдержки по отношению к забою
27
разделяется на горизонтальную составляющую Рг, действующую
по оси молотка и обеспечивающую подачу его на забой, и на верти-
кальную составляющую Рг уравновешивающую вес бурильного
молотка. Между величиной Р и углом установки пневмоподдержки а
существует зависимость, выражаемая графиком (см. рис. 10).
Рис. 10. Установка бурильного молотка на пневмоподдержке
Наибольшая скорость бурения обеспечивается при установке
пневмоподдержки под углом 27—33° к вертикальной оси.
Винтовая распорная колонка (винтовой домкрат) состоит из трубы
с внутренней винтовой резьбой и ввертываемого в нее винта, с по-
мощью которого колонка распирается между почвой и кровлей
Таблица 5
Показатели	Тип	пневмоподдержки	
	П-17ЛА	П-18ЛА	ППК-18
Высота, мм: минимальная 	 максимальная .... Ход штока, мм	 Подъемное усилие, кГ . . . Вес, кг 	 Предназначены для буриль- ных молотков	....	1230 2030 800 140 15 ПР-18Л; ПР-18ЛБ	1505 2605 1100 140 16 ПР-24 Л; ПР-24 Л Б	1160 1930 760 165 18 ПР-ЗОК; ПР-ЗОЛБ
Примечание. Возврат в исходное положение под действием собст-
венного веса.
горной выработки. На трубе консольно закреплена поддержка,
на которой крепится автоподатчик с колонковым бурильным молот-
ком. Максимальная высота таких колонок 1900—2800 мм (в рабочем
положении).
У горизонтальных распорных колонок бурильный молоток с авто-
податчиком располагается непосредственно на трубе колонки. Досто-
инство таких колонок состоит в том, что они могут раскрепляться
28
выше отбитой породы, что дает возможность совмещения уборки
породы с бурением верхних шпуров.
Автоподатчики предназначены для обеспечения осевой подачи
колонковых бурильных молотков вместе с буровым инструментом
на забой.
По конструкции и принципу работы автоподатчики подразде-
ляются на поршневые, канатно-поршневые, винтовые и цепные.
В поршневых автоподатчиках (рис. 11, а) подаю-
щим устройством является поршень 2, совершающий под действием
Рис. 11. Автоподатчикн
сжатого воздуха возвратно-
поступательное движение в
цилиндре /. Шток поршня
связан со скользящей карет-
кой 3, на которой устанав-
ливается бурильный молоток.
Иногда с кареткой связан
цилиндр, совершающий воз-
вратно-поступательное дви-
жение относительно непод-
вижного поршня. Недостат-
ком таких автоподатчиков
является их большая длина
при крайнем переднем поло-
жении каретки вследствие
расположения подающего
устройства и каретки на одной
линии. Этот недостаток устраняется в канатно-поршневых подат-
чиках путем размещения пневмоцилиндра под подающей частью,
при этом поршень цилиндра связан с бурильным молотком через
систему канатов и блоков.
В винтовом автоподатчике (рис. 11,6) пневмати-
ческий двигатель / вращает ходовой винт 3, установленный в раз-
мещенных на раме 4 подшипниках. Бурильный молоток в этом
случае подается или отводится от забоя соединенной с бурильным
молотком 5 гайкой 2, навинчивающейся или свинчивающейся с ходо-
вого винта при его вращении в ту или другую сторону — в зави-
симости от направления вращения двигателя.
Винтовые автоподатчикн в ряде случаев могут оборудоваться
автоматическим регулятором, обеспечивающим изменение усилия
подачи в зависимости от сопротивления буримой породы. Скорости
поступательного движения гайки 2 как при подаче, так и при от-
ходе бурильного молотка от забоя у винтовых автоподатчиков оди-
наковы, что является их недостатком, так как при длинах подачи
свыше 2 м время отхода бура от забоя становится настолько зна-
чительным, что применение таких податчиков оказывается нецеле-
сообразным.
При величине хода подачи до 3,6—4 м применяются цепные
автоподатчики (рис. 11, в) с пневмодвигателем, приводящим
29
во вращение через редуктор ведущую звездочку, которая переме-
щает цепь вместе с кареткой бурильного молотка. Цепные авто-
податчики обеспечивают усилие подачи до 300 кГ, остальные —
до 90 кГ.
Автоподатчики можно устанавливать и на манипуляторах погру-
зочных машин и буровых кареток.
Манипуляторы состоят (рис. 12) из стрелы 5, колонки /, крон-
штейнов 2, раздвижной стяжки 3 и вертлюга 6. Все элементы мани-
пуляторов соединены между собой шарнирно. Подъем и опускание
Рис. 12 Манипулятор МБМ-1
стрелы производятся червячно-винтовым механизмом 4, а поворот —
вручную. У новых манипуляторов типа МБМ-2 подъем и опускание
стрелы производятся электродвигателем с помощью электропривода
с червячным редуктором. Манипуляторы МБМ-2 позволяют раз-
мещать на одной стреле два бурильных молотка и рассчитаны на
усилие подачи до 2000 кГ. Наибольшая ширина забоя, обуриваемая
с двух манипуляторов, 5000 мм. Наибольшая высота бурения 3000 мм.
Буровые каретки (платформы на колесном или гусеничном ходу)
имеют манипуляторы, на которых устанавливается несколько (один-
шесть) бурильных молотков с автоподатчиками. Буровые каретки
недостаточно эффективны и широкого распространения не получили.
Буровые рамы получили широкое распространение при сооруже-
нии железнодорожных и автодорожных тоннелей больших сечений
в устойчивых породах с раскрытием профиля на полное сечение.
Буровая передвижная металлическая
рама БР-2 (рис. 13, а) в передней части имеет ряд вертикальных
колонок с передвижными кронштейнами, на которых крепятся авто-
податчики с бурильными молотками.
Кроме того, на раме установлены магистральные водо- и воздухо-
проводы, к которым присоединяются шланги от бурильных молотков.
30

Рама опирается на четыре подрессоренных колеса н перемещается
вдоль тоннеля по рельсовому пути с колеей 1500 мм с помощью
погрузочных машин или электровозов.
Самоходная буровая рама (рис. 13, б) оборудуется
восемью выдвижными платформами по четыре в верхнем и среднем
ярусах, с которых производится бурение шпуров перфораторами
и оборка забоя. При необходимости с нее выполняют временное креп-
ление кровли (установка анкеров, арок и т. д.). Под нижним ярусом
рамы смонтирован пневматический перестановщик вагонеток. Для
крепления рамы служат винтовые пневматические домкраты.
Сменный буровой инструмент
Исполнительным инструментом пневматических бурильных мо-
лотков является бур, представляющий собой стальной стержень
(см. рис. 6), состоящий из коронки 16, штанги 15, буртика 14 и хво-
стовика 13, служащего для закрепления бура в поворотной буксе
бурильного молотка.
Буры могут быть сплошные, выполненные из сплошного прутка
стали (штанги) с закаленным или армированным твердым сплавом
концом (несъемной коронкой), и составные: сплошной пруток стали
(штанга) и съемная армированная коронка. Сплошные буры в на-
стоящее время применяются редко и только при бурении шпуров
малого диаметра (19—32 мм). Применение съемных коронок позво-
ляет изготавливать штанги и коронки из разных сталей, соответ-
ствующих их режимам работы.
Для ручных и телескопных молотков применяются штанги
шестигранного сечения, а для колонковых — круглого. Штанги
телескопных молотков изготовляются без буртика. Штанги, пред-
назначенные для бурения с промывкой, имеют центральный канал
0 6—8 мм, а для бурения с пылеотсосом канал 0 12 мм.
Штанга составного бура соединяется с коронкой с помощью
резьбы или чаще самотормозящего клина в виде конического отвер-
стия с углом наклона 3° 30' в коронке и гладкого конуса с таким же
углом наклона на штанге.
Съемная армированная коронка (рис. 14) со-
стоит из корпуса / с перьями 2 и пластинок твердого сплава 3, коли-
чество которых зависит от формы и количества перьев.
Корпус с перьями изготовляется из стали с последующей термо-
обработкой, обеспечивающей повышенную твердость корпуса и соот-
ветственно устойчивость его к истиранию. Корпус имеет промывоч-
ные каналы. Пластинки твердого сплава припаиваются специаль-
ными припоями. Они обладают высокой устойчивостью к истиранию,
не меняя своих свойств при нагреве до 900—1000°. Сплав, из кото-
рого они выполняются, в основном состоит из карбида вольфрама,
придающего твердость, и кобальта, придающего вязкость. Сплавы
с меньшим содержанием кобальта (например, ВК-П, содержащий
11 % кобальта) являются более твердыми и износостойкими, но и
32
более хрупкими. Они могут выкрашиваться при ударах, поэтому
применяются для бурения только пород средней крепости (f = 6).
Для бурения крепких пород применяется сплав ВК-15.
Армировка коронок значительно повышает их стойкость (по
сравнению с неармированными) и позволяет увеличить среднюю
скорость бурения (в 1,5 раза).
Наиболее высококачественные сплавы получаются при спекании
компонентов в атмосфере инертного газа (водорода). Они марки-
руются соответственно ВК-6В, ВК-8В, ВК-11В и т. д. При этом
Рис. 14. Съемные буровые коронки
Сплав
ВК-6В
ВК-8В
ВК-15
сплав ВК-8В по своим свойствам соответствует обычному сплаву
ВК-15. При бурении шпуров диаметром более 32 мм принимают
коронки, армированные твердыми сплавами:
Коэффициент кре-
пости породы
2—9
10—14
15—20
Верхняя часть пластинки, выходящая за пределы паза, образует
клиновидное лезвие высотой 4—8 мм в зависимости от диаметра
коронки. Угол заострения лезвия принимается постоянным и рав-
ным 110°. Боковая часть перьев коронки и соответственно пластинки
затачивается на конус с углом наклона 3°, благодаря чему исклю-
чается трение перьев о стенки шпура. Диаметр коронки составляет
1,3—2,5 диаметра стержня для того, чтобы буровая мука свободно
могла проходить между стенкой шпура и стержнем бура.
По форме коронки делятся на однодолотчатые (см. рис. 14, а, б),
обеспечивающие высокую скорость и производительность бурения
в монолитных однородных породах любой крепости, крестовые
(см. рис. 14, в) в Т-образные (см. рис. 14, д), применяющиеся для
бурения в трещиноватых породах всех категорий крепости, а также
для забуривания.
3 Зак. 630
33
Долотчатые и крестовые коронки изготовляются диаметром от 40
до 60 мм.
Существуют более сложные формы коронок — двухдолотчатые,
трехперые, звездчатые, с прерывистыми лезвиями и т. д. Такие
коронки повышают скорость бурения, обеспечивают высокие ско-
рости бурения, но имеют меньшее распространение ввиду сложности
их изготовления и заточки.
Для бурения скважин диаметром 85 мм применяются коронки
с одним опережающим лезвием (см. рис. 14, г), облегчающим забу-
ривание и центрирование коронки, и несколькими основными лез-
виями. Такая коронка образует шпуры правильной формы и спо-
собствует получению более крупного шлама, что уменьшает запы-
ленность рудничного воздуха. Производительность бурения в этом
случае повышается благодаря нарушению монолитности породы
бурением опережающего шпура малого диаметра.
Комплект бурового инструмента, предназначенного для бурения
шпуров, состоит из буров различной длины с различными диаметрами
головок. Разница в длине соседних буров в комплекте — шаг длины—
составляет 0,3—0,9 м. Чем крепче порода, тем меньше величина
шага. Разница в диаметре соседних буров — шаг диаметра комп-
лекта — определяется величиной износа головок (коронок) бура
до их замены и принимается в пределах 2—3 мм в зависимости от
качества стали и абразивности буримых пород. При меньшем шаге
диаметра острые неизношенные буры (коронки) будут застревать
в части шпура, пробуренной предыдущей изношенной коронкой.
Конечный диаметр коронки определяется диаметром dn стандарт-
ного патрона ВВ dK = dn + (24-3), мм.
Начальный диаметр шпура (диаметр забурника) равен
с/н = dK + п (24-3), мм,
где п — число буров в комплекте.
Заправка буров и их армировка производятся в бурозаправочных
мастерских.
Восстановление лезвия коронки производится путем ее заточки
на заточных станках ЗС-1 среднемягкими абразивными кругами.
Заточка ведется в две стадии: сначала коронку шлифуют на крупно-
зернистых кругах зернистостью 36—46, а затем на тонкозернистых
60—80 при скорости круга 12—18 м/сек и интенсивной подаче охла-
ждающей эмульсии. Применяют также анодно-механическую за-
точку на станках АЗК-1.
§ 4.	ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОТБОЙНЫХ И БУРИЛЬНЫХ
МОЛОТКОВ
Перед началом работы необходимо: проверить давление в маги-
страли; проверить крепление всех деталей, состояние хвостовика
и острия пики или бура; устранить неплотности в соединениях
элементов воздушной и водяной сети; залить масло в молоток и
34
автомасленку; продуть шланг и присоединить к нему молоток,
опробовать молоток при малой и полной нагрузках.
Для каждого перфоратора, находящегося в работе, следует преду-
сматривать два комплекта съемных буровых коронок и штанг.
Во время работы необходимо: регулярно и в срок смазывать
молоток; следить за обеспечением соосности молотка с инструмен-
том; не допускать холостой работы молотка и перегибов шланга;
немедленно устранять обнаруженные неисправности, не требующие
разборки молотка. Забуривание шпуров при бурении ручными
бурильными молотками должно производиться забурниками дли-
ной 0,5—0,8 м. Применение длинных буров для забуривания запре-
щается. Перед отсоединением шланга от молотка необходимо пре-
кратить поступление воздуха в шланг путем перекрытия вентиля
воздухораспределителя.
Количество бурильных молотков, находящихся в работе, следует
принимать:
а)	в забоях вертикальных стволов из расчета один бурильный
молоток на 2,5—3,5 м2, а для высокочастотных — на 4—4,5 л<2 пло-
щади забоя;
б)	в забоях горизонтальных и наклонных выработок — согласно
расчетной площади забоя на один бурильный молоток:
с буриль-
с пневмо-	ной ма-
способ бурения с колонки под- с манипу- шнны или
держки лятора буровой
рамы
расчетная пло-
щадь забоя, м2 2,5—3,5 1,5—2 2,5—3,0	4,0
и более
На каждые 3 бурильных молотка надлежит предусматривать 1
резервный.
Основные неисправности
При работе пневматических отбойных и бурильных молотков
имеют место приведенные в табл. 6 неполадки, своевременное преду-
преждение и устранение которых обеспечивает увеличение срока
службы молотка и повышение его производительности.
Смазка и ремонт
Отбойные молотки надо смазывать не реже чем через 1,5—2 ч
работы, заливая масло в молоток через футорку в количестве 25—
30 г или с помощью автомасленки. Рекомендуется для смазки при-
менять масло индустриальное 20 (веретенное 3) ГОСТ 1707—51
с добавлением 25—40% керосина.
Бурильные молотки смазывают с помощью подвесной автомати-
ческой масленки, проходя через которую, сжатый воздух насыщается
смазкой и непрерывно смазывает детали молотка; кроме того, масло
заливают в специальную масленку в корпусе молотка.
3*
35
Таблица 6
Возможная неисправность	Причины неисправности	Устранение неисправности
Общие 1. Малое число ударов или слабые удары при достаточной плотности в соединениях	для отбойных и бурильных 1. Падение давления воздуха в сети 2. Густая смазка	молотков 1. Найти причину падения давления в сети и устра- нить ее 2. Залить маслом с до- бавлением 50% керосина и кратковременно порабо- тать
2. Перебои в работе и остановки. Затруднен- ный пуск	1. Недостаточная смаз- ка или отсутствие смазки 2. Попадание вместе с воздухом пыли, грязи и образование задиров на ударнике или поршне	1. Регулярно смазывать 2. Очистить воздухопро- вод, разобрать и промыть молоток, заменить повре- жденные детали
3. Высокий расход воздуха и снижение мощности	1. Чрезмерный износ деталей	1. Проверить зазоры пу- тем обмера деталей и изно- шенные заменить
4. Уменьшение числа ударов при отдельном сильном ударе	Малая скорость холо- стого хода из-за: 1) засорения каналов; 2) утечки воздуха че- рез зазоры между хво- стовиком пики или бура и буксой	1. Прочистить каналы 2. Проверить зазоры путем обмера деталей. Заме- нить детали, если зазор пре- вышает 0,3 мм
5. Обледенение вы- хлопных отверстий	1. Загрязнение выхлоп- ных каналов ствола 2. Содержание влаги в сжатом воздухе	1. Промыть и очистить от грязи каналы ствола и зо- лотниковой коробки 2. Установить в магистра- ли водосборники. Чаще уда- лять из них воду
6. Пониженная про- изводительность бурения при нормальной работе молотка. Затрудненный поворот бура	Только для бурильных молот 1. Затупление бура 2. Избыток буровой муки в шпуре вследствие засорения канала бура	ков 1. Заменить бур 2. Прочистить канал бу- ра. Хорошо очистить шпур от буровой муки
36
Продолжение табл. 6
Возможная неисправность	Причины неисправности	Устранение неисправности
7. Поломка поршня	1. Перекос хвостовика бура в поворотной буксе	1. Заменить бур с непра- вильно изготовленным хво- стовиком илн заменить из- носившуюся поворотную буксу
8. Перебои в работе, снижение крутящего мо- мента	1. Чрезмерный износ поворотной буксы и пе- рекос хвостовика в ней	1. Заменить поворотную буксу
9. Бур не поворачи- вается при нормальной работе молотка	1. Поломка пружинок под собачками 2. Чрезмерный износ геликоидальной гайки и храпового стержня	1. Заменить пружинки. Заменить собачки запасными или заточить изношенный торец 2. Заменить изношенную геликоидальную гайку и храповой стержень
Примечание. Работы, связанные с разборкой молотков, производить только в спе-
циально предназначенных для этого помещениях.
Автоматическая масленка должна заполняться маслом инду-
стриальным 30 (машинное Л) ГОСТ 1707—51 не реже одного раза
в смену. При низкой температуре окружающего воздуха во избежа-
ние сгущения смазки рекомендуется добавлять в масло 25% керо-
сина. Соблюдение указанного режима смазки удлиняет срок службы
молотка и обеспечивает его высокую производительность.
В процессе эксплуатации отбойные и бурильные молотки под-
вергаются текущему ремонту, при котором производится полная
разборка молотков, их промывка и устранение мелких неисправно-
стей с заменой поврежденных или изношенных деталей. Текущий
ремонт отбойных и бурильных молотков производится в ремонтной
мастерской при односменной работе через 30 суток, а при двухсмен-
ной — через 15 суток.
Факторы, влияющие на производительность бурения
Производительность, или скорость бурения в первую очередь
зависит от давления воздуха в сети и связанными с ним параметрами
молотка, снижающимися при понижении давления в соответствии
с данными табл. 7.
С увеличением глубины шпура скорость бурения падает, так как
увеличивается сопротивление удалению буровой мелочи, увеличи-
37
вается вес и вибрация бура, так скорость бурения ручными буриль-
ными молотками на глубине 3,5 м равна половине скорости бурения
первого метра.
Таблица 7
Давление воздуха, атм	Работа удара. %	Число ударов. %	Производи- тельность молотка, %
5,0	100	100	100
4,0	81	94	77
3,5	63	89	56
3,0	44	83	37
2,5	25	78	19
Скорость бурения падает с увеличением диаметра коронок и воз-
растает при применении коронок с малой длиной режущих граней;
долотчатые коронки обеспечивают скорость бурения на 30—40%
выше, чем крестовые. Для получения при данном молотке максималь-
ной скорости бурения необходимо обеспечить оптимальную величину
усилия подачи, которое для молотков ПР-ЗОЛ, ПР-ЗОК равно 50—
70 кГ, а для быстроударных — 70—159 кГ.
§ 5.	ЭЛЕКТРОСВЕРЛА
Электросверлами называются электрические бурильные машины
вращательного действия, предназначенные для бурения горизон-
тальных и наклонных шпуров и неглубоких скважин малого диа-
метра в довольно мягких породах, а также в породах средней крепо-
сти и крепких (f — 9).
Электросверла подразделяются на ручные весом до 20 кг без
принудительной подачи, предназначенные для бурения в породах
довольно мягких ( f — 0,84-2); ручные весом 20—24 кг с принуди-
тельной подачей, предназначенные для бурения в породах мягких
и средней крепости (f = 0,84-4); колонковые весом НО кг с диффе-
ренциально-винтовым или гидравлическим механизмом подачи, пред-
назначенные для бурения с колонки или манипулятора в породах
средней крепости и крепких (f = 44-9).
Разновидностью ручных электросверл являются высокочастотные
(150 гц) электросверла, предназначенные для бурения в мягких по-
родах (/ = 0,84-1).
Разновидностью колонковых электросверл являются длинно-
ходовые бурильные машины, позволяющие бурить шпуры на всю
длину шпура без замены штанг.
В тоннельном строительстве получили распространение ручные
электросверла нормальной частоты, технические характеристики
которых приводятся в табл. 8.
38
Таблица 8
Показатели	Тип ручного электросверла			
	СЭР-19М	ЭБР-19ДМ	ЭРП-18Д	СРП-1
Скорость вращения шпин-	700/340		370/550	525/775 630/920
деля, об/мин	 Момент вращения на шпин-		до 1500		
дель, кГ-см 			168/344	—	262/177	260/176 216/148
Напряжение, в		127	36	127	127
Мощность, кет		1,2	1,2	1,0	1,4
Вес, кг 	 Габариты, мм:	19	18	20	24
длина 		414	380	420	445
ширина		316	316	316	316
высота		230	230	270	240
Скорость подачи, мм . . .	—	—	600/890	600/890
Усилие подачи, кГ ... .	25-	-30	200/250	250
Способ изменения скорости	Сменными шестернями			Зубчатой муфтой
Конструкция и принцип работы
Ручное электросверло (рис. 15) состоит из электродвигателя 7;
вентилятора 3 с кожухом 4\ выключателя 7 с вводной муфтой 6;
редуктора 8 со шпинделем 9; механизма подачи (у электросверл
с принудительной подачей).
Статор асинхронного короткозамкнутого электродвигателя за-
прессован в литой ребристый корпус 2, выполненный из алюминие-
вого сплава; вал ротора вращается в шариковых подшипниках 5,
размещенных в подшипниковых узлах корпуса 2 и промежуточной
крышки 10. На вал двигателя со стороны промежуточной крышки
насажена шестерня редуктора, а с противоположной стороны закреп-
лен вентилятор, предназначенный для воздушного охлаждения по-
верхности корпуса двигателя. Кожух 4 защищает вентилятор от
39
механических повреждений. В кожухе имеются специальные отвер-
стия для всаса воздуха. В местах сопряжения кожуха с ребрами
корпуса образуются каналы, обеспечивающие направленное обте-
кание всей нагретой поверхности корпуса потоками отходящего от
вентилятора воздуха.
Редуктор состоит из цилиндрической одно- или двухступен-
чатой передачи, размещенной в отлитом из алюминиевого сплава кор-
Рис. 16. Схемы редукторов ручных элек-
тросверл
пусе.
Путем замены одной пары
шестерен (рис. 16, а) с числом
зубьев z2 и z3 другой парой
г'2 и z3 обеспечивается возмож-
ность настройки шпинделя на
две скорости, которые опреде-
ляются по формуле
= ПДВг2г4 Ofj/MUH
ШП Z325
где ПдВ — скорость вращения
ротора, об/мин.
Например, для сверла
СЭР-19М с ротором двигателя,
вращающимся со скоростью
идв = 2700 об/мин, при шестер-
нях’с z2’=^24, zs — 33, z4 = 15 и
25 = 42 Я
2700-24-15	,,
/1ШП = —33.42— = 700 об/мин.
При установке сменных шестерен с z^= 15 и г' ~42 получим
«ШП
2700-15-15
42^42
= 340 об/мин.
Большая скорость применяется при бурении в породах довольно
мягких (f = 0,8-ь 1,5), а меньшая при бурении в породах более креп-
ких и более вязких (f = 2-ь4).
Шпиндель 4 электросверл с принудительной подачей (см. рис. 16, б)
соединен дополнительной цилиндрической и червячной парами
2в—г7—zg—Zr с осью 2 и свободно сидящим на ней барабанчиком 3,
который приводится во вращение при включении фрикционной
муфты. Муфта не только включает и отключает подачу, но и обеспе-
чивает проскальзывание дисков полумуфты, закрепленной на оси 2,
если усилие на тросике превышает допустимое, предохраняя при
этом двигатель от перегрузки.
Тросик 1, один конец которого закреплен на барабанчике 3,
при вращении последнего наматывается на него, перемещая сверло
по направляющим на забои. Подача происходит одновременно с бу-
рением.
40
Электросверла питаются от сети переменного тока и для работы
на поверхности изготовляются с электродвигателями на напряже-
ние 127 в, а для работы в подземных условиях — на напряжение 36 в.
Управление двигателями дистанционное.
Ручные высокочастотные электросверла
питаются также от сети переменного тока, но через специальный
преобразователь частоты, повышающий частоту тока до 150 пер/сек,
при которой повышается скорость вращения электродвигателя,
сокращаются габариты и снижается вес электросверла на 6—7 кг
против веса электросверл той же мощности, питающихся от сети
с частотой тока 50 пер/сек.
Исполнительный инструмент
Исполнительным органом электросверла служит бур, который
состоит из штанги и съемного резца. Штанги изготавливаются двух
типов: витые для сухого бурения и полые шестигранные или круглого
сечения для бурения с промывкой, получившего в настоящее время
широкое распространение благодаря возможности повышения ско-
рости бурения и износостойкости бурового инструмента.
Витая штанга не обеспечивает4 интенсивной очистки забоя
шпура. Остающаяся в забое буровая мелочь увеличивает энерго-
емкость процесса, скорость затупления режущих лезвий резца и их
нагрев, а образующаяся при бурении буровая мука, обволакивая
штангу, препятствует ее поступательному движению.
Промывка исключает указанные недостатки, обеспечивая повы-
шение износостойкости резца и улучшает условия его охлаждения
благодаря чему достигается в 4,5 раза большая скорость бурения
по сравнению со скоростью бурения без промывки.
Элементами буровой шестигранной или круглой
штанги (рис. 17,с) являются: головка 5 с цилиндрическим гнездом
под хвостовик резца 6 или резьбой под переходник 7, упорное кольцо 3,
хвостовик 1 и промывочная муфта 2. Муфта выполнена из пустотелого
цилиндра 8 с размещенными по краям уплотняющими резиновыми
кольцами 9 и ниппеля 10 для присоединения водопроводного шланга.
Съемный резец (рис. 18) состоит из перьев 1, корпуса 2,
хвостовика 3, служащего для соединения резца с буровой штангой,
и двух пластинок б твердого сплава. В резцах всех типов различают
переднюю 5 и заднюю 7 грани, пересечение которых образует глав-
ную (большую) режущую кромку и вспомогательную (малую) кромку.
Резцы для бурения с промывкой имеют промывочный канал 4.
Резец характеризуется: углом заострения у, задним углом а,
углом резания 6 = а + у, передним углом р, углом ф между вспо-
могательными режущими кромками, наружным диаметром Dp и
диаметром рассечки dp. Главные и вспомогательные режущие кромки
являются рабочими и производят разрушение породы. Угол заостре-
ния у зависит от крепости буримой породы. Чем меньше угол заостре-
ния, тем острее перо и тем легче резец внедряется в породу, однако
прочность его при этом уменьшается.
41
Породные резцы имеют короткие и прочные перья и изготавли-
ваются с конусностью боковых граней, необходимой для снижения
трения резца о породу, не более 1°, что необходимо для получения
гладкого цилиндрического шпура.
Рис. 17. Инструмент для
бурения шпуров
Армируются резцы пластинками твердого сплава ВК6В и ВК8В,
имеющими в зависимости от конструкции резцов различные формы.
Технические характеристики наи-
более распространенных в тоннель-
ном строительстве резцов приводятся
в табл. 9.
Изготавливаемые в настоящее время
резцы имеют либо клиновидный хво-
стовик под установку резца в витую
штангу, либо цилиндрический хвосто-
вик с центральным отверстием, сопря-
гающимся с промывочным каналом
шестигранной или круглой штанги.
Резцы с цилиндрическим хвостовиком
выдерживают более напряженные ре-
жимы бурения, так как момент вра-
Рис. 18. Резец для вращатель-
ного бурения
щения от штанги передается непосред-
ственно корпусу, а не хвостовику
резца. Разновидностью породных рез-
цов является двухперая коронка К-2, предназначенная для бурения
в крепких породах.
Корпус коронки (см. рис. 17,6) представляет собой сталь-
ную трубку с двусторонними срезами в верхней части.
42
Таблица 9
Показатели	Тип резца					
	РУ-13Ц	РП-2	кмз-з	РП7-ЦБ	К-2	РП7-ЦА
Диаметр Dp, мм . . . Угол, град-	41	42	42	41	41	41
передний Р	0	0	0	0	0	—20
задний а ... .	25	18	25	18	25	18
заострения Y	65	72	65	72	65	92
резания 6 . . .	90	90	90	90	90	ПО
Форма хвостовика Предназначен для по- род с коэффициен- том крепости . . .	Цилин- дриче- ская 1,5—5	Клиновидная 5-		Цилин- дриче- ская -8	Цилин- дриче- ская, резьбо- вая	Цилин- дриче- ская 8—12
Коронка работает в комплексе с навинченным на штангу пере-
ходником 7 (см. рис. 17,а), с которым коронка соединяется с помощью
гладкого конуса с углом 2° 30' и штифта.
Коронка разбуривает кольцевое пространство по периферии
шпура с сохранением неразбуренного «керна» в ее центре. В про-
цессе работы бура керн проходит в полость переходника и разру-
шается о конусный выступ на его внутренней части, а затем выно-
сится водой из шпура. Коронка К-2 имеет малую величину режущих
кромок и интенсивно внедряется в породу даже при незначительных
усилиях подачи.
Нормальным затуплением резца считается такое, при котором
режущая кромка лезвия будет иметь площадку шириной не более
0,8—1 мм.
Резцы затачивают на заточных станках с карборундовыми кам-
нями «Экстра» с непрерывной обильной подачей воды.
Эксплуатация электросверл
Перед началом работы необходимо: проверить работу вентиля-
тора, температуру нагрева корпуса, исправность и надежность ра-
боты выключателя, смазку подшипников двигателя и редуктора
и исправность заземления; затем надо подключить сверло к электро-
сети, опробовать вхолостую, определить направление вращения
шпинделя и при правильном вращении приступить к бурению.
При бурении ручными электросверлами забуривание необходимо
начинать забурником длиной 0,8—1 м. Запрещается осмотр сверла
под напряжением.
При бурении необходимо: следить за соблюдением соосности между
электросверлом, штангой и шпуром; своевременно менять затуплен-
ные резцы; не допускать трений кабеля о твердые предметы, дли-
43
Таблица 10
Возможная неисправность	Причины неисправности	Устранение неисправности
Двигатель ненормаль- но гудит, бур не вра- щается	1. Обрыв фазы 2. Подгорание контактов пускателя нарушением кон- такта	1. Проверить все сое- динения в кабельной сети и в случае необхо- димости исправить их. Если есть обрыв фазы в электросверле, сдать сверло в ремонт 2. Очистить контакты
Сверло не дает нор- мальных оборотов. Дви- гатель быстро перегре- вается	1. Ротор при вращении за- девает за статор. Заедание или перекос в редукторе	1. Сдать сверло в ре- монт
Двигатель работает, бур не вращается	1. Поломка шестерни или срез шпонок	1. Сдать сверло в ре- монт
При работе сверла слышен ненормальный стук в редукторе	Поломка какой-либо дета- ли. Наличие в редукторе постороннего предмета	Сдать сверло в ремонт
Корпус сверла пере- гревается	1.	Затупился резец или изогнулся бур 2.	Недостаток смазки 3.	Слабый контакт на од- ной из фаз выключателя или чрезмерное падение напря- жения в сети	1.	Сменить резец или бур 2.	Добавить в редук- тор смазку 3.	Вызвать дежурно- го электрослесаря
Двигатель останавли- вается	1. Перегрузка	сверла вследствие усиленного на- жатия 2. Заедание резца в шпуре нз-за наличия твердых включений	1. Уменьшить нажа- тие на сверло 2. Прекратить	по- дачу; очистить шпур от буровой мелочи
При прикосновении к сверлу ударяет током	1. Пробой изоляции ста- тора	1. Сдать сверло в ре- монт
41
тельных перегрузок электродвигателя и забивания затыльных окон
кожуха вентилятора.
Возможные неполадки электросверл, их причины и способы устра-
нения приводятся в табл. 10.
Смазка редуктора производится жировым солидолом марки УС
(ГОСТ 1033—51), а роторных подшипников густой смазкой 1—13.
Полное обновление смазки осуществляется при текущем ремонте
сверла.
Текущий ремонт электросверла, во время которого промывается
и осматривается редуктор, осматриваются и ремонтируются выклю-
чатель и вводная муфта, заменяются мелкие детали, производится
не реже одного раза в 30 дней.
§ 6. БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ И АГРЕГАТЫ
С МАШИНАМИ ВРАЩАТЕЛЬНО-УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
Буровые установки и агрегаты с размещенными на них одной
или несколькими однотипными буровыми машинами вращательно-
ударного действия предназначаются для бурения шпуров и скважин
при проходке тоннелей сечением от 4 до 100 м2 по породам с коэффи-
циентами крепости f = 6-ь- 14, в которых вращательное бурение уже
неэффективно из-за большого износа резцов, а ударное менее
производительно.
В настоящее время изготавливаются четыре типа таких уста-
новок БУ-1, СБУ-2, СБУ-4 и БА-1, различающихся возможной
площадью и высотой обуриваемого ими забоя и количеством раз-
мещенных на них буровых машин. Технические характеристики
установок приводятся в табл. 11.
Таблица 11
Показатели	Тип буровой установки			
	БУ-1	СБУ-2	СБУ-4	БА-1
Количество бурильных ма- шин вращательно-удар- ного действия 		1	2	4	6 машин
Характеристика бурильной машины: крутящий момент на буровой	штанге, кГ-см			2500-	-3000	типа БУ-1
скорость вращения бу- ровой штанги, об/мин энергия удара, кГ Л1 частота ударов в минуту усилие подачи, кГ давление сжатого воз- духа, ати			130 5 3800—4000 До 1100 4—5		
45
Продолжение табл. 11
Показатели	Тип буровой установки			
	БУ-1	СБУ-2	СБУ-4	БА-1
Скорость бурения шпуров 0 = 42 мм, мм!мин-. в породах с f = 6-ь 8 в породах с f ~~ 12-ь 14 Ходовое устройство	Несамоход-	1200—1600 600—800 Самоходные на гусе-		Самоходный
Управление манипулято- рами 		ная на ко-	ничном ходу лесном ходу на колею 500—900 мм Гидравлическое			на колес- ном ходу на колею 5100 мм
Направление бурения . . .	От горизонтального до вертикального			—
Максимальная высота обу- риваемого забоя, м . . .	4	5—5,5	6—10	8,5
Вес, кг 		2200	6300	27 000	60 000
Конструкции и принцип действия
Буровая установка (рис. 19, а) состоит из пневматической враща-
тельно-ударной бурильной машины 1, винтового автоподатчика 2
с приводом от индивидуального шестеренчатого пневмодвигателя,
манипулятора 3 и опорной тележки 5 на колесном 4 или гусеничном
ходу. Шпуры можно бурить в любом направлении.
Бурильная машина (рис. 19, б) состоит из ударного
механизма, ротационного пневматического двигателя, редуктора
и шпинделя. От ротационного пневмодвигателя вращение передается
через шестерни 6—7—8—9—11—12 шпинделю 13 и установленной
в нем штанге. Ударный механизм имеет поршень-ударник 10, со-
вершающий под действием сжатого воздуха возвратно-поступатель-
ное движение в цилиндре, нанося при этом удары по заплечикам
шпинделя 13. Шпиндель соединяется с шестерней 12 редуктора с по-
мощью шлицевого соединения, благодаря чему ударная нагрузка
на механизм вращения не передается. Вода для боковой промывки
шпура подается в промежуточную головку 14 и оттуда в канал бура.
Машинами такого типа оборудуются буровые установки СБУ-2,
СБУ-4 и БА-1.
В установках СБУ-4 (рис. 20) две нижние машины размещаются
на платформе, опирающейся на тележку 5 гусеничного хода, а две —
на верхней платформе 1, положение которой по высоте можно из-
менять с помощью тяги 3, двух гидроцилиндров 4 и подъемной
стрелы 2. Платформа может использоваться для установки анкерной
крепи, оборки кровли и заряжания шпуров. Установка СБУ-4,
работающая в комплекте с тоннельным экскаватором и самосвалами,
обеспечивает максимально простую организацию работ с минималь-
46
Рис, 19. Буровая установка БУ-1:
установка, б — вращательно-ударный механизм
47
ной трудоемкостью и стоимостью строительства. Устойчивость ма-
шины во время работы обеспечивается гидравлическими упорами 6.
Буровой агрегат БА-1 (рис. 21) представляет собой трехъярусную
металлическую самоходную тележку на рельсовом ходу. На ярусах
агрегата размещаются буровые машины БУ-1, передвигающиеся
в пределах яруса по рельсовым путям узкой колеи. Буровые машины
нижнего яруса подвешены к раме второго яруса, благодаря чему
Рис. 20. Буровая установка СБУ-4
обеспечивается возможность свободного прохода погрузочных машин
и вагонеток. В центральной части среднего яруса бурового агрегата
установлен буровой станок БА-100 для бурения центральной вру-
бовой скважины диаметром 105 мм. На верхнем ярусе разме-
щено устройство для механизации установки арок временного кре-
пления.
Для вращательно-ударного бурения используются специальные
коронки, лезвия которых имеют форму асимметричного клина и ар-
мированы сплавом ВК6В. Угол заострения лезвия равен 90°. Такие
коронки обеспечивают условия работы, характерные для режимов
ударно-поворотного и вращательного бурения.
По экспериментальным данным при бурении в породах с коэффи-
циентом крепости f — 8-ь 10 скорость бурения и стойкость резца
48
при вращательном бурении в 3 раза ниже, чем при вращательно-
ударном, а по породам с коэффициентом крепости f = 12-ь 14 ско-
рость бурения при ударном бурении почти в 10 раз ниже, чем при
вращательно-ударном.
Рис. 21. Буровой агрегат БА-1
§ 7. СТАНКИ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН
Ударио-канатные станки
Ударно-канатными станками называются буровые агрегаты удар-
ного действия, предназначенные для бурения вертикальных скважин
в породах с коэффициентами крепости f = 5-5-20 при разработке
полезных ископаемых открытым способом.
Получили распространение станки БУ-2-20, БС-1, УКС-22м и
УКС-ЗОм с наибольшей возможной глубиной бурения и наибольшим
возможным диаметром бурения соответственно: 300 м и 300 мм;
300 м и 300 мм; 30 м и 600 мм, 50 л и 900 мм.
Ударно-канатные станки имеют гусеничный механизм передви-
жения. Порода разрушается буровым снарядом / (рис. 22), периоди-
чески падающим с высоты 0,6—1,1 м в скважину. Снаряд поднимается
и опускается с помощью балансирной рамы 7, совершающей качатель-
ное движение относительно неподвижной точки О.
При движении рамы вниз оттяжной блок 6 нажимает на буровой
канат 5 и буровой снаряд поднимается. При движении рамы вверх
нажатие на канат 5 прекращается и снаряд свободно падает. Кача-
тельное движение раме сообщается электродвигателем 8 через си-
стему цилиндрических передач и кривошипно-шатунный механизм 11.
По мере углубления скважины буровой канат свивается с барабана 9.
4
Зак. 635
49
Буровой
жину воды
состоящими
шлам удаляется из скважины путем подливки в сква-
и вычерпывания пульпы специальными желонками 2,
из трубы и клапана, расположенного в нижней ее части.
При опускании желонки в скважину
и ослаблении желоночного каната,
закрепленного на барабане 10, кла-
пан открывается и желонка запол-
Рис. 22. Схема станка ударно-
каиатного бурения
няется. При подъеме клапан закрывается. Головной блок 4 и блок
3 желоночного каната установлены на вершине мачты станка.
Буровой снаряд весом от 1000—1300 кг у станков БУ-2-20 и до
2000—3000 кг у станков БС-1 состоит из долота (рис. 23, а), штанги
(рис. 23, б) и канатного замка (рис. 23, в), соединенных с помощью
50
конусной резьбы. Долото является главной частью бурового снаряда.
Головки долот имеют долотчатую, крестовую и копытную (рис. 23, г)
формы. Копытная коронка сочетает в себе достоинства долотчатой
и крестовой и обеспечивает высокую производительность бурения
по трещиноватым породам. Угол приострения долота 90—120°.
Конструкция канатного замка обеспечивает поворот бурового сна-
ряда на угол 30—60° после удара.
Для извлечения из скважины элементов бурового снаряда, остав-
шихся в ней в результате аварии, служат специальные ловильные
инструменты.
Установка станка для бурения и раскрепление его должны произ-
водиться на ровной площадке, строго горизонтально.
Производительность станков зависит от крепости пород. Так,
в породах с коэффициентом крепости f = 6 она составляет
27 м/смену, а в породах с коэффициентом крепости f = 20 произво-
дительность равна 4,3 м/смену.
Ударно-канатные станки, несмотря на их очень широкое приме-
нение (в настоящее время 90—95% скважин в крепких породах бурят
этими станками), имеют низкую производительность и являются
устаревшими.
В скором времени они будут заменены станками шарошечного
бурения, с погружными пневмоударниками и огневого бурения.
Буровые станки с погружными пневмоударниками
Буровые станки такого типа относятся к машинам ударно-вра-
щательного действия и предназначены для бурения горизонтальных
и наклонных скважин глубиной 10—80 м с диаметром от 100 до 155 мм
в крепких и высшей степени крепких породах с коэффициентами
крепости f = 8-г20 при строительстве тоннелей и буровзрывных
работах на карьерах. В тоннельном строительстве и на карьерах
получил распространение буровой станок НКР-100.
Техническая характеристика станка НКР-100
Диаметр скважины, мм....................... .	. 105
Глубина бурения, м.............................. 80
Усилие подачи инструмента на забой, кГ .	.	600
Давление сжатого воздуха, ати .	...	5—6
Энергия одиночного удара, кГм ...	.7,5
Число ударов в минуту..........................1900
Скорость вращения бурового инструмента,	об/мин	76
Мощность электродвигателя-вращателя,	кет .	.	2,8
Вес, кг.........................................235
Станок НКР-100 выпускается взамен станка БА-100м и имеет по
сравнению с ним на 60% большую производительность вследствие
увеличенного осевого усилия и автоматизированного перехвата
штанг. Станок состоит из электродвигателя / (рис. 24), редуктора 2,
неподвижного 3 и подающего 7 патронов, цилиндров подачи 13, става
штанг 12, соединяемых между собой с помощью резьбы, погружного
4*
51
пневматического молотка — пневмоударника 17, выполняющего
только функции ударного механизма.
Вращательное движение ставу штанг с пневмоударником пере-
дается от электродвигателя через редуктор, шлицевый вал 5, шестерни
6 и 18, зубчатые колеса 10 и 15, соединение которых со штангой
осуществляется с помощью пневматических захватов 9 и 14. Работа
захватов основана на принципе зажатия штанги конусными кулач-
ками 11 и 16 при их скольжении в направлении от забоя по конус-
ной поверхности ступицы колес 10 и 15. При движении кулачков
в обратном направлении штанга освобождается. Движение кулач-
Рис. 24. Кинематическая схема бурового станка НКР-100
ков осуществляется пневмопоршнями при поступлении сжатого воз-
духа в соответствующие полости пневмоцилиндров 8 и 4.
Штанги подаются на забой при захвате их пневмозахватами 9
подающего патрона, который перемещается штоками цилиндров
подачи. Кулачку 16 неподвижного патрона 3 захватывают штангу
только в тот момент, когда подающий патрон, переместившись на
длину хода поршней подающих цилиндров, освободит штангу и
начнет перемещаться в исходное положение. Далее цикл повторяется.
С помощью подающего патрона обеспечивается также спуск штанг
в скважину и их подъем. Регулируя количество сжатого воздуха,
поступающего в цилиндры подачи, можно получить необходимые
скорости подачи и спуска штанг в скважину и их подъема.
Пневмоударник (рис. 25) с клапанным воздухораспре-
делением преобразует энергию сжатого воздуха в механическую
энергию удара ударника 1 по однолезвийному илн крестовому до-
лоту 2, лезвия которого армируются пластинками твердого сплава.
Для подавления пыли в забое пневмоударник работает на воздушно-
водяной смеси, которая подается к нему по штангам. В воздушную
магистраль вмонтирована автомасленка. Для извлечения штанг
применяются специальные инструменты — колокола с резьбой, соот-
ветствующей резьбе штанг.
При отсутствии поворотного механизма внутри пневмоударника
увеличивается работа удара, упрощается конструкция ударного
52
механизма и уменьшается его внешний диаметр. При этом сила
удара бойка по коронке сохраняет постоянное значение при буре-
нии на любой глубине, так как колонка штанг располагается не
между ударником и коронкой, как в бурильных молотках, а за удар-
ником, вследствие чего соотношение соударяющихся масс остается
постоянным. Скорость бурения таким станком в породах с коэффи-
циентами крепости f = 8-ь 12 составляет 20—30 м/смену. Для буре-
ния скважин диаметром 155 мм на карьерах широко применяется
буровой станок БМ-150К (на гусеничном ходу) с мощностью электро-
двигателя вращателя 7 кет, осевым усилием пневмоподатчика до
Рис. 25. Пневмоударник
1000 кГ и энергией удара пневмоударника 12 кГм. Сменная скорость
бурения станком БМ-150К по породам с коэффициентом крепости
f = 8-ь 12 составляет 45—50 м.
Для бурения скважин диаметром менее 85 мм применяются станки
АБ-2 с выносными молотками, удары которых передаются коронке
через штанги, вращаемые вместе с коронкой ротационным двигателем.
Станки для вращательного бурения скважин
Станки для вращательного бурения скважин подразделяются
на вращательно-шнековые, шарошечные и кернового бурения.
Первые основаны на принципе разрушения породы резанием и пред-
назначены для проведения вертикальных и наклонных скважин
0 120 мм, глубиной до 50 м на угольных карьерах в породах
мягких и средней крепости с коэффициентом крепости f < 6. Станки
шарошечные и кернового бурения основаны на принципе разрушения
пород смятием и предназначены для бурения горизонтальных и
наклонных скважин в породах крепких и очень крепких с коэффи-
циентами крепости f = 6-ь20. Технические характеристики станков
приводятся в табл. 12.
Вращательно-шнековые станки (рис. 26) монтируются на раме 1
с полозьями и двумя направляющими стойками 3. По направляющим
перемещается вращатель, состоящий из электродвигателя 6 и двух-
ступенчатого редуктора 5, в шпиндель которого вставляется буровая
штанга 4. Для направления резца при забуривании служит разъем-
ный патрубок 2. Вращатель поднимают и опускают подъемным
канатом 8 полиспаста, состоящего из подвижного 7 и неподвижного 9
блоков. На оси подвижного блока укреплен вращатель.
53
Таблица 12
Показатели	Станки вращательного бурения		Станки шарошечного бурения	
	BC-I10/25M	СВБ-2	БСШ-1	БТС-2
Диаметр скважины, мм	НО	150	До 210	225—350
Глубина бурения, м . . Мощность электродви- гателя	вращателя,	До 50	До 25	До 24	До 30
кеш 	 Скорость вращения бу- рового инструмента,	10	40	218	Дизель КДН-46 94 л. с.
об/мин		220	120—200	30—300	60; 120; 180
Приводом барабана подъемной лебедки 12 служат электродви-
гатель 10 и трехступенчатый редуктор 11.
Барабан с валом редуктора соединяется ленточным фрикцио-
ном Ф и тормозится ленточным тормозом Т. Станки имеют механизм
передвижения гусеничного или шагающего типа.
Буровой инструмент состоит из набора трубчатых
штанг со шнеками и резцов. Один конец трубы имеет хвостовик,
а другой — патрон, которые служат для их соединений с помощью
пальцев и шплинтов. Такое соединение облегчает разборку и сборку
штанг при опускании и извлечении их из скважины. Резцы изготов-
54
Рис. 27. Трехшарошечное долото
ляются из стальной поковки, имеют хвостовик и две лопасти, арми-
рованные пластинами твердого сплава ВК-8.
Производительность станков в несколько раз выше ударно-ка-
натных. Так, при бурении скважин 0 ПО мм станком БС-110/25
по породам с коэффициентом крепости f = 4 в смену пробуривается
60 м скважины, а удар но-канатным станком за то же время только
27 м.
Перед началом работы необходимо тщательно осмотреть станок,
проверить правильность его установки и убедиться в исправности
всех его узлов. Одновременно проверяются и подтягиваются болто-
вые соединения, контролируется
уровень масла в редукторах. Масло
индустриальное 45 (в зимнее время
12) заливается до уровня верхней
контрольной пробки (редуктор хода
и подъема) и на 0,5—0,6 высоты кор-
пуса (редуктор вращателя). Поверх-
ность направляющих смазывается
солидолом УС, а канатов — графит-
ной мазью.
В процессе бурения необходимо
следить за правильностью установки
станка и соосностью шпинделя вра-
щателя со штангой, очищать сква-
жину после пробуривания ее на
длину одной штанги, вращая став
штанг без его подачи.
Станки шарошечного бурения в
качестве рабочего инструмента имеют
специальное долото (рис. 27) с тремя лапами /, на каждой из
которых вращаются стальные шарошки 2 с зубьями, наваренными
твердым сплавом. При вращении долота и одновременной подаче
его на забой шарошки обкатываются по забою скважины, внедряются
резцами в породу и разрушают ее. Буровая скважина очищается
сжатым воздухом или промывкой. Станки при бурении по крепким
и весьма крепким породам имеют в 5 раз большую производитель-
ность, чем ударно-канатные.
Станки кернового бурения КАМ-300, КАМ-500 и др. приме-
няются главным образом для геологоразведочных работ при выяс-
нении геологических и гидрогеологических условий заложения
трассы тоннелей и на строительстве карьеров. Они имеют низкую
производительность, за исключением станков с коронками, арми-
рованными алмазами, но просты и удобны в эксплуатации. Ко-
ронки имеют форму цилиндров диаметром от 50 до 190 мм, на
нижней кольцевой поверхности которых вставлены стальные резцы
или алмазы.
55
Станки огневого (термического) бурения
Рис. 28. Горелка реак-
тивного типа
Станки огневого бурения СБО выполняются на гусеничном ходу
и предназначаются для прожигания скважин диаметром 200—250 мм
и глубиной до 17—20 м в очень крепких кремнистых породах с коэф-
фициентом крепости f = 15-Т-20. В качестве бурового инструмента
колонна трубчатых штанг, на конце которой укреплена
реактивная горелка (рис. 28).
В камеру сгорания 5 реактивной горелки
подается смесь тонко распыленного керосина
с газообразным кислородом. К горелке кисло-
род под давлением 15—20 ат и керосин под
давлением 8—12 ат поступают по двум трубкам
1 и 2, проходящим внутри штанг. Образу-
ющиеся, в результате сгорания смеси под дав-
лением 40 ат внутри камеры, газообразные
продукты горения при температуре 2000—3000°
вылетают со сверхзвуковой скоростью 1500—
2000 м/сек. из сопел 6 горелки и оказывают
сильное тепловое и механическое воздействие
на породу, которая при этом значительно
увеличивает свой объем, что приводит к скалы-
ванию ее частиц. Частицы выносятся из сква-
жины водяным паром, образующимся в резуль-
тате подачи в скважину через трубки 3 в штанге и отверстия 4
в горелке воды, и отбрасываются в сторону от станка вентиля-
ционной установкой.
Для обеспечения равномерного разрушения породы по всему
забою штанга с горелкой вращается со скоростью 6—30 об/мин
и плавно подается в скважину по мере ее углубления.
Скорость термического бурения скважин составляет 20—
30 м/смену. В этих же условиях скорость шарошечного бурения
составляет 8—12 м/смену, а ударно-канатного — 3—4 м/смену.
Глава II
МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ОТКРЫТЫХ
ГОРНЫХ РАБОТ
§ 8. ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ
Землеройно-транспортные машины совмещают в одном агрегате
землеройное и транспортное оборудование и предназначены для
снятия слоя грунта на поверхности, его транспортирования до отвала
и отсыпки слоем заданной толщины. Машины подразделяются на
прицепные или навесные, основу которых составляет трактор или
тягач, и самоходные. Резание грунта машинами этого типа происхо-
дит только при поступательном движении всего агрегата. Дальность
транспортирования грунта составляет от 10 м до нескольких кило-
метров. Область применения таких машин ограничивается грунтами
с коэффициентами крепости f = 3. Для разработки более крепких
грунтов необходимо предварительное рыхление. Из прицепных ма-
шин в строительстве наибольшее распространение получили скреперы
и грейдеры; из навесных — бульдозеры, а из самоходных — авто-
грейдеры и автоскреперы.
Скреперы
Скреперами называются машины периодического действия на
колесном ходу, предназначенные для копания, транспортирования,
отсыпки и разравнивания грунта слоями заданной толщины.
Скреперы состоят из открытого сверху ковша I, при транспор-
тировании закрывающегося спереди заслонкой, и механизма управ-
ления. Ковш снабжен ножами для срезания грунта. Рабочий процесс
скреперования состоит из загрузки (рис. 29, а), транспортирования
(рис. 29, б), разгрузки (29, в) и возвращения порожнего скрепера
в исходное положение.
При разгрузке грунт разравнивается ножами в процессе движе-
ния скрепера и частично уплотняется его задними колесами.
Прицепные скреперы выполняются с принудитель-
ной и свободной (самосвальной) разгрузкой. Днище 2 (рис. 29, а)
ковша скреперов с принудительной разгрузкой выполнено за одно
целое с задней стенкой. С помощью шарнира 3 днище соединено
57
с режущей кромкой 4 ковша и при разгрузке поворачивается отно-
сительно него. Грунт при этом вначале выталкивается, а затем
высыпается из ковша под действием собственного веса. Поворотное
днище 2 частично очищает от грунта боковые стенки ковша. Управ-
ление такими скреперами осуществляется из кабины трактора
с помощью канатно-лебедочного механизма.
Свободную разгрузку в основном имеют скреперы с гидравличе-
ским управлением, гидросистема которых работает от масляного
насоса, установленного на тракторе.
Рис. 29. Схема работы скрепера
Прицепные скреперы имеют емкость ковша от 1,5 до 15 л3 при
ширине захвата от 1400 до 3100 мм и глубине захвата от 100 до 350 мм.
Самоходные скреперы отличаются от прицепных
тем, что у них передняя ось заменяется колесным тягачом. Они имеют
повышенную скорость транспортного хода до 50 км/ч и применяются
при необходимости транспортирования грунта на значительное рас-
стояние. Самоходные скреперы изготовляются с емкостью ковша
от 4,5 до 15 л3 при ширине захвата 2900 мм и глубине захвата 300—
360 мм.
Бульдозеры
Бульдозером называется машина периодического действия, пред-
назначенная для планировки строительных площадок, разравнива-
ния отвалов грунта, засыпки траншей, канав и т. д.
58
Бульдозер состоит из гусеничного или колесного трактора с навес-
ным передним отвалом 2 (рис. 30).
Отвал закреплен на толкающей раме /, соединенной с трактором
шарнирно и обеспечивающей возможность подъема и опускания
отвала.
По конструкции механизма подъема отвала различаются бульдо-
зеры с гидравлическим и канатным управлением.
Движение отвала у бульдозеров с гидравлическим управлением
производится одним или двумя гидравлическими домкратами 3,
шарнирно установленными
на раме трактора.
Штоки поршней гидродом-
кратов присоединены непо-
средственно к отвалу. Масло
в цилиндры гидродомкратов
подается от насоса 6 через
распределитель 5 по масло-
проводам 4. Гидравлическое
управление обеспечивает
принудительное заглубление „	_
J	J	Рис. 30. Бульдозер с гидравлическим управ-
0TBafa-	лением
Отвал при канатном уп-
равлении поднимается уста-
новленной на тракторе лебедкой с полиспастом. Нижняя обойма
полиспаста крепится на отвале, верхняя —- на тракторе. Заглуб-
ление отвала в грунт происходит под действием собственного веса
отвала.
По способу установки отвала различаются бульдозеры с непо-
воротным и поворотным отвалом. Неповоротный отвал установлен
перпендикулярно продольной оси трактора, и он перемещается только
в вертикальной плоскости, а поворотный — как в горизонтальной,
так и в вертикальной плоскостях, что позволяет перемещать грунт
и сдвигать его в сторону. Для увеличения производительности бульдо-
зера на отвалах устанавливают боковые открылки и верхние ко-
зырьки.
Бульдозеры выпускаются с отвалами шириной 1,2—4,4 м и высо-
той 0,4—1,4 м и мощностью двигателя 160—250 л. с.
Г рейдеры
Грейдерами называются машины, применяющиеся для профили-
рования дорожного полотна, разравнивания отсыпанного грунта
и щебня, устройства придорожных канав, при планировочных ра-
ботах и т. д.
Грейдеры состоят из колесной ходовой части и рабочего органа —
отвала с ножом Отвал 1 (рис. 31) прикреплен к кронштейнам по-
воротного круга 2, подвижно соединенного с тяговой рамой, которая
шарнирно присоединена к основной раме 3 со стороны передних
полускатов, а с противоположной стороны — с помощью двух тяг 4.
59
Отвал можно поднимать, опускать и поворачивать в горизон-
тальной плоскости, а также изменять угол его наклона к горизон-
тальной поверхности. Специальный механизм позволяет выдвигать
отвал в сторону и выносить его за раму (например, для планировки
откосов). Принцип работы, конструкция и кинематика грейдеров
и автогрейдеров мало отличаются. Прицепные грейдеры имеют
ручное управление, автогрейдеры — механическое или гидравли-
ческое. Прицепные грейдеры выпускаются на металлических коле-
сах, самоходные — па пневматических. Длина отвала грейдера 2,5—
4,5 м, высота 0,4—0,5 м.
Рис. 31. Автогрейдер
Прицепные грейдеры обладают лучшей проходимостью, особенно
на слабых грунтах, а автогрейдеры более мобильны, их транспортная
скорость составляет до 30 км/ч.
Разновидностью грейдеров являются прицепные или самоходные
грейдер-элеваторы, применяющиеся для возведения насыпей и раз-
работки выемок при вскрышных работах в карьерах.
§ 9.	ОДНОКОВШОВЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ
Одноковшовыми экскаваторами называются самоходные машины
периодического действия, предназначенные для разработки и пере-
мещения грунта в отвал или до транспортных средств с помощью
ковшового рабочего оборудования.
Одноковшовые экскаваторыделятся на общестроительные, вскрыш-
ные, карьерные и шагающие.
Общестроительные экскаваторы отличаются
небольшой емкостью ковша (0,15—3,0 л*3), универсальностью рабо-
чего оборудования и высокой маневренностью. Они обычно имеют
дизельный или дизель-электрический привод, обеспечивающий их
60
работу в условиях частой перевозки с места на место и при затруднен-
ном подводе электроэнергии. Экскаваторы этого типа применяются
преимущественно на земляных работах при сооружении тоннелей
открытым способом.
Особую группу среди общестроительных экскаваторов составляют
малогабаритные экскаваторы Ковровского машиностроительного за-
вода, предназначенные для погрузки грунта при строительстве же-
лезнодорожных тоннелей.
Карьерные экскаваторы имеют значительную ем-
кость ковша (3—10 ж3) и предназначены для погрузки скальных
и тяжелых пород в транспортные сосуды, расположенные на уровне
стояния экскаватора, и применяются в открытых карьерах при раз-
работке угольных и рудных месторождений.
Вскрышные экскаваторы предназначаются для раз-
работки верхних слоев породы (вскрыши), покрывающих пласты
полезных ископаемых (угля, руды и др.). Они изготовляются с удли-
ненной стрелой и рукоятью рабочего оборудования и с ковшами
емкостью от 4 до 35 ж3, обеспечивая погрузку породы в транспортные
средства, расположенные выше уровня стояния экскаваторов, а
также перевалку ее в выработанное пространство на расстояние
до 62 м от экскаватора.
Шагающие экскаваторы имеют ковши емкостью
от 4 до 25 я3 и длину стрелы от 40 до 125 м. Они предназначаются
для перевалки рыхлых или взорванных скальных пород на расстоя-
ния до 94 и более метров. В отдельных случаях при емкости ковша
4—6 ж3 шагающие экскаваторы могут применяться для погрузки
породы непосредственно в транспортные средства.
Одноковшовые экскаваторы в большинстве случаев имеют элек-
трический привод, за исключением общестроительных, часть кото-
рых имеет дизельный привод.
Общестроительные электрические экскаваторы в большинстве
случаев оборудуются одним двигателем, служащим приводом для
всех рабочих механизмов. Исключение составляют универсальные
строительные экскаваторы Э-509, Э-6512, Э-6516 и тоннельный экс-
каватор Э-7515 с ковшами емкостью 0,5—0,75 ж3, каждый рабочий
механизм которых имеет индивидуальный привод.
Карьерные, вскрышные и шагающие экскаваторы обычно обо-
рудуются многомоторным электрическим приводом.
Технические характеристики одноковшовых экскаваторов при-
водятся в табл. 13.
Устройство и принцип работы
одноковшовых экскаваторов
Одноковшовый экскаватор (рис. 32) состоит из ходового оборудо-
вания /, поворотной платформы 2 и рабочего оборудования.
Ходовое оборудование является основанием машины, обеспечи-
вающим ее перемещение по рабочей площадке с помощью гусеничного,
пневмоколесного или шагающего механизмов передвижения. Гусе-
61
Показатели	Тип				
	Универсальные общестроительные				
	Э-1БЗА	Э-302; 3-303	Э-651; Э-652	Э-10011	Э-1251; Э-1252
Емкость ковша прямой лопаты, л«3		0,15	0,3	0,65	1.0	1,25
Сменное рабочее обору- дование 		Прямая и обрат- ная ло- паты , кран	Прямая и об{ драглайн, г| рыхлите	>атная лопаты, эейфер, край, ль, копер	Прямая ло- пата, драг- лайн, грей- фер, кран	Прямая ло- пата, драг- лайн, грей- фер, кран, копер
Размеры, лк					
длина:					
стрелы		2,3	4,9	5,5	5,5	6.8
рукояти 		1,41	2,3	4.5	4,7	4.9
наибольший радиус:					
черпания 		4,1 .	5,9	7,8	9,0	9,9
разгрузки 		2,9	5.4	7,1	8,0	8,9
наибольшая высота:					
черпания 		1,6	6,2	7,9	8,0	9.3
разгрузки 		2,7	4,3	5,6	6.0	6,6
Минимальная продол- жительность цикла, сек		17	17	15	17,5	18
Силовое оборудование .	Дизель Д-36	Дизель Д-38	Дизель К ДМ-100	Дизель кдм-юо	Электро- двигатель АМ-146-2/4 У Э -1251, дизель 2Д6 у Э-1252
Мощность двигателя	37 л. с.	38 Л. с.	1000 л. с.	ЮиО л. с.	85 кет 120 Л. с.
Управление 		Гидрав- лическое	Пневгла- тическое	Г ндравли- ческое у Э-651, пневма- тическое у Э-652	Пневма- тическое	Гидравли- ческое
Вес экскаватора, т . . .	5,3	9,62	20,5	30.6	39,4
62
Т а б л и ц а 13
экскаватора
Универсальный общестроительный	Тоннель- ный	Карьерные		Вскрышные			
Э-2501	Э-7515	ЭКГ-4,6	ЭК Г-8	ЭВГ-4	ЭВГ-6	ЭВГ-15	ЭВ Г-3565
2.5	0,75	4,6	8-10	4-5	6	15	35
Прямая лопата, драглайн, кран			Пр	ямая лопата			
9.0	4,4	10,5	12.0	20,5	30.0	36	65,0
6.065	3,78	7,3	8.4	12,9	20.0	19.6	44,0
12.1	6.7	14.5	7.4	23,4	35.0	40,0	65,0
10.8	5.5	12.5	15.5	20,9	33,3	37,5	62,0
11.2	6,3	10,8	12,5	20,4	27.4	31,0	50,0
7.3	4,0	6,6	8,2	16,0	22.0	26,0	45,0
22	17	24	26	28	28	28	28
Электро- двигатель АКЭ-104-6	Семь электро- двигателей			Электр	ическое		
140 квт	Общая мощность 107,8 квт	250 квт	52.1 квт	520 квт	520 квт	1370 квт	2X1450 квт
Пневмати- ческое				Электр	ическое		
83	20,2	180	330	330	582	1170	2600
63
Ничный механизм является наиболее распространенным и приме-
няется на большинстве экскаваторов. Скорость передвижения гусе-
ничных экскаваторов 0,3—4,5 км/ч. Пневмоколесный ходовой ме-
ханизм применяется обычно у экскаваторов с ковшами емкостью
до 0,65 м3 и обеспечивает перемещение экскаватора с объекта на
объект с транспортной скоростью до 18 км/ч. Экскаваторы малых
моделей иногда снабжаются унифицированным ходовым оборудо-
ванием, позволяющим переводить их при надобности с гусеничного
хода на пневмоколесный и наоборот.
Шагающим механизмом хода оборудуются только драглайны
с ковшами емкостью более 4 м3.
Рис. 32. Схема экскаватора с рабочим оборудованием
прямой лопаты
Поворотная платформа опирается на раму ходового оборудования
через катки или специальное шариковое или роликовое опорно-
поворотное устройство, позволяющее платформе поворачиваться
в горизонтальной плоскости на 360° относительно ходового оборудо-
вания; исключение составляют поворотные платформы тракторных
или автомобильных экскаваторов, поворачивающихся только на
180°.
На поворотной платформе устанавливаются силовое оборудова-
ние экскаватора, подъемные и тяговые лебедки, механизмы управ-
ления и рабочее оборудование.
В зависимости от выполняемых работ применяются различные
виды рабочего оборудования, основными из которых являются
(рис. 33): оборудование прямой лопаты /, обратной лопаты 2, драг-
лайна 3, крана 4, грейфера 5, струга 6, копра 7, башенного крана 8,
рыхлителя грунта (дизель-молот с клином) 9, корчевателя 10.
Оборудованием прямой и обратной лопат, драглайна и крана
комплектуется в настоящее время большинство строительных уни-
версальных экскаваторов с ковшами емкостью от 0,25 до 2 м3. Экска-
ваторы с ковшами емкостью 0,65 м3 дополнительно комплектуются
64
оборудованием копра с дизель-молотом для забивки свай, а к экска-
ваторам с ковшами емкостью 0,8 и 1,25 ж3 изготовляют сменное обо-
рудование башенного крана, что позволяет использовать их при строи-
тельстве двух- или трехэтажных зданий из сборных конструкций.
Карьерные и вскрышные экскаваторы оснащаются только обо-
рудованием прямой лопаты, а шагающие — только оборудованием
драглайна.
Рис. 33. Сменное рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов
Устройство экскаваторов обеспечивает возможность выполнения
многочисленных рабочих операций, основными из которых являются
процессы, связанные с разработкой грунта.
Рабочий цикл экскаватора слагается при этом из следующих
элементов:
копания грунта, т. е. срезания стружки и заполнения ковша;
перемещения заполненного ковша при повороте платформы
вместе с рабочим оборудованием к месту разгрузки;
разгрузки грунта в отвал или транспортные средства;
возвращения ковша в исходное положение.
Схемы работы и назначение экскаваторов
с различным сменным оборудованием
Оборудование прямой лопаты предназначено для разработки
грунта выше уровня стоянки экскаватора. Оборудование (см. рис. 32)
состоит из ковша 7, рукояти 8, стрелы 3 и напорного механизма 5.
5
Зак. 630
65
Ковш жестко закреплен на рукояти. Рукоять соединяется со стрелой
седловым подшипником напорного механизма, который обеспечивает
поворот рукояти относительно стрелы в вертикальной плоскости
и ее возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости.
Стрела подвешена на стреловом канате 4. В зависимости от вы-
соты разрабатываемого забоя стрела стрелоподъемной лебедкой,
расположенной на поворотной платформе экскаватора, может под-
Рис. 34. Зубчато-реечный напорный механизм
ниматься или опускаться. При работе стрела устанавливается под
углом от 45 до 60° к горизонтальной плоскости. Черпание грунта
происходит при движении ковша вверх по забою. Ковш перемещается
подъемным канатом 6 с одновременным выдвижением рукояти (на-
пор) в сторону забоя специальным напорным механизмом 5, который
обеспечивает также возврат рукояти в исходное положение. Ковш
разгружается при открывании его днища. После разгрузки плат-
форма поворачивается обратно к забою, и ковш опускается в исход-
ное положение. Днище при этом под действием собственного веса
закрывается и запирается засовом.
Напорные механизмы по конструкции могут быть зубчато-рееч-
ные (кремальерные), канатные и маятниковые.
Зубчато-реечный напорный механизм
(рис. 34) состоит из напорного вала 8, закрепленного в подшипни-
66
ках 6 стрелы 2 и являющегося осью, вокруг которой на подшипни-
ках 9 качаются Г-образные кронштейны 4 и 10 седлового подшипника.
На напорном валу расположена приводная звездочка 5 и две кре-
мальерные шестерни 3, находящиеся в постоянном зацеплении с кре-
мальерными рейками 1, приваренными к балкам 7 рукояти. При
вращении напорного вала в ту или другую сторону осуществляется
подача рукояти на забой или возврат ее от забоя.
Канатный напорный механизм (рис. 35) состоит
из реверсивного напорного барабана 1, трех направляющих блоков 4
и уравнительного блока 3, установленного на рукояти 5 ковша.
Рис. 35. Канатный напорный механизм
Через крайние направляющие блоки и уравнительный блок
проходит напорный канат 6, оба конца которого закреплены на на-
порном барабане и навиваются на него. Выдвижение рукояти про-
исходит при вращении барабана по часовой стрелке.
Через средний направляющий блок проходит возвратный канат 2,
один конец которого закреплен на рукояти, а другой навивается на
напорный барабан. Возврат рукояти происходит при вращении
барабана против часовой стрелки.
Канатный напорный механизм конструктивно более прост, легок
и удобен в эксплуатации, чем кремальерный, так как заменить из-
ношенный канат легче, чем приваренные секции кремальерных реек.
Кроме того, канатный напор благодаря эластичности канатов рабо-
тает без резких динамических толчков и ударов, которые наблю-
даются при кремальерном напоре.
Маятниковый напор применяется обычно в экскава-
торах малых моделей. В этом случае седловой подшипник отсутствует
5*
67
и рукоять прикреплена к средней части стрелы шарнирно. Напор
происходит при изменении вылета стрелы.
Оборудование обратной лопаты предназначено для разработки
грунта ниже уровня стоянки экскаватора при рытье котлованов,
траншей и т. п. Оборудование состоит (рис. 36) из ковша 1, рукояти 6,
стрелы 3 и дополнительной стойки 4. Ковш жестко закреплен на
рукояти, шарнирно присоединенной к верхнему концу стрелы,
и соединен тяговым канатом 2 с барабаном лебедки. Барабан подъем-
ной лебедки связан с рукоятью подъемным канатом 5, проходящим
через блоки дополнительной стойки и хвостовой блок рукояти.
Рукоять при натяжении подъемного каната и ослаблении тягового
каната поворачивается против часовой стрелки, а при ослаблении
подъемного каната и натяжении тягового — по часовой стрелке.
Угол наклона стрелы, шарнирно укрепленной в проушинах по-
воротной рамы, непрерывно изменяется в процессе работы. Стрела
с рукоятью и вынесенным вперед ковшом опускается на грунт (по-
ложение /). Черпание грунта происходит при подтягивании ковша
тяговым канатом 2. Подъемный канат в этот момент расторможен.
По окончании черпания тяговый канат затормаживается и стрела
вместе с рукоятью и ковшом поднимается подъемным канатом 5
(положение II), а затем вместе с поворотной платформой поворачи-
вается к месту разгрузки. Для разгрузки ковша тяговый канат
растормаживается, рукоять с ковшом с помощью подъемного каната
68
поворачивается против часовой стрелки и грунт высыпается из
ковша (положение III).
Оборудование драглайна применяется для разработки грунта
ниже уровня стоянки экскаватора в случае необходимости экскава-
ции грунта на расстояние, значительно превышающее радиус дей-
ствия обратной лопаты. Драглайн используется для рытья сравни-
тельно больших котлованов и траншей, а также на отсыпке насыпей
различного назначения. Оборудование (рис. 37) состоит из ковша 7,
решетчатой облегченной стрелы 3, тягового 4, подъемного 2 и стре-
лового 1 канатов. Ковш крепится к тяговому и подъемному канатам
через обойму опрокидного блока 5, соединительное звено 10, тяго-
вые 8 и подъемные 6 цепи.
Ковш при расторможенном барабане подъемной лебедки под
действием собственного веса падает на грунт и врезается в него.
Ковш наполняется, перемещаясь по забою при натяжении тягового
каната и тяговых цепей. Наполненный ковш поднимается подъемным
канатом при одновременном торможении тягового каната, вследствие
чего тяговые цепи 8 ослаблены и ковш, сохраняя горизонтальное
положение, висит на подъемных цепях 6 и разгрузочном канате 9,
проходящем через опрокидной блок 5 и соединяющем арку ковша
с тяговым канатом. После поворота платформы в сторону разгрузки
тяговый канат полностью оттормаживается и ковш, опрокидываясь,
разгружается. После разгрузки ковша платформа возвращается
в исходное положение и цикл повторяется.
69
Решетчатая стрела драглайна используется для кранового рабо-
чего оборудования и оборудования грейфера. При длине стрелы,
превышающей 25—30 м, стрела подвешивается в нескольких точках
для уменьшения ее изгибов от собственного веса.
Стрелы крупных драглайнов с ковшами емкостью свыше 4 м'3
при длине, превышающей 50 м, выполняются трубчатыми. Такие
стрелы имеют меньший вес, что позволяет увеличивать их длину.
Ковши экскаваторов имеют режущую часть — козырек, выполнен-
ный из износоустойчивой марганцо-
вистой стали. Из этой стали изготов-
ляют и сменные зубья. В последнее
время получили применение беззубые
///
Рис. 38. Экскаватор с рабочим оборудованием грейфера

ковши с криволинейной режущей кромкой, наплавленной твердыми
сплавами. При такой конструкции ковша снижаются усилия реза-
ния грунта и обеспечивается максимальное его заполнение.
Оборудование грейфера предназначено для разработки грунтов,
расположенных выше и ниже уровня стоянки экскаватора, и приме-
няется преимущественно для погрузки и разгрузки сыпучих мате-
риалов, а также для некоторых видов земляных работ в мягких
грунтах (разработки и погрузки породы на начальной стадии соору-
жения вертикального шахтного ствола, очистки водоемов, каналов
и др.). Оборудование (рис. 38) состоит из собственно грейфера 10,
решетчатой облегченной стрелы 4, оттяжного устройства 12, подъем-
ного 2, замыкающего 1, стрелового 3 и оттяжного 11 канатов.
Подъемный канат с одной стороны крепится на верхней головке 6
грейфера и проходит через один из головных блоков 5 к барабану
лебедки 13. Замыкающий канат вместе с блоками верхней 9 и нижней
(подвижной) 8 обойм грейфера образует полиспаст, проходит через
второй головной блок 5 стрелы и навивается на барабан лебедки 14.
При заторможенной подъемной лебедке и расторможенной ле-
бедке замыкающего каната нижняя обойма 8 грейфера опускается
70
под действием собственного веса относительно верхней. При этом
челюсти грейфера раскрываются, поворачиваясь относительно же-
стких тяг 7, шарнирно закрепленных на челюстях и верхней обойме.
Раскрытый грейфер (положение /) при расторможенной подъемной
лебедке падает на грунт под действием собственного веса и врезается
в него. При натяжении замыкающего каната (положение //) челюсти
грейфера закрываются — происходит черпание грунта.
Грейфер поднимается при натяжении обоих канатов (положе-
ние III). Непременным условием нормальной работы грейфера
является одинаковая скорость навивки обоих канатов. При скорости
подъемного каната, превышающей скорость замыкающего, челюсти
раскрываются. При скорости замыкающего каната, превышающей
скорость подъемного, весь вес грейфера приходится только на за-
мыкающий канат, он перегружается и выходит из строя.
Разгрузка (положение IV) может производиться как в отвал, так
и в транспортные средства. Для предотвращения закручивания ка-
натов 1 и 2 и раскачивания грейфера используется оттяжное при-
способление, называемое успокоителем, которое благодаря перемеща-
ющемуся внутри стрелы грузу создает постоянное натяжение оттяж-
ного каната И, исключающего раскачивание и вращение грейфера.
Оборудование крана предназначено для выполнения разнообраз-
ных погрузочно-разгрузочных и монтажных работ. Особенность
конструкции крана заключается в оборудовании его крюковой
обоймой с крюком, подвешенным на решетчатой стреле драглайна
с помощью подъемного каната.
Другие виды рабочего оборудования экскаваторов (копер, башен-
ный кран и дизель-молот) реже применяются в тоннельном строи-
тельстве.
Одноковшовые экскаваторы с гидравли-
ческим приводом имеют гидравлические цилиндры для
управления ковшом, стрелой, поворотной платформой и т. д. Зуб-
чатые и цепные передачи, а также барабаны лебедок у них отсутст
вуют. Это значительно уменьшает вес и упрощает конструкцию
экскаватора. Экскаватор Э-153 с гидроприводом на базе трактора
«Беларусь» имеет унифицированное рабочее оборудование: прямую
и обратную лопаты и отвал бульдозера.
Схемы работы различных видов оборудования этого экскаватора
аналогичны разобранным выше. Замена обратной лопаты прямой'
обеспечивается поворотом ковша. Экскаватор очень удобен при
небольших объемах работ и может использоваться в качестве буль-
дозера.
Тоннельный экскаватор
Тоннельный малогабаритный экскаватор (рис. 39) является полно-
поворотной универсальной машиной, предназначенной для погрузки
взорванной породы крупностью не более 650 мм при сооружении
тоннелей сечением не менее 40 ж2, шириной от 5,5 ж и более. Про-
изводительность экскаватора 135 мА!ч.
71
Экскаватор работает с рабочим оборудованием прямой лопаты-
Индивидуальный электрический привод каждого рабочего механизма,
в том числе подъемного, напорного, поворотного и механизма откры-
вания днища ковша, упрощает управление и обеспечивает благо-
приятный режим работы электродвигателей. Независимый привод
каждой из гусениц механизма передвижения обеспечивает высокую
маневренность машины.
Рис. 39. Тоннельный экскаватор Э-7515
Схема работы экскаватора подобна схемам работы экскаваторов
с оборудованием прямой лопаты.
Принцип работы шагающих экскавато-
р о в. Шагающие экскаваторы работают только с рабочим оборудо-
ванием драглайна. Схема их работы подобна схемам работы обще-
строительных экскаваторов с аналогичным рабочим оборудованием.
От общестроительных экскаваторов, кроме емкости ковша и мощ-
ности, они отличаются наличием шагающего механизма передвиже-
ния и конструкцией трубчато-вантовой стрелы длиной от 40 до 125 м.
Такая стрела обеспечивает возможность переэкскавации грунта на
значительные расстояния от места черпания.
Большинство вскрышных шагающих экскаваторов имеет эксцен-
триковый ход (рис. 40), при котором башмаки 1 ходового механизма
72
Рис. 40. Схема шагания экскаватора ЭШ-4/40
связаны с эксцентриком 2 эксцентрикового ходового вала 3. При вра-
щении ходового вала против часовой стрелки башмаки сначала
переносятся в сторону движения и опускаются на грунт (рис. 40, а),
затем весь экскаватор 4, опираясь на башмаки эксцентриковым ходо-
вым валом, поднимается вместе с рамой (рис. 40, б) и опускается
на грунт, смещаясь на полшага влево (рис. 40, в). Во время шагания
поднимается только тыль-
ная сторона экскаватора,
в то время как передняя
скользит по земле.
Вследствие того что
в рабочем положении
экскаватор опирается на
грунт только цилиндри-
ческой базой 5 (рис. 40, а),
а башмаки приподняты на
уровень поворотной плат-
формы 4, для изменения
направления движения
достаточно повернуть плат-
форму относительно базы
на необходимый угол.
Основным достоинством
шагающего ходового обо-
рудования является малое
удельное давление на грунт
(0,3—1 кПсм21), позволя-
ющее шагающим экскава-
торам перемещаться по
слабым грунтам, в част-
ности по свеженасыпанным
отвалам. Экскаваторы спо-
собны преодолевать уклон
до 15°. К их недостаткам
относится малая скорость
хода, не превышающая
0,1—0,3 км/ч, и необхо-
димость планировки под них поверхности. На экскаваторах ЭШ-14/65
применен гидравлический шагающий механизм, обеспечивающий
аналогичный принцип шагания.
Схемы работы экскаваторов
на открытых карьерах
Схемой работы экскаваторов называется определенная последо-
вательность выемочно-погрузочных работ в карьерном забое, кон-
структивные элементы которого определяются в основном в зависи-
мости от рабочего оборудования экскаватора (прямой лопаты или
драглайна).
73
Экскаватор с рабочим оборудованием прямой лопаты устана-
вливается на почве уступа и отрабатывает его отдельными за-
ходками, забои которых расположены с торца, с разгрузкой в отвал
(рис. 41, о) или в транспортные средства (рис. 41, б), находящиеся
на одном уровне с экскаватором. Погрузка также может произво-
диться в транспортные средства, расположенные на верхней пло-
щадке уступа (рис. 41, в) и в тупиковом забое (рис. 41. г).
Вторая схема (рис. 41, б) является наиболее распространенной
и наиболее производительной после первой (рис. 41, а). При работе
Рис. 41. Схема работы одноковшового экскаватора
по третьей и четвертой (рис. 41, в и 41, а) схемам стоимость экскава-
ции на 40—60% выше, а производительность на 20—30% меньше
вследствие удлинения цикла экскавации. В связи с этим применяются
они в очень редких случаях (например, при отработке последних
уступов карьера).
Шагающие экскаваторы с рабочим оборудованием драглайна
устанавливаются на верхней или промежуточной площадках уступа
и обязательно вне зоны обрушения. В первом случае порода выни-
мается нижним, а во втором нижним и верхним способами черпания.
Забой обычно располагается в торце уступа и только в редких слу-
чаях со стороны бокового откоса.
Расчетная производительность одноковшовых экскаваторов
и основные правила их эксплуатации
Исходной производительностью экскаватора следует принимать
часовую, так как, зная ее величину и количество часов работы в смену,
сутки и год, легко определить сменную, суточную и годовую про-
изводительность экскаватора.
Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную
производительности экскаваторов.
74
Теоретическая производительность экскаватора определяется по
формуле
Du — 60qn, м'3/ч,
где q — геометрическая емкость ковша экскаватора, л3;
п — конструктивно-расчетное число циклов в минуту.
Так как п — ,6^-, где /ц т — теоретическая продолжительность
*ц. т
цикла (сек), то
Qo =	, м3/ч.
щ. т
Теоретическая продолжительность цикла (^ц.т) определяется
исходя из конструктивных возможностей экскаватора при высоте
забоя, равной номинальной высоте черпания, угле поворота р = 90°
и разгрузке породы в отвал (см. табл. 13).
Техническая производительность одноковшового экскаватора учи-
тывает его условия работы в забое и является максимально возмож-
ной для данной модели при непрерывной работе в конкретных усло-
виях. Она определяется по формуле
QT — 36°УН-, М3/ч,
*Ц«р
где — техническая (максимально возможная в данных условиях)
продолжительность цикла черпания, сек;
kH — коэффициент наполнения ковша (колеблется от 0,5 для
скальных до 1,2 для мягких пород (легкие влажные пески,
суглинки);
kp — коэффициент разрыхления грунта (колеблется от 1,2—1,4
для мягких пород до 1,4—1,6 для скальных).
При разгрузке в транспортные средства QT на 15—20% ниже,
чем при разгрузке в отвал, ввиду потерь времени на установку
ковша над местом разгрузки.
Эксплуатационная производительность экскаватора учитывает
возможные простои экскаваторов и определяется по формуле
Сф = QTTkB, м3/смену,
где Т — продолжительность смены, ч;
kB — коэффициент использования сменного рабочего времени
экскаватора на чистой работе (колеблется от 0,75 при
железнодорожном транспорте до 0,8—0,9 при автотранс-
порте и транспорте ленточными конвейерами).
При производстве работ экскаваторы должны устанавливаться
на спланированной площадке, а их ходовое оборудование должно
быть застопорено. Для очистки ковша или его ремонта и при пере-
рывах в работе ковш должен быть опущен на землю. Перед началом
работы необходимо проверить: исправность всех механизмов; работу
75
педалей, рычагов управления и контрольно-измерительных прибо-
ров; наличие смазки в основных узлах; уровень масла и топлива
в картерах и ваннах; уровень воды в радиаторах.
Во время работы необходимо следить: за нормальной работой
двигателя и его систем; за давлением в системе управления механиз-
мами экскаватора; за работой фрикционных и тормозных лент;
за состоянием подшипников; за навивкой стальных канатов на ба-
рабан.
Запрещается пребывание людей в радиусе действия экскаватора
во время его работы.
§ 10.	МНОГОЧЕРПАКОВЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ
Устройство, принцип действия и назначение
Многочерпаковыми экскаваторами называются сложные само-
ходные землеройные машины непрерывного действия. По конструк-
ции рабочего оборудования они подразделяются на цепные, скребко-
во-черпаковые и роторные.
Рис. 42. Цепной многоковшовый экскаватор попе-
речного копания
Цепные экскаваторы (рис. 42) имеют рабочее оборудование в виде
ряда ковшей-черпаков 2, укрепленных на бесконечной цепи 3 и
движущихся по направляющим черпаковой рамы 4. Одна сторона
черпаковой рамы шарнирно закреплена на корпусе, а противопо-
ложная подвешена на канатах 6 к укосине 5. Выемка породы в забое
76
производится черпаками, перемещающимися во время работы по
нижней ветви черпаковой цепи, которая прижимается к забою
весом рамы. Нагруженные черпаки поднимают породу к верхнему
барабану 7 и разгружаются в бункер 8, откуда порода поступает в ва-
гоны или на специальный разгрузочный конвейер 9.
По способу черпания цепные экскаваторы разделяются на экска-
ваторы верхнего (рис. 42, б) и нижнего (рис. 42, а) действия, а также
комбинированные. По направлению черпания они делятся на экска-
ваторы поперечного и продольного копания. У большинства цепных
экскаваторов черпаковые рамы снабжены планирующими звеньями 1
для планировки площадки уступов. У экскаваторов с продольным
копанием черпаки перемещаются в направлении движения экскава-
тора. Такие экскаваторы выпускаются на гусеничном или пневмо-
колесном ходу с двигателями внутреннего сгорания или дизель-
электрическими и применяются для рытья траншей при прокладке
трубопроводов, кабелей, осушении местности и т. д. Цепные тран-
шейные экскаваторы обеспечивают глубину копания до 3,5 м
и ширину по дну 1,1 м. У экскаваторов с поперечным копанием
черпаки движутся перпендикулярно направлению движения экска-
ватора. Эти экскаваторы изготовляются на колесном (рельсовом)
и гусеничном ходу с электрическим многодвигательным приводом
и применяются в карьерах для добычи глины, песка, бурого угля,
на вскрышных работах, при планировке откосов, выемок и т. д.
Многочерпаковые цепные экскаваторы имеют черпаки емкостью
от 70 до 2240 л и производительность от 100 до 3600 м3 грунта в час.
Недостатками их являются большой износ деталей черпаковой
цепи и возможность применения только по мягким грунтам.
Скребково-черпаковые экскаваторы характеризуются наличием
в исполнительном органе двух одновременно действующих цепей:
скребковой, снабженной врубовыми зубками для отделения грунта
от забоя, и черпаковой.
Они предназначаются только для верхнего черпания по сухим,
легкоизмельчаемым породам, разработка которых допустима с отко-
сом уступа до 70—75°.
Роторные экскаваторы имеют рабочий орган в виде роторного
колеса, на котором жестко закреплены черпаки. При вращении
ротора черпаки срезают в забое стружку породы, а затем передают
породу на конвейер, расположенный на стреле экскаватора сбоку
от роторного колеса. Разгрузка с конвейера может производиться
в отвал или в транспортные средства.
Ввиду отсутствия в их конструкции быстроизнашивающихся
цепей роторные экскаваторы более долговечны и могут работать
по более плотным грунтам, чем цепные.
Современные роторные экскаваторы имеют емкость ковшей от 40
до 4000 л, скорость резания от 1,3 до 1,65 м/сек и производитель-
ность от 1,5 до 100 тыс. м3 породы в сутки. Максимальная высота
черпания у мощных роторных экскаваторов достигает при верхнем
черпании 50 м, а при нижнем 20 м.
77
Схема установки и работы
Цепные и роторные экскаваторы продольного копания (траншее-
копатели), как правило, работают с выгрузкой породы в отвал, отры-
вая траншею ниже уровня стояния экскаватора.
Цепные экскаваторы поперечного копания работают с погрузкой
породы в отвал или в железнодорожные вагоны и автомашины.
Забои экскаваторов располагаются на откосе уступа, и разработка
забоя ведется узкими заходками. Для снятия второй и последую-
щей стружек либо изменяется угол наклона черпаковой рамы, что
применяется редко ввиду неудовлетворительного заполнения ковша,
либо передвигаются рельсовые пути, в результате чего переме-
щается черпаковая рама.
Забои роторных карьерных экскаваторов, как правило, распо-
лагаются с торца уступа. Экскаватор во время работы стоит
на месте, а роторная стрела поворачивается около оси экскаватора
на необходимый угол. После отработки забоя на определенную ши-
рину по всей высоте уступа экскаватор передвигается вдоль заходки.
Производительность
Теоретическая производительность многочерпаковых экскава-
торов определяется по формуле
QT = qn, ж3,
где q — емкость черпака, ж3;
п — число черпаков, разгружающихся в минуту (для цепных
п = 18-ь35, для роторных п = 254-45).
Часовая эксплуатационная производительность многочерпаковых
экскаваторов определяется по формуле
Q4=	Л,
«р
где kn — коэффициент наполнения ковша (kH = 0,94-1,2);
kp— коэффициент разрыхления грунта (kp = 1,24-1,35).
Многочерпаковые экскаваторы имеют в 10—20 раз большую
производительность (при одинаковой емкости ковшей), чем одно-
ковшовые.
§ 11.	ОТВАЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Применяемые для отвальных работ машины подразделяются на
отвальные плуги и отвальные многоковшовые экскаваторы. Кроме
того, в определенных условиях для отвалообразования могут при-
меняться одноковшовые экскаваторы, конвейеры и гидротранспорт-
ные устройства.
78
Устройство и схемы работы отвальных плугов
Отвальный плуг (рис. 43, а) имеет исполнительный орган, состоя-
щий из системы подвижных лемехов 1, смонтированных на железно-
дорожной платформе.
На отечественных карьерах широко применяются прицепные
отвальные плуги «Урал» с вылетом лемеха 4700 мм и тяговым уси-
лием 13 000 кГ и плуг с пневматическим
управлением МОП-1 с вылетом лемеха
7500 мм и тяговым усилием 1800 кГ. Рабо-
чая скорость обоих плугов 6—10 км/ч.
Рис. 43. Отвальный плуг

Схема работы отвальных плугов показана на рис. 43, б,
где I — подготовленный к приему породы отвал, II — положение
отвала после разгрузки думпкаров, III — отсыпка породы после
«вспашки».
Основные достоинства отвальных плугов: простота обслужива-
ния, возможность отсыпки грунтов любой крепости и сравнительно
небольшие капитальные затраты, так как один отвальный плуг
может обслужить несколько отвальных тупиков (при экскаваторных
отвалах в каждом отвальном тупике необходимо иметь отдельный
экскаватор). К их недостаткам относятся: необходимость частой пере-
79
движки отвальных путей и связанные с этим значительные эксплуата-
ционные расходы; низкая производительность и невозможность созда-
ния большой высоты уступа.
Применение плугов рационально при небольшой производи-
тельности и большой разбросанности отвалов, связанных между
собой железнодорожными путями.
Условия применения и схемы работы
многочерпаковых отвальных экскаваторов
Если в карьерах на основных работах применяются многочерпа-
ковые экскаваторы, то на отвалах этих карьеров применяются также
многочерпаковые отвальные экскаваторы-абзетцеры, которые отли-
чаются от обычных многочерпаковых экскаваторов укороченной
черпаковой рамой (рис. 44) и уширенным направляющим барабаном 1,
что позволяет черпать породу из траншей шириной 1,5—2,5 м.
Экскаватор, передвигаясь по фронту, забирает ковшами породу,
разгруженную из думпкаров 3 в приемную траншею 2, и перемещает
ее в отвал.
К основным преимуществам отвалообразования многочерпако-
выми экскаваторами относятся большая высота отвала и высокая
производительность. Многоковшовые отвальные экскаваторы при-
меняются только для отсыпки мягких и рыхлых пород на внешних
или внутренних отвалах и обычно работают в комплексе с много-
ковшовыми вскрышными экскаваторами с доставкой породы в отвал
в думпкарах или ленточными конвейерами.
Условия применения для отвалообразования
одноковшовых экскаваторов и гидротранспорта
Одноковшовые экскаваторы применяются для отсыпки в отвал
скальных пород и для работы на заболоченных площадях. Основным
недостатком экскаваторного отвалообразования является необхо-
димость переэкскавации пород. Для механизации отвальных работ
иногда применяют гидравлическую размывку и удаление под откос
80
выгруженной из думпкаров породы потоками воды (при рыхлых,
песчанистых легко смываемых грунтах и только в теплое время
года).
§ 12.	МАШИНЫ ДЛЯ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
Применение гидромеханизации для добычи
строительных материалов
При гидромеханизации открытых горных работ для разработки
и транспортирования горных пород и отвалообразования исполь-
зуется энергия потока воды. Основные достоинства гидромеханиза-
ции: высокая производительность при незначительных эксплуата-
ционных и капитальных затратах, простота обслуживания и исклю-
чение предварительного осушения месторождения. К недостаткам
относятся: высокая энергоемкость, снижение производительности
при разработке трудноразмываемых пород и низких температурах,
необходимость применения дополнительных средств для уборки
недомыва.
Основными средствами гидромеханизации являются гидромони-
торы, землесосы, водяные насосы, трубопроводы и плавучие земле-
сосные снаряды (земснаряды).
Устройство гидромониторов
и гидромониторных установок
Гидромонитор предназначен для создания выбрасываемой с боль-
шой скоростью плотной струи воды и управления ею при размыве
пород. Гидромонитор состоит (рис. 45) из нижнего 1 и верхнего 3
колен, ствола 8 с насадкой 7. Для изменения диаметра струи и рас-
хода воды каждый гидромонитор снабжается сменными коническими
насадками, которые навинчиваются на резьбу ствола. Шарнирные
соединения 2 и 6 обеспечивают поворот гидромонитора на 360°
в горизонтальной плоскости и ствола в вертикальной плоскости на
угол до 70°. Шарниры снабжены прокладками или сальниками, пре-
6 Зак. 630
81
пятствующими утечке воды. Управление гидромонитором осуществ-
ляется с помощью соединенного со стволом деревянного водила 5.
Вес ствола уравновешивается балластом 4.
Применяются два типа гидромониторов: ГМ2 весом 346 кг и
ГМН весом 182 кг. Более совершенными и удобными являются гидро-
мониторы, у которых повороты ствола производятся с помощью
гидравлических цилиндров. Расход воды гидромонитором состав-
ляет 50—400 л!сек при выходном диаметре насадок 20—140 мм
и рабочем давлении 12—15 ати. Интенсивность гидромониторной
разработки зависит от скорости водяной струи или ее удельного
давления у забоя.
Чем выше скорость и компактность струи, тем больше ее разру-
шающее воздействие на грунт.
Скорость вылета струи из насадки гидромони-
тора п0 и дальность ее полета LT определяются по
формулам
Ч> = У 2g  Но , м/сек
и
£т = 1,73 -k- Но-sin а, _м,
где <р = 0,93^-0,94 — коэффициент скорости;
g — ускорение силы тяжести (9,81 м/сек2);
Но — напор у насадки, м;
k = 0,9-4-0,95 — коэффициент сопротивления воздуха;
а — угол наклона ствола гидромонитора, град.
Давление струи непосредственно у насадки гидромо-
нитора Ро и на расстоянии, удаленном от насадки, Pt определяется
по формулам
ро = у vo и pi = fpo-
где у — объемный вес воды, кг/см3;
f — коэффициент, учитывающий изменения давления струи по
ее длине.
Значения коэффициента f в зависимости от расстояния от насадки
составляют:
I, мм......... 5	10	15	20
f.............1,044-1,05 0,934-0,99 0,854-0,91 0,774-0,81
Расход воды через насадку (удельный расход) колеблется в пре-
делах 4—6 м3/м3 при работе по несвязным породам и 16—20 м3/м3
по породам плотным и вязким. Удельным расходом называется ко-
личество воды, необходимое для размыва и транспортирования 1 м3
породы.
Гидромониторная установка состоит (рис. 46) из двух гидро-
мониторов 2, водовода <?, пульповода 5, зумпфа 4 и передвижного
землесоса 1. Вода от стационарной или передвижной насосной стан-
82
ции по водоводу подается к гидромонитору, формирующему ее в ком-
пактную мощную струю, направляемую на забой уступа. Разрушен-
ная порода или полезное ископаемое, смешиваясь
	,	с водой, образуют пульпу, которая транспорти-
; \--------------'	руется в отвал или на обогатительную фабрику
।
Рис. 46. Схема гидромониторной установки
по напорному пульповоду. По мере разработки уступа и удаления
забоя от гидромониторов водоводы наращиваются, а гидромониторы
и землесосы передвигаются.
Оборудование и устройство стационарных
и передвижных насосных станций
На стационарных насосных станциях (рис. 47) агрегаты монти-
руются в специальных зданиях на бетонных или свайных фундамен-
тах. Для подачи воды к гидромонитору и создания необходимого
1
Рис. 47. Насосная станция
напора чаще всего применяются центробежные насосы 1 типов НД
и Д. В качестве вспомогательного оборудования используются:
обратные клапаны 3 и задвижки 2, предназначенные для запуска
и регулирования работы насосов; вакуумные насосы, служащие для
отсоса воздуха из центробежных насосов при пуске; манометры,
вакуумметры и водомерные приборы.
Передвижные насосные станции монтируются на полозьях или
на понтоне (плавучие) и устраиваются у водосборников в непосред-
ственной близости от гидромониторных забоев.
6*
83
Водопроводная сеть состоит из магистральных, карьерных и
отвальных трубопроводов, состоящих из труб, фасонных частей
и арматуры. При монтаже карьерных и отвальных (намывных)
трубопроводов применяют фланцевые быстроразъемные соединения,
а магистральных — сварные.
Установки для напорного гидротранспорта
Для напорного гидротранспорта применяют установки, состоя-
щие из землесоса (8НЗ, ЗГМ-2М, 12Р-7 или 20Р-11), электродви-
гателя и вспомогательной аппаратуры для пуска и управления земле-
сосом.
Землесос состоит из центробежного одноколесного насоса с одно-
сторонним всасыванием, предназначенного для перекачивания по
Рис. 48. Гидроэлеватор
трубам жидкости с большим содержанием частиц породы. По сравне-
нию с обычным центробежным насосом землесосы имеют ряд особен-
ностей: корпуса землесосов изготовляются круглой формы с двумя-
четырьмя лопатками на рабочем колесе для обеспечения пропуска
крупных частиц грунта.
Гидроэлеваторы. При гидромеханизации для вспомогательных
работ (устройства котлованов и др.) могут применяться гидроэлева-
торы (рис. 48).
При пуске гидроэлеватора вода под напором подводится по водо-
воду 1 к насадке 2, которая помещается в гидроэлеваторе. Через
насадку струя 3 воды с большой скоростью поступает в смеситель-
ную камеру 4, в которую по патрубку 8 поступает пульпа, увлекае-
мая струей воды через горловину 5 и диффузор 6 в пульпопровод 7'.
Производительность землесосной установки должна обеспечить
перекачку всей пульпы, поступающей в зумпф. Необходимая часовая
производительность землесосных установок по пульпе определяется
по уравнению
где V — сезонный объем вскрыши в целике, м3;
т — средняя пористость пород (0,30—0,35);
84
t — число рабочих дней в сезоне;
q — удельный расход воды;
с — число часов работы в смену;
п — число смен в сутки;
k — коэффициент использования установки по времени.
В зависимости от способа размыва и транспортирования пульпы
различают три основные технологические схемы гидромеханизации:
с самотечным или напорным транспортированием пульпы, с при-
менением специальных землесосных снарядов (земснарядов, которые
обеспечивают всасывание грунтов непосредственно из-под воды).
Устройство и схемы работы земснарядов
Земснаряд состоит из металлического или деревянного понтона
с палубной надстройкой. Основным оборудованием является земле-
сос, который через приемное устройство засасывает пульпу и создает
напор для ее движения по напорному трубопроводу к месту укладки.
Для рыхления грунта и образования пульпы, приемное устройство
имеет рыхлитель (вращающаяся фрезерная головка).
Пульповоды монтируются из стальных труб, соединяемых свар-
кой в стык, если пульповод будет работать в течение продолжитель-
ного времени, или с помощью быстроразъемных соединений, если
пульповод необходимо наращивать.
Глава III
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
для ПОГРУЗКИ ГОРНОЙ ПОРОДЫ
Машины, предназначенные для черпания предварительно разрых-
ленной (взрывом или иным способом) породы любой крепости, пере-
мещения ее до транспортных средств и погрузки в них, называются
погрузочными.
При проведении горизонтальных тоннелей широкое распростра-
нение получили ковшовые погрузочные машины на колесном ходу
ПМЛ-5м, ЭПМ-2, ППМ-4м и МПР-6, а при сооружении вертикальных
шахтных стволов пневматические грейферные грузчики КС-3. Все
они относятся к машинам периодического действия.
Ковшовые погрузочные машины подразделяются на машины
с прямым способом передачи груза — из ковша непосредственно
в транспортные средства или в отвал — и машины со ступенчатым
способом передачи груза —из ковша на конвейер и далее в транспорт-
ные средства или в отвал.
Машины с прямым способом передачи груза по виду применяемой
энергии делятся на пневматические типа ПМЛ-5м, предназначенные
для механизированной погрузки породы кусковатостью 300—350 мм
при проведении выработок малого сечения (ширина 1,8 м, высота
2,2 м), и электрические типа ЭПМ-2, предназначенные для погрузки
породы кусковатостью 200—250 мм в тех же условиях, но при воз-
можности и целесообразности обеспечения забоя электрической
энергией.
Машины со ступенчатым способом передачи груза типа ППМ-4м
и МПР-6 выполняются только с электроприводом и предназначаются
для механизированной погрузки породы кусковатостью до 400 мм
при проведении тоннелей диаметром более 5,5 м.
Цикл работы ковшовых машин складывается из следующих опе-
раций: движения на забой при крайнем нижнем положении ковша;
загрузки ковша путем внедрения его в породу с последующим встря-
хиванием для обеспечения полноты загрузки; подъема загруженного
ковша вверх с одновременным движением машины от забоя разгрузки
и возвращения в исходное положение. Технические характеристики
ковшовых погрузочных машин, приводятся в табл. 14.
86
Таблица 14
Показатели	Тип ковшовой погрузочной машины			
	ПМЛ-5м	ЭПМ-2	ППМ-4Ы	МПР-6
Производительность (за чи-				
стое время работы), м3/ч	20—30	30—40	45	90
Фронт погрузки породы, мм	2000	2200	4000	3750
Емкость ковша, м3 . . . .	0,17	0,2	0,25	0,38
Угол поворота ковша в				
плане, град 		±30	±30	±50	±34
Ширина колеи, мм ....	600	600	600; 750; 900	750; 900
Жесткая база, мм ....	846	960	1100	1505
Угол подъема конвейера,				
град		—	—	18	—
Угол поворота конвейера				
в плане, град 		—	—	±12,5	±6,5
Количество и мощность дви-				
гателей, квт		2Х 10,5 л. с.	2Х 10,5	1X14 + + 1X4,5	2Х 10,5 + + 2X6
Основные размеры, мм: длина:				
с опущенным ковшом	2270	2370	7435	6520
с поднятым ковшом	.1330	1900	6900	5850
ширина:				
в рабочем положении	1320	1460	1700	1970
в транспортном положе-				
НИИ 		1050	1320	1340	1830
высота: от головки рельса с под-				
пятым вверх ковшом	2200	2070	2150	2800
с опущенным ковшом	1500	1520	1885	2150
Вес (без манипуляторов), кг	3650	4420	8600	8800
Привод 		Пневма- тический	Электрический		
Погрузочные машины грейферного типа по способу перемещения
по забою подразделяются на машины с ручным вождением и механи-
ческим вождением, а по общему устройству и назначению — на
собственно погрузочные машины, предназначенные только для
погрузки породы, и погрузочные комплексы, предназначенные для
комплексной механизации нескольких основных проходческих опе-
раций.
§ 13. ПОГРУЗОЧНЫЕ МАШИНЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ПРИ СООРУЖЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ
ТОННЕЛЕЙ
Пневматическая погрузочная машина ПМЛ-5м (рис. 49) состоит
из ходовой части 2, поворотной платформы 3, зачерпывающего
механизма с ковшом 1 и механизма управления 5 машиной. Со сто-
роны пульта управления устанавливается съемная подножка 4.
87
Ходовая часть машины, представляющая собой
трехступенчатую двустороннюю передачу, смонтированную в сталь-
ном литом корпусе (рис. 51), оборудована индивидуальным пневмо-
приводом. Вращение от пневмодвигателя 1 передается на передний
и задний полускаты 10 через цилиндрические зубчатые шестерни 2—
3—4—6—7—8—9 (шестерня 3, сидящая на одном валу с шестерней 4,
находится под шестерней 2).
Поворотная платформа (рис. 50) является основа-
нием, на котором монтируется зачерпывающий механизм и его при-
вод. Платформа состоит из стальной плиты 16 с боковыми и задней
стенками и шарикового опорного подшипника 11.
Рис. 49. Погрузочная машина ПМЛ-5м
Зачерпывающий механизм состоит из ковша 1; рукояти, пред-
ставляющей собой две профилированные кулисы 5, соединенные
траверсой 6; однобарабанной лебедки 13 подъема ковша; поворот-
ного барабана-автомата 10; тяговой цепи 12, связывающей барабан
лебедки с рукоятью ковша; двух пар канатов стабилизации 9 и 15,
обеспечивающих эластичную подвеску ковша с рукоятью на пово-
ротной платформе.
Стабилизирующие канаты 15 крепятся с одной стороны к задним
кронштейнам 14 поворотной платформы, а с противоположной
стороны — к натяжным болтам 4 со спиральными пружинами 3
соответствующих кулис. Эта пара канатов обеспечивает заданную
высоту задней стенки ковша от головки рельса и предупреждает
возможность сползания рукояти с ковшом на рельсы при его подъеме.
Пара канатов 9 крепится с одной стороны к передним кронштей-
88
Рис. 50. Исполнительный орган и поворотная платформа
машины ПМЛ-5м
Рис. 51. Кинематическая схема машины ПМЛ-5м
Рис. 52. Механизм для автоматиче-
ского возвращения платформы в цен-
тральное положение
нам 2 поворотной платформы, а с противоположной стороны —
к верхним натяжным болтам 7 со спиральными пружинами 8 соот-
ветствующих кулис. Канаты 9 обеспечивают заданную высоту зуб-
цов ковша от головок рельсов и не допускают поступательного дви-
жения рукояти с ковшом вдоль машины при подъеме. Кроме того,
канаты 9 гасят динамические нагрузки, возникающие при возврате
ковша в исходное положение под действием собственного веса.
Натяжные болты со спиральными пружинами необходимы для
обеспечения надлежащего натяжения канатов стабилизации и воз-
можности регулировки положения рукояти относительно поворот-
ной платформы.
Барабан 17 (см. рис. 51) лебед-
ки подъема ковша вращается пнев-
модвигателем 11 через цилиндри-
ческие шестерни 12—13—14—15—
16 редуктора.
При вращении барабана в сто-
рону навивки тяговой цепи по-
следняя увлекает за собой рукоять,
обеспечивая ее перекатывание про-
филированными поверхностями ку-
лис по поворотной платформе и
движение ковша по заданной трае-
ктории в направлении вагонетки,
расположенной позади машины.
Достигнув упора на задней стенке
поворотной платформы, ковш раз-
гружается и опускается под дей-
ствием собственного веса при вы-
ключенном  двигателе. Поворот
порожнего ковша влево или вправо
осуществляется вручную вместе
с поворотной платформой при опущенном ковше. Поворот груженого
ковша из бокового положения в центральное производится автома-
тически с помощью профилированного барабана — автомата.
Автомат (рис. 52) состоит из барабана 3, вал которого вращается
в подшипниках, закрепленных на поворотной платформе; рычагов 4
и 5, с помощью которых барабан приводится во вращение от рукояти
ковша; ролика 2, вращающегося на неподвижной оси 1, укреплен-
ной на верхней плите ходовой части машины. В момент подъема
ковша кромка профилированного выреза в цилиндре барабана упи-
рается в ролик, отжимается им в сторону и разворачивает ковш
вместе с поворотной частью машины. На чертеже развертка бара-
бана 3 и относительное положение ролика 2 показаны при среднем
положении ковша в момент, соответствующий его падению после
разгрузки.
Управление машиной (см. рис. 51) осуществляется
с помощью пускового устройства 22, соединенного с ходовым пневмо-
90
двигателем 1 двумя шлангами 25, а с двигателем механизма подъема
ковша — двумя металлическими трубами 18. Рукоятка 20 укреплена
на оси трехходового крана 19 и служит для управления двигателем
механизма подъема ковша. При ее повороте влево осуществляется
подъем, а при повороте вправо — опускание ковша. Рукоятка 21
соединяется с осью трехходового крана 24 управления пневмодви-
гателем ходового механизма. При повороте рукоятки влево осу-
ществляется ход вперед, а при повороте вправо — ход назад. Сжатый
воздух’ от воздушной магистрали подводится к машине по гибкому
шлангу 23.
Погрузочная машина ЭПМ-2 конструктивно подобна машине
ПМЛ-5м и отличается от нее применением электропривода вместо
пневмопривода, системой управления и конструктивным исполне-
нием некоторых отдельных узлов.
На корпусе редуктора ходовой части размещен электродвига-
тель, служащий приводом механизма передвижения машины. На
поворотной платформе установлен электродвигатель для подъема
ковша.
Электропусковая аппаратура машины смонтирована во взрыво-
безопасном исполнении и устанавливается на правой или левой
стороне машины. Для освещения рабочего места на машине
установлено четыре люминесцентных светильника. Конструк-
ция патронов светильников обеспечивает автоматическое от-
ключение напряжения при разрушении защитного стекла светиль-
ника.
Электроэнергия к машине подводится по гибкому кабелю через
штепсельную муфту, конструкция которой исключает возможность
ее отсоединения под нагрузкой и снятие крышки пульта управле-
ния до отсоединения штепсельной муфты. Электродвигатели вклю-
чаются в сеть магнитным пускателем с дистанционным управлением
с помощью кнопок, установленных на машине. Во время работы
машинист стоит на подножке и, держась за скобы, управляет
машиной.
Достоинствами машин ПМЛ-5м и ЭПМ-2 являются: простота
конструкции, надежность и длительный срок службы, высокая ма-
невренность, небольшие габариты в плане.
Основными недостатками машин ПМЛ-5м и ЭПМ-2 являются:
небольшая производительность, малый фронт погрузки и значитель-
ная высота.
Погрузочная машина МПР-6. Принципиальной особенностью
машины является наличие в ее конструкции индивидуального электро-
привода поворотной платформы, который обеспечивает механизиро-
ванный поворот платформы вместе с зачерпывающим механизмом в
горизонтальной плоскости. Кроме того, машина МПР-6 оборудуется
приемным бункером с разгрузочным конвейером, которые обеспе-
чивают возможность непрерывного зачерпывания и подачи ее
в бункер породы во время обмена вагонеток при неработающем
конвейере.
91
Машина МПР-6 состоит (рис. 53) из ходовой части 1, поворотной
платформы 2, зачерпывающего механизма 3, разгрузочного кон-
вейера 5, пульта управления 4.
Ходовая часть (рис. 54) является основанием машины,
обеспечивающим ее передвижение. Особенностью конструкции, отли-
чающей ее от ходовой части машины ЭПМ-2, является размещение
Рис. 54. Ходовая часть машины МПР-6
на корпусе машины редуктора 4 и дорожки качения 1, предназна-
ченной для опорных катков поворотной платформы. С противопо-
ложной стороны корпуса установлен механический привод 2 пово-
рота платформы.
92
Момент вращения на передние и задние полускаты передается
от электродвигателя через цилиндрические шестерни 7—8—9—10—
11—12—13 двустороннего редуктора (рис. 55). Приводом механизма
поворота платформы служит другой электродвигатель с редукто-
ром, состоящим из червячной 1—2, конической 3—4 и червячной
5—6 зубчатых пар. Последняя пара представляет собой установлен-
ный на корпусе редуктора ходовой части червяк 3 (см. рис. 54)
и укрепленный в хвостовой части поворотной платформы червячный
сектор 6 (см. рис. 56).
Рис. 55. Кинематическая схема машины МПР-6
Поворотная платформа (рис. 56, а) является осно-
ванием, на котором монтируется зачерпывающий механизм с при-
водом и разгрузочный конвейер. Она состоит из стальной плиты 1,
опирающейся на пять опорных катков 2 и радиально-сферический
ролико-подшипник 7, расположенные на корпусе ходовой части.
На плите установлен ковш с рукоятью и электродвигатель
(рис. 56, б), от которого момент вращения через цилиндрические
шестерни 9—10—11—12—13 передается барабану 14 лебедки подъема
ковша. Вертикальный штырь 8 является осью вращения поворотной
платформы. На упорном подшипнике 4 располагается специальная
плита 3 разгрузочного ленточного конвейера, который перегружает
поступившую из ковша породу в шахтные вагонетки или другие
доставочные средства.
93
Электропривод конвейера состоит из электродвигателя, двух-
ступенчатого редуктора (шестерни 18, 17, 16, 15), размещенного
в литом стальном корпусе, цепной передачи с ведущей звездочкой 14
(см. рис. 55) и приводного барабана. Крепление электродвигателя
к корпусу редуктора фланцевое.
Рис. 56. Оборудование поворотной платформы машины МПР-6
Положение конвейера регулируется по высоте раздвижными стой-
ками 5. Поворот конвейера в горизонтальной плоскости не зависит
от поворота платформы.
Электропусковая аппаратура машины смонтирована в двух ма-
гнитных станциях, размещенных в двух стальных ящиках, на кото-
рых установлены кнопки ручного управления. Ящики укреплены
на боковых стенках поворотной платформы.
Погрузочная машина ППМ-4м (рис. 57) состоит из ходовой части,
зачерпывающего механизма, главного привода, перегрузочного лен-
точного конвейера и механизма управления машиной.
Ходовая часть является основанием машины, на котором
смонтированы все ее остальные узлы. Сварная рама 6 ходовой части
через восемь спиральных рессор 8 опирается на буксы двух колес-
ных пар 7, положение которых относительно рамы (в горизонтальной
плоскости) фиксируется приваренными к раме буксовыми челю-
стями 9, входящими своими выступами в боковые пазы букс. Рама
оборудована выдвижной буферной сцепкой, выполненной в виде
выдвигающегося из рамы удлиненного бруса. Сцепка фиксируется
94
Рис. 57. Погрузочная машина ППМ-4м
вместе со сцепленной с ней вагонеткой относительно разгрузочной
головки конвейера в трех положениях, обеспечивая равномерную
загрузку вагонетки; фиксация возможна только при отпущенной
педали НПБ и выполняется с помощью специального пальца, кото-
рый вставляется в один из пазов, расположенных на брусе на рас-
стоянии 660 мм друг от друга. При нажатии на педаль палец осво-
бождает брус, который при движении машины вперед выдвигается
вследствие сопротивления сцепленной с ним вагонетки. Наибольшее
выдвижение буфера равно 1320 мм.
Зачерпывающий механизм состоит из ковша /,
стрелы 4, двух тяговых ковшовых цепей 14. Стрела с помощью
шарнира 5 крепится одной своей стороной к раме машины. На про-
тивоположной стороне стрелы шарнирно укреплен ковш.
Стрела вместе с ковшом может поворачиваться как в вертикаль-
ной, так и в горизонтальной плоскостях. Подъем ковша и поворот
стрелы осуществляются ковшовыми цепями, навивающимися на
барабаны привода зачерпывающего механизма.
При натяжении одной из ковшовых цепей, например левой,
ковш поворачивает в левую сторону в горизонтальной плоскости
до соприкосновения с упором на раме.
После внедрения в породу или в процесс внедрения (оптималь-
ный режим с точки зрения производительности) ковш при натяжении
обеих ковшовых цепей поднимается и одновременно поворачивается
вокруг горизонтальной оси 17 до соприкосновения с амортизатором 16,
после чего поднимается вместе со стрелой в вертикальной плоскости
и, описав дугу, высыпает породу в приемный бункер перегрузочного
конвейера. В исходное положение зачерпывающий механизм воз-
вращается под действием собственного веса.
Крайнее нижнее положение стрелы обеспечивается двумя стопор-
ными цепями 15, соединенными со стрелой через пружинный амор-
тизатор 3, который гасит динамические нагрузки, возникающие
в машине и цепях при возврате зачерпывающего механизма в исход-
ное положение, а также при внедрении ковша в породу, и предо-
храняет цепи от разрыва.
Перегрузочный конвейер 13 состоит из ленточ-
ного поворотного конвейера с индивидуальным электроприводом.
Благодаря шаровой шарнирной опоре, на которую опирается
приводная часть конвейера, и подъемно-поворотной балке 12 теле-
скопического типа конвейер может поворачиваться вправо или влево
на угол 12° 30', обеспечивая погрузку породы на криволинейных
участках тоннеля. Кроме того, он может подниматься или опускаться
в вертикальной плоскости, обеспечивая погрузку породы в вагонетки
с различной высотой кузова. Момент вращения на приводной барабан
конвейера передается от электродвигателя через трехступенчатый
цилиндрический редуктор.
Главный привод машины (рис. 58) обеспечивает
ее передвижение по рельсовым путям, а также подъем и поворот
зачерпывающего механизма. Он состоит из электродвигателя 1,
96
главного редуктора 2, редуктора ходовой части с двумя планетар-
ными фрикционами А к Б, цепной передачи 4 и редуктора зачерпы-
вающего механизма с двумя планетарными фрикционами В и Г.
От главного электродвигателя через предохранительные муфты
и редуктор 2 момент вращения передается на вал I редуктора пере-
Рис. 58. Кинематическая схема машины ППМ-4м
движения машины, а с помощью звездочек 3 и 5 — на вал II редук-
тора подъема и поворота зачерпывающего механизма.
Планетарные фрикционы А и Б, смонтированные на валу /,
работают поочередно независимо друг от друга.
Фрикцион А служит для сообщения машине движения назад,
а фрикцион Б — движения вперед.
Фрикцион А состоит из жестко сидящей на валу I солнечной
шестерни 6; двух планетарных зубчатых шестерен 7, свободно вра-
щающихся на осях 10 и жестко связанных через оси 10 и водило И
с опирающейся на вал I через подшипники качения ступицей 12
звездочек 13 и 14 зубчатого венца внутреннего зацепления 9, впрес-
сованного в свободно сидящий на валу I тормозной шкив 8 и входя-
щего в зацепление с планетарными шестернями 7.
При расторможенном шкиве <9 и вращении вала I вращается
шестерня 6 и соответственно планетарные шестерни 7. В этом случае
шестерни 7 совершают вращение только вокруг своих неподвижных,
благодаря значительному сопротивлению со стороны ходовой части
машины, осей 10 и приводят во вращение тормозной шкив 8.
При затормаживании ленточным тормозом шкива 8 планетарные
шестерни 7, обкатываясь по неподвижному в этом случае венцу 9,
увлекают во вращение вокруг вала I свои оси, а через них водило 11
7
Зак. 630
97
И ступйцу 12 звездочек 13 и 14, которые через соответствующие цеп-
ные передачи вращают звездочки 15 и 16 переднего и заднего полу-
скатов, и машина движется от забоя.
Работа передач при включении фрикциона Б для движения ма-
шины на забой аналогична их работе при включении фрикциона А.
Планетарные фрикционы В и Г, смонтированные на валу II,
работают также независимо друг от друга. Они имеют абсолютно
аналогичные конструкции и обеспечивают либо попеременное, либо
одновременное натяжение обеих ковшовых цепей.
Устройство планетарных фрикционов В и Г конструктивно
подобно устройству и принципу действия фрикциона А с той лишь
разницей, что с осями 10 планетарных шестерен 7 здесь связан
барабан 17 ковшовой цепи, а не ступица 12 звездочек 13 и 14 ходо-
вого механизма.
При расторможенном шкиве 8 вращение от вала II через ше-
стерню 6 передается соответственно планетарным шестерням 7.
В этом случае шестерни 7 совершают вращение только вокруг своих
неподвижных осей 10, которые удерживаются на месте благодаря
сопротивлению, создаваемому весом ковша, и приводят во вращение
через зубчатый венец 9 соответствующие тормозные шкивы 8. Ковш
при этом находится в крайнем нижнем положении.
При затормаживании ленточными тормозами шкивов 8 планетар-
ные шестерни 7, обкатываясь по неподвижному зубчатому венцу 9,
увлекают во вращение вокруг вала II оси 10, водило 11 (водило
на кинематической схеме не показано) и подъемный барабан 17,.
при вращении которого обеспечивается натяжение тяговой цепи.
При раздельном включении планетарных фрикционов осуществ-
ляется поворот ковша в сторону, а при одновременном — подъем
ковша.
Включение редуктора хода машины производится ножной пе-
далью НПХ (см. рис. 57). Конструкция педали исключает возмож-
ность одновременного включения обоих фрикционов. При нажатии
на переднюю кромку педали осуществляется ход вперед, а при на-
жатии на заднюю кромку — ход назад.
Включение редуктора подъема и поворота ковша осуществляется
двумя ручными рычагами управления РУ. Автоматическое растор-
маживание фрикционов при прекращении нажатия на рычаги РУ
обеспечивается пружинами.
Для включения главного двигателя служат размещенные на
машине кнопочный пост управления и ручной пускатель.
Для подачи электроэнергии к машине и дистанционного вклю-
чения служит магнитный пускатель ПМВ-1357. Все электрообо-
рудование машины имеет рудничное взрывобезопасное испол-
нение.
Недостатком рассмотренных погрузочных машин является огра-
ниченный фронт погрузки — 3,75—4 м. При строительстве одно-
путных железнодорожных тоннелей ширина забоя в’ проходке со-
ставляет 5,4—6,1 м, а автодорожных 8—9 м. Чтобы избежать в этих
98
Случаях ручной подкидки породы к машине, применяют две парал-
лельно работающие машины, производительность которых не исполь-
зуется полностью из-за тесноты в забое. В забоях шириной 5,4—
9,1 м применяются зарубежные погрузочные машины: электриче-
ская Конвей-100 (Англия) с емкостью ковша 0,75 м3 и фронтом
погрузки 5500—9100 мм и пневматическая машина LM-500H
(Швеция) на гусеничном ходу с емкостью ковша 0,65 л3.
Две параллельно работающие машины МПР-6 убирают породу
из забоя за 4—5 ч, а одна машина Конвей-100 за 2,5 ч. Недостатком
машины Конвей-100, как и МПР-6, является низкий срок службы
Конвейерной ленты (1,5—2 месяца). Машина СМ-500Н обеспечивает
погрузку породы непосредственно в автосамосвалы, исключая необ-
ходимость применения рельсового путевого хозяйства.
Погрузочные машины для сооружения
наклонных тоннелей
При угле наклона выработки до 10° для механизации погрузки
породы могут быть использованы погрузочные машины ЭПМ-2 и
ПМЛ-5м, снабженные задними колесами со специальными бараба-
нами для навивки тяговых канатов.
Однако при углах наклона выработки свыше 10е, например 30°,
при которых обычно проходятся эскалаторные тоннели, они при-
меняться не могут.
Для этих условий в настоящее время выпускаются машины типа
«Проходчик» производительностью до 25 м3/ч.
Основные правила эксплуатации,
технического обслуживания и техники безопасности
Перед спуском в шахту каждая машина предварительно испыты-
вается на холостом ходу и под нагрузкой. При этом проверяется
включение зачерпывающего механизма (подъем и опускание ковша),
легкость поворота платформы, работа ходового механизма и кон-
вейера. Продолжительность опробования на холостом ходу должна
быть не менее 1—2 ч в зависимости от типа и сложности машины.
Перед началом работы необходимо: проверить надежность креп-
ления всех узлов; уровень масла в редукторах приводов и состояние
смазки в остальных подвижных соединениях; состояние конвейер-
ных лент и их натяжение; исправность силового кабеля и магнит-
ного пускателя; надежность работы пультов управления, электро-
двигателей, пускорегулирующей аппаратуры и качество заземле-
ния; плотность соединения шлангов в пневматических машинах;
исправность рельсовых путей.
Во время работы машины необходимо: следить за очисткой, пра-
вильной укладкой и соединением рельсовых звеньев позади машины,
герметичностью уплотнений редукторов и подшипников; не допу-
скать перегрева электродвигателей (свыше 80е), подшипников и тор-
мозных лент фрикционов машины, следить, чтобы токоподводящий
7*
99
кабель или воздухоподводящие шланги не попадали под колеса
машины; очищать конвейер от мелочи, предупреждая его заштыбовку.
При взрывании шпуров в забое машину необходимо отвести на безо-
пасное расстояние, закрыть светильники и конвейерную ленту.
Во время работы машины воспрещается: находиться перед ма-
шиной в зоне действия зачерпывающего механизма; включать ма-
шину без предупреждения лиц, находящихся, в забое; производить
какие-либо работы под незакрепленными стопорными цепями зачер-
пывающего механизма; работать со снятой площадкой управления;
регулировать во время работы машины натяжение конвейерной ленты
и тормозной ленты фрикционов и очищать их; исправлять электри-
ческие соединения и осматривать электрооборудование; отключать
штепсельную муфту без предварительного отключения магнитного
пускателя; работать при значительном понижении напряжения
в электрической сети или давления воздуха в магистрали.
Своевременная и качественная смазка частей машины в соответ-
ствии с заводской инструкцией обеспечивает нормальную работу
машины, увеличивает срок службы отдельных деталей и узлов,
а также облегчает управление машиной.
Осмотр и ремонт погрузочных машин производится в соответствии
с «Положением о планово-предупредительном ремонте оборудования
и транспортных средств в угольной и горнорудной промышленности»,
утвержденным бывш. Госкомитетом Совета Министров СССР по авто-
матизации и машиностроению 13. XI 1962 г. (Госгортехиздат, 1963 г.)
Основные факторы, влияющие на производительность
ковшовой погрузочной машины
Фактическая производительность погрузочной машины соответ-
ствует количеству погруженной породы в течение 1 ч непрерывной
работы машины с учетом времени простоев, связанных с обменом
груженых вагонеток на порожние и другими организационно-тех-
ническими причинами, а также с учетом действительного наполне-
ния ковша, снижающегося с увеличением кусковатости породы.
Фактическая производительность определяется по формуле
Q =	, жз/ч,
где
q — геометрическая емкость ковша, л!3;
k„ — коэффициент заполнения ковша;
Т — продолжительность цикла черпания, сек;
О
Так
— продолжительность паузы между циклами, сек.
как емкость ковша постоянна, а отношение
3600
уср] определяет
число циклов черпания в час, то производительность машины можно
увеличить только путем сокращения времени цикла черпания и
увеличения коэффициента заполнения ковша.
Средняя продолжительность цикла черпания зависит от кон-
струкции машины, удобства управления ею и квалификации маши-
100
ниста. Для погрузочных машин время одного цикла черпания состав-
ляет ^=12—16 сек, а число циклов в минуту 4—5. Сокращение про-
должительности цикла черпания можно достигнуть путем совмеще-
ния перемещения машины с загрузкой, подъемом, разгрузкой иопу-
сканием ковша в исходное положение.
Сокращение продолжительности пауз достигается главным обра-
зом применением рациональных устройств для обмена вагонеток
и уменьшением затрат времени на маневры. При ступенчатой по-
грузке обмен вагонеток практически не вызывает простоя машины и
можно принять 6=0.
Коэффициент заполнения ковша зависит главным образом от
кусковатости породы и сцепного веса машины. Значения коэффи-
циента заполнения ковша в зависимости от этих факторов приводятся
в табл. 15.
Таблица 15
Тип машины	Коэффициент заполнения ковша при средней кусковатости пород, мм			
	100	200	300	400
ПМЛ-5м и ЭПМ-2 ...	0,65	0,45	0,35	0,25
МПР-6 и ППМ-4м		1,0	0,75	0,55	0,40
У машины ППМ-4м наполнение ковша может быть увеличено
на 45—50% при черпании с совмещением движения на забой (напора)
с подъемом ковша. При этом, чем больше скорость напора по сравне-
нию со скоростью подъема, тем выше эффект наполнения ковша.
Наполнение ковша и скорость черпания машин с перекатываю-
щейся рукоятью увеличиваются за счет ковшей, оборудованных пнев-
матическими двух поршневыми или электрическими эксцентриковыми
вибраторами с частотой 600 колебаний в минуту. Испытания машин
с такими ковшами показали, что если при жестком ковше для его
наполнения необходимо два-три внедрения, то при виброковше
наполнение обеспечивается при одном внедрении. Вибрация ковша
способствует также его лучшей очистке.
§ 14. ПОГРУЗОЧНЫЕ МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ СООРУЖЕНИИ
ВЕРТИКАЛЬНЫХ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ
Пневмопогрузчик КС-Зм (рис. 59) состоит из пневматического
шестилопастного грейфера 1, пневмоподъемника 2, водила и воздухо-
провода (на рисунке не показаны).
Через подъемный канат 3 пневмопогрузчик связан с тельфером 4,
перемещающимся вдоль диаметра ствола по балке, концы которой
обкатываются по круговому монорельсу 5, обеспечивая передвиже-
ние тельфера вдоль периметра ствола.
101
Тельфер обеспечивает не только подъем и опускание грей-
фера в вертикальной плоскости, ио и перемещение его вдоль забоя.
После взрывания, проветривания и приведения забоя в безопасное
состояние опускается пневмопогрузчик в забой. Под действием
собственного веса грейфер с раскрытыми лопастями перемещается
на величину хода цилиндра пневмоподъемника и внедряется в по-
роду. Далее лопасти грейфера закрываются, осуществляя процесс
Рис. 59. Схема расположения
пневмогрузчика в забое
черпания породы, грейфер поднимается пневмоподъемником над
бадьей и разгружается в нее. Затем цикл повторяется.
Технические характеристики пневмопогрузчиков приведены
в табл. 16.
Таблица 16
Показатели	Тип пневмопогрузчика	
	БЧ-1у	КС-Зм
Емкость грейфера, м3 	 Г рузоподъемность пневмоподъемни ка,	0,14	0,22
кг		785	1640
Давление сжатого воздуха, ати	 .	5	5
Расход воздуха, м3/мин . . . .	2,5	1,8
Ход поршня пневмоподъемника, мм . . .	2300	2500
Вес грузчика (без породы), кг ....	630	861
Время цикла черпания, сек ......	40	40
Средний коэффициент заполнения . . . Средняя производительность грузчика,	1,05	1,1
.и3/ ч		10	15
102
Грейфер (рис. 60) состоит из шести лопастей 1, соединенных
шарнирно с помощью осей 2, 3, 7 и тяг 5 с траверсой 4 и пневмоза-
твором 6.
Траверса 4 соединена со штоком 9 поршня 8 через шаровой шар-
нир 10, исключающий возможность перекоса штока. Под действием
Рис. 60. Грейфер пневмогрузчика КС-Зм
сжатого воздуха, поступающего в верхнюю или нижнюю полости
цилиндра пневмозатвора, поршень со штоком, совершая возвратно-
поступательное движение внутри цилиндра, поворачивает лопасти
относительно осей 2. Лопасти при этом соответственно раскрываются
или закрываются.
Пневмоподъемник (рис. 61) состоит из цилиндра 3,
поршня 4 со штоком 2 и амортизирующими прокладками 5, вертлюга 1,
103
служащего для соединения пневмопогрузчика с подвесным канатом.
Поршень пневмоподъемника выполнен из текстолита и снабжен де-
прессионными канавками. Амортизирующие прокладки смягчают воз-
можные удары поршня о
верхнюю и нижнюю крышки
цилиндра.
Водило, служащее для
управления грузчиком, со-
стоит из трубчатого каркаса,
двух малогабаритных кранов
управления и штуцеров для
подсоединения шлангов. С
корпусом грейфера водило
соединено шарнирно.
Распределение
сжатого воздуха,
подводимого к цилиндру
1 пневмозатвора грейфера
(рис. 62), осуществляется
клапанной коробкой 5, управ-
ляемой через малогабарит-
ный кран 40, а воздуха, под-
водимого к цилиндру 16
2 пневмоподъемника, клапан-
ной коробкой 18, управляе-
мой через малогабаритный
кран 38.
Клапанные коробки имеют
значительное сечение про-
ходных каналов, что способ-
ствует увеличению скорости
подъема грейфера, а также
сокращению времени на за-
5 крывание и открывание лопа-
стей.
При установке рукоятки
крана 40 в положение «От-
крыто» сжатый воздух через
каналы и трубопроводы 22—
Рис, 61. Пневмоподъемник грузчика КС-Зм
23—15 — 7—37—39— 40—2
поступает в полость 3 кла-
панной коробки 5 и переме-
щает снизу вверх поршень 4
со штоком 6, на шейке кото-
рого свободно установлены клапаны // и 13, плотно прижимаю-
щиеся к плечикам штока пружиной 12, Аналогичными клапанными
устройствами оборудуются поршни 27 и 33. По окончании хода
поршня клапан 13 закрывает выхлопной канал 14, а клапан Ц
|04
открывает канал 8, через который воздух из канала 7 поступает
в полость 29 и далее через трубопровод 9 в полость А цилиндра
пневмозатвора, —лопасти раскрываются.
Одновременно сжатый воздух из полости 3 через капал 35 посту-
пает в полость 32, и благодаря соединению полости 34 через трубо-
провод 36 и кран 40 с атмосферой поршень 33 опускается вниз, от-
крывая с помощью клапанного устройства выхлопной канал 30,
через который воздух из полости Б цилиндра пневмозатвора вытес-
няется в атмосферу.
При установке рукоятки крана 40 в положение «Закрыто» кла-
панная коробка 5 работает аналогичным образом. В этом случае
воздух по каналам и трубопроводам 22—23—15—7—37—39—40—36
поступает в полость 34 и поршень 33 перемещается снизу вверх,
а поршень 4 сверху вниз, благодаря чему закрываются каналы 8 и 30
и открываются канал 14, через который воздух из полости А вытес-
няется в атмосферу, и канал 31, через который сжатый воздух из
канала 7 поступает в полость Б цилиндра пневмозатвора, — лопасти
закрываются.
При установке рукоятки крана 38 в положение «Подъем» сжатый
воздух по канадам и трубопроводам 22—23—15—7—37—39—38—2о
10
поступает в полость 25 цилиндра клапанной коробки 18 и перемещает
поршень 27 в направлении сверху вниз. Воздух из полости 28 через
трубопровод 17 и кран 38 поступает в атмосферу. При этом откры-
вается канал 24, через который воздух попадает в трубопровод 21
и в верхнюю полость цилиндра пневмоподъемника, — происходит
подъем грейфера. Воздух из нижней полости цилиндра пневмоподъ-
емника вытесняется в атмосферу через специальное отверстие —
сапун 10. При повороте рукоятки крана 38 в положение «Спуск»
сжатый воздух поступает в полость 28 клапанной коробки 18 и пере-
мещает поршень 27 в направлении снизу вверх, закрывая канал 24
и открывая выхлопной канал 20, через который воздух из верхней
полости цилиндра пневмоподъемника попадает в канал 19 и вытес-
няется в атмосферу. При этом грейфер под действием собственного
веса опускается. Сжатый воздух к клапанным коробкам и малогаба-
ритным кранам подводится через воздухоочиститель и автомасленку,
расположенную в верхней части пневмоподъемника.
Проходческие комплексы
Для комплексной механизации проходки шахтных стволов буро-
взрывным способом разработан и всесторонне испытан в производ-
ственных условиях ряд комплексов, позволяющих выполнять парал-
лельно несколько проходческих операций.
В тоннельном строительстве наибольшее распространение полу-
чил комплекс, состоящий из подвесного проходческого полка, позво-
ляющего одновременно с проходкой ствола устанавливать постоян-
ную армировку. Полок 6 (см. рис. 59) состоит из сборно-разборной
металлической конструкции, подвешенной на канате через прицепное
устройство к лебедке, установленной на поверхности. Металлокон-
струкция в свою очередь состоит из четырех соединенных между
собой секций и подвешенного к ним кругового монорельса 5, по котр-
рому передвигаются тельферные тележки тельферов ТВ-2, к одному
из которых 4 подвешивается грузчик КС-Зм, а к другому 7 — спе-
циальное приспособление 8 для установки элементов обделки.
Основные правила эксплуатации и техники безопасности
Перед началом работы необходимо проверить надежность
работы механизма дистанционного управления, воздухоочистителя
и автомасленки и убедиться в плавном движении лопастей грей-
фера и свободном повороте и отклонении грейфера относительно пнев-
моподъемника.
Во время работы машины необходимо: начинать погрузку породы
только после приведения забоя в безопасное состояние и не произво-
дить работу в местах, где остались невзорвавшиеся шпуры; не допу-
скать переподъема грейфера после уборки породы, так как при этом
возможен обрыв подъемного каната.
106
Во время работы воспрещается: освобождать руками куски из-
под лопастей грейфера; стоять под грейфером и около бадьи при раз-
грузке в нее породы; выдергивать грейфером буры, застрявшие в шпу-
рах; производить осмотр и ремонт грейфера до отключения и выпуска
из цилиндров сжатого воздуха.
Основные факторы, влияющие на производительность
Производительность грейферной погрузочной машины опреде-
ляется по формуле
Q = 36УН , м^ч,
где q — емкость грейфера, ж3;
kn — коэффициент заполнения грейфера (kH = 0,9 4-1,1);
Т — средняя продолжительность одного цикла черпания, сек.
Производительность зависит от коэффициента заполнения и числа
3600
циклов черпания в час —у—.
Коэффициент заполнения зависит от крупности кусков и объем-
ного веса породы, веса грейфера, квалификации проходчиков.
Число циклов черпания в час зависит от принятой организации
работ в забое, высоты подвески и способа вождения грейфера, работы
подъемной установки, емкости подъемных сосудов, типа грейферной
машины, давления сжатого воздуха и квалификации проходчиков.
Увеличение коэффициента заполнения грейфера за счет равномер-
ного дробления породы и сокращения средней продолжительности
цикла черпания является основным резервом для повышения произ-
водительности грузчика. Сокращение средней продолжительности
цикла черпания достигается совмещением операций вождения грей-
фера по забою и разгрузки с операциями его подъема и олускания.
Глава IV
ПРОХОДЧЕСКИЕ ЩИТЫ
Передвижная металлическая крепь, под защитой которой про-
изводят выемку породы по всей площади забоя, сооружаемого
тоннеля и одновременно возводят сборную тоннельную обделку,
называется проходческим щитом В зависимости от конструкции
щитов разработка породы в забое может производиться вручную
с применением лопат и отбойных молотков, буровзрывным способом
с использованием бурового инструмента и механизированным спо-
собом с помощью специальных машин. Монтаж обделки ведется
расположенными в хвостовой части щитов блоко- или тюбинго-
укладчиками. Щиты передвигают гидравлическими домкратами,
цилиндры которых жестко связаны со щитом, а плунжеры, упи-
рая в готовые кольца обделки, перемещают щит в направлении
забоя.
Конструкция щита для проходки подземных выработок была
предложена английским инженером Брюнелем, который в 1818 г.
получил патент на свое изобретение и в 1825—1843 гг. соорудил
с применением щита тоннель под рекой Темзой (Англия).
В 1864 и 1869 гг. были выданы патенты инженеру Берлоу (Анг-
лия) на два щита, из которых один предназначался для применения
в сочетании с кольцеобразной чугунной обделкой. В 1869 г. Берлоу и
его помощник Грейтхэд запроектировали и осуществили с помощью
щита проходку тоннеля наружным диаметром 2,15 м и длиной 416 м
под рекой Темзой в Лондоне. Одновременно в Нью-Йорке сооружался
тоннель под Бродвеем с применением щита Бича, в котором впервые
были использованы для передвижки гидравлические домкраты вместо
винтовых. Проходка тоннеля в водоносных породах с помощью щита
в сочетании со сжатым воздухом впервые была осуществлена в 1886 г.
при сооружении части подземной линии Сити Южно-Лондонской
ж. д.
В 1914 г. был разработан проект сооружения тоннеля с примене-
нием щита эллиптической формы под рекой Волгой у Нижнего Новго-
рода. В пояснительной записке к этому проекту Н. С. Стрелецким
впервые были описаны проходческие щиты,
108
Щитовой способ проходки в СССР был успешно применен в 1934 Г.
в сложных геологических условиях при сооружении перегонного
тоннеля метрополитена между станциями «Охотный- ряд» и «Дзер-
жинская». В настоящее время этот способ широко применяется в на-
шей стране при строительстве тоннелей.
Первая попытка сгруппировать щиты в единую систему была
сделана В. А. Варгановым. Однако классификация В. А. Варганова
не позволяла синтезировать щиты по кинематическим, динамическим,
конструктивным, технологическим и экономическим признакам,
поэтому она не могла быть использована при создании рациональной
конструкции проходческого щита применительно к заданным усло-
виям.
Более полная и логически обоснованная классификация проход-
ческих щитов была предложена П. А. Часовитиным, который класси-
фицировал проходческие щиты по конструктивным, кинематическим,
геометрическим и технологическим признакам, каждому из призна-
ков был присвоен классификационный номер. Дополненная клас-
сификация П. А. Часовитина представлена в табл. 17.
Классификация щитов не только делит известные типы щитов на
группы по определенным признакам, но и на основе синтеза этих
признаков облегчает создание новых принципиальных схем механизи-
рованных щитов для заданных инженерно-геологических условий
проходки.
Так, например, при разработке принципиальной схемы механи-
зированного щита для проходки перегонного тоннеля в спондиловых
глинах, отличающихся (при влажности 26—29%) липкостью, недоста-
точной устойчивостью забоя при обнажении значительных поверхно-
стей и малым коэффициентом сопротивления резанию (10—20 кПсм2'),
были синтезированы щиты для указанных условий проходки. В ре-
зультате синтеза была разработана принципиальная схема киевского
механизированного щита, описанная индексами 2, 4, 8, 10, 14, 24,
26, 30, 31, 42, 47, 52.
Индексы соответствуют следующему описанию: механизирован-
ный щит для проходки тоннелей в песчано-глинистых породах с пло-
щадью сечения выработки до 30 л/2, с круглой формой сечения, сбор-
но-литой конструкции, с гравитационным породоуборочным устрой-
ством, с закрытой грудью забоя, блокоукладчиком на специальной
тележке, исполнительным органом вращательного действия, траекто-
рией пластинчатого резца по окружности, электрическим приводом
вращения главного вала.
§ 15. НЕМЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ЩИТЫ
Назначение и конструкции
Проходческие немеханизированные щиты применяются главным
образом при сооружении тоннелей в мягких сыпучих и плывунных
породах. Их применение возможно в породах, где обнаженные по-
верхности массива в призабойном пространстве не требуют временной
109
Зак. 630 Киселев
Большие, выше 30 м2	
	
Средние, от 16 до 30 мг	оо
Малые, до 16 м‘	CD
	Сборко-литые (сталь)	
		
	Сборно-сварные (сталь)	5
Цельно-сварные (сталь)	ф	—
Железобетонные
Пластмассовые
С неподвижным козырьком	CD
С выдвижным козырьком	КЗ о
Вращательное резание	
Ударно-вращательное резание	N3
Циклоидное резание	СО СО
Фрезерование	СО
Скалывание при статической нагрузке на инструмент	СО СЛ
Скалывание при ударной нагрузке на инструмент	СО ф
Вдавливание с регулированием выдачи породы	СО
Вдавливание с размывом водой	S
Разрушение породы струями воды	СО СО
| Разрушение факелом высокой температуры	о
Взрыва нне	
Стержневые резцы	си
Резцы с вращающимися		
режущими кромками		
Пластинчатые резцы
Инерционные фрезы	1 О' “ 1
	
Шарошки	ф
	
Диски	
	
Пики	СП
Сопла	СЛ	—
		
Горелки	Сл ф	
Блокоукладчнк на щите
Блокоукладчик на тележке
Sa
Р* я
g£ | з
2 о н X.
х я о
я к >
Окружность
крепи, но в этом случае оно менее эффективно, так как щит исполь-
зуется только как передвижные подмости, т. е. выполняет функции
обычной буровой рамы.
Щит состоит (рис. 63) из ножевого 1 и опорного 2 колец, обо-
лочки 3, вертикальных 4 и горизонтальных 5 перегородок, гидравли-
ческого оборудования 8, 9, 10, выдвижных платформ 6, защитного
листа 7 и лестницы.
Все разновидности немеханпзированных щитов в основном кон-
структивно подобны и различаются между собой по форме, способу
изготовления, материалу и основным размерам, зависящим от назна-
чения сооружаемого тоннеля.
Щиты для тоннелей с площадью поперечного сечения до 12 м2
обычно выполняются цельносварными или сборно-сварными без
Б-Б
Рис. 63. Проходческий щит для проходки тоннелей (перегонных)
метрополитенов
ПО
внутренних перегородок. В таких щитах ножевое кольцо, опорное
кольцо и оболочка соединены в одну нераздельную конструкцию
или же конструкцию, собранную из сегментов, в которых ножевая и
опорная части, а также часть щитовой оболочки соединены сварным
швом.
Щиты для тоннелей с площадью поперечного сечения свыше 12 ju2
изготовляются из сборно-литых или сборно-сварных элементов,
соединяемых между собой болтами. В таких щитах для увеличения
жесткости конструкции устанавливаются перегородки. Горизон-
тальные перегородки разделяют щиты на ярусы, а вертикальные
разделяют ярусы на отдельные рабочие ячейки. С увеличением
площади сечения щита число горизонтальных и вертикальных пе-
регородок увеличивается.
Технические характеристики отечественных немеханизирован-
ных щитов приводятся в табл. 18.
Рассмотрение конструкций щитовых элементов дается по описа-
нию наиболее распространенного перегонного щита Д-6156 (см.
рис. 63). Этот щит по классификации П. А. Часовитина описан индек-
сами 1, 8, 10, 14, 23, 30 (см. табл. 17).
Ножевое к о'л ь ц о щита (рис. 64) изготовлено из две-
надцати стальных ребристых сегментов общим весом 18 974 кг, из них
девять 1 однотипных, два предзамковых 2 и один замыкающий 3 сег-
мент (замок) со скошенными боковыми гранями, обеспечивающими
установку замка в направлении снизу вверх. Сегменты между собой
и с опорным кольцом соединены болтами М38. Плоскость сегментов
ножа, соединяющаяся с плоскостью сегментов опорного кольца,
имеет зуб (круговую шпонку 5), входящий в паз в стенке опор-
ного сегмента. Каждый сегмент имеет ребра жесткости 6, располо-
женные по кольцу ножа против щитовых домкратов для восприятия
усилий от них. Сегменты верхней половины кольца уширены на
40 см. Такие сегменты в сборке образуют защитный козырек 4
(аванбек).
Основное назначение козырька — защита призабойного простран-
ства от обрушения породы. При сооружении тоннеля в слабых скаль-
ных породах козырек ножевого кольца иногда увеличивается с по-
мощью приспособлений различной конструкции, но не более чем на
величину заходки (рис. 65). При ведении щита в песках защитный
козырек изготовляется как одно целое с ножевым кольцом и дости-
гает размеров, обеспечивающих защиту призабойного пространства
при естественном угле откоса породы. Увеличение ширины козырька
в ножевом кольце щита допустимо не везде. Щит с развитым козырь-
ком теряет маневренность. При встрече с твердыми включениями
удлиненный козырек деформируется.
Поэтому часто в подобных условиях козырек не развивается, а по-
рода удерживается в забое под углом естественного откоса с помощью
выдвижных платформ, расположенных в ячейках щита. Каждая
платформа в этом случае является козырьком, под защитой которого
производятся работы в нижерасположенном ярусе.
112
Таблица 18
Возможное сечение сооружае- мого тоннеля, м2	Назначение щита	Основные размеры, мм				Вес щита, т 			Количество щитовых домкратов		S а? ° £ о 4 S О я 1) S о т 'Ч н У s « ’З о о. 1-
		£3 С. > rt X		длина	толщина оболочки				
До 12	Для сооружения го- родских подземных коллекторов канали- зации, водостоков и др.	1504 2032 2600 3040 3680		2435 2300 2960 3980 3212		4,3 4,6 16,5 18,7 15,0	18 16 17 30 20		
От 12 до 30	Для сооружения одно- путного перегонного тоннеля с блочной бе тонной обделкой То же, с обделкой из чугунных тюбингов То же, с обделкой из же- лезобетонных тюбин- гов или унифициро- ванных блоков	6656 6156 5660		4990 4970 4990	40 40 40	160 149 132	24 24 24	1270 1270 1270	
Более 30	Для сооружения стан- ционных тоннелей с обделкой из металли- ческих или железобе- тонных тюбингов То же »	9790 9500 8500		4760 4760 4760	40 40 40	281	36	3240	
Пол у щиты	Полущит, примененный на станции «Площадь революции» Москов- ского метрополитена Полущит, применен- ный на станции «Пло- щадь Маяковского» Московского метро- политена	9624 9406		4000 4000	26	26 30	16 12	1440 1080	
Нижние сегменты ножевого кольца закрыты с внутренней сто-
роны защитными стальными листами, служащими для уменьшения
лобового сопротивления породы при срезании ее во время передвижки
щита.
Опорное кольцо (рис. 66) является основным несущим
элементом конструкции щита, через который воспринимаются и пере-
даются на почву тоннеля нагрузки от давления горных пород, соб-
ственного веса щита и размещенного в опорном кольце щитового
оборудования.
8 Зак. 630
113
Рис. 65. Удлиненный козырек ножевого кольца:
1 — балкн; 2 — кронштейны; 3 — сегмент ножевого кольца;
4 — марчеванка; 5 — доски; 6 — клин
Опорное кольцо состоит из двенадцати литых сегментов, изготов-
ленных из стали марки СЛ-2.
Как и в ножевом кольце, девять сегментов являются однотип-
ными, два предзамковыми и один замыкающим (замком). Очерта-
ние боковых граней сегментов опорного кольца аналогично очер-
танию соответствующих сегментов ножевого кольца.
Толщина стенок сегмен-
тов опорного кольца в местах
соединения с ножевым коль-
цом 60 мм, со стороны щи-
товой оболочки 50 мм.
Длина типовых сегментов
1400 мм.
В сегментах опорного
кольца по его периметру
установлено двадцать четыре
щитовых гидродомкрата, из
которых три в лотковом сег-
менте, один в замковом и по
два во всех остальных.
Цилиндр каждого гидро-
домкрата (см. рис. 63) при
монтаже проходит через спе-
циальное отверстие в сегмен-
те со стороны тоннеля и фик-
сируется с помощью круго-
вого выступа на крышке
цилиндра, входящего в паз
сегмента, в который с проти-
воположной стороны входит
круговая шпонка сегмента
ножевого кольца.
По наружной поверхно-
Рис. 66. Опорное кольцо щита
сти опорного кольца имеются приливы, являющиеся продолже-
нием таких же приливов на ножевом кольце. Длина приливов
540 мм, а их толщина равна толщине стыковых накладок обо-
лочки щита — 20 мм. За участком длиной 540 мм наружный диа-
метр опорного кольца уменьшается на 80 мм — двойную толщину
оболочки. Здесь на длине 860 мм опорное кольцо соединяется
со щитовой оболочкой болтами с потайной головкой. Прилив защи-
щает концы оболочки от деформаций при передвижке щита. Нижние
сегменты опорного кольца закрыты защитными листами, предохра-
няющими нижние щитовые домкраты и гидрокоммуникацию от засо-
рения грунтом. Вес опорного кольца 27 170" кг.
Конструкция и размеры опорного кольца зависят от условий
применения щита. С уменьшением основных нагрузок конструкция
опорного кольца облегчается и щит из класса сборно-литых пере-
ходит в класс разборно-сварных щитов.
8*
115
Оболочка щита (рис. 67) огибает опорное кольцо на
длине 860 мм и выступает за его пределы в сторону тоннеля на
2420 мм, образуя цилиндрическую хвостовую часть щита (юбку), под
защитой которой возводится тоннельная обделка.
Оболочка монтируется из двенадцати стальных, вальцованных
по лекалу листов толщиной 40 мм. Листы между собой соединяются
продольными стальными накладками и потайными винтами диаме-
тром 32 мм. К опорному кольцу оболочка крепится двумя рядами
Рис. 67. Оболочка щита:
а — разрез опорного кольца н оболочки; б — вид сбоку; в — разрез по оболочке; 1 — лист
толщиной 40 мм’, 2 — накладка; 3 — опорное кольцо
болтов. Кроме того, по накладкам крепление оболочки к опорному
кольцу усиливается двумя рядами болтов. Полная длина оболочки
3280 мм', вес 25 925 кг.
Конструкция, размеры и вес щитовой оболочки, как и опорного
кольца, зависят от условия применения щита.
При проходке тоннеля в скальных породах, когда горное давление
на оболочку щита невелико или отсутствует, толщина листов обо-
лочки уменьшается. При проходке тоннеля в плотных глинах обо-
лочка сохраняется только в верхней части щита. Нижняя часть обо-
лочки (лотковая) вырезается. Линия отреза оболочки проходит на
уровне концов убранных в цилиндры плунжеров щитовых домкратов.
На строительстве Московского метрополитена в песках, супесях,
суглинках оболочку щита в нижней лотковой части удлиняют от-
дельными, не связанными между собой полосами (лыжами).
Полосы при передвижке щита воспринимают на себя и передают
на грунт вес ближайших к щиту колец тоннельной обделки, сошедших
116
с оболочки, устраняя возможное проседание этих колец вследствие
образования зазора между кольцами обделки и подошвой выработки.
Две горизонтальные и две вертикальные перегородки делят сече-
ние перегонного щита на девять отдельных рабочих ячеек, каждая
из которых защищена от вывалов породы и позволяет производить
работы одновременно по всему сечению выработки на разных гори-
зонтах.
Горизонтальные перегородки служат затяжкой ножевого и опор-
ного колец. Они состоят в границах ножевого кольца из трехслой-
ного стального листа с толщиной слоя 18 мм и однослойного сталь-
ного листа той же толщины в границах опорного кольца. Для увели-
чения жесткости к каждой площадке приварен уголок. Перегородки
крепятся к прямоугольным ребрам в сегментах опорного и ножевого
колец и соединяются между собой болтами.
На всех горизонтальных площадках смонтированы выдвижные
платформы, перекрывающие пространство между забоем и щитом
вслед за подвиганием забоя. С удалением забоя от щита их исполь-
зуют как рабочие площадки. Выдвижная платформа изготовлена
из стального листа толщиной 18 мм, к которому с двух сторон при-
варены уголки. Уголки входят в направляющие горизонтальных
перегородок. Размеры платформ в средних ячейках щита 1800 X
X 1640 мм, а в крайних 1800 X 1040 мм.
Со стороны забоя к платформам прикреплены швеллеры для упора
плунжеров платформенных домкратов, корпуса которых смонти-
рованы на горизонтальных площадках снизу.
Вертикальные перегородки являются распорками ножевого и
опорного колец. Они состоят из стальных листов толщиной 20—22 мм.
Как и горизонтальные перегородки, в пределах ножевого кольца они
трехслойные, окаймленные швеллерами, а в пределах кольца — одно-
слойные, окаймленные уголком; к опорному и ножевому кольцам и
к горизонтальной перегородке они крепятся болтами. К вертикаль-
ным перегородкам крепятся забойные гидродомкраты и приборы
управления всей гидравлической системой.
В связи с применением высокопроизводительных породопогру-
зочных машин при щитовой проходке описанная система и конструк-
ция перегородок в щитах потребовала их реконструкции. Средняя
горизонтальная перегородка была удалена. Вертикальные установ-
лены наклонно.
Гидравлическое оборудование щитов
Гидравлическое оборудование щита состоит из щитовых, забой-
ных и платформенных домкратов, гидравлической коммуникации
с гидронасосами и аппаратуры управления гидросистемой.
Щитовые домкраты предназначены для передвижения
щита и располагаются по периметру опорного кольца так, чтобы на
каждый блок тоннельной обделки приходилось не менее двух дом-
кратов.
117
Щитовой гидродомкрат представляет собой (рис. 68) стальной
цилиндр 1 с запрессованной в него бронзовой направляющей втул-
кой 6, по которой перемещается выдвижной плунжер 2.
На заточке хвостовой части плунжера установлено манжетное
уплотнение, состоящее из двух резиновых и одного металлического
колец, закрепленных на плунжере гайкой. Кольца плотно заполняют
диаметральный зазор, равный двойной толщине направляющей
втулки, между внутренней поверхностью цилиндра и плунжером,
образуя подплунжерную А и надплунжерную Б рабочие камеры
домкрата.
Рис. 68. Щитовой гидравлический домкрат:
1 — цилиндр (корпус); 2 — плунжер; 3 — поршень; 4 — головка;
5 — подушка; 6 — направляющая втулка; 7 и 8 — отверстия для
наполнения полостей домкрата рабочей жидкостью
Выдвижение и уборка плунжера обеспечиваются за счет гидроста-
тического давления жидкости, попеременно поступающей в соответ-
ствующие рабочие камеры.
Часть плунжера, выступающая за пределы цилиндра, имеет
резьбу, с помощью которой с плунжером соединяется эксцентрич-
ная головка с опорной колодкой. Через опорную колодку развиваемое
гидродомкратом усилие передается на тоннельную обделку.
Форма опорной колодки плунжера обеспечивает распределение
давления на значительную площадь тоннельной обделки. В тоннелях
с чугунной или блочной железобетонной обделкой плунжеры на-
гружены эксцентрично, что влияет на сокращение срока службы
уплотнений. Если ось щита не совпадает с осью тоннельной обделки
или смещена на некоторый угол, опорная колодка домкрата сопри-
касается с обделкой под углом и вызывает поломку обделки. Поэтому
опорная колодка домкрата соединяется с головкой сферической шай-
бой, обеспечивающей самоустановку опорной колодки.
118
Уплотнение плунжера со стороны эксцентричной головки обеспе-
чивается сальниковой набивкой, состоящей из отдельных колец
резины с хлопчатобумажной оплеткой.
Ход плунжера домкрата ограничивается при выдвижении упором
поршневых колец в торец направляющей втулки, запрессованной
в цилиндр. Обратный ход плунжера ограничивается упором плун-
жера в головку цилиндра.
В цилиндре домкрата предусмотрено два отверстия для подачи
и слива воды в подплунжерные и надплунжерные камеры цилиндра.
Рис. 69. Схемы щитовых домкратов:
1 — уплотнение (сальник); 2 — цилиндр; 3 — плун-
жер; 4 — вспомогательный плунжер; 5 — крышка
главного плунжера; 6 — крышка главного цилиндра
Цилиндр крепится к
опорному кольцу на флан-
це двумя болтами, а фланец
свободно посажен на внеш-
нюю заточку цилиндра.
Зазор между фланцем и
цилиндром обеспечивает
плотное прилегание голов-
ки домкрата к обработан-
ной поверхности передней
стенки опорного кольца.
Основным недостатком
домкратов такой конструк-
ции является необходи-
мость их полного демон-
тажа при замене износив-
шихся сальников и ман-
жетных уплотнений. В этом
случае с цилиндра домкра-
та, извлеченного из опор-
ного кольца, снимаются
задняя крышка и фланцы,
после чего плунжер с пред-
варительно снятой эксцентричной головкой выдвигается из ци-
линдра и уплотнения заменяются.
В щитах иногда применяются домкраты одиночного действия
(рнс. 69, а). В этом случае сальник 1 может быть заменен без извле-
чения домкрата из щита, но плунжеры 3 таких домкратов после пере-
движки щита приходится убирать вручную. Для облегчения уборки
плунжеров в некоторых случаях (рис. 69, б) придается вспомогатель-
ный плунжер 4. В этом случае сам плунжер 3 является цилиндром
вспомогательного плунжера 4, тяга которого пропущена через
крышку 5 главного плунжера и прикреплена к крышке 6 главного
цилиндра 2. Питание жидкостью обоих цилиндров производится
через крышку 6 главного цилиндра. Иногда (рис. 69, в) для возврата
плунжера применяется вспомогательный плунжер 4, вставленный
впереди в главный цилиндр. При движении вперед внутренний плун-
жер 4 движется вместе с главным 3, при обратном ходе внутренний
плунжер 4 упирается в тоннельную обделку и вталкивает главный
119
плунжер 3 обратно в цилиндр 2. После этого вспомогательный плун-
жер 4 оттягивается назад вручную.
Количество щитовых домкратов определяется суммарным осевым
усилием, которое необходимо создать для преодоления сопротивле-
ний, возникающих при передвижении щита. Как правило, число
щитовых домкратов увеличивается с увеличением сечения щита.
Суммарное усилие всех щитовых домкратов должно быть больше
сопротивления трения наружной поверхности оболочки о породу
и хвостовой части оболочки с обделкой. В случае вдавливания ноже-
вой части в породу усилие домкратов должно быть увеличено соответ-
ственно сопротивлению породы при вдавливании ножа:
2 W =	+ w2 + ws,
где 2 IF—полное сопротивление, возникающее при перемещении
щита;
Wf — сила трения между щитом и породой. По М. И. Данду-
рову;
1Г1==/[2(РВ + РГ)ЬЩОНЩ+ Рщ]-
f — коэффициент трения стали о грунт, равный 0,32—0,64;
Рв — вертикальное давление грунта на 1 м2 горизонтальной
проекции поверхности щита принимается равным весу
столба грунта от горизонтального диаметра щита до по-
верхности земли или до высоты свода равновесия;
Рг — горизонтальное давление грунта на 1 м2 вертикальной
проекции поверхности щита; определяется по формуле
Л- = ЛЛё2(45°-^),
где	<р — угол внутреннего трения грунта;
Рщ, Пщ. -Рщ — соответственно длина, наружный диаметр и соб-
ственный вес щита;
IF2— сила трения между оболочкой хвостовой части
щита и обделкой тоннеля;
IF2 = f2Q;
ft — коэффициент трения стали о материал обделки;
Q — вес оболочки, находящейся внутри хвостовой
части щита;
— величина сопротивления породы в плоскости
забоя, зависящая от способа производства работ.
М. И. Дандуров рассматривает три способа:
1)	проходка осуществляется врезанием ножевого кольца. Сопро-
тивление породы будет равно пассивному отпору грунта по врезаемой
поверхности ножа. В этом случае
+4).
гДе Вер — средний диаметр ножевого кольца;
б — толщина ножевого кольца;
120
2)	проходка сопровождается креплением забоя щитами и забой-
ными домкратами:
W"3 = W'3 + p2f,
где F — площадь части забоя, поддерживаемая забойными домкра-
тами;
3)	проходка осуществляется щитом с закрытым забоем методом
вдавливания:
r;=F/’Btg2(45°-b^).
Такое суммарное сопротивление возникает при нормальных усло-
виях эксплуатации щита. На практике нередко сопротивления увели-
чиваются при отклонениях оси щита от оси трассы тоннеля:
Отклонения ведут к заклиниванию оболочки щита между обдел-
кой и породой, к нарушению геометрической формы щита, а следова-
тельно, к повышению сил сопротивления передвижке щита.
Поэтому суммарное усилие щитовых домкратов должно превы-
шать расчетное сопротивление и рассчитывается по формуле
Р = К^Р,
где К = 1,54-2.
Усилие одного домкрата определяется из уравнения
где п — число домкратов.
Забойные и платформенные домкраты, как и щитовые плунжер-
ного типа, но их размеры и развиваемое усилие значительно меньше.
При прохождении тоннеля в слабых грунтах давление в цилиндрах
забойных и платформенных домкратов должно быть постоянным.
В советских щитах оно равно 35 кг! см2. Постоянство давления в за-
бойных и платформенных домкратах достигается с помощью или
гидроаккумуляторных установок, или емкостей с воздушной подуш-
кой. Забойные домкраты крепятся по четыре к каждой вертикальной
перегородке щита и по четыре к опорному кольцу в каждом ярусе.
При передвижке щита забойные домкраты поддерживают шандор-
ную крепь забоя, при этом их плунжеры входят в цилиндры под дей-
ствием силы щитовых домкратов при открытых сливных коммуника-
циях.
Платформенные домкраты предназначены для выдвижения рабо-
чих платформ вслед за продвижением забоя. В отдельных случаях
платформа служит дополнительным креплением забоя. Все другие
разновидности гидравлических домкратов, как, например, предна-
значенных для выдвижения элеронов, препятствующих вращению
щита вокруг своей оси, и т. д., применяются не на всех щитах. Основ-
ные технические характеристики щитовых, забойных и платформен-
ных домкратов приводятся в табл. 19.
121
Таблица 19
Наименование щита или тоннеля, пройденного этим щитом	Диаметр щита,	Название домкрата	О и С’ S ч . о ь	Диаметр цилиндра, мм	Ход плунжера, мм	Давление, кг/см2-		Усилия при нор- мальном лавле-	К S в
						нормаль- ное	макси- мальное		
Советский пере- гонный щит	6140	Щитовой (двух- ходовой)	24	230	900	140	200	53	
		Забойный	20	130	840	35	—	4,6	
		Платформенный	8	130	840	35	—	4,6	
Советский пере- гонный щит	5660	Щитовой (двух- ходовой)	24	230	1150	140	200	53	
		Платформенный	20	130	1000	35	—	4,6	
		Забойный	8	130	840	35	—	4,6	
Советский станци- онный щит	9750	Щитовой (двух- ходовой)	36	300	750	140	200	9(	
		Забойный	36	130	750	35	—	4,6	
		Платформенный	20	130	750	35	—	4,6	
Советский облег-	6140	Щитовой	9	126	1082	150	200	2(	
чениый щит		Забойный	8	80	1100	35	—	1,75	
		Платформенный	6	80	1100	35	—	1,75	
		Козырьковый	4	80	1100	35	—	1,75	
Проходческий щит Гамбургского метро	6440	Щитовой (двой- ного действия)	20	—	1100	200	—	100	
Щит Бостонского	9550	Щитовой	28			—	420	—	180	
подводного, ав- тодорожного тоннеля 1961 г.		Платформенный Забойный	10 6	—	—	—	—		
122
Принцип действия домкратов. Рабочей жид-
костью для питания домкратов является вода или эмульсия. Расход
жидкости определяется по формуле
р _ nD2ln
У ~ 4-1000/
л!мин,'
где D — диаметр поршня;
I — ход поршня;
п — количество домкратов;
t — время наполнения цилиндра.
Рабочее давление жидкости создается гидронасосами типа
НГД-4-15-200 производительностью 20 л!мин с электроприводом
Рис. 70. Схема гидрокоммуникаций высокого давления:
1 — 18 — щитовые гидравлические домкраты D = 250 мм‘, 19 — кол-
лектор иа 10 вентилей; 20 — то же, иа 8 вентилей; 21 — вентиль
D = 13 мм; 22 — вентиль 0 = 9 мм; 23 — манометр; 24 — шарнирный
шланг; 25 — сливиой шлаиг
мощностью 14,5 кет. Гидронасос устанавливается на щите или на
тележке эректора. Рабочая жидкость от насоса к щиту (когда насос
установлен на тележке эректора) подается по трубам (£) = 25 мм)
с герметическими шарнирами. На щите эмульсия проходит через
вентили управления, предохранительный клапан, распределительный
коллектор и по трубам (D = 13/25 мм) поступает к домкратам.
Насосная установка перегонного щита Д-5560 размещена на те-
лежке эректора.
123
От насоса масло по шарнирному шлангу 24 и высоконапорным
трубам (D = 33 мм) поступает к распределительному вентилю 22,
который направляет рабочую жидкость по трубе (D = 25 мм) к кол-
лекторам 19 и 20.
К коллекторам подсоединены щитовые домкраты 1—18. При от-
крывании вентилей коллектора рабочая жидкость направляется
в рабочую полость домкрата. Созданное в рабочей полости давление
масла выдвигает плунжер.
По окончании передвижки щита вентиль 22 переключается, поток
рабочей жидкости направляется в полость обратного хода и плунжер
втягивается в цилиндр домкрата.
Монтаж щитов и основные правила техники безопасности
Щиты диаметром до 3,5 м обычно изготовляются цельносварными
и к забою доставляются в готовом для работы состоянии. Щиты боль-
шого диаметра доставляются к месту работы по частям и монтируются
в специально сооруженных монтажных камерах. В сводах монтаж-
Рис. 71. Схема расположения щитовых монтажных
ных камер при бетони-
ровании обделки уста-
навливаются анкеры
или рымы, к которым
крепятся монтажные
балки. Количество и рас-
положение монтажных
балок в камере должно
обеспечить подъем и по-
дачу любой детали к
месту ее установки.
Монтажные камеры
оборудуются подъемно-
транспортными устрой-
ствами: трех-и пятитон-
ными лебедками, одно-,
камер на трассе:
1 — монтажные камеры; 2 — ствол; 3—рудничный двор;
4 — подходные штольии; 5 и 6 — осн перегонных тон-
нелей
двух- и пятитонными
талями, домкратами,
цепями, тросами, бло-
ками и другими мелкими
приспособлениями, рассчитанными на подъем тяжелых деталей.
Монтажная камера располагается на трассе тоннеля таким обра-
зом, чтобы подходные выработки обеспечивали кольцевое движение
транспорта (рис. 71). В случаях, когда расположение монтажных ка-
мер по рис. 17 невозможно, тогда с обеих сторон монтажной камеры
должны быть пройдены выработки сечением 2,5 X 2,7 м для уста-
новки в них монтажных лебедок.
К началу монтажа щита необходимо выполнить следующие под-
готовительные работы: переоборудовать шахтный ствол и копер
к спуску деталей щита и проверить габариты подходных выработок,
124
по которым предусмотрено транспортирование элементов щита к ме-
сту монтажа (ширина выработок должна быть не менее 3,2 м, а высота
не менее 2,7 л); спустить по стволу все основные элементы щита, рас-
положив в порядке их поступления на сборку, и доставить в том же
порядке к месту монтажа.
Для примера приведем основные приемы монтажа перегонного
щита (D = 5,6 м).
Монтаж начинается со сболчивания нижних сегментов опорного
и ножевого колец с сегментами оболочки. Эта операция осуще-
ствляется при вертикальном положении сегментов и оболочки. После
укладки сболченных деталей на заранее подготовленное ложе из
рельсов с отметкой на нем осп трассы последовательно с одной и дру-
гой стороны собираются на болтах сегменты оболочки, а также сег-
менты опорного и ножевого колец. Во избежание отклонений от
окружности установленные сегменты щита раскрепляются в стены
щитовой камеры.
После установки двух сегментов с одной стороны от лоткового и
двух сегментов с другой его стороны монтируются вертикальные и
горизонтальные перегородки нижнего яруса. При последующем
монтаже сегменты оболочки монтируются с некоторым опережением
по отношению к сегментам опорного и ножевого колец; четвертая
стадия монтажа заканчивается установкой вертикальных и гори-
зонтальных перегородок второго яруса. Пятой стадией монтажа
крупных деталей является установка предзамковых и замкового сег-
ментов ножевого и опорного колец и последнего лйста оболочки.
Монтаж оборудования щита осуществляется в следующем по-
рядке: монтируются выдвижные платформы, щитовые, платформен-
ные и забойные домкраты, аппаратура и оборудование гидравличе-
ских и электрических сетей.
После окончания монтажа проверяются соединения труб высокого
давления, действие гидродомкратов, регулируются вентили и кла-
паны на линиях высокого и среднего давления, осматривается элек-
тросеть на щите и заземления электрооборудования.
По окончании проверки всех узлов, коммуникаций и оборудова-
ния щита ведется подготовка к выдвижению его из .монтажной ка-
меры, для этого перед головками щитовых домкратов монтируется
полукольцо из блоков или тюбингов тоннельной обделки, разбирается
временное крепление забоя, очищается призабойное пространство.
После окончания подготовительных работ начинается выдвиже-
ние щита из камеры, сопровождающееся наращиванием полуколец
для упора щитовых домкратов и разработкой породы перед щитом
на следующую передвижку. Эллиптичность оболочки и опорного
кольца, смонтированного в камере щита, допускается не более 5 мм.
Отклонение оси щита от проектной оси тоннеля не должно превышать
10 мм.
По окончании прохождения заданного участка тоннеля по трассе
щит входит в демонтажную камеру, заранее построенную на трассе
в конце участка. Демонтажная камера отличается от монтажной
125
только тем, что ее торцовые стены открыты, а у монтажных камер они
закреплены.
Демонтаж щита начинается со снятия щитового оборудования
в порядке, обратном его монтажу.
После щитового оборудования демонтируется оболочка в своде
щита, затем снимается замок в опорном и ножевом кольцах и после-
довательно в обе стороны от замка демонтируются предзамковые
сегменты, за ними следующие, с одновременным снятием освобождаю-
щихся листов оболочки, вертикальных и горизонтальных перегоро-
док.
Проходка тоннелей с применением щитов
В зависимости от геологических условий и глубины заложения
тоннеля применяются различные методы щитовой проходки.
В слабых неустойчивых породах (илы, пески, супеси) приме-
няется метод вдавливания ножевой части щита в грунт и под прикры-
тием козырька и горизонтальных площадок производится отбор
грунта, расположившегося на площадках, под углом естественного
откоса. В этом случае ножевое кольцо в верхней части значительно
опережает лотковую часть ножа, а число горизонтальных площадок
увеличивается.
Конструктивные схемы щитов с горизонтальными площадками
известны из патентной и технической литературы с конца XIX сто-
летия, например щит системы Глазера. В последнее время (1959—
1965 гг.) Метрогипротрансом разработаны проекты оборудования
станционных и перегонных щитов с горизонтальными выдвижными
площадками для проходки тоннелей в песках.
Площадки оборудованы вибраторами и могут выдвигаться при
неподвижном щите на 350 мм гидравлическими домкратами. После
внедрения в грунт всех площадок передвигается щит. Щит с жестко
закрепленными площадками был успешно применен коллективами
строительно-монтажных управлений на строительстве Ждановского
радиуса Московского метрополитена.
Проблема безосадочной проходки тоннелей в песках решается
в настоящее время проектными и научно-исследовательскими орга-
низациями (ЦНИИС1 и НИИ2 оснований и подземных сооружений)
как основное направление в механизации проходки тоннелей в песках.
Если геологический разрез по трассе представлен в виде наслое-
ния песка, суглинков, глин, перемежающихся между собой, тогда,
используя забойные и платформенные домкраты, закрепляют дере-
вянными или металлическими щитками всю поверхность забоя и
разрабатывают грунт, частично освобождая забой от крепления.
При проходке в глинах, когда забой не требует крепления, работы
ведутся с выдвижных площадок. Порода отделяется от массива с по-
1 Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства.
2 Научно-исследовательский институт.
126
мощью пневматического инструмента и в зазоры между площадками
или в специальные люки, предусмотренные в горизонтальных пло-
щадках, направляется вниз на транспортные устройства, предназна-
ченные для выдачи ее за пределы щита.
В скальных породах проходческие щиты применяются реже.
Они служат удобными подмостями для обуривания забоя и заряжа-
ния шпуров. Глубина заходки обычно равна ширине кольца тон-
нельной обделки. По Техническим условиям 1 превышение сечения
тоннеля вчерне допускается при буровзрывных работах до 100 мм,
а при работе отбойными молотками не более 50 мм.
Кровля и бока выработки крепятся марчеванами с опорой одного
конца на ножевое кольцо щита. Другой конец марчеваны заводится
в лунку, сделанную пикой отбойного молотка в массиве породы.
Поверхность забоя после уборки разрушенной взрывом скальной
породы крепится отдельными марчеванами или щитками по мере
необходимости.
Очередное передвижение щита производится после того, как по-
рода вынута на полный профиль на всей длине заходки и убрана за
пределы щита, а последнее кольцо обделки замкнуто и сболчено
на все болты с затяжкой их ключом с рукояткой установленной
длины.
Исправление хода щита производится уширением профиля выра-
ботки в заданном направлении с включением соответствующей
группы домкратов. Исправление отклонений щита от оси трассы
путем установки упоров и клиньев впереди щита не всегда дости-
гается.
При проходке тоннелей в неустойчивых, водонасыщенных грун-
тах щитовой способ применяется в сочетании со сжатым воздухом.
В этом случае повышенное воздушное давление поддерживается
в головной части выработки, где производится отбор грунта из забоя
и возведение тоннельной обделки.
Конструктивные схемы щитов, работающих под сжатым воздухом,
отличаются тем, что равновесие сил, вызывающих нарушение устой-
чивости грунта в забое, достигается давлением сжатого воздуха в при-
забойном пространстве. К числу таких конструктивных схем следует
отнести щиты Глазера, Хоеха, Гаага.
Для проходки тоннеля под сжатым воздухом в Советском Союзе
также применяются обычные перегонные щиты. Прежде чем присту-
пить к проходке щитом под сжатым воздухом,необходимо сделать
шлюзовые перегородки с оборудованными людскими, аварийными
(в верхней половине перегородки) и двумя материальными шлюзами
с расчетом одновременного шлюзования трех-четырех вагонеток.
Шлюзовые перегородки должны иметь шлюз-трубу для подачи к за-
бою длинномерных материалов и оборудоваться контрольно-измери-
тельной аппаратурой и трубопроводами, связью и сигнализацией.
1 Временные технические условия производства тоннельных работ (ВТУ—Т4—55
Минтрансстроя). Москва, 1955.
127
Проходка щитом осуществляется глухим забоем. Давление за
шлюзовыми перегородками не должно превышать гидростатического
напора на уровне 2/3 высоты забоя, считая от его кровли.
Проходка под сжатым воздухом должна вестись без перерыва.
В случае вынужденной остановки забой должен быть надежно закреп-
лен.
Отбор породы из забоя производится сверху вниз, начиная с верх-
него яруса одновременно во всех ячейках яруса. Следом за отбором
грунта освобожденное пространство закрепляется. Если щит оборудо-
ван выдвижными площадками с домкратами, сила которых достаточна
для вдавливания площадки в грунт, отбор грунта производится одно-
временно на нескольких ярусах, однако при этом необходимо следить
за тем, чтобы выдвижные площадки верхних ярусов всегда опережали
площадки нижних.
Если забойные домкраты, поддерживающие щитки крепления
забоя, питаются от насоса среднего давления без аккумулятора давле-
ния, то необходимо иметь аварийное жесткое крепление с опорой
на конструкции щита. В отдельных случаях,когда в забое плывунные
грунты занимают только часть сечения выработки, а другая часть
представлена суглинками, тогда поверхность забоя с суглинками
аварийного крепления не требует, но выдвинутые плунжеры забой-
ных домкратов распираются деревянными распорками в обрезы ци-
линдров. Если в верхней части сечения выработки располагаются
плывунные слабые породы, а внизу устойчивые глины или суглинки,
то разработку грунта в забое следует вести так, чтобы отбор слабых
грунтов, из верхней части забоя всегда опережал нижнюю часть
забоя, сложенного из глинистых грунтов.
При появлении в забое крупных валунов или пластов скальных
пород в зоне сжатого воздуха можно применять как исключение буро-
взрывные работы только мелкими шпурами с небольшими зарядами,
рассчитанными на рыхление породы.
При сооружении подводных тоннелей щитами под сжатым возду-
хом, кроме щитовых перегородок, устраивается металлический спа-
сательный экран, удаленный от забоя не более 40 м. С продвижением
забоя экран периодически переносится вслед за щитом. Экран дол-
жен соединяться со шлюзовыми перегородками переходным мости-
ком с лестницами. Все эти дополнительные устройства делаются для
вывода людей на случай прорыва воды в тоннель.
Вода из забоя удаляется по сифонному трубопроводу в водо-
сборник за шлюзовой перегородкой. Через такой же сифон ведется
проветривание призабойного пространства после взрывания по-
роды.
При проходке подводных тоннелей и в слабых, неустойчивых
породах применяют щиты с закрытой грудью. Отбор грунта из забоя
производится с помощью дозирующих устройств различной кон-
струкции. Применение таких щитов исключает сжатый воздух.
128
Управление щитом при передвижке и ведении
Управление щитом при передвижке осуществляется включением
или выключением из сети высокого давления одного или группы щи-
товых домкратов.
Штурманом щита является маркшейдер, который дает указание
механику щита о включении или выключении щитовых домкратов
в зависимости от положения оси щита относительно оси трассы тон-
неля.
Передвижка щита производится со скоростью 5—10 см в минуту,
если щит на своем пути не встречает дополнительных сопротивлений.
Дополнительные сопротивления возникают чаще из-за неполной раз-
работки породы по сечению выработки, чаще в лотке. При передвижке
щита необходимо вести непрерывное наблюдение за ножом щита.
В случаях, когда нож щита встречается с выступами неразработанной
породы в скале или с более твердым включением при проходке в пес-
чаных грунтах появляется неравномерное сопротивление по пери-
метру ножа щита, вызывающее смещение оси щита с проектной оси
тоннеля. При возможности такие препятствия следует устранить и
после этого продолжать передвижку.
Все отклонения обнаруживаются маркшейдером отвесами на щите
и замерами геодезическими инструментами.
Контроль за правильностью положения щита в плане осуще-
ствляется с помощью створа двух отвесов и сигнала, установленного
в готовой части тоннеля по его оси. Несовпадение створа отвесов с сиг-
налом указывает на отклонение щита от проектной оси. Величина от-
клонения измеряется теодолитом.
Отклонение щита от проектного профиля обнаруживается смеще-
нием отвеса от нулевой шкалы, установленной на среднем горизонте
щита. Направление отклонения от нулевой точки соответствует дви-
жению щита по подъему или спуску. Величина отклонения щита
в профиле уточняется нивелиром.
Отклонение щита вокруг его продольной оси обнаруживается
отклонением того же отвеса в поперечном направлении.
Передвижка щита на заходку (для перегонного щита заходка
равна 1 л) продолжается от 10 до 15 мин. По окончании передвижки
маркшейдер определяет положение щита в плане и профиле и в зави-
симости от его положения указывает механику щита номера домкра-
тов, которые должны быть включены при следующей передвижке.
Если при передвижке щит отклонится вправо, влево, вниз, вверх
от проектной оси, передвижка ведется группой левых, правых ниж-
них или верхних домкратов (соответственно) до выравнивания щита.
§ 16. МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ПРОХОДЧЕСКИЕ ЩИТЫ
Механизированные проходческие щиты являются комбиниро-
ванными горными машинами, предназначенными для отделения гор-
ной породы от массива, уборки ее за пределы щита, временного креп-
ления призабойного пространства и возведения тоннельной обделки.
9 Зак. 630
129
Большое число разновидностей механизированных щитов для вы-
полнения одного и того же процесса сооружения тоннелей объяс-
няется разнообразием горногеологических условий, в которых они
могут применяться.
Механизированные щиты в соответствии с классификацией (см.
табл. 17) делятся по области их применения на четыре группы: 1) ме-
ханизированные щиты для проходки тоннелей в неустойчивой водо-
носной среде с большим гидростатическим давлением (плывуны);
2) в устойчивых песчано-глинистых породах; 3) в породах средней
дрепости и 4) в крепких породах.
Механизированные щиты для проходки тоннелей
в неустойчивой водоносной среде
с большим гидростатическим давлением
Механизированные щиты этой группы должны отличаться повы-
шенной прочностью. Конструкция их опорного и ножевого колец
должны выдерживать не только горное давление, которое в плывун-
ных породах развивается вслед за продвижением щита.
К щитам этой группы предъявляются два основных требования:
1) сохранение устойчивости грунтов, окружающих щит и тоннель;
2) обеспечение условий проходки тоннеля в перемежающихся между
собой водоносных песках, супесях, суглинках с возможными вклю-
чениями глин с валунами.
Из этих двух требований решающим является первое требование —
при нарушении устойчивости окружающих грунтов исключается
возможность ведения строительства тоннеля.
Все щиты для этих условий по принципу работы и взаимодействия
с неустойчивой средой относят к трем подгруппам: 1) щиты, рабо-
тающие по принципу вдавливания; 2) щиты, оснащенные в головной
части устройствами механического и гидравлического воздействия
на забой, и 3) щиты комбинированного воздействия на забой.
К первой подгруппе относятся щиты систем Глазера, Гаага,
К. А. Романовича и Ханта.
Из этих щитов только один (рис. 72) был применен на строитель-
стве подводного тоннеля диаметром 4 м для трамвайного движения
под рекой Шпрее в Берлине. Этот щит отличается сильно развитым
аванбеком 1 (козырьком). Внутренняя камера 2 отделена от тоннеля
диафрагмой 3. Для стабилизации грунта в забое применялся сжа-
тый воздух.
Рассматривая подгруппу щитов, основанных на принципе вдав-
ливания, отмечается, что в щитах системы Гаага для уравновешива-
ния гидростатического давления рекомендуется способ заполнения
головной камеры водой под давлением, равным гидростатическому,
которое поддерживается сжатым воздухом. В щитах Гаага и Глазера
для достижения равновесия грунтового скелета используется также
разделение забоя на отдельные ярусы площадками, на которых грунт
располагается под углом естественного откоса. Щиты этой группы
130
отличаются высокими величинами лобового сопротивления, что яв-
ляется существенным их недостатком.
Щиты этой подгруппы не имеют приемных устройств для грунта,
отбираемого из забоя, гарантирующих устойчивость грунтового
массива в призабойной зоне. При вдавливании щита, по данным
К. А. Романовича, повышается устойчивость грунта в забое за счет
его уплотнения, а процесс передвижки щита является одновременно
процессом отбора грунта в забое. Эта особенность повышения устой-
чивости грунтов при уплотнении в перспективе может быть эффек-
тивно использована при дифференцированном вдавливании в массив
Рис. 72. Схема щита системы Глазера
отдельных элементов общей диафрагмы перед щитом без отбора
грунта или с частичным отбором грунта в выработку.
Ко второй подгруппе отнесены: щит Грауеля, щит с радиальными
ножами, щит Чижова—Часовитина, щит системы Глазера. Щит
аналогичной конструкции был применен для проходки тоннеля диа-
метром 4 м в песках. Результат был неудовлетворительный из-за
твердых включений в песке, нарушающих нормальную работу шне-
ков. После испытания щит был реконструирован: количество шнеков
уменьшено до четырех, а ножевому кольцу был придан развитый ко-
зырек длиной 3,6 м. После реконструкции эффективность щита не по-
высилась.
На рис. 73 показан механизированный щит из этой подгруппы,
примененный при сооружении тоннеля диаметром 3 м под р. Мерсей.
Грунты на трассе тоннеля были представлены перемежающимися
слоями глины, гравия и песка плывунного типа. Щит представлял
легкую клепаную конструкцию 1. В передней части щит был оснащен
вогнутой сферической диафрагмой 2 с отверстиями для мониторов.
Размытый грунт предусматривалось выпускать через специальное
отверстие. Примененные недостаточно совершенные средства гидро-
механизации оказались малоэффективными.
Анализируя щиты, основанные на механическом воздействии на
забой, видим, что уравновешивание гидростатического давления или
9*
131
вообще не предусматривается, или для этой цели используется сжа-
тый воздух.
Эти щиты за некоторым исключением не приспособлены для ра-
боты в несвязных грунтах. При работе исполнительных органов
в плывуне образованное резцами пространство будет немедленно
заполняться плывунами, а продвижения щита или рабочего органа
в щите не будет.
Общим недостатком этой группы щитов является сложность
уплотнения зазоров между неподвижными конструкциями щита и
исполнительными органами, совершающими вращательное или коле-
бательное движения.
Рис. 73. Схема щита с вогнутой диафрагмой
Следует обратить внимание на щиты с исполнительными органами
в виде винтовой поверхности. Лобовое сопротивление у таких щитов
теоретически не должно превосходить активное боковое давление
грунтов и гидростатическое давление.
Щиты третьей подгруппы, оснащенные гидравлическими сред-
ствами воздействия на забой, позволяют уравновешивать гидростати-
ческое давление созданием противодавления перед щитом. Силы
собственного веса грунта при этом противодействия не имеют.
Процесс лобового размыва приведет к снижению и так малой связ-
ности грунтового скелета. Увеличится возможность обрушения забоя
и кровли.
К наиболее обоснованным системам третьей подгруппы следует
отнести гидромеханизированные щиты Метрогипротранса, работаю-
щие по принципу вдавливания. Из них заслуживает внимание щит
со сферической вогнутой диафрагмой с размывом грунта в пределах
контактного слоя (рис. 74). Его преимущества: размыв грунта только
в пределах контактного слоя снижает лобовое сопротивление при
132
вдавливании; при применении сферической диафрагмы зона действия
гидродинамических сил относится в глубь головной камеры, поэтому
уменьшается возможность деформации окружающего щит грунтового
массива. Щиты со сферической диафрагмой и с передовыми камерами
Рис. 74. Схема щита со сферической вогнутой диафрагмой и размывом грунта в пре-
делах контактного слоя:
1 — канал с насадкой для гидроразмыва; 2 — кессонная камера; 3 — щитовой домкрат;
4 — оболочка; 5 — предварительная камера; 6 — гидрозатвор; 7 — консольная рама рабо-
чих площадок; 8 — шлюзовая перегородка; 9 — тюбингоукладчик; 11 — отверстия для
приема грунтовой массы из забоя; 12 — ножевое кольцо; 13 — шиберный затвор; 14 — шлю-
зовая камера; 15 — сферически вогнутая камера; 16 — сферическая диафрагма
выгодно отличаются от других щитовых систем этого класса просто-
той и прочностью конструкции. Развитие щитовых систем этой
подгруппы должно идти в этом направлении.
Механизированные щиты для проходки тоннелей
в устойчивых песчано-глинистых породах
Эта группа щитов нашла широкое применение в СССР и за рубе-
жом при сооружении тоннелей различного назначения.
Конструкции ножевого и опорного колец, щитовой оболочки и
гидравлического оборудования у таких механизированных щитов
мало отличаются от ранее описанных немеханизированных щитов.
В основу механизации процесса отделения породы от массива
у всех щитов этой группы положено резание. Их исполнительные
органы оснащены резцами различной конструкции. Песчано-глини-
стые породы отличаются малыми коэффициентами сопротивления
резанию и абразивности, поэтому исполнительные органы осна-
щаются преимущественно пластинчатыми или стержневыми резцами
из углеродистой стали. Их режущая кромка не всегда оснащается
твердыми сплавами.
133
Из этой группы щитов распространение получили киевский и
ленинградский в Советском Союзе и щиты системы Прайса, Галин-
гера и лондонский щит за границей.
Усилия резания и метод их расчета
Физическая сущность процесса резания горной породы заклю-
чается в следующем: под действием передней грани резца минераль-
ные зерна горной породы начинают перемещаться в глубину массива.
За пределом упругих деформаций перемещение и уплотнение мине-
ральных зерен сопровождаются хрупким разрушением цементирую-
щего слоя между минеральными зернами, если цементирующий слой
менее прочный, чем минеральные зерна.
Процесс уплотнения развивается в глубину массива скачками.
В момент каждого скачка усилие резания снижается, а затем вновь
возрастает до следующего скачка, вызываемого очередным этапом
хрупкого разрушения внутри образца или отделением от массива
очередного элемента стружки.
Изменение величины объемного напряжения в ядре зависит от
скачков. Скачок происходит за пределом упругих деформаций в мо-
мент хрупкого разрушения внутри массива на границе зоны уплот-
нения. Уплотненное ядро, образуясь, перемещается с резцом до мо-
мента отделения очередного элемента стружки от массива, вместе
с этим очередным элементом отделяется и уплотненное ядро.
Таким образом, резание горной породы — это чередование двух
процессов: образования уплотненного ядра и отделения от массива
очередного элемента стружки вместе с уплотненным ядром.
Для разрушения пород резцами требуется к резцам приложить
усилия. Усилие резания горных пород, обладающих одинаковыми
физико-механическими свойствами, зависит от площади, толщины,
ширины и предварительного обнажения срезаемого слоя породы, от
величины переднего угла резца и затупления режущей кромки резца.
Эта зависимость связана уравнением
P’3(G,&ah + Ch2 + f<a2')sm^
Pvn ~ -------.  /а ,------ > кПсм2,	(1)
уд	ah sin (р + у)
р
где РУд — удельное усилие резания Руд = -р- (Р — усилие реза-
ния, F — площадь сечения стружки без развала);
Р' — показатель сопротивления породы резанию (при задан-
ном сечении стружки), кг/см2;
а — ширина стружки, см;
h — толщина стружки, см;
С — коэффициент, характеризующий величину предваритель-
ного обнажения поверхности стружки;
К — коэффициент, отражающий величину затупления резца
по задней грани;
Р — угол скольжения, под которым отделяется очередной
элемент стружки от массива, град;
у — передний угол резца, град.
134
Методика определения величины показателей, входящих в фор-
мулу (1). Показатель Рэ сопротивления резанию, полученный
при срезании стружки, сечение которой квадрат со стороной, равной
толщине расчетной стружки h, определится из уравнения
где Рэ — показатель сопротивления горной породы резанию —
определяется с помощью прибора (рис. 75) при резании
образца горной породы резцом-эталоном или при реза-
нии массива горной породы в забое выработки.
Рис. 75. Прибор Н. Е. Черкасова для определения показателя
Р3 сопротивления резанию горной породы в эталонном режиме
Запись сопротивления резанию образца породы производится
следующим образом: на деревянном брусе 1 прибора укрепляется
образец породы 2. Каретка 4 с резцом-эталоном 5 перемещается руч-
ной лебедкой 6 с помощью винта 3 по направляющей раме 7. Резец
срезает эталонную стружку квадратного сечения со стороной квад-
рата, соответствующей группе породы по шкале, приведенной
в табл. 20. Сопротивление породы резцу-эталону через динамометр 8
передается на кулису 9, которая зубчатым зацеплением передвигает
рейку 10 с карандашом по бумажной ленте 11, записывая кривую
сопротивления 12 образца породы резцу-эталону.
Под резцом-эталоном понимается резец заданной геометрии
с передним углом у, равным нулю,’и задним углом а = 12э. Резец-
эталон срезает стружку квадратного сечения.
При определении размеров передней грани резца-эталона и раз-
меров эталонной стружки за единицу приняты: удельное усилие на
резце-эталоне при резании легких грунтов 3 кПсм\ сторона квадрата
эталонной стружки 8 см.
С уменьшением стороны эталонной стружки в 2 раза, т. е. с 8 до
4 см, удельное усилие на резце-эталоне увеличится в 4 раза, т. е.
135
с 3 до 12 кГ/см*. Для II группы грунтов удельное усилие 12 кГ/см*
является верхней границей, а нижней — верхняя граница I группы,
т. е. 3 кГ/см*. Таким образом, ко II группе отнесены грунты, при ре-
зании которых удельное усилие на резце-эталоне находится в преде-
лах 3—12 кГ/см*, и т. д., как показано в табл. 20.
Таблица 20
Группа	Название группы	Сечение эталонной стружки, см2	Удельное усилие на резце- эталоне, кГ /см2
I	Легкие грунты 		8 X 8 = 64	До 3
II	Средние грунты		4 X 4 = 16	3—12
III	Тяжелые грунты ....	2X2=4	12—50
IV	Слабые горные породы . .	1X1=1	50—200
V	Породы средней крепости	0,5 X 0,5 = 0,25	200—800
VI	Крепкие горные породы	0,3 X 0,3 = 0,09	Ьолее 800
Сторона йэ квадрата эталонной стружки уточняется по номо-
грамме (рис. 76), в которой каждому значению Рэ соответствует
значение йэ.
Толщина й и ширина а стружки, которую предполагается срезать
резцом проектируемой машины, определяются из заданной произво-
дительности, метода резания, геометрической формы резца и кинема-
тики исполнительного органа машины.
Если сечение стружки — прямоугольник, тогда длинная сторона
прямоугольника будет шириной стружки независимо от того, как
длинная сторона а расположена к поверхности забоя; короткая сто-
рона будет толщиной стружки h. Если сечение стружки не прямо-
угольник, тогда площадь сечения такой стружки приравнивается
к равновеликой прямоугольной стружке, у которой длинная сторона
а равна линии отрыва от массива стружки, которую должен срезать
резец проектируемой машины. В этом случае толщина стружки h =
F
= —, см.
а 1
Иногда площадь сечения стружки по мере продвижения резца
вперед изменяется только за счет толщины h, в этом случае для рас-
чета усилия резания принимается среднее значение ее толщины из
всех значений по траектории резца за оборот исполнительного органа.
При циклоидном резании площадь сечения стружки изменяется
по всей длине траектории резца не только за счет изменения толщины
h и ширины а, но и за счет изменения конфигурации ее сечения.
В таком случае параметры сечения стружки определяют из среднего
значения площади сечения стружки Fcp, приравнивая ее к равновели-
кой прямоугольного сечения. Среднее значение площади сечения
стружки определяется по формуле
Еср=4, см*,	(3)
136
где V — объем горной породы, разрушенной всеми резцами за один
оборот исполнительного органа, см3;
I — длина траектории одного резца за один оборот исполнитель-
ного органа, см;
z — число резцов, участвовавших в работе за время одного
оборота исполнительного органа.
Рис. 76. Номограмма для определения стороны квадрата сечения
эталонной стружки
Для случая, когда ширина стружки более 5Л, расчет удельного
усилия по формуле (1) производится, как для стружки шириной 5/г,
а усилие на резце по формуле
Р ~ Р F
г 1 уд' р>
где F — среднее значение площади сечения стружки одного резца.
Коэффициент С при свободном режиме резания, когда
стружка обнажена с трех сторон до того, как резец отделяет ее от мас-
сива, равняется нулю (С = 0). При полусвободном режиме резания,
когда стружка обнажена с двух сторон до того, как резец отделяет ее
от массива, С = 0,4 и при блокированном режиме резания, когда
предварительно обнажена только одна поверхность стружки, С = 8
(рис. 77).
137
Приведенные значения коэффициента С справедливы только для
случая, когда срезается стружка квадратного сечения. Если сечение
стружки отклоняется от квадрата, тогда значение коэффициента С
следует брать из табл. 21.
Таблица 21
а h	С		
	Свободный режим резания	Полу- свободный режим резания	Блоки- рованный режим резания
1	0,0	0,4	0,80
2	0,04	0,4	0,76
3	0,08	0,4	0,72
4	0,12	0,4	0,68
5	0,16	0,4	0,64
6	0,20	0,4	0,60
7	0,24	0,4	0,56
8	0,28	0,4	0,52
9	0,32	0,4	0,48
10	0,36	0,4	0,44
Коэффициент К в формуле (1) отражает влияние затупле-
ния резца на удельное усилие резания. Износ режущей кромки
резца измеряется условными единицами для каждой из шести групп
--------Линия среза
Рис. 77. Схема режимов резания:
1 — свободного; 2 — полусвободного; 3 — блокированного
горных пород по шкале (табл. 20). Одна условная единица износа
по задней грани резца для I группы пород равна 5 мм, для II груп-
пы — 4 мм, III группы — 3 мм, IV группы — 2 мм, V — 1 мм и
VI — 0,5 мм. Если число единиц, на которое затуплена режущая
кромка резца, обозначить через т, то коэффициент К определится
из равенства
К = 0,07т.	(4)
Например, если резец, которым режется горная порода IV группы,
7 23
износился на 7,23 мм по задней^грани.мго при т = ~~ = 3,61
К = 0,07-3,61;= 0,25.
138
Значение коэффициента А при различном затуплении режущей
кромки резца при резании горных пород приведено в табл. 22.
Расчет удельного усилия резания рекомен-
дуется производить для предельно затупленного резца с учетом уве-
личения мощности приводов и затрат энергии на резание предельно
затупленными резцами.
Таблица 22
т	К	Износ режущей кромки по задней грани, мм					
		Группа	пород по шкале сопротивления резанию (см. табл. 20)				
		I	11	III	IV	V	VI
1	0,07	5	4	3	2	1	0,5
2	0,14	10	18	6	4	2	1,0
3	0,21	15	12	9	6	3	1,5
4	0,28	20	16	12	8	4	2,0
5	0,35	25	20	15	10	5	2,5
6	0,42	30	24	18	12	6	3,0
Под предельным затуплением режущей кромки подразумевается
износ пластинки твердого сплава резца по задней грани на всю тол-
щину пластинки.
При предельном затуплении резца износ пластинки твердого
сплава при резании породы равен потерям твердого сплава при за-
точке резца.
Определение угла скольжения р. А. Рейто рас-
сматривает направление плоскостей скольжения 'относительно на-
правления действующей силы в связи со строением решетки вещества.
Для аморфных веществ углы скольжения в направлении увеличения
и в направлении уменьшения размеров тела равны между собой.
У кристаллических же веществ они не равны. Поверхность скольже-
ния, по которой происходит отрыв частицы породы от массива при
резании горной породы, шероховатая и нередко искривлена, поэтому
измерить углы скольжения, находящиеся между поверхностью от-
рыва (плоскостью скольжения и направлением действующей силы),
можно только с грубым приближением. Угол скольжения может быть
вычислен по формуле Лоде
= ]/S,
Z “	/\ 2
где Ki — предел сопротивления породы на разрыв;
К2 — предел сопротивления породы на сжатие.
Следовательно, чтобы определить по формуле Лоде угол р, необ-
ходимо знать пределы сопротивления породы на сжатие и разрыв.
Изготовление образцов породы для испытания на разрыв — тру-
доемкий процесс, а точность результата испытаний на разрыв неве-
лика.
139
Допуская, что существует связь параметров кристаллической ре-
шетки с пределами прочности породы на сжатие,
(5)
где ог — предел прочности породы на сжатие вдоль напластования;
<т2 — предел прочности породы вкрест напластования.
Зная эти параметры, можно определить угол скольжения.
Более грубое определение (3, но с достаточной для заданных
условий 1формула (1) ] точностью, может быть произведено по фор-
муле
tg₽ = -^-,	(6)
1 э 2
где РЭ1 — показатель сопротивления породы резанию резцом-этало-
ном вдоль напластования;
Рэ 2 — показатель сопротивления породы резанию резцом-этало-
ном вкрест напластования.
Оба эти показателя определяются с помощью прибора (см. рис. 75).
В табл. 23 приведены значения углов скольжения, определенные по
формуле (6).
У хрупких горных пород угол скольжения от 18 до 35°, у пла-
стичных от 40 до 45°.
Таблица 23
Образец породы		РЭ2	₽
Спондиловая глина . Мергель	 Известняк		9,7 136 680	9,7 118 380	45° 40е 50' 29° 12'
Передний угол резца у задается при расчете из усло-
вий износостойкости и прочности. При малых толщинах стружки ре-
комендуется применять резец с отрицательным передним углом до
—10°. При резании пластичных глин более рационально положи-
тельное значение переднего угла, но не более 35—40°.
Усилие резания зависит, кроме перечисленных выше факторов,
также от траекторий резцов на поверхности забоя. Особое значение
расположение траекторий резцов на поверхности забоя приобретает
при использовании резцов с вращающейся режущей кромкой. Для
нормальной работы таких резцов непременным условием является
или разворот передней грани по отношению к траектории их движе-
ния на угол 12—19°, как, например, у роторных исполнительных
органов, или сложное движение резца в плоскости забоя, при кото-
ром происходит сложение двух скоростей, равнодействующая кото-
рых образует угол с передней гранью резца от 12 до 19°. Такое слож-
ное движение резца наблюдается в планетарных органах.
140
В торовых исполнительных органах применение резцов с вращаю-
щейся режущей частью обусловлено как разворотом передней грани
резца к направлению его движения, так и сложным движением в пло-
скости забоя.
На рис. 78, 79, 80 показаны схемы роторного, планетарного и
торового исполнительных органов.
Расчет мощности привода
Результаты произведенных расчетов усилий резания затуплен-
ными резцами по формуле (1) и мощности, затрачиваемой на резание,
приведенные в табл. 23, позволили построить номограмму для рас-
чета мощности приводов исполнительных органов механизированных
щитов (рис. 81).
По номограмме можно определить мощность двигателей приводов
исполнительных органов проходческих машин, предназначенных для
проходки горных выработок различного назначения, площадью сече-
ния до 55 м2, со скоростью проходки до 2,3 м/ч в породах с показа-
телем сопротивления резанию Рэ до 800 кГ/см2.
В номограмме по оси абсцисс слева направо отложены площади
сечения горной выработки (S, м2).
Вверху, тоже по оси абсцисс, справа налево отложены скорости
проходки горной выработки (ц, м/ч).
По оси ординат отложены мощности привода на резание пре-
дельно затупленными резцами (N, кет).
Для определения мощности привода на резание измеряется с по-
мощью прибора (см. рис. 75) показатель сопротивления резанию
образца породы резцом-эталоном (Рэ).
Если абсцисса скорости проходки выработки (у) совпадает с абс-
циссой площади сечения выработки (S), то точка пересечения Рэ
с S соответствует ординате искомой мощности N.
Если абсцисса скорости проходки (v) не совпадает с абсциссой
площади сечения выработки (S), то мощность привода определяется
абсциссой скорости проходки выработки (и) в точке хх ее пересечения
с наклонной линией, проведенной из точки а справа налево через
точку х2 пересечения этой линии с абсциссой заданной площади сече-
ния выработки (S) и линией показателя сопротивления резанию Рэ.
Пример. Дано Рэ = 500 кГ/см2, S = 24 м2, и = 1 м,ч. Последовательность
расчета показана на номограмме пунктирной линией, приводящей к результату,
равному 350 кет.
Номограмма также может быть использована при определении
скорости проходки выработки существующим типом комбайна, когда
известна мощность двигателя в приводе исполнительного органа и
определен на приборе (см. рис. 75) показатель Рэ.
В этом случае определение скорости проходки выработки осущест-
вляется по номограмме в следующем порядке: находят точку х2
пересечения наклонной линии Рэ с абсциссой заданной площади S
Hi
Рис. 78. Схема роторного
исполнительного органа:
Л-—угол между передней гранью
резца и радиусом окружности из
Центра выработки; OiA — на-
правление движения резца в
точке О г, О1В— перпендикуляр
к передней грани резца; L —
траектория резца
Рис. 79. Схема плоскоплане-
тарного исполнительного
органа:
В К — касательная к окружно-
сти, описанной радиусом О А',
Ат — направление движения
резца в точке А; Л—угол между
касательной В К к окружности
радиуса ОА и направлением
движения резца в точке А
Рис. 80. Схема торового ис-
полнительного органа:
AAt и Л2Ла — траектории рез-
цов; vi — направление враще-
ния водила; v2 — направление
вращения фрезы с резцами;
Vs — направление вращающейся
головки резца
142
выработки и проводят из нее линию до точки ст, пересечение этой
линии с ординатой мощности М двигателя в точке соответствует
абсциссе скорости v проходки.
Рис. 81. Номограмма для расчета мощности привода механизиро-
ванного щита:
Р3 — показатель сопротивления резанию породы резцом-эталоном;
S — площадь сечения выработки, м2; v — скорость проходки выработки
в час', N — мощность привода щита, кет
Точность определения указанных параметров по номограмме до-
статочна для практического пользования. Метод расчета проверен
измерениями мощности привода исполнительных органов механизи-
рованных щитов.
Киевский механизированный щит
Щит (рис. 82) предназначается для проходки тоннелей в вязких
глинистых породах, обладающих способностью налипания к поверх-
ностям рабочих органов и требующих крепления больших обна-
женных поверхностей в забое.
Щит состоит из несущей конструкции, в качестве которой исполь-
зован проходческий перегонный щит Д-5600; рабочего органа 1
с приводом 6 и гидравлическим домкратом 4 подачи, ленточного
конвейера 7 и аппаратуры управления.
Для удобства размещения оборудования в щите правая вертикаль-
ная перегородка среднего яруса удалена, а в левой перегородке пре-
дусмотрено отверстие для пропуска силовых кабелей и труб высокого
давления. Нижняя горизонтальная площадка 8 в связи с размеще-
143
нием на ней приводов механизмов резания и подачи заменена более
прочной, усиленной балками 9. Платформенные и забойные домкраты
со щита сняты. Аванбек щита укорочен для приближения рабочего
органа к опоре главного вала. На ножевом кольце установлено шесть
роликов 11 для обеспечения опоры ребристой диафрагмы исполни-
Рис. 82. Киевский механизированный щит:
1 — рабочий орган (ребристая диафрагма); 2 — пластинчатые резцы; 3 — резец-копир; 4 —
домкрат подачи рабочего органа; 5 — выходной вал привода; 6 — привод рабочего органа;
7 — ленточный транспортер; 8 — горизонтальная площадка; 9 — балки; 10 — подшипник
вала; И — ролики для опоры ребристой диафрагмы; 12 — подшипник скольжения вала
тельного органа в случае, если домкрат подачи 4 не может сдержать
давление породы при больших вывалах ее из забоя.
Рабочий орган механизированного щита вращательного
действия (его кинематическая схема) показан на рис. 83. Рабочий
орган конструктивно выполнен в виде стальной ребристой диафраг-
мы 1, перекрывающей всю поверхность забоя (рис. 84) и соединенной
с валом 5 (рис. 82). Диафрагма составлена из восьми секторов 1
(см. рис. 84), соединенных между собой болтами; ребра 2 секторов и
прикрепленные к ним стальные листы образуют закрытые короба,
которые делают конструкцию более жесткой и служат для направле-
ния породы от резцов на ленту конвейера. Со стороны забоя диа-
фрагма имеет плоскую поверхность, которая при вращении в пло-
144
Рис. 83. Кинематическая схема киев-
ского механизированного щита:
/ — ребристая диафрагма; 2 — ведомая шестерня на валу
рабочего органа; 3 — гидравлический домкрат подачи;
4 — шестерня с удлиненным зубом; 5 — редуктор ци-
линдрический; 6 — электродвигатель
скости забоя всегда находится на расстоянии толщины срезае-
мой стружки от поверхности забоя и всегда готова принять на
себя давление пришедшей в движение породы.
В четырех секторах
из шести сделаны пря-
моугольные окна для
установки в них пла-
стинчатых резцов. Эти
четыре резца при вра-
щении ребристой диаф-
рагмы срезают слой по-
роды со всей площади
забоя. При этом резцы
в окнах 5 и 6, идущие
по одной и той же тра-
ектории, снимают слой
в 2 раза тоньше, чем
резцы в окнах 3 и 4.
Каждый резец (рис. 85)
представляет собой тре-
угольную призму, в ос-
нованиях которой заде-
ланы валы, а к двум боковым поверхностям этой призмы крепятся
стальные пластинчатые резцы. Режущая кромка резцов выступает
за диафрагму в сторону забоя на 15—20 мм. Срезанный резцом
А-А	.4
А1—
Рис. 84. Ребристая диафрагма:
1 — секторы, составляющие диафрагму; 2 — ребра секторов; 3, 4, 5 и 6 — окна
для резцов; 7 — литая стальная ступица; 8 — коническая поверхность ребристой
диафрагмы
слой породы через узкую щель между передней гранью резца
и стальным листом диафрагмы направляется на ленту конвейера.
При изменении направления вращения ребристой диафрагмы резец
10 Зак. 630
145
поворачивается на 15°, при этом порода отделяется от массива
режущей кромкой резца, прикрепленного к другой стороне призмы.
Если диафрагма изготовлена с точностью ±10 мм и режущая
кромка резцов выступает в сторону забоя на 15—20 мм, то при вра-
щении между поверхностью забоя и диафрагмой образуется зазор,
устраняющий трение диафрагмы о породу, и крутящий момент на
валу диафрагмы развивается только для преодоления сопротивления
резанию породы.
1 — пластинчатый резец; 2 — стальной лист ребристой диафрагмы;
3 — болтовое крепление пластинчатого резца к призматическому
корпусу; 4 — призматический корпус резца
Если диафрагма изготовлена с отклонениями от плоскости более
±10 мм, то при вращении диафрагмы выпуклые места ее поверх-
ности в сторону забоя не только трутся о породу, вызывая увеличен-
ный момент на валу, но и способствуют образованию вывалов.
На задней конической поверхности 8 (см. рис. 84) ребристой
диафрагмы установлены два подрезных резца. Один из них обеспе-
чивает постоянство диаметра выработки, другой служит для увели-
чения сечения выработки только в заданном направлении на кривых
участках трассы.
Срезанная резцами порода не подвергается механическим воздей-
ствиям скребков, ковшей и прочих транспортных и экскавационных
146
устройств, а под действием гравитационных сил направляется на
ленту конвейера с помощью системы наклонных плоскостей на диа-
фрагме и на опорно-ножевом кольце щита.
Ребристая диафрагма обладает высокой прочностью и при необ-
ходимости служит надежной крепью забоя. В процессе работы резцов
поверхность породы в забое непрерывно обновляется, поэтому горное
давление не успевает развиваться до того предела, при котором по-
является опасность вывалов. При остановках щита ребристая диа-
фрагма приводом подачи подвигается к поверхности забоя и выпол-
няет роль надежного сплошного крепления.
Привод вращения рабочего органа (см.
рис. 83) осуществляется от электродвигателя 6 через цилиндрический
редуктор 5 и две цилиндрические шестерни 4 и 2, при этом зуб ше-
стерни 4 шире зуба шестерни 2 на 100 мм. Благодаря такой конструк-
ции шестерен рабочий орган одновременно с вращением может пода-
ваться относительно несущей конструкции щита и соответственно
привода вращения шестерни 4 на 100 мм в ту или иную сторону по
оси тоннеля под действием гидравлического домкрата.
Цилиндр домкрата 3 установлен на опорной площадке привода
вращения соосно с главным валом, и его плунжер упирается в торец
вала рабочего органа. Вал опирается на два подшипника скольже-
ния 10 и 12 (см. рис. 82).
Подача режущего рабочего органа на забой осуществляется до
100 мм гидродомкратом подачи 4 при неподвижном щите, а далее
одновременно с движением щита — щитовыми домкратами.
Подача исполнительного органа на забой и движение щита сбло-
кированы в одну систему концевыми выключателями. Блокировка
позволяет при работе щита сохранять заданную величину подачи
рабочего органа на забой. Если скорость движения щита опережает
заданную скорость подачи, тогда рабочий орган, сохраняя задан-
ную подачу, вдвигается в щит до контакта с концевым выключателем.
Концевой выключатель выключает насос, питающий щитовые дом-
краты, и щит прекращает движение, но рабочий орган продолжает
двигаться вперед под действием домкрата подачи с заданной ско-
ростью. Как только рабочий орган продвинется вперед относительно
неподвижного щита на 100 мм, концевой выключатель включает
насос, питающий щитовые домкраты, и проходка продолжается с за-
данной подачей, стабилизированной постоянным давлением в ци-
линдре домкрата подачи.
Таким образом, резание породы в забое исполнительным органом
производится одновременно с передвижкой щита.
Перед остановкой щита диафрагма исполнительного органа
должна быть выдвинута вперед до предела (100 мм).
В целях компенсации поворота щита вокруг своей оси, вызывае-
мого реактивным моментом, при резании породы направление вра-
щения исполнительного органа периодически изменяется.
При изменении направления вращения исполнительного органа
пластинчатые резцы 2 (см. рис. 82) автоматически поворачиваются
10*
147
на 15°, при этом одна режущая кромка резца выходит из контакта
с породой, другая входит в контакт с породой и начинает резать
породу.
Пульт управления щитом состоит из: реверсивного
магнитного пускателя привода исполнительного органа, магнитных
пускателей, электропривода насосов высокого давления, магнитного
пускателя привода породоуборочного конвейера и вентилей управле-
ния домкратом подачи.
Вентили управления щитовыми домкратами размещены на торцах
вертикальных перегородок верхнего яруса щита.
Работы по сооружению тоннеля механизированным щитом про-
изводятся в следующем порядке: включаются конвейер для уборки
породы от щита и конвейер на технологической платформе; вклю-
чается домкрат подачи исполнительного органа на обратный ход и
ребристая диафрагма отводится от забоя на 5—6 см\ затем вклю-
чается привод вращения исполнительного органа и после не-
скольких оборотов на холостом ходу включается прямая подача
(рабочая).
Механизированный щит был применен на строительстве перегон-
ных тоннелей Киевского метро в спондиловых глинах. Обделка тон-
нелей на одном участке была из чугунных тюбингов, а на другом —
из железобетонных блоков.
Скорость проходки была доведена до 5,9 м в смену, 12 м в сутки
и 222 м в месяц. При этом щит работал не более 34% времени, или
не более 8,2 ч в сутки.
Фактический расход электроэнергии на проходку 1 пог. м тон-
неля от 20 до 40 кет ч. Стоимость строительства перегонного тоннеля
снизилась на 23% по сравнению со стоимостью проходки в тех же
условиях немеханизированными щитами. Трудоемкость снизилась
на 15%. Снизился травматизм и улучшились условия труда.
Киевский механизированный щит нашел применение и на строи-
тельстве перегонных тоннелей Московского метрополитена в супе-
сях, в суглинках, в моренных глинах с валунами. Для более слож-
ных условий строительства Московского метрополитена киевский
щит был реконструирован (рис. 86).
При реконструкции щита увеличен аванбек ножевого кольца
для предохранения призабойного пространства от вывалов породы
из кровли; в опорное кольцо щита вмонтированы гидравлические
домкраты для выдвижения элеронов, предотвращающих повороты
щита от реактивного момента, возникающего при вращении ребристой
диафрагмы исполнительного органа; увеличена мощность привода,
изменена его кинематическая схема; на ребристой диафрагме сделаны
окна, через которые убираются валуны из забоя; число резцов уве-
личено с четырех до пятнадцати; форма резцов и конструкция их
изменены в соответствии с требованиями проходки в моренных от-
ложениях.
Кинематическая схема реконструированного механизированного
щита приведена на рис. 87.
148
Реконструированный образец киевского механизированного щита
применяется на строительстве Московского метрополитена при про-
ходке тоннелей в моренных отложениях является основной тон-
нельной машиной. Технические характеристики щитов приводятся
в табл. 24.
Рис. 86. Реконструированный киевский щит:
/ — удлиненный козырек; 2 — домкрат с роликом для упора ребристой диафрагмы; 5 —
привод главного вращения; 4 — транспортер; 5 — домкрат подачи; 6 — подрезной резец;
7 — ребристая диафрагма; 8 — лоток для направления разрушенной породы на транспор-
терную ленту
Ленинградский механизированный щит
Щит (рис. 88) по классификации П. А. Часовитина описан индек-
сами 2, 4, 8, 10, 14, 21, 27, 30, 34, 45, 47, 48, 50.
Щит предназначается для сооружения тоннелей в глинах, суг-
линках, мергелях, глинистых сланцах и подобных им горных поро-
дах с коэффициентом сопротивления резанию резцом-эталоном Рэ
не более 80 кГ/см2.
1-19
Щит состоит из несущей конструкции 1, в качестве которой
использован проходческий щит Д-5600; планетарного исполнитель-
ного органа 2 с электроприводом вращения 5 и гидравлическим
механизмом подачи 6, породоуборочных устройств 3 и 4 механизмов
управления щитом.
\	Для удобства размещения оборудования в щите
нижняя горизонтальная перегородка в его несущей
конструкции усилена. Вертикальные перегородки
среднего яруса сняты. Забойные и платформенные
домкраты демонтированы. Средняя ячейка верх-
него яруса оборудована дугами с делениями для
ведения щита. Оболочка ниже диаметра удалена.
Рис. 87. Кинематическая схема реконструирован-
ного щита
№ по рис. 87
Число зубьев
Модуль ....
Зубчатые колеса
1	2	3	4	5	6	7	8
13	62	13	52	13	39	13	65
6	6	13	13	18	18	18	18
Исполнительный орган щита 2 состоит из кресто-
образного водила с размещенными на нем шестью дисками, каждый
из которых оснащен стержневыми резцами, армированными метал-
локерамическим твердым сплавом В К-8 и жестко связан с водилом
главного вала.
Корпус водила является одновременно корпусом планетарного
редуктора, шестерни которого через оси связаны с соответствую-
щими режущими дисками. Момент вращения на диски передается
от электродвигателя через цилиндрический зубчатый редуктор за-
150
Таблица 24
Показатели	Ленин- градский Л-1	Московский			Киевский, приме- ненный иа	
		105	Ю5к	105Т	Киев- метро- строе	Мос- метро- строе
Скорость проход- ки, м/ч ....	2,0	1,35	1,35	1,35	2,0	2,0
Диаметр выра- ботки вчерне, мм	<	5630	6270		5700	5670	5850
Диаметр щита по накладкам, мм	5660	6230			5700	5670	5850
Длина щита с ис- полнительным органом, мм	5720	5720		4580	4580	4580
Диаметр дисков, мм		1540	3070	2850	2850	5670	5620
Число резцов: основных . .	90	24	24	24	4	10
подрезных . .	—	—	—	—	2	6
резцов рас- ширител.	1	1	1	1	1	1
Скорость реза- ния, м/сек. средняя . . .					0,53	0,42
максимальная	1,6—1,9	1,77	1,70	1,70	—	—
минимальная	0,7—1,1	1,27	1,30	1,06	—	—
Электродвигатель исполнительного органа: тип		АО 94 4	АМ-116-10			ИТ-62-10	АО-94-4
мощность, квт	100	55X2		100X2	45	100
Подача щита на за- бой 	 Гидравлический насос: тип		БН	Гидравличе БН	СКИМИ ЩИ1	ГОВЫМИ ДО1 БН	лкратами БН	БН
производи- тельность, л/ч . . . .	2000	2000		2000	2000	2000
Электродвигатель, квт 		- 14	14		14	14	14
Скорость враще- ния, об/мин Щитовые домкра- ты: количество	750	750	—	750	750	750
	24	24		16	20	20
рабочее давле- ние, кГ/см.2	140	140	—	140	140	140
максимальное усилие, т	1344	1344	—	800	1120	1120
Максимальная ве- личина подачи, мм/об. водила	5; 6; 7; 9	15	15	15	До 15	До 12
151
Продолжение табл. 24
Показатели	Ленин- градский Л-1	Московский			Киевский, приме- ненный на	
		105	105К	105Т	Киев- мётро- строе	Мос- метро- строе
Гидравлический насос подачи: тип		Л1Ф-25	Л1Ф-12	Л1-Ф-12	Л1-Ф-12	Л-1Ф8	Л-1Ф8
производи- тельность, л/мин • • •	25	12	12	12	8	8
Мощность элек- тродвигателя, кет 		2,8	2,8	2,8	2,8	2,8	2,8
Рабочее давление в сети, кГ/см2 Количество дом- кратов подачи	35	35	35	35	50	35
	1	1	1	1	1	1
Усилие подачи, т при рабочем ходе . .	4,8	16,2	16	16	16	12
Максимальная ве- личина выдви- жения исполни- тельного органа в корпусе щита, мм .	...	575	550	550	550	200	610
Механизмы убор- ки породы от щита ....	Ковши	Ковши и ск	ребковый	Лотк1	и карма	ны, лен-
	и лен-	конвейер в	верхнем	точный конвейер		нижнем
Количество ков- шей в ковшовом элеваторе или число карманов на ребристом ди- ске 		точный конвейер в верхнем ярусе 12	яру 12	зе 12	ярусе ц 12	дата 8	7
Емкость ковша или кармана, л	98	55	55	55	120	150
Конвейер: длина, м	3,2	2,4	4	4	2,9	3,2
производи- тельность, м?!ч	. .	60	120	120	120	120	120
ширина ленты или скребка, мм ....	600	600	600	900	600	650
мощность электродви- гателя, кет	2,2	—	—	—	11,4	4,5
152
крытого типа, передачи которого работают в масляной ванне, и сес-
бодно сидят на главном валу солнечного колеса 7.
Солнечное колесо представляет собой сидящие на одной ступице
две шестерни, одна из которых относится к планетарному редуктору,
I
Рис. 88. Ленинградский механизированный щит:
1 — корпус щита; 2 — исполнительный орган; 3 — ковши породоуборочного устройства;
4 — конвейер; 5 — привод главного вращения; 6 — гидравлический домкрат подачи; 7 —
солнечное колесо; 8 — разгрузочный лоток
а вторая к главному редуктору. На внутренние режущие диски
вращение передается непосредственно от солнечного колеса, а на
наружные диски через паразитные шестерни, благодаря чему дости-
гается вращение всех дисков в одну
сторону.
Момент вращения на главный вал
водила передается от электродвига-
теля также через главный редуктор,
шестерня которого жестко посажена
на главный вал.
Направления вращения режущих
дисков и водила противоположны,
благодаря чему значительно сни-
жается опрокидывающий момент
шита.
В результате сложения двух
движений — вращения водила вместе
с дисками и вращения диска (фрезы
с резцами) вокруг своих осей — рез-
Рис. 89. Сетка траекторий резцов
цы перемещаются в плоскости забоя по удлиненной гипоциклоиде
(рис. 89). Траектории всех резцов, взаимно пересекаясь, покрывают
всю поверхность забоя, при этом резцы, отделяя от массива породу,
обрабатывают за каждый оборот водила всю поверхность забоя.
153
Если классифицировать методы резания горных пород по виду
траекторий режущего инструмента, то метод резания, примененный
в ленинградском механизированном щите, можно назвать циклоид-
ным методом резания.
Циклоидный метод резания отличается от вращательного, при
котором резцы направлены по окружности, не только видом траекто-
рии резца, но и другими важными особенностями; так, например,
при циклоидном резании площадь сечения стружки, отделяемой от
массива одним резцом, непрерывно изменяется на каждом витке
циклоиды от максимального ее значения к минимальному и обратно,
но так как траектория каждого резца смещена от траектории впереди
идущего резца, средняя площадь сечения стружки, отделяемой от
массива всеми резцами, не изменяется.
Среднее значение площади сечения стружки для одного резца
определяется по уравнению
г Sh 2
^ср = см\
где S — площадь сечения выработки, см2-,
h. — подача исполнительного органа на забой за один оборот
водила, см-,
I — длина траектории резца за один оборот водила, см\
z — число резцов на исполнительном органе.
При циклоидном резании указанная выше закономерность изме-
нения площади сечения стружки распространяется на скорость реза-
ния, кинематические углы резцов, форму сечения стружки, тогда
как при вращательном резании все параметры резания не изменяются
на траектории за один оборот водила, если не изменяется величина
подачи /гСр.
Эта особенность циклоидного резания приближает условия отде-
ления породы от массива резцами к наиболее рациональному свобод-
ному резанию с наименьшей затратой энергии.
Исполнительный орган щита может перемещаться по отношению
к несущей конструкции и всех остальных расположенных на ней
механизмов на 575 мм. Механизмом подачи служит гидравлический
домкрат, цилиндр которого закреплен на неподвижной плите ста-
нины, являющейся частью нижней горизонтальной перегородки
щита, а плунжер домкрата связан с верхней подвижной плитой ста-
нины. При включении домкрата подачи плунжер перемещает верх-
нюю подвижную плиту станины с исполнительным органом относи-
тельно неподвижной плиты. Домкрат подачи — двойного действия,
поэтому исполнительный орган относительно щита может подаваться
вперед на забой и убираться от забоя в сторону щита на 575 мм.
Гидравлический домкрат подачи питается от масляного насоса.
Управление подачей производится автоматически золотником, свя-
занным рычагом с неподвижной частью щита и кулачком упра-
вления. За один оборот кулачка осуществляется полный рабочий
цикл подачи исполнительного органа на забой (575 мм) и уско-
154
ренный возврат его в исходное положение. Кулачок получает вра-
щение от вала водила через коробку передач, смонтированную на
заднем кронштейне вала водила. С помощью специального маховичка,
связанного через планетарную передачу с кулачком управления,
может быть осуществлена ручная подача исполнительного органа.
Это устройство позволяет, не выключая автоматической подачи,
сдвинуть всю систему по направлению в нужную сторону с большой
скоростью (рис. 90, а).
Для уширения выработки на кривых участках трассы с малыми
радиусами на водиле предусмотрен выдвижной резец, управление
которым осуществляется гидравлическим механизмом с рабочего
места водителя щита. Для выдвижения резца на валу вращения во-
дила установлено разрезное кольцо; ось кольца и ось вала смещены.
При сдвиге разрезного кольца в нужном направлении в этом же на-
правлении происходит выдвижение на водиле резца, который при
вращении водила расширяет выработку в заданном направлении.
Эта конструкция оказалась недостаточно надежной, и она подверглась
модернизации.
Порода, отделенная от массива резцами исполнительного органа,
падает в низ выработки. Уборка ее из забоя производится 12 ков-
шами, смонтированными на кольце, прикрепленном к водилу. При
вращении водила ковши черпают разрушенную породу в лотке тон-
неля и поднимают ее до уровня верхнего яруса щита. В диафрагме,
отделяющей призабойное пространство, на уровне верхнего яруса
щита сделано окно, через которое ковши разгружаются на ленточ-
ный конвейер, расположенный на верхнем ярусе щита. Конвейер
транспортирует породу за пределы щита.
Для ведения по заданной трассе щит оснащен специальным прибо-
ром для определения его положения в плане и профиле относительно
заданной трассы. Прибор показывает отклонения щита с точностью
до 1—2 мм, при этом время, необходимое для определения положе-
ния щита в плане и профиле, исчисляется 2—3 мин. Быстрота и вы-
сокая точность достигаются тем, что с помощью центрирующей части
прибора механически вводится поправка на поперечный крен щита,
а с помощью оптической системы исключается необходимость введе-
ния поправок за кривизну трассы тоннеля. Оптическая система,
позволяющая свести определение положения щита к простым измери-
тельным операциям, представляет собой сочетание зрительной трубы
и оптического клина. Такие средства определения положения щита
в каждый начальный момент резания породы или в любой другой
момент передвижки щита позволили увеличить скорость прохожде-
ния тоннеля вследствие сокращения времени простоев, связанных
с определением положения щита на трассе. Техническая характе-
ристика щита приведена в табл. 24. Кинематическая схема щита по-
казана на рис. 90, б.
Применение механизированного щита планетарного действия на
строительстве Ленинградского метрополитена обеспечило получение
высоких технико-экономических показателей.
155
7=96
т=11
г=39
т=18
7=13
т=18
г=зг
т^13
Z-13
гтнв
7‘33;т=1б
7^
г=13
т-!3
7=112
т*8
г=12
т^В
Тяо~^
- т-11 г=39 =
m=Z(? г=Б5
' г-'t 6	°т=1в
/77=//
z-78
m=//	Рис. 90. Схемы:
а — привода гидравлической подачи;
б — кинематическая; 1 — рычаг; 2 —
кулачок; 3 — маховик для ручной
подачи; 4 — золотник; 5 — домкрат
=	подачи; 6 — неподвижная часть кор-
пуса щита; 7 — коробка подач
156
Срок строительства первой очереди был сокращен, средне-
суточная скорость проходки составила 12 пог. м (максималь-
ная 18 пог. м), стоимость строительства уменьшилась на 18%, за-
траты труда на сооружение 1 м тоннеля снизились на 26%. Уровень
механизации работ на участке механизированного щита составил
0,99%. Удельный расход электроэнергии на разработку породы
составил 3 квт-ч/м?. Расход твердого сплава на армирование резцов
не превышал 40 г на 1 пог. м тоннеля.
Лондонский механизированный щит
Щит (рис. 91) описывается индексами 2, 4, 8, 10, 15, 22, 27, 30, 31,
42, 48, 50 (см. табл. 17).
Исполнительный орган щита вращательного дей-
ствия конструктивно решен в виде шестилучевого бара, оснащенного
Рис. 91. Схема лондонского механизированного щита
стержневыми резцами, отделяющими породу от массива по внешнему
кольцу. Порода на поверхности забоя внутри кольца отделяется
также стержневыми, такого же типа резцами, размещенными по диа-
метру на стальной клепаной балке.
Шестилучевой бар исполнительного органа посажен на пустоте-
лый вал-трубу диаметром 2,29 м и длиной 1,68 м. На этом же валу
укреплена балка с резцами для разработки породы внутри кольца.
Вал вращается со скоростью 4 об/мин в роликовых подшипниках.
Осевая нагрузка на вал-трубу воспринимается упорным кольцом.
Вращение ему передается от шести гидродвигателей через цилиндри-
157
ческие шестерни с внешним зацеплением, ведущие — на валах гидро-
двигателей, ведомая — на валу исполнительного органа. Вращение
исполнительного органа реверсивное. Охлаждение двигателей водя-
ное; холодная вода подводится по специальному трубопроводу.
Гидродвигатели исполнительного органа питаются от насосной
установки, расположенной в тоннеле за щитом. Эта насосная уста-
новка приводится в действие от электродвигателя мощностью
150 кет.
Исполнительный орган относительно щита передвигаться не мо-
жет. При работе щита подача осуществляется четырнадцатью щито-
выми домкратами с ходом плунжера 800 мм. Гидравлические щито-
вые домкраты питаются от отдельного насоса с электроприводом
мощностью 9,2 кет. Давление жидкости в сети от 140 до 300 кПсм2.
Водитель щита контролирует усилие каждого домкрата в отдель-
ности и с помощью визирных приспособлений следит за направле-
нием щита при движении. Порода, отделенная от массива резцами,
падает в нижнюю (лотковую) часть выработки, захватывается при-
крепленными к водилу лопатками и высыпается при вращении ис-
полнительного органа внутрь полого вала. Порода с помощью сталь-
ных ребер, размещенных по винтовой линии внутри полого вала,
транспортируется за пределы щита в бункер, а затем на промежуточ-
ный и основной ленточные конвейеры. С ленточного конвейера порода
грузится в вагонетки и вывозится из тоннеля. После продвижения
щита и уборки плунжеров домкратов с помощью электрических лебе-
док, расположенных по бокам транспортера, производилась сборка
тоннельной обделки.
В благоприятных условиях скорость проходки в кембрийских
глинах достигала за три восьмичасовые смены 18,3 м. Максимальная
проходка за сутки 26,4 м, а за 2 недели 285 м тоннеля. На сборку
двух колец обделки затрачивалось 70 мин. На выполнение проход-
ческого цикла требовалось: на разработку породы 20 мин, на монтаж
и распор кольца обделки 15 мин.
Лондонский щит был применен на пяти участках строительства
тоннеля Темза — Ли. Показатели работы приведены в табл. 25.
Таблица 25
Длина участка	Время на проходку, недели	Скорости проходки, м/неделю	
		общая средняя	средняя из наилучших четырех недель
1548	29	53	90
1584	27	59	116
2503	40	63	109
1297	43	20	77
1660	41	39	70
158
В лондонском щите, успешно примененном на строительстве тон-
нелей Лондонского метро в кембрийских глинах, особого внимания
заслуживает привод исполнительного органа, позволяющий с исполь-
зованием гидродвигателей получать высокий момент на валу; следо-
вательно, с применением подобных приводов открывается возмож-
ность расширения границ механизированной проходки тоннелей
в более крепких породах.
Механизированный щит системы Галингера
Механизированный щит Галингера (рис. 92) описывается индек-
сами 2, 4, 8, 10, 15, 23, 26, 30, 34, 48, 52 (см. табл. 17). Характер-
ной является шарообразная форма исполнительного органа, вписан-
ная в щит. Такой исполнительный орган, подвешенный на неподвиж-
Рис. 92. Схема механизированного щита системы Галингера:
1 — корпус щита; 2 — шарообразный исполнительный орган; 3 и 4 —
резцы; 5 — гидродомкрат для качания исполнительного органа;
6 — окно для удаления пробы из забоя
ном горизонтальном валу к конструкции щита, имеет возможность
поворачиваться на некоторый угол усилием гидравлических домкра-
тов и возвращаться в исходное положение. Шаровая поверхность
оснащена тремя-четырьмя рядами пластинчатых резцов. Резцы
каждого ряда располагаются по ступеням с таким расчетом, чтобы
режущая кромка каждого резца выступала за пределы сферы на
заданную величину подачи.
Шаровой исполнительный орган устанавливается в исходное по-
ложение, при этом резцы находятся в крайнем верхнем положении;
159
щитовыми домкратами щит передвигается на величину подачи (10—
20 мм). Подача щита прекращается, включается и раздвигается дом-
крат поворота, другой домкрат поворота в это время сдвигается.
При повороте шарового исполнительного органа резцы срезают слои
породы. Срезанная порода через щели в сфере попадает внутрь
сферы и погрузочной машиной грузится в вагонетки.
Эти щиты были применены при сооружении двух подводных тон-
нелей под рекой Дунай в Будапеште и канализационного тоннеля
в Дортмунде.
Щиты системы Галингера могут применяться только в слабых
глинах, в илах, суглинках, когда обнаженные породы в забое не
обрушаются, когда отсутствуют грунтовые воды, а сопротивление
пород резанию невелико.
Сочетание таких условий на участках большой протяженности
при постройке тоннелей встречается редко, поэтому щиты системы
Галингера не нашли применения в СССР.
Механизированные щиты для проходки тоннелей
в породах средней крепости
С увеличением крепости горных пород изменяются требования
к механизированным щитам. Прочность ножевого и опорного колец
может быть уменьшена. Отпадает необходимость в козырьках у но-
жевого кольца. Снижается усилие на передвижку конструкции щита,
следовательно, может быть уменьшено число щитовых домкратов
или уменьшен диаметр их плунжеров. Но с увеличением крепости
горных пород увеличиваются мощность приводов исполнительных
органов, габариты машины и износ режущего породу инстру-
мента. Возникают проблемы конструкции и надежности резцов и раз-
мещения машин повышенной мощности в стесненных условиях
щита.
Многочисленные предложения по выемке пород средней крепости
основаны на различных механических и физических способах разру-
шения горных пород. Эти предложения в лучшем случае доводятся
до экспериментальных образцов, испытание которых в производст-
венных условиях устанавливает границы экономичного их приме-
нения. Верхняя граница по сопротивлению резания пород пока не
превышает 300 кГ/см2, а абразивность 5—7 единиц.
В Советском Союзе для проходки тоннелей в породах средней
крепости успешно применяется московский механизированный щит,
а за границей — механизированные щиты системы Роббинса.
Московский механизированный щит
Щит (рис. 93) описывается индексами 2, 5, 8, 10, 14, 27, 34, 45,
47, 48, 50 (см. табл. 17).
Щит предназначен для сооружения тоннелей в породах средней
крепости (Р9 до 300 кПсм2).
160
Щит состоит из следующих основных частей: тоннельного про-
ходческого щита, являющегося несущей конструкцией машин и ме-
ханизмов, обеспечивающих отделение породы от массива и уборку
ее из призабойного пространства, и механизмов управления
щитом.
Для размещения узлов машин в щите удалены вертикальные
перегородки среднего горизонта щита, управление щитовыми дом-
кратами перенесено из среднего горизонта на верхний. Платфор-
менные и забойные домкраты сняты.
Исполнительный орган щита состоит из двух фрез, расположен-
ных на водиле. Фрезы оснащены стержневыми резцами, упроченными
металлокерамическими твердыми сплавами марки ВК-8. Водило
укреплено на выходном валу редуктора.
При вращении водила, закрепленные на валах фрез зубчатые
колеса обкатываются по солнечному колесу с внешним зацеплением
зубьев, и вращают фрезы. В результате сложения этих двух движе-
ний фрезы совершают планетарное движение в плоскости забоя.
Резцы, укрепленные на фрезах, описывают удлиненные эпициклоиды.
Каждая траектория резца смещена на некоторый угол по отно-
шению к траектории другого резца, поэтому при вращении водила
и фрез с резцами вся поверхность забоя покрывается траекториями
резцов, образуя на поверхности забоя сложную сетку пересекаю-
щихся борозд. Этими следами резцов (бороздами) поверхность забоя
рассекается на большое число различного размера пирамидок
(рис. 94), которые при последующем воздействии на них резцов ча-
стично срезаются, а частично скалываются.
Метод резания, как и в ленинградском щите, циклоидный со
всеми особенностями, характерными для него и описанными при опи-
сании ленинградского щита.
Привод вращения исполнительного органа осуществляется от двух
параллельно соединенных электродвигателей через два промежу-
точных и один главный редуктор. Все редукторы цилиндрические,
закрытого типа, в масляной ванне. Промежуточные редукторы имеют
по три пары зубчатых колес с общим передаточным числом 94,4,
а главный редуктор — одну пару с передаточным числом 4. Рабочий
орган может вращаться как по часовой стрелке, так и против часовой
стрелки. Реверсивность в исполнительном органе вызвана необходи-
мостью выправления крена щита, который образуется вследствие
реактивного момента, возникающего при работе исполнительного
органа.
Отделенная резцами от массива порода выдается из забоя ков-
шами, укрепленными на кольце из швеллера. Кольцо прикреплено
к корпусу водила и вращается вместе с водилом. Захваченная ков-
шами в лотке порода прижимается к отбойному листу, неподвижно
прикрепленному к станине привода исполнительного органа. В верх-
ней части отбойного листа имеется разгрузочное окно, через которое
порода разгружается в лоток и скатывается на скребковый конвейер,
размещенный в средней ячейке верхнего яруса. Скребковый кон-
11 Зак. 630
161
Рис. 93. Московский механизирован-
ный щит:
а — вид от забоя; б — вид со стороны тон-
неля; 1 — корпус щита; 2 — рабочий
орган — диск с резцами; 3 — привод ра-
бочего органа; 4 — домкрат подачи рабо-
чего органа на забой; 5 — ковшовое
устройство для уборки породы;, 6 — кон-
вейер; 7 — нижняя плнта станины; 8 —
верхняя плита станины
Пейер транспортирует разрушенную породу за пределы щита. Кон-
вейер прикреплен к отбойному листу и при подаче исполнительного
органа на забой перемещается вместе с ним вдоль оси щита. Ковши
породопогрузочного устройства двусторонние, поэтому уборка по-
роды от щита производится независимо от направления вращения
исполнительного органа. Задние стенки ковшей закреплены шар-
нирно.
Рис. 94. Следы резцов
Поворот задних стенок у разгрузочного окна производится с по-
мощью прикрепленных к ним концевых шаров, которые катятся
по профилированному направляющему ободу.
Привод вращения исполнительного органа (рис. 95) вместе с води-
лом, фрезами и породопогрузочным устройством смонтирован на ли-
той чугунной плите, которая под действием усилия домкрата подачи
перемещается по направляющим второй плиты вдоль оси тоннеля.
Нижняя плита жестко закреплена на основной опорной раме щита
и несет на себе все оборудование щита.
Домкрат подачи получает питание от лопастного масляного насоса
производительностью 12 л в минуту при давлении до 65 ати.
Управление всеми механизмами проходческой машины сосредо-
точено в левой верхней ячейке щита, а аппаратура щитовых домкра-
тов размещена в средней ячейке верхнего яруса.
164
№ ио рис. 95
Число зубьев
Модуль . .
Характеристика зубчатых передач
. . 1	2	3	4	5	6	7	8	9 10 И	12
.26	230	46	114	27	101	16	114	16 62 16	136
..5	5	8	8	10	10	12	12	20 20 18	18
Московский механизированный щит впервые был применен на
постройке перегонного тоннеля между станциями «Белорусская» и
«Краснопресненская». После первого производственного испытания
был усилен отбойный лист загру-
зочного устройства; ковши сдела-
ны с принудительной разгрузкой;
усилена конструкция скребкового
конвейера и увеличена мощность
его электродвигателя; устранен
аванбек щита; усовершенствована
конструкция резцедержателей для
стержневых резцов; фрезы обору-
дованы резцедержателями для рез-
цов с вращающейся режущей
кромкой конструкции ЦНИИСа
(рис. 96).
После реконструкции щит был
применен на постройке перегон-
ного тоннеля между станциями
«Ботанический сад» — «Рижский
вокзал»в породах с Рэ=200 кГ/см2.
Общая протяженность тоннеля,
пройденного щитом на строитель-
стве Московского метро, 577 м.
Максимальная достигнутая ско-
рость проходки в месяц 200 м,
в сутки 10,6 м, в смену 4,1 м.
Расход электроэнергии на соору-
жение тоннеля составил от 108 до
196 квт-ч на 1 пог. м в зависимо-
сти от крепости пород, затупления
Рис. 95. Привод исполнительного
органа
/ — диски (фрезы); 2 — планетарный ре-
дуктор; 3 — цилиндрический редуктор;
4 — электродвигатель
резцов и величины подачи испол-
нительного органа на забой. Расход резцов (стержневых) на
1 пог. м проходки 1,2 шт. Трудовые затраты сократились в 2 раза,
выработка одного рабочего увеличилась в 2,4 раза по сравнению
с буровзрывным способом. Стоимость сооружения 1 пог. м тоннеля
снизилась на 20%.
Дальнейшая попытка использовать щит на проходке тоннеля
в более крепких породах успеха не имела. Необходимо было провести
дальнейшее усовершенствование щита. Мощность электродвигателей
главного привода была увеличена до 200 кет. Увеличены обороты
главного вала с 1,5 до 1,8 об/мин. Уменьшено число щитовых домкра-
тов с 24 до 16 шт. В опорном кольце были установлены элероны для
предохранения щита от поворота вокруг своей оси.
165
Реконструированный московский щит используется на строи-
тельстве тоннеля Тбилисского метрополитена в аргиллитах с Р3 =
= 160—214 кГ/см2.
Щит Робинса
По данным периодической печати, в последние годы в США
успешно применяется проходческая машина Робинса на проходке
тоннелей в породах средней крепости. Так, например, на строитель-
Рис. 96. Резцы московского щита:
а — стержневой резец; б — резец с вращающейся режущей
кромкой; / — головка; 2 — державка; 3 — вал; 4 — винты
для регулировки резца
стве тоннеля при постройке плотины ОХИ-ДЕМ машиной Робинса
в глинистых сланцах был пройден тоннель диаметром 7,65 м.
Проходческая машина Робинса описывается индексами 2, 5, 10,
21, 27, 29, 31, 35, 42, 47, 50, 55 (см. табл. 17).
Отделение горной породы от массива производится исполнитель-
ным органом, состоящим из двух вращающихся в разные стороны
166
конструкций, оборудованных стержневыми резцами для образования
на поверхности забоя щелей по концентрическим окружностям и
дисками для скалывания целиков, образовавшихся между щелями.
В центральной части забоя порода отделяется резцами, располо-
женными на трехлучевой балке. Отделение породы на площади внеш-
него кольца производится резцами, установленными на пяти лучах,
вращающихся в противоположную сторону.
Фирмой Робинс разработаны также проходческие машины та-
кого же типа для проходки тоннелей диаметром от 4 до 9 м.
Механизированные щиты для проходки тоннелей
в крепких породах
Механизированных щитов для проходки тоннелей в породах
с Рэ больше 600 кГ/см2, которые нашли бы широкое применение
в строительстве, пока нет. Все предложения по созданию таких щи-
Рис. 97. Исполнительный орган ударного действия:
/ — пики ударного механизма; 2 — ударный механизм; 3 — элек-
тродвигатель ударного механизма; 4— зубцы породоуборочного ковша;
5 — породоуборочный ковш
тов основываются на использовании для разрушения пород ударных
инструментов, струи воды, выбрасываемой из насосов со звуковой
и сверхзвуковой скоростями, токов высокой частоты, факела высоких
167
температур, ультразвука, электрического разряда высокого потен-
циала, алмазных дисков и пр.
В последние годы в Советском Союзе разработан ряд конструкций
исполнительных органов ударного действия, у которых исполни-
тельный орган построен так, что энергия удара полностью расхо-
дуется на разрушение породы, но это возможно только при остром
инструменте, так как при его затуплении направление сил изменяется
и ударная нагрузка начинает разрушать конструкцию машины.
Из последних конструкций исполнительных органов ударного
действия рассмотрим исполнительный орган, разработанный в
ЦНИИСе (рис. 97), однако и он имеет недостатки, присущие всем
известным типам исполнительных органов ударного действия.
Из физических методов разрушения крепких горных пород, кото-
рые можно было бы использовать при создании механизированных
щитов, многие находятся в начальной стадии теоретических и экспе-
риментальных исследований, другие разработаны более детально и
уже находят применение. К числу прогрессивных методов относятся:
гидравлические непрерывные и импульсные струи воды; термические
(реактивные горелки термомеханического разрушения); ампульное
и жидкоструйное разрушение пород; электрофизическое разрушение
пород; конденсаторный; магнетронный, магнитный, контактный; ме-
тод ультра- и инфразвуковых волн. Однако механизированных щитов
с исполнительными органами, основанными на использовании одного
или нескольких из перечисленных методов разрушения пород, пока
еще не создано, но экспериментальные и теоретические исследования
показывают, что в этом направлении следует работать.
Основные правила эксплуатации
механизированных щитов
Производство работ при сооружении тоннелей механизирован-
ными щитами должно осуществляться в соответствии с проектами,
законодательством по охране труда, правилам техники безопасности,
противопожарным правилам, действующими техническими усло-
виями, инструкциями на производство тоннельных работ.
К началу проходки тоннеля механизированными щитами строи-
тельная организация должна иметь оформленную документацию,
необходимую для начала производства работ, а также чертеж гидро-
геологического разреза по трассе тоннеля и инженерно-геологические
данные, характеризующие структуру породы на трассе, в том числе
значение показателя сопротивления пород резанию (Рэ), характер
водоносных горизонтов, ожидаемое горное давление и устойчивость
пород.
В проекте организации работ должна быть указана проектная
скорость проходки, обусловленная графиком работы щита.
Должны быть закончены работы по сооружению надшахтного
поверхностного или припортального механизированного горного ком-
168
плекса и нижнего механизированного комплекса у ствола и в около-
ствольном дворе, выполнены все другие устройства, необходимые
при сооружении тоннеля механизированным щитом.
Монтаж механизированного щита должен осуществляться в сле-
дующем порядке: сборка нижних листов оболочки, затем опорного
и ножевого колец; монтаж опоры под главный привод, привода и
исполнительного органа с породопогрузочными и транспортными
устройствами, монтаж оборудования гидравлической системы пита-
ния домкратов и электрического оборудования с пульта управления.
Монтаж щита заканчивается установкой дуг для ведения щита
и резцов на исполнительном органе.
Положение щита и отдельных его узлов и деталей в период мон-
тажа ориентируется по оси тоннеля и нормалям к ней, зафиксиро-
ванным натянутыми проволоками. Направляющие рельсы в лотке
в плане и профиле устанавливаются с точностью ±5 мм; эллиптич-
ность оболочки опорного и ножевого колец ±5 мм; отклонение оси
щита от проектной оси тоннеля ± 10 мм; фактическая ось щита и ось
исполнительного органа должны совпадать с проектной осью тон-
неля, отклонение допускается не более —5 мм; если в нижней части
щита (ленинградский щит) нижняя оболочка отсутствует, ось щита
должна быть ниже оси тоннеля на 30 мм.
При монтаже исполнительных органов в ленинградском и москов-
ском щитах следует особое внимание уделять правильному располо-
жению резцовых гнезд на фрезах, от которых зависит равномерность
распределения нагрузки на резцы. Фрезы устанавливать так, чтобы
горизонтальная линия, соединяющая два противоположных гнезда
одной фрезы, проходила через центр сечения выработки и посредине
между двумя парами резцовых гнезд второй фрезы.
Резцы на фрезах исполнительного органа должны монтироваться
в последнюю очередь, после проведения всех монтажных и подгото-
вительных работ для пуска щита, за исключением разборки крепле-
ния торцовой стенки щитовой камеры. При монтаже резцов надле-
жит соблюдать установленный предел выдвижения резца за габарит
диска с допуском отклонения ±2 мм. Для точной установки резцов
следует пользоваться шаблоном, фиксирующим одинаковую вели-
чину выдвижения для всех резцов.
Резцы должны доставляться к щиту в специальных контейнерах
упакованными между резиновыми прокладками.
Перед испытанием на холостом ходу собранный механизированный
щит должен быть осмотрен и принят специальной комиссией.
Для предъявления щита комиссии из монтажной камеры должны
быть убраны строительные материалы, порода, мусор, металл и
инструменты; пространство между рабочим органом и забоем,
а также между оболочкой щита и камерой должно быть очищено.
Испытания механизмов щита на холостом ходу
должны производиться в следующем порядке’ первым включается
транспортер на щите, затем привод рабочего органа. Во время об-
катки необходимо проверять работу транспортера, исправность при-
169
вода, температуру подшипников, поступление смазки на трущиеся
поверхности, действие копир-резца и вести наблюдение за всеми
механизмами, находящимися в движении. При обнаружении неис-
правности электроприводы должны быть выключены, неисправ-
ность устранена, и только после этого испытания могут быть про-
должены.
Процесс испытания механизма перемещения рабочего органа дол-
жен осуществляться только при вращении рабочего органа. При
испытаниях рабочий орган должен подаваться вперед на полную
величину перемещения и убираться назад в исходное положение,
при котором рабочий орган должен быть установлен так, чтобы его
в случае надобности можно было подать назад на 40—50 мм. При
выдвижении щита из монтажной камеры производится укладка для
упора щитовых домкратов как полных колец обделки, так и полу-
колец в зависимости от геологических условий и количества дом-
кратов, необходимых для выдвижения щита.
Применение других упоров для выдвижения щита из камеры за-
прещается.
Перед выдвижением щита должно быть полностью разобрано
временное крепление забоя щитовой монтажной камеры.
После каждой передвижки щита в монтажной камере необходимо
удалять породу и мусор, скопившиеся у ножевого кольца.
На расстоянии 500 мм от забоя щит надо передвигать при вращаю-
щемся и выдвинутом вперед на 100—150 мм рабочем органе. При
первом же контакте резцов с породой необходимо выключить щитовые
домкраты и включить масляный насос, питающий домкрат подачи
рабочего органа на забой.
Резание породы следует начинать на минимальной подаче рабо-
чего органа — не более 2—4 мм за оборот водила. После выдвижения
рабочего органа вперед на одну заходку его нужно поставить в ис-
ходное положение и переместить щит в выработанное пространство
и при прикосновении резцов с забоем включить домкрат подачи ра-
бочего органа, продолжая резание породы с минимальной скоростью
подачи 2—4 мм за один оборот водила.
При резании породы необходимо проверять работу выгребного
устройства, ковшей и загрузку транспорта; периодически через
каждые 10—15 мин должна проверяться степень нагрева подшипни-
ков редуктора в приводах работающих механизмов.
В начальний период работы щита должен быть установлен рацио-
нальный режим работы рабочего органа, потребляемая мощность
и величина подачи за оборот водила.
После проходки первых 15—20 м тоннеля щит должен быть оста-
новлен на профилактический ремонт. Ответственные части машины
следует вскрыть для выявления н устранения дефектов.
При осмотре щита вход в забойное пространство между исполни-
тельным органом и забоем разрешается только лицам технического
надзора или обслуживающим щит, но под непрерывным наблюдением
технического надзора.
170
Перед входом персонала в призабойную зону между исполнитель-
ным органом и забоем для замены резцов, ремонта механизмов,
крепления забоя и других работ необходимо обесточить электродви-
гатели привода вращения рабочего органа и выключить домкраты
перемещения рабочего органа и щита, а также обесточить электро-
двигатели насосов; на отключенном главном рубильнике необходимо
повесить плакат «Не включать — работают люди»!
Строительная и монтажная организации обязаны в период мон-
тажа, наладочных испытаний и эксплуатации механизированного
щита и комплекса оборудования иметь паспорта на все машины и
механизмы и рабочий журнал, в котором лица сменного технадзора
должны записывать все имевшие место неполадки, причины, вызвав-
шие их, и принятые меры для их устранения, скорости проходки тон-
неля, энергетические показатели работы механизмов по результатам
измерений, число людей, обслуживающих щит, состояние обделки
тоннеля (смещения от оси, эллиптичность, трещины и пр.), состояние
щита, количество замененных резцов, продолжительность и причины
простоев. Рабочий журнал должен быть пронумерован, прошнурован
и скреплен подписью начальника и печатью строительной органи-
зации.
Управление щитом в процессе проходки тоннеля должно осу-
ществляться специально обученными машинистами щита.
Машинист при разработке забоя должен находиться у пульта
управления щита.
Обслуживание механизированного щита и комплекса механизмов
к нему должно осуществляться квалифицированными и специально
обученными дежурными слесарями и электромонтерами.
Перед включением механизированного щита в работу машинист
щита обязан осмотреть забойное пространство впереди рабочего
органа и лично убедиться, что там нет людей, а также отсутствуют ли
завалы породы, остатки крепления или какие-либо другие предметы,
препятствующие выдвижению рабочего органа; машинист щита дол-
жен проверить, есть ли порожние вагонетки у конвейера и на ме-
стах ли обслуживающий персонал. После этого машинист щита дает
световой и звуковой сигналы, предупреждающие о пуске каждого
механизма.
Механизмы щита и комплекса оборудования к нему необходимо
включить в работу для проходки тоннеля в следующем порядке:
большой конвейер, конвейер на щите, привод вращения рабочего
органа и, наконец, привод масляного насоса, питающего домкрат
механизма перемещения рабочего органа.
При врезании резцов в породу машинист щита должен внима-
тельно следить за состоянием забоя. При появлении вывалов круп-
ных кусков горной породы привод подачи и привод вращения рабо-
чего органа следует выключить; после принятия необходимых мер
предосторожности крупные куски породы нужно разрушить отбой-
ным молотком и выдать из призабойного пространства. По окончании
разборки вывала механизмы щита и комплекса оборудования к нему
171
необходимо включать в работу для проходки тоннеля в следующем
порядке: большой конвейер, конвейер на щите, привод масляного
насоса; затем следует отвести рабочий орган назад на 40—50 мм для
разрыва контакта резцов с породой и только после этого включить
привод его вращения.
Машинист щита обязан остановить щит по требованию любого
из работающих в тоннеле людей, а пуск он может производить только
по указанию лиц сменного технадзора.
По окончании разработки забоя на одну заходку нужно переклю-
чить домкрат механизма перемещения рабочего органа на уборку,
рабочий орган, не включая, отвести от забоя на 100—150 мм, и щито-
вые домкраты включить на передвижку щита.
При передвижке щита машинист должен внимательно следить
за тем, чтобы в период этого сложного движения рабочий орган все
время оставался вблизи от забоя, на расстоянии 100—150 мм.
Во время передвижения щита рабочий орган должен вращаться
с целью обеспечения уборки из лотка остатков разрушенной
породы.
При передвижке щита бригадиру нужно находиться в средней
нижней ячейке и следить за тем, чтобы горная порода не скаплива-
лась между кожевым кольцом щита и рабочим органом. Эту породу
или грязь нужно удалить за пределы щита.
При задержке уборки породы в лотке щит должен быть остано-
влен.
Передвижку щита следует вести при давлении рабочей жидкости
в домкратах 140—150 ати. Давление выше указанного является
сигналом машинисту щита о необходимости выключения насоса вы-
сокого давления и прекращения передвижки до выяснения и устра-
нения причин, вызвавших повышенное сопротивление перемещению
щита.
Резание горной породы одновременно с передвижкой щита без
автоматической регулировки скорости подачи запрещается.
Положение оси щита относительно проектной оси тоннеля опре-
деляется маркшейдером. Для этой цели может быть применен метод
определения с помощью визирного прибора в системе двух смонтиро-
ванных на щите стальных дуг и двух сигналов — светового и ориен-
тирного, установленных за щитом в своде готового тоннеля и по мере
ухудшения видимости переставляемых маркшейдерской службой.
Учитывая положение щита относительно проектной трассы, марк-
шейдер должен указать машинисту щита, какими домкратами сле-
дует осуществлять передвижку, и, если не требуется проведения
дополнительных мероприятий, разрешить ее.
При отклонениях оси щита от проектной оси тоннеля, превышаю-
щих установленные допуски, положение щита должно быть испра-
влено последующими его передвижками.
Для устранения вращения щита вокруг оси с наружной поверх-
ности оболочки с двух сторон должны прикрепляться направляющие
накладки.
172
Для устранения занижения («клевания») щита следует подрабаты-
вать породу в сводчатой части забоя копир-резцом, а под ножевое
кольцо в лотковой части подкладывать специальные «лыжи» —
клинья, с которыми щит должен передвигаться до момента, когда
он примет проектное положение.
Завышение щита следует устранять подработкой лотковой части
забоя копир-резцом.
Исправление положения щита, отклонившегося за пределы до-
пустимого влево или вправо от проектной оси, нужно производить
путем подработки забоя копир-резцом, а с соответствующей стороны
закладывать боковые клинья, с которыми щит должен передвигаться
до момента, когда он примет проектное положение.
Для уширения выработки при прохождении щита на кривых участ-
ках трассы нужно также пользоваться копир-резцом и клиньями.
Запрещается пользоваться копир-резцом для уширения выработки
без указаний маркшейдера.
Исправление положения щита в плане и в профиле с помощью
упоров и расклинок, устанавливаемых впереди щита, запрещается.
При передвижении щита маркшейдер должен вести наблюдение
за возможным изменением продольного уклона и перекоса относи-
тельно оси тоннеля.
В случае необходимости во время передвижения щита машинисту
даются указания о дополнительном включении домкратов или выклю-
чении некоторых из них с целью придания щиту требуемого напра-
вления.
Величина бокового опережения щита (перекоса в плане) может
быть определена разностью одновременных отсчетов по двум боковым
рейкам, закрепленным в специальные гнезда на уровне горизонталь-
ного диаметра щита, до передней плоскости последнего уложенного
кольца с учетом его опережения.
Для определения продольного и поперечного уклона щита сле-
дует применять специальные уровни или уклономеры.
После определения положения передвинутого щита маркшейдер
обязан записывать на специальном щитке данные об его отклонениях
в плане и профиле.
Запрещается включение рабочего органа, если резцы находятся
в контакте с горной породой забоя. В этом случае перед включением
рабочий орган следует убрать назад так, чтобы резцы находились
от забоя на 40—50 мм.
Запрещается производить вращение рабочего органа в обратном
направлении без соответствующей перестановки резца.
При ненормальной работе механизмов щита (необычный шум,
толчки, стук, сильные колебания стрелок приборов, неравномерность
хода водила, вибрация, нагрев и пр.) машинист обязан немедленно
отвести рабочий орган от забоя на 40—50 мм и выключить электро-
двигатели приводов вращения и подачи рабочего органа, а потом
доложить об этом лицу сменного технадзора и вместе с пим осмотреть
неисправный механизм и принять меры к ликвидации неисправности.
173
Исправленный механизм следует проверить на холостом ходу й,
убедившись, что он работает нормально, продолжать работу.
Если неисправность не будет обнаружена и устранена, лицо смен-
ного технадзора должно приостановить работу щита и доложить на-
чальнику объекта и главному механику СМУ.
Запрещается производить очистку ковшей от налипшей глины
во время вращения рабочего органа.
Очистка породы, попадающей за отбойный лист в ножевое и опор-
ное кольца, должна производиться по мере надобности.
В процессе проходки тоннеля механизированным щитом перио-
дически должна производиться замена изношенных резцов. Кон-
струкция резцов должна выбираться в зависимости от инженерно-
геологических условий. При пересечении тоннелем горных пород
с малой абразивностью (например, глины) с сопротивлением резанию
резцом-эталоном не более 50 кГ/см2 допускается применение обычных
стержневых резцов (см. рис. 96, а). Во всех других случаях надлежит
применять резцы с вращающейся режущей кромкой конструкции
ЦНИИСа (см. рис. 96, б).
Замену резцов следует производить при предельном из-
носе режущей кромки или при поломке резцов. Резцы заменяют во
время профилактического осмотра рабочего органа, в перерывах
между работой всего агрегата при круглосуточной работе или в ре-
монтную смену.
Для осмотра и смены резцов рабочий орган надлежит поставить
в исходное положение. После этого дежурный слесарь, в обязанность
которого входит замена резцов, должен пройти через верхнюю ячейку
щита в забойное пространство впереди исполнительного органа,
осмотреть резцы и отметить те из них, которые требуют замены.
Затем слесарь должен удалиться из забоя, а машинист щита вклю-
чением привода должен повернуть диски так, чтобы резцы, наме-
ченные к замене, оказались в удобном месте для этой операции.
После этого необходимо выключить привод и произвести замену
резца. Затем таким же способом подводится следующий резец, тре-
бующий замены, и так далее до тех пор, пока все намеченные резцы
будут заменены.
Во время замены резцов машинист не должен отлучаться от пульта
управления во избежание включения электродвигателей другими
лицами.
Смена резцов должна производиться под непрерывным наблюде-
нием технического надзора.
Снятые резцы нужно очистить от грязи, протереть досуха и уло-
жить в контейнер для отправки на заточку.
Заточенные резцы должны поступать на шахту тоже в контейне-
рах упакованными между резиновыми прокладками.
Запрещается бросать и подвергать ударам резцы и вращающиеся
головки резцов, оснащенные пластинками твердого сплава.
Глава V
МЕХАНИЗМЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ МОНТАЖА И ГИДРОИЗОЛЯЦИИ
СБОРНЫХ ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК
§ 17. МАШИНЫ ДЛЯ МОНТАЖА ТОННЕЛЬНОЙ ОБДЕЛКИ
Машины для монтажа тоннельной обделки называются тюбинго-
укладчиками и блокоукладчиками в зависимости от применяемого
вида тоннельной обделки.
С помощью таких машин обеспечиваются все подъемно-транспорт-
ные операции, включая захват элемента тоннельной обделки, разворот
его на 90°, перемещение вдоль оси тоннеля и подъем к месту доставки
в кольце обделки. При монтаже блочной обделки путем применения
поддерживающей крепи обеспечивается заданная геометрическая
форма кольца обделки.
Конструкция монтажных машин зависит от следующих основных
факторов: вида и формы применяемой обделки, размеров и назначе-
ния тоннелей, условий размещения в тоннеле и вида энергии, при-
меняемой на монтаже обделки. Несмотря на различие в конструкции
отдельных узлов, все машины должны обеспечивать: выполнение
заданной геометрической формы кольца блочной обделки при мон-
таже и сохранение ее до затвердения цементно-песчаного раствора
за обделкой; механизацию всех основных производственных процес-
сов при монтаже тоннельной обделки с заданной скоростью продви-
жения забоя.
Машины для монтажа тоннельной обделки классифицируются по
пяти основным признакам, включающим 16 разновидностей кон-
струкции (табл. 26)
Блокоукладчик для монтажа обделки
перегонных тоннелей
Блокоукладчик был применен при сооружении сборной бетонной
обделки перегонных тоннелей на первой очереди строительства
Московского метрополитена. Он является прототипом, на базе кото-
рого велось усовершенствование конструкций укладчиков. С его
175
Таблица 26-					1 1 По назначению тоннелей	—	винаьвневн оаонынгевс! dawex и HOHOjadau вояхэвнЛ xiixiodoM bit}/	
								
						—	BOtfOX Х1ЧННОЕЯВН uiftf	
								
		-				—	XHHjKodotfOHeairaw ki/[/	
								
							ХИННОН1ШВ1Э В I?}/	m
					>			СЧ
							XRHHojadau игр	
								-
								
					IV. По конструкции подъемно- транспортных механизмов			
						—	мф	
			—					
		S и						
							oaairoM эоньова'П	2 о
	=s о я Л О)						JBhHJ	
								
								
	1	С С D * 3	—		III. По виду энергии, используемой подъемно-транспортными механизмами			
							ивньЛ^	00
	я о							
	с г	С				—	BBMaahiiL’BBdtfiij	
								
	Машины					- i	KEMaahiidiMaL’g	°
								
	—				По размещению подъемно- гранспортных механизмов			
							ain't!! ВЦ	
								
								awdo<})iBL’ii в н	
							—	
					»—<		ЭЯЖЭ1ГЭ1 и	
								
								
					I. По видам тоннельной обделки		HMHhVBL’MXoJHHQOI^	Ol
								
							иян!11Гв1гяКояо1гд	
176
помощью монтировались кольца из двенадцати одинаковых блоков
весом 1,3 т каждый. Наружный диаметр обделки 6,5 м, внутрен-
ний— 5,5 м, ширина блока (кольца) 0,75 м, толщина 0,5 м. Связей
растяжения в стыках блоков и колец не имеется. Блоки двух смеж-
ных колец укладывались с перевязкой в половину блока.
Установка отдельных блоков производилась монтажным рычагом
(рукой эректора) в радиальном направлении, а последний ключевой
Рис. 98. Блокоукладчик для монтажа обделки перегонных тоннелей
блок заводился на свое место с торца посредством обратного движе-
ния коробки механизмов с монтажным рычагом при одновременной
подаче блока на место усилием щитового домкрата.
Блокоукладчик (классифицируется индексами 1, 3, 6, 9, 12;
см. табл. 26) состоит из тележки эректора 1 (рис. 98) коробки меха-
низмов 2, монтажного рычага (рука эректора) 3 и крепи для удержа-
ния блочного кольца в заданной геометрической форме 4.
Жесткая конструкция тележки имеет три яруса. Нижний ярус
тележки является несущей рамой, посаженной на три пары ходовых
колес.
Система взаимно пересекающихся балок образует средний ярус
с платформой 5, на которой расположены, коробка механизмов 2
для передвижения тележки и площадки для лиц обслуживающего
персонала.
Верхняя платформа 6 несет два растворонагнетателя 7, два гра-
виенагнетателя 8 и кран-укосину для подъема раствора и гравия на
12 Зак. 630
177
верхнюю платформу. Тележка перемещается вдоль оси тоннеля по
рельсам 9. Ширина колеи 4800 мм.
Стальная коробка с электроприводом движения руки эректора 3
расположена в передней части тележки. Поступательное перемеще-
ние коробки механизмов 2 на расстояние 1000 мм осуществляется
от электропривода с электромотором мощностью 4,5 кет через си-
стему зубчатых цилиндрических колес и зубчатых реек 10, располо-
женных на направляющих балках.
Монтажный рычаг (рука эректора) 3 смонтирован на полом валу,
размещенном в коробке механизмов. Он получает вращение от элек-
тродвигателя мощностью 14,5 кет через редуктор и две пары цилин-
дрических зубчатых колес, насаженных на вспомогательные валы.
Удлинение монтажного рычага 3 производится с помощью элек-
тродвигателя мощностью 11 кет через цепную передачу к валу, по-
мещенному внутри полого вала монтажного рычага, а далее посредст-
вом пары конических зубчатых колес вращение передается винту,
помещенному в коробке рычага. При вращении винта вдоль его оси
перемещается гайка, соединенная с выдвижной балкой рычага. На
конце монтажного рычага имеется головка с двумя захватами и чер-
вячным механизмом для захвата блока с блоковозки.
Для поддержания части еще незамкнутого кольца на тележке
смонтирована поддерживающая кольцо крепь 4, состоящая из двух
кружальных арок 11, опирающихся на раму передней части тележки.
Эти арки поддерживают блоки двенадцатью подвижными балками 12,
которые перемещаются в продольном направлении вручную, в ра-
диальном — ручными винтовыми домкратами.
Вес конструкции тележки 30 т, а общий вес ее с ручкой
эректора 50 т.
Двухрычажный тюбингоукладчик
с пустотелым валом
С появлением механизированных проходческих щитов скорость
проходки перегонных тоннелей увеличилась. В связи с увеличе-
нием скорости появилась необходимость увеличить скорость мон-
тажа кольца тоннельной обделки.
При разработке породы исполнительным органом механизирован-
ного щита возникла необходимость в непрерывной уборке разрушен-
ной породы из забоя за пределы щита. В соответствии с этими новыми
требованиями был разработан проект и изготовлена серия тюбинго-
укладчиков с двумя монтажными рычагами и пустотелым валом, через
который с помощью транспортера убиралась разрушенная в забое
порода.
Такая конструкция тюбингоукладчика позволила значительно
увеличить скорость сборки тюбингового кольца и совместить монтаж
обделки с разработкой породы в забое, выдачей ее из забоя и погруз-
кой в вагонетки и тем самым обеспечить непрерывную, поточную
организацию работ на участке.
178
Двухрычажный тюбингоукладчик классифицируется индексами
2, 4, 6, 9, 12 (см. табл. 26).
Тюбингоукладчик со всем подсобным оборудованием установлен
на специальных секционных платформах общей длиной 24 м, шар-
нирно связанных между собой и со щитом и перемещаемыми вместе
со щитом гидравлическими домкратами. Тюбингоукладчик (рис. 99)
состоит из несущей рамы 1, опирающейся через кронштейны 2 на
балки 3, передвигающиеся по роликам 4.
На несущей раме 1 смонтирован привод блокоукладчика, на вы-
ходном пустотелом валу 5 которого укреплены два монтажных ры-
чага 6 и 7. Рычаги работают независимо один от другого, поэтому
позволяют укладывать тюбинги в кольцо одновременно на правую
и левую стороны тоннеля, начиная снизу.
На несущей же раме 1 смонтирован насос высокого давления 8
и бак с эмульсией.
В полом валу привода собран ленточный конвейер, который за-
гружается через бункер 10 и транспортирует породу за пределы
тележки.
Тюбинги к монтажным рычагам подаются по рольгангу 9, уста-
новленному с наклоном. На этой же раме смонтированы рабочие
площадки, с которых производится монтаж кольца.
Такие двухрукие тюбингоукладчики широко применены на
строительстве Ленинградского метрополитена. Они входят в со-
став комплекса механизации за механизированными щитами.
Практика применения тюбингоукладчиков с полым валом на Лен-
метрострое показала существенные преимущества, позволяющие осу-
ществлять поточный метод проходки тоннелей. Поэтому за москов-
ским щитом 105 в комплекс механизмов вошел тюбингоукладчик
с полым валом, конструкция которого отлична от конструкции опи-
санного, но принцип пропуска породы от щита через полый вал
сохранен.
Щитовой гидравлический блокоукладчик
Гидравлический укладчик (рис. 100) предназначается для
монтажа тоннельной обделки из крупных железобетонных блоков
внешним диаметром 6 м при ширине кольца — 1 м.
По классификации он описан индексами 1, 5, 7, 9, 11 (см. табл. 26)
и состоит из двух отдельно выполненных конструкций: блокоуклад-
чика, смонтированного на щите, и подвижной крепи, смонтирован-
ной в тоннеле за щитом. В связи с размещением блокоукладчика
на щите последний реконструируется: в хвостовой части средней
ячейки щита усиливаются вертикальные перегородки. В левой боко-
вой ячейке щита устанавливается быстроходный насос Ленинград-
ского завода, питающий щитовые домкраты 6 и привод 1 укладчика
блоков.
Укладка блоков в кольцо производится монтажным рычагом 4,
установленным на выходном валу гидропривода, размещенного
в стальном сварном коробе 5. Короб привода жестко скреплен с боко-
12*
179
Рис. 99. Двухрычажный тюбингоукладчик
Рис. 100. Щитовой гидра-
влический укладчик
выми продольными балками 2, оборудованными ползушками, кото-
рые при монтаже блока имеют свободу перемешаться между напра-
вляющими 7.
Для торможения монтажного рычага, между коробом привода
и монтажным рычагом смонтирован фрикционный тормоз с буферными
пружинами и гидропатронами.
Радиальное удлинение штанги рычага производится гидравличе-
ским домкратом, вмонтированным в короб монтажного рычага. Ры-
чаг перемещается вдоль оси тоннеля вместе с двумя гидродомкратами,
подвешенными к направляющим 7.
На выступающем конце штанги рычага приварена траверса 3
с винтами разворота захвата. Захватное устройство шарнирно под-
вешено к штанге.
Подвижная крепь служит для поддержания блоков в монтажный
период и для придания кольцу обделки заданной геометрической
формы с учетом, что нагнетание раствора за обделку производится
во второе или третье кольцо от щита.
Подвижная крепь состоит из двух независимых кружальных сек-
ций 8 и 9. Внешний диаметр секции соответствует внутреннему диа-
метру обделки. Обе секции оборудованы балками 10 по восьми штук
в каждой секции. В балках секции 9 вмонтированы выдвижные
штанги для поддержания очередного блока, уложенного в кольцо
обделки. Штанги выдвигаются гидродомкратами.
Перемещение секций производится последовательно двумя гидра-
влическими домкратами.
Для перемещения первой секции нагрузка от обделки передается
на вторую секцию, затем с помощью гидравлического устройства
секция отводится от обделки и передвигается под очередное монтируе-
мое кольцо обделки. Передвинувшись вперед и приняв на себя на-
грузку, первая секция готова к укладке очередного кольца. Блок
под захват подается тельфером 11, подвешенным на монорельсе.
Для обслуживания передвижная крепь оборудована постоянными
и выдвижными площадками.
Гидросистема передвижки крепи самостоятельная; насос 12 высо-
кого давления и бак для эмульсии размещены на площадке крепи.
Цевочный укладчик для монтажа тоннельной обделки
Укладчик классифицируется индексами 1, 2, 5, 6, 10 (см.
табл. 26).
Укладчик (рис. 101) состоит из опорного кольца щита, к которому
кронштейнами 1 прикреплено кольцо из рельса 2; вращающегося
кольца 4, ходовые колеса 3 которого катятся по кольцу 2 цевочного
колеса 5, закрепленного на кольце 4 со стороны забоя посредством
кронштейнов; электродвигателей 6, установленных на левой и правой
площадках среднего яруса щита и служащих приводом цевочного
колеса, и каретки 7, размещенной на кольце 4 со стороны тоннеля
и предназначенной для захвата элементов тоннельной обделки.
182
8ид со стороны тоннеля
Рис. 101. Цевочный укладчик
Для подачи элементов в зону действия захвата на укладчике
имеется монорельс с навесной рабочей площадкой 8 и электротель-
фером 9.
Для монтажа кольца элемент обделки поднимается с блоковозки
электротельфером 9 на некоторую высоту, разворачивается на 90°
и подается по монорельсу в зону монтажа очередного кольца обделки
и опускается на оболочку щита. Тельфер отводится в исходное поло-
жение за следующим элементом обделки. Включается привод цевоч-
ного колеса. Каретка 7 захватывает элемент обделки и переносит
его к месту установки. Блок перемещается по радиусу и устанавли-
вается в кольце электрическим винтовым домкратом 10, а в продоль-
ном направлении — ручным механизмом продольной регулировки И.
Оба эти механизма смонтированы на каретке 7. Установленный
элемент обделки болтами соединяется с ранее установленным
кольцом.
Цевочное колесо вращается со скоростью 1,18 об/мин. Блок по
радиусу перемещается со скоростью 0,024 м/сек. Мощность электро-
двигателей: каретки 2,5 кет, колеса (2 х 4, 5) 9 кет, тельфера подъ-
ема 4,5 кет, передвижения тельфера 1,2 кет. Вес укладчика без тель-
фера 12 500 кг.
Тюбингоукладчик для монтажа обделки
станционных тоннелей
Станционные тоннели небольшой длины расположены в непосред-
ственной близости один от другого. Эта особенность станционных тон-
нелей обусловливает особые требования к машинам для монтажа тон-
нельной обделки. Размер их по оси тоннеля должен быть сжат, чтобы
участок тоннеля для сборки машины занимал не более 5—6 м; чтобы
конструкция отдельных узлов способствовала сборке и разборке всей
машины в короткое время.
Тюбингоукладчик (рис. 102, классифицируется индексами 2, 3, 6,
9, 12; см. табл. 26) состоит из следующих узлов:
Рамы 1 сборно-сварной конструкции, служащей основанием для
сборки всех узлов. Рама перемещается за щитом двумя гидравличе-
скими домкратами 2, корпуса которых укреплены на раме 1, а плун-
жеры посредством кронштейнов 3 упираются в ребра обделки. После
окончания передвижки кронштейны 3 выводятся из зацепления с об-
водкой и плунжеры убираются в исходное положение. Передвижка
ведется по роликам 4 на кронштейнах 5.
На раме 1 смонтирована коробка механизмов 6, на выходном
валу которой смонтирован монтажный рычаг 7. Коробка механизмов
имеет возможность перемещаться в направлении оси тоннеля и
обратно по направляющим 8.
Монтажный рычаг представляет собой сборный стальной короб,
внутри которого вмонтирована выдвижная штанга 9 с захватом 10.
Управление вращением монтажного рычага, перемещением коробки
механизмов и выдвижением штанги размещено внутри коробок ме-
184
ханизмов и осуществляется одним человеком — машинистом тюбинго-
укладчика.
Для выполнения комплекса производственных процессов по мон-
тажу обделки на раме 1 смонтированы подмости 11 с выдвижными
рабочими площадками 12.
Рис. 102. Тюбингоукладчик для монтажа обделки станционных тоннелей
На верхней площадке установлена кран-укосина 13 для подъема
сухой песчано-цементной смеси для нагнетания за обделку насоса-
ми 14, также установленными на верхней площадке.
С обеих сторон от коробки механизмов на раме 1 установлены
насосы высокого давления 15 для подачи эмульсии к щитовым дом-
кратам.
Процесс монтажа тюбингового кольца начинается с лотка и по-
следовательной установкой тюбингов; с обеих сторон тоннеля кольцо
замыкается в своде замковым тюбингом.
185
Такой станционный тюбингоукладчик применялся на первых оче-
редях Московского метрополитена. Впоследствии он был реконструи-
рован, но принципиальных изменений при реконструкции не получил.
Тюбингоукладчик для возведения обделки
наклонных выработок
Тюбингоукладчик классифицируется индексами 2, 3, 6, 9, 15
(см. табл. 26). Укладчик предназначается для возведения тюбинговой
тоннельной обделки в наклонных выработках диаметром 8500 мм.
Укладчик состоит из тележки 1 (рис. 103) и монтажного рычага 2.
На тележке смонтирован привод монтажного рычага 3, платформа
для производства работ 4 с выдвижными площадками 5. Тележка 1
спускается к месту установки очередного кольца обделки лебедкой 6
по кронштейнам 7, установленным на тюбингах обделки.
Приводом монтажного рычага служат электродвигатели мощ-
ностью 7 квтс редуктором. Рычаг вращается со скоростью 1,61 об/мин.
Монтажный рычаг 2 сварной коробчатый, внутри короба 8 вмон-
тирован выдвижной рычаг 9 с захватом 10.
Рычаг 9 выдвигается электроприводом 11, смонтированным на
коробе. Вращение электродвигателя через пару цилиндрических
шестерен передается винту, размещенному в коробе 8. При вращении
винта гайка с укрепленным на ней рычагом 9 перемещается, удлиняя
или укорачивая радиус вращения рычага.
Порядок монтажа обделки следующий: тюбинг на тюбинговозке
по рельсовым путям спускается к забою, захватывается захватом,
разворачивается на 90°, приподнимается с тележки и монтажным
рычагом укладывается в кольцо. Подача по радиусу производится
путем удлинения монтажного рычага. Установленный на место тю-
бинг болтами крепится к ранее установленному кольцу обделки и
к тюбингу монтируемого кольца.
Блокоукладчик для возведения обделки
железнодорожных тоннелей
Однопутные железнодорожные тоннели обычно имеют эллиптиче-
скую форму сечения. Трасса тоннелей прокладывается преимущест-
венно в скальных породах. Проходка осуществляется буровзрывным
способом без применения проходческих щитов. Для возведения блоч-
ной обделки железнодорожных тоннелей применяется блокоуклад-
чик, который классифицируется индексами 1, 3, 7, 11, 14 (см.
табл. 26). Блокоукладчик (рис. 104) состоит из тележки 1 на рельсо-
вом ходу и смонтированной на ней двухэтажной рамы 2. Со стороны
забоя на раме установлены две буровые колонки 3 с автоподатчи-
ками 4. На втором этаже рамы смонтирован дуговой блокоукладчик 5.
Блоки устанавливаются в обделку гидравлическими домкратами 6.
Раствор для нагнетания за обделку подается краном-укосиной 7,
смонтированной на раме 2,
186
Рис. 103. Укладчик обделки наклонных ходов
ODSL
Рис. 104. Блокоукладчик для возведения обделки железнодорожных тоннелей
Ручной тюбингоукладчик
Ручной тюбингоукладчик (рис. 105) предназначен для монтажа
обделки из железобетонных тюбингов весом 970 кг на коротких уча-
стках трассы с наружным диаметром 6 м. Однако его успешно ис-
пользовали на монтаже обделки из чугунных тюбингов на строитель-
стве первой очереди Ленинградского метрополитена.
Эректор классифицируется индексами 2, 4, 8, 9, 16 (см.
табл. 26).
Ручной эректор состоит из вертикальной опорной ромбической
фермы, изготовленной из швеллеров № 14 и уголков № 7, 5. Ферма
в нижней части снабжена парой металлических башмаков 1, распо-
ложенных в нижней части рамы и передающих вертикальные усилия
на нижние тюбинги обделки. Ферма с башмаком соединена шарнирно,
поэтому, несмотря на неровности обделки, усилия равномерно рас-
пределяются.
Ферма вверху и внизу крепится к ранее собранному кольцу
обделки четырьмя откидными кронштейнами 2. Эти кронштейны
передают на обделку горизонтальные усилия, возникающие при
монтаже. Длина кронштейнов регулируется в пределах 60 мм, что
позволяет крепить эректор, когда расположение болтовых отверстий
в кольце обделки значительно расходится с их проектным поло-
жением.
Рычаг эректора смонтирован на неподвижной оси, консольно
выступающей вперед и укрепленной в средней части фермы. Мон-
тажный рычаг 3 состоит из кольца 4, укрепленного спицами на мас-
сивной втулке коробчатой балки, приваренной к этой же втулке
и к кольцу, и выдвижной части с захватом для тюбинга, которая
перемещается по направляющим внутри коробчатой балки. На
балке закреплен ручной привод 5 для радиального выдвижения,
состоящий из самотормозящей червячной пары с передаточным отно-
шением 1 : 40 и цепной звездочки, составляющей одно целое с валом
червячного колеса; привод заключен в чугунный корпус и дает
возможность выдвигать сварной захват с тюбингом на 825 мм. За-
хват 6 имеет четыре пальца, которые вдвигаются в болтовые отвер-
стия тюбинга. Каждая пара пальцев перемещается при повороте
ручки кривошипно-шатунного механизма. Для укладки замкового
тюбинга захват может отводиться от среднего положения. На задней
стороне фермы смонтирован ручной привод рычага эректора. Вал
рычага эректора имеет ограничитель, не допускающий поворота
рычага на 360°; для перекрытия мертвого сектора надо переставить
чеку в другое отверстие.
Механизм привода имеет ленточный тормоз для торможения
монтажного рычага с тюбингом вправо или влево от среднего нижнего
положения. Для уравновешивания монтажного рычага имеется про-
тивовес.
Эректоры передвигаются реечным домкратом, который своим
основанием упирается в ребро тюбинговой обделки, а головкой
189

в основание эректора. Четыре болта, которыми крепится эректор
к обделке, при передвижке снимаются, при этом эректор в верти-
кальном положении удерживается направляющей трубой 7 и двумя
кронштейнами, закрепленными болтами к обделке.
Общий вес эректора 3120 кг.
Шагающий блокоукладчик
Шагающий блокоукладчик Б-8 классифицируется индексами 1, 4,
7, 9, 12 (см. табл. 26). Блокоукладчик предназначен для возведения
блочной обделки перегонных тоннелей метрополитенов.
Блокоукладчик (рис. 106) состоит из металлоконструкций, 1 уста-
новленных на четырех опорах, оборудованных гидравлическими
домкратами 2; монтажного рычага 3; привода 4 монтажного рычага;
механизма шагания 5; рабочих выдвижных площадок 6 и вспомо-
гательных устройств 7 для удержания блоков обделки в период
монтажа.
Шагающий блокоукладчик изготовляется заводом № 5 Главтон-
нельметростроя и с небольшими конструктивными изменениями нахо-
дит применение на строительстве советских метрополитенов как
основной тип блокоукладчиков.
Блокоукладчик применяется при внутреннем диаметре обделки
5,1 м, максимальном весе блока 2080 кг и ширине блочного кольца
1 м.
Техническая характеристика
Скорость вращения главного вала, об/мин ....	2,26
Крутящий момент на выходном валу редуктора,
кГ-м............................................... 2240
Общее передаточное число............................. 419,8
Электродвигатель:
тип............................................. МТ31-6
мощность, кет .................................... 11
скорость вращения, об/мин............. 950
Механизм шагания:
ход шагания, мм.......................... 1500
» домкратов подъема ............................ 90
усилие, т домкратов передвижения ....	65
»	» четырех домкратов подъема ...	40
рабочее давление в сети, кГ/см2............. 150
Рычаг:
привод выдвижения.........................Гидравлический
ход штанги, мм................................. 1650
скорость выдвижения штанги рычага при на-
сосе производительностью 33 л/мин, м/мин	1,2
Выдвижные балки и площадки:
привод............................ Гидравлический
рабочее давление, кГ/см2 .	............ 65 и 150
количество площадок	............................ 4
ход площадок, мм . . .........	2500
количество балок..................... 6
ход балок, мм ................................... 1100
количество площадок для	замков	тюбингов	1
ход выдвижения, мм	.......................... 1500
191
13 Зак. 630
Рис. 106. Шагающий бло-
коукладчик:
а — вид со стороны щита;
б — внд сбоку
§ 18. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАГНЕТАНИЯ
Для заполнения пустот между тоннельной обделкой и породой
пользуются различными материалами (растворами и сыпучими).
К растворам относятся глинистый, глино-цементный, песчано-цемент-
ный и др.
К сыпучим материалам относятся гравий и крупнозернистый пе-
сок. При нагнетании гравия соблюдают строгую сортировку его зерен
по форме и размерам. Несортированный гравий забивает шланги
и плохо транспортируется. Заполнение пустот раствором произво-
дится с помощью пневматических растворонагнетателей и растворо-
насосов. При заполнении пустот гравием пользуются гравиенагнета-
телями. Для избежания некачественного заполнения и оставления
пустот нагнетание раствора производится в две стадии, из которых
начальная называется первичным нагнетанием, а последующая вто-
ричным или контрольным нагнетанием.
Первичное нагнетание осуществляется пневматическими раство-
ронагнетателями и растворонасосами; вторичное (контрольное) вы-
полняется только растворонасосами повышенного давления.
Растворонасосы подразделяются на прямодействующие и диаф-
рагмовые. Прямодействующие насосы производят подачу раствора
непосредственно плунжером.
Диафрагмовые насосы подают раствор резиновой диафрагмой,
приводимой в действие промежуточной жидкостью, на которую воз-
действует плунжер. Диафрагмовые растворонасосы выпускаются
для работы с промежуточной жидкостью и без нее. Для создания
качественного заполнения раствор нагнетается в заобделочное про-
странство, начиная с нижней части тоннеля и постепенно переходя
в верхнюю. Для избежания вытекания раствора отверстия для на-
гнетания в блочной обделке закрываются деревянными пробками.
В тюбинговой (чугунной) обделке отверстия закрываются специаль-
ными чугунными пробками на резьбе.
Пневматические растворонагнетатели
Для первичного нагнетания применяются пневматические раство-
ронагнетатели трех видов: горизонтальные с электроприводом и
вертикальные однокамерные и двухкамерные. Из них первые два
периодического действия и третий — непрерывного действия.
Горизонтальный растворонагнетатель (рис. 107) состоит из ме-
таллической рамы /, герметически закрываемого цилиндра И,
загрузочной воронки 9, конической крышки 10, двухлопастной ме-
шалки 7, вала 6, электродвигателя 2, соединительных муфт 3 и 5,
редуктора 4, нагнетательного воздухопровода 14 с пробковыми
кранами 13, 12 и 15, нагнетательного растворопровода 16 с пробко-
вым краном 17 и крана 8 для выпуска воздуха из цилиндра 11.
Приготовление раствора и нагнетание его за обделочное про-
странство производятся в следующем порядке: через загрузочное
отверстие воронки Va часть цилиндра заполняется водой, после
194
чего включается электродвигатель, приводящий во вращательное
движение вал с мешалкой. Затем цилиндр загружается сухой
смесью песка и цемента (в соотношениях 1 : 3-ь1 : 5) с одно-
временным перемешиванием в течение 5—7 мин. По окончании
загрузки (не прекращая перемешивания) закрывается загрузоч-
ное отверстие и открываются краны 12 и 13 для заполнения ци-
линдра сжатым воздухом, поступающим из воздухопровода 14 под
Рис. 107. Общий вид растворонагнетателя в горизонтальном исполнении
давлением 4—5 ати. Под воздействием давления сжатого воздуха
коническая крышка, снабженная уплотняющей резиновой проклад-
кой, герметически закрывает отверстие загрузочной воронки. Затем
открывается кран 17, соединяющий цилиндр И с нагнетательным
растворопроводом 16, и раствор под воздействием давления сжатого
воздуха из цилиндра подается в растворопровод, а затем по шлангу
через сопло — в заобделочное пространство. После окончания нагне-
тания прекращается подача воздуха в цилиндр, для чего закрываются
вентили 12, 13 и 15 и открывается вентиль 8, через который выпу-
скается в атмосферу оставшийся в цилиндре воздух. Затем откры-
вается загрузочное отверстие и все операции повторяются в той же
последовательности. Для избежания засорения шланга, арматуры
13*
195
и растворонагнетателя периодически в течение смены производится
промывка водой и продувка сжатым воздухом всей нагнетательной
системы.
Техническая характеристика
Рабочее давление сжатого воздуха, ати ......... 5
Расход сжатого воздуха на 1 л3 замеса при длине
шланга 20 м, м3 . . . .	............... 0,5
Емкость цилиндра, м3......................... .	0,235
Мощность электродвигателя, кет................. 6,1
Скорость вращения электродвигателя, об/мин . . 950
Число оборотов мешалки ...	. 27—30
Вертикальный однокамерный пневматический растворонагнета-
тель (рис. 108) состоит из цилиндра 1, загрузочной воронки 11,
герметически закрываемого колпака
12, распределительного устройства
5, винтовой лопасти 4, конической
зубчатой передачи 8, редуктора 7,
электродвигателя 6, воздухопровода
9 и кранов 10 и 2.
Нагнетание производится в сле-
дующем порядке. Через отверстие
в загрузочной воронке цилиндра на-
полняется раствором, после чего
отверстие закрывается колпаком и
включается электродвигатель. Затем
открывается кран 10 для заполнения
цилиндра сжатым воздухом и нагне-
тается раствор из цилиндра по раст-
воропроводу 3 в заобделочное про-
странство. После окончания нагне-
тания закрывается кран 10 для пре-
Рис. 108. Однокамерный растворо- кращения подачи сжатого воздуха
нагнетатель	в ЦИЛИНдр и открывается кран 2 для
выпуска оставшегося в нем воз-
духа. Последующее нагнетание производится в том же порядке.
Пневматические двухкамерные растворонагнетатели непрерыв-
ного действия в вертикальном исполнении выпускаются двух ти-
пов— КР5 и КР-НМ. В отличие от растворонагнетателей периодичес-
кого действия, они имеют две спаренные камеры (цилиндры), рабо-
тающие попеременно. При этом очередные загрузки камер раствором
производятся при оставлении в них части раствора от предыдущей
загрузки. Отличаются они от однокамерных растворонагнетателей
еще и тем, что у них отсутствует распределительное устройство и
электропривод, что упрощает конструкцию и снижает их стоимость.
Последовательность операций, производимых при нагнетании,
такая же, как у однокамерных растворонагнетателей, но исклю-
чаются промежуточные (между циклами) пуск и остановка электро-
двигателя.
196
Техническая характеристика однокамерных и двухкамерных
растворонагнетателей приводится в табл. 27.
Таблица 27
Показатели	Одно- камерный	Двухкамерный	
		КР	KP-HM
Производительность, мя/ч Рабочее давление сжатого	1.2—1,5	2—3	1,2—1,5
воздуха, ати Расход сжатого воздуха,	5—7	5-7	5—7
мя/мин	 Дальность подачи раствора, м:	1,5—1,2	1,5—1,2	1,5—1,2
по горизонтали	40—50	40—50	40—50
» вертикали .... Габаритные размеры, м:	15—20	25—20	25—20
длина ....	2,5	1,45	1,09
ширина .	1,0	0,8	0,75
высота	2	1,51	1,22
Вес, кг	400	300	220
Мощность электродвигателя компрессора для подачи сжатого
воздуха к одному растворонагнетателю 20 кет. Расход электроэнер-
гии для выработки сжатого воздуха, потребляемого растворонагне-
тателем, значительно больше, чем растворонасоса той же произво-
дительности. Качество раствора, нагнетаемого растворонагнетателем,
хуже вследствие насыщения его воздухом, поэтому рекомендуется
работать растворонасосами.
Растворонасосы
Прямодействующий растворонасос МГЖС (рис. 109) состоит из
электродвигателя 1, упругой муфты 2, редуктора 3, коленчатого
вала 4, бункера 7 для раствора, воздушного колпака 8, впускного 6
и нагнетательного 9 шаровых клапанов, сальникового уплотнения 12.
Раствор поступает из бункера 7 в рабочую камеру 10, когда плун-
жер И совершает обратный ход. При движении плунжера в сторону,
показанную стрелкой, раствор из рабочей камеры подается в воздуш-
ный колпак 8, а затем по нагнетательному трубопроводу в заобде-
лочное пространство. Характер движения раствора обусловливает
необходимость применения легких плавающих в растворе шаровых
металлических пустотелых клапанов, которые прижимаются к ре-
зиновым седлам. Плунжер 11 при движении соприкасается с сальни-
ковым уплотнением 5, а не со стенками рабочей камеры 10. Нагне-
тательный клапан 9 совершает горизонтальное возвратно-поступа-
тельное движение. Две пары косозубых передач и кривошипно-
шатунный механизм размещены в общем корпусе редуктора 3, за-
литого маслом. Плунжер 11 предохраняется от износа сменной ру-
197
башкой. Подсос воздуха в рабочую камеру приводит к прекращению
действия растворонасоса. Поэтому надо следить, чтобы бункер 7
во время работы насоса был загружен раствором.
Растворонасос с цилиндрической диафрагмой (рис. НО) и сво-
бодно действующими шаровыми клапанами, работает с промежу-
точной жидкостью.
От электродвигателя 8 через зубчатую передачу 9 движение
передается коленчатому валу, а от него через шатун 10 — плун-
жеру 11. При рабочем ходе плунжера под действием промежуточной
жидкости резиновая диафрагма 13 прогибается, уменьшая объем
рабочей камеры 14 и выталкивая из нее через нагнетательный кла-
пан 5 порцию раствора в воздушной колпак 3 и далее в нагнетатель-
ный трубопровод 4. При обратном ходе плунжера под влиянием
образующегося вакуума резиновая диафрагма принимает свое перво-
начальное положение, и раствор из бункера 1 через впускной кла-
пан 15 поступает в рабочую камеру. Воздушный колпак 3 служит
для уменьшения величины пульсации и тем самым создает равномер-
ную непрерывную подачу раствора. При повышении в нагнетатель-
ном трубопроводе давлений сверх установленного срабатывает пре-
дохранительный клапан 7 и часть промежуточной жидкости (воды)
выливается из водяной камеры 12 в резервуар предохранительного
клапана, объединенного с заливочным устройством. После срабаты-
вания предохранительного клапана необходимо вновь залить в кор-
пус насоса воду. Выпускается раствор через перепускное устрой-
ство 2. Производительность насоса уменьшается путем недолива
воды в корпус насоса. Недостатком растворонасосов этого типа
является сложность изготовления цилиндрических резиновых диаф-
рагм.
Техническая характеристика растворонасосов с цилиндрической
диафрагмой приводится в табл. 28.
Растворонасос с плоской диафрагмой (рис. 111) состоит из ци-
линдра 1 с плунжером 16 и присоединенной к цилиндру клапанной
коробки 7. Между коробкой и цилиндром расположена плоская
198
Рис. 110. Растворонасос передвижной производительностью 6 At3 с цилин-
дрической диафрагмой
Рис. 111. Растворонасос с плоской диафрагмой
Таблица 28
Показатели	Тип растворонасоса				
	РН-1	С-2ЮА	С-211	С-211А	С-232
Производительность, м3/ч	6	6	3	3	6
Рабочее давление, ати . . .	15	15	15	15	15
Характеристика плунжера: диаметр, мм	95	НО	100	ПО	НО
ход, мм 		240	180	130	ПО	НО
число ходов в минуту	80	80	80	80	160
Диаметр выходного отверстия, мм		65	65	65	65	65
Мощность электродвигателя, квт 		7	7	3,7	3,5	7
Габариты, мм: длина ...	2950	2870	2015	2080	2000
ширина ,	ИЗО	900	830	800	800
высота	1450	1300	1200	1300	1300
Емкость бункера, л		120	120	120	120	120
Дальность подачи раствора, м: по горизонтали		125	125	125	125	125
» вертикали	40	40	40	40	40
Вес, кг: растворонасоса	1450	1120	300	750	750
растворопровода . .	450	450	300	300	300
резиновая диафрагма 6. Такие диафрагмы легко могут быть изго-
товлены из листовой резины. Клапанная коробка имеет два отвер-
стия, в которых расположены клапаны всасывающий 5 и нагнета-
Таблица 29
Показатели	Тип растворонасоса			
	С-251	С-256	С-263	С-317
Производительность, мя/ч .	1	2	3	6
Рабочее давление, ати	10	15	15	15
Число цилиндров	... Характеристика плунжера:	1	1	1	1
диаметр, мм		80	80	80	. НО
ход, мм		74	74	86	120
число ходов в минуту		90	150	180	138
Диаметр выходного отверстия, мм	38	50	50	65
Мощность электродвигателя, квт . . . Габариты, мм:	1,7	2,2	2,2	7
длина	1240	1240	1240	1200
ширина .	445	445	445	560
высота	  . Дальность подачи раствора, мм:	760	760	760	1000
по горизонтали		75	100	100	125
» вертикали Вес, кг:	25	35	35	40
растворонасоса	•	180	180	180	400
растворопровода .	.у	20	—	130	250
тельный 8. В верхней части клапанной коробки расположен воздуш-
ный колпак 10 и манометр 11. В нижней части колпак имеет шту-
цер 9 для выхода из насоса раствора в нагнетательный шланг или
трубопровод и далее в заобделочное пространство. Над цилиндром
находится загрузочная воронка 12 для заливки воды. Воронка имеет
предохранительный клапан 13. В нижней части цилиндр снабжен
спускным краном 2. Электродвигатель 14 через передачу 15 приво-
дит в движение плунжер 16 цилиндра 1. Бункер соединен с насосом
через патрубок 4 и колено 3. Насос установлен на передвижной
тележке.
Техническая характеристика растворонасосов с плоской диаф-
рагмой приводится в табл. 29.
§ 19. ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ РАБОТ
Гидроизоляция предотвращает проникновение грунтовых вод
в подземное сооружение. Средствами для устройства гидроизоляции
являются нанесение гидроизоляционного слоя на внутреннюю или
наружную поверхность обделки и чеканка швов в местах сопря-
жения элементов обделки.
Основными материалами для устройства гидроизоляции служат
битум № 3 и 4, руберойд, гидроизол, расширяющийся цемент,
асбобитумные уплотнительные шайбы и дрязга (смесь чугунных
опилок, нашатыря и серы) для заделки трещин в чугунной обделке.
Для покрытия внутренней поверхности обделки гидроизоляционным
слоем разогревают битум до 170° и в горячем состоянии в виде ма-
стики наносят на изолируемую поверхность. Затем на этот слой
наклеивают гидроизол или руберойд. При многослойной изоляции
нанесение мастики и оклейка делаются поочередно одна на другую.
Приготовление мастики производится в специальном отдельном
помещении (битумоварке), оборудованном двумя котлами с встроен-
ными в них топками (рис. 112). В котле 1 битум разогревается до
170° С и по лотку 3 переливается в котел 2, который обогревается
в течение всей работы. Крышки котлов поднимают и опускают с по-
мощью подъемного устройства 4, состоящего из троса, подвесного
блока и противовеса. Котлы изготавливаются сварными и из листо-
вой стали емкостью от 0,5 до 1 т. Для подогревания мастики на
месте производства гидроизоляционных работ пользуются электро-
разогревателями.
Электроразогреватель (рис. 113) состоит из корпуса 1, в котором
размещен сосуд 2 для битумной мастики. Внешняя поверхность
сосуда закрыта асбестом 3, являющимся электроизоляционным слоем,
на котором размещены витки спирали 4 из нихромовой проволоки,
обладающей высоким сопротивлением. Во избежание замыкания
на корпус спираль защищена извне вторым слоем асбеста 5. В ка-
честве уплотняющего слоя между корпусом 1 и асбестом 5 служит
цесок. Для подключения электроразогревателя к токоисточнику
200
201
концы спирали через фарфоровые изоляторы выведены в клеммную
коробку 6.
Работы по гидроизоляции и устройству железобетонной рубашки
производят с помощью стационарных деревянных или передвижных
металлических подмостей.
Рис. 112. Битумоварка
Металлические передвижные подмости состоят из тележки с ко-
лесами, изготовленной из швеллерных балок и шарнирных горизон-
тальных и вертикальных домкратов, на которых укреплены кру-
жала с опалубочными съемными листами.
Рис, 113. Электроразогреватель для Рис. 114. Схема чеканочной тележки
битума
Для чеканки швов в местах сопряжения сегментов блочной же-
лезобетонной и чугунной обделок применяются чеканочные тележки,
пескоструйные аппараты, цементоукладчики с пневматическим при-
водом и чеканочные пневматические молотки со съемными чеканоч-
ными лопатками (ч^канками).
Чеканочная тележка 1 (рис. 114) устанавливается на рельсах 3,
прикрепленных к кронштейнам 4. На тележке размещены полки 2
202
с деревянным настилом, лестницы 5 и ограждения 6. Полки разме-
щены ярусами с учетом ведения работ по всей внутренней поверх-
ности обделки.
Пескоструйный аппарат (рис. 115) служит для очистки швов
тюбингов. Аппарат состоит из стального сварного корпуса 1 с кону-
сообразным днищем, выпускной трубы и крана 2. Вверху цилиндр
имеет загрузочное отверстие, закрываемое герметически крышкой 3.
Рис. 115. Пескоструйный Аппарат
Под цилиндром 1 размещен патрубок 4 с трубкой регулятора 5.
С помощью тройника 6 и впускного крана 7 аппарат соединяется
резиновым шлангом с трубопроводом сжатого воздуха.
Цилиндр загружается сухим песком, закрывается крышка 3
и открывается кран 7 для впуска по гибкому шлангу в цилиндр
сжатого воздуха под давлением 4 ати. Затем открывают выпуск-
ной кран 8. Сухой песок под воздействием сжатого воздуха по ре-
зиновому шлангу подается в сопло, из которого вылетает с большой
скоростью и, попадая на обрабатываемую поверхность, очищает ее.
Для прекращения подачи песка в сопло между шлангами и соплом
установлен запорный пробковый кран.
Для устранения течи в швах обделки чеканочные канавки запол-
няют расширяющимся цементом марки БРЦ. Для выполнения этой
операции пользуются цементоукладчиком, с помощью которого цемент
подается отдельными порциями в чеканочную канавку и плотно
заполняет ее. При перемещении цементоукладчика вдоль шва произ-
водится наполнение чеканочной канавки цементом по всей ее длине.
203
Цементоукладчик работает с помощью сжатого воздуха с давлением
4—5 ати.
Расширяющийся цемент перед укладкой в чеканочную канавку
слегка увлажняется. После укладки расширяющийся цемент в че-
каночной канавке подвергается уплотнению с помощью чеканочных
молотков.
Рис. 116. Пневматический сболчиватель ПСГ-1
При сболчивании сегментов чугунной обделки (тюбингов) затяжка
болтовых комплектов производится с помощью пневматических
сболчивателей ПСГ и ПСЛМ.
Пневматический сболчиватель ПСГ-1 (рис. 116) состоит из трех
основных узлов. Узел А состоит из верхней части корпуса 1, выпол-
ненного из легкого и прочного металла (электрон), штуцера 2 для
присоединения шланга, пускового клапана 3 с пружиной и пуско-
вой рукоятки 4. Узел Б является узлом пневмодвигателя и состоит
из штока 5, который закреплен в цилиндрической расточке между
верхней и нижней частями корпуса, поршня 6, запрессованного на
шток 5 цилиндра 7, двух крышек 8 и двух золотников 9. Цилиндр
пневмодвигателя имеет цапфы 10, которые посредством ползунов
соединяются с вилкой шатуна, расположенного в нижней части
204
корпуса. Узел В состоит из шатуна 11, храповика 12, роликов 13
и двух муфт 14 с отверстиями под гайку М-30. В пазах каждой муфты
имеются два тормозных ролика с толкателями. Сболчиватель рабо-
тает от сети сжатого воздуха и подсоединяется к ней гибким резино-
вым шлангом.
При открытии клапана 3 с помощью пусковой рукоятки 4 сжа-
тый воздух проходит по каналу К и попадает через окно золотника 9
в левую полость цилиндра. Под давлением воздуха цилиндр переме-
щается относительно поршня в левую сторону. Когда окно 9 закроется
золотником, а окно 15 откроется, отработанный воздух из левой
части цилиндра по каналу Д выйдет в атмосферу. В это время
сжатый воздух войдет через правое окно в правую часть цилиндра
и переместит его вправо. В процессе работы циклы повторяются.
Вывод цилиндра из среднего, мертвого положения производится
спиральными пружинами 16. Прямолинейное возвратно-поступа-
тельное движение цилиндра превращается на шпинделе (с помощью
шатуна и храповика) во вращательное движение. При этом за один
ход цилиндра из крайнего положения влево ролики заклиниваются
между храповиком и обоймой шатуна — происходит рабочий ход.
При ходе цилиндра из крайнего левого положения вправо ролики,
увлекаемые обоймой шатуна, освобождают храповик и происходит
холостой ход. Величина поворота храповика зависит от длины хода
цилиндра и углового перемещения шатуна. За один ход поршня
храповик поворачивается на 14° или на 1/25 оборота. Конструкция
сболчивателей для болтовых комплектов станционной чугунной
обделки отличается от описанной конструкции габаритами и крутя-
щим моментом, который равен 12 000 кГ-см.
В отличие от сболчивателя ПСГ, в сболчивателе ПСЛМ цилиндр,
в котором перемещается поршень, неподвижен.
Техническая характеристика пневматического сболчивателя ПСГ-1
Давление сжатого воздуха, ати....................4-ь5
Расход сжатого воздуха, м-'/мин................... 1
Скорость вращения на холостом ходу, об/мин . . 264-28
Вес сболчивателя, кг ............................10,3
Глава VI
ТОННЕЛЬНЫЙ и карьерный транспорт
Транспорт является одним из основных звеньев в технологиче-
ском комплексе работ по сооружению тоннелей и добыче строи-
тельных материалов открытым способом.
Тоннельный транспорт предназначается для доставки породы,
вспомогательных материалов, оборудования и людей в пределах
сооружаемого тоннеля до шахтного ствола, а также для перемещения
породы от ствола до места отвала на поверхности.
Карьерный транспорт предназначается для перемещения горной
массы от забоев до пунктов разгрузки (отвалов или приемных бунке-
ров дробильных, сортировочных, обогатительных, брикетных и
агломерационных фабрик).
По принципу работы машины и оборудование тоннельного
и карьерного транспорта подразделяются на две группы: периоди-
ческого и непрерывного действия.
К первой группе относятся машины и оборудование всех видов
рельсового транспорта, тельферных и скреперных установок, подвес-
ных канатных дорог, а также всех видов колесного безрельсового
транспорта.
Ко второй группе относятся машины и оборудование конвейер-
ного и гидравлического транспорта.
Основными видами тоннельного и карьерного транспорта яв-
ляются рельсовый транспорт (наиболее распространенный) и без-
рельсовый .
§ 20. ТОННЕЛЬНЫЙ РЕЛЬСОВЫЙ ТРАНСПОРТ
При тоннельном рельсовом транспорте перемещение грунта и
материалов производится в вагонетках по временным рельсовым
путям узкой колеи 600, 750, 900 мм * электровозной или канатной
тягой и вручную.
Электровозная откатка является основным видом транспорта,
применяемого при сооружении тоннелей протяженностью 50 м и
больше.
Расстояние между внутренними гранями головок рельсов.
206
Канатный транспорт (головным, хвостовым и бесконечным кана-
тами) находит ограниченное применение и только на крутых спусках
и подъемах, которые устраиваются в подходных портальных и боко-
вых наклонных выработках, а также на отвалах породы.
Перемещение вагонеток вручную допускается только при соору-
жении начальных и коротких участков тоннеля протяженностью
до 50 м.
Строение и основные параметры
рельсового пути узкой колеи
Рельсовый путь состоит из верхнего и нижнего строения.
К верхнему строению при укладке пути непосредственно на почву
выработки относятся рельсы, деревянные шпалы или расстрелы
и рельсовые скрепления, а при укладке пути на жесткое бетонное
основание — рельсы, приваренные или приболченные к попереч-
ным металлическим планкам.
Рельсы прокатывают из стали, придавая им стандартный профиль.
Выбор типа рельсов для конкретных условий производится в зави-
симости от сцепного веса применяемого электровоза.
Сцепной вес
электровоза, т
34-5
10
14
Тип рельса
Р15
Р18
Р24
Вес 1 пог. м
рельса
15,2
18,06
24,04
Длина рельса, я
7
8
8
К деревянным шпалам, расстояние между которыми в зависи-
мости от типа рельса составляет 0,5—0,7 м, рельсы крепятся косты-
лями.
Рельсы на стыках соединяются между собой специальными на-
кладками с болтовым креплением. Электрическое соединение рельсов
в стыках обеспечивается медными пластинчатыми или проволочными
перемычками сечением не менее 50 лш2. Концы перемычек впаи-
ваются в стальные наконечники и привариваются к рельсам с на-
ружной стороны колеи.
Рельсовые пути, уложенные на деревянных шпалах в подходных
и направляющих штольнях, как правило, заливаются бетоном до
уровня головок рельсов.
Самым напряженным местом рельсового пути является стык.
Необходимая упругость стыка и всего рельсового соединения дости-
гается расположением стыка «на весу» между шпалами. Зазор в сты-
ках не должен превышать 5 лш.
На криволинейных участках пути для обеспечения свободного
прохождения подвижного состава и снижения сопротивлений, возни-
кающих при прижатии колесных реборд к рельсам, устраивается
уширение колеи в зависимости от жесткой базы и радиуса кривой
(табл. 30).
Уширение колеи на кривых производится путем отодвигания
внутреннего рельса.
207
Для уменьшения износа колесных реборд и рельсов, прижимае-
мых друг к другу действием центробежной силы при прохождении
составом криволинейных участков пути, а также предупреждения
опрокидывания вагонеток наружный, рельс по всей длине кривой
укладывается выше внутреннего на 15 мм при радиусе закругления
R = 10 м и на 5 мм при R = 20 м.
Таблица 30
Радиус кривой, мм	Длина жесткой базы, мм			
	электровозов		вагонеток	
	1200	900	800	600
8		Уширен	ие, мм 15	10
10	20	16	15	10
12	15	15	10	10
Устройства для обмена вагонеток и составов
Замена груженых составов или отдельных вагонеток порожними
и перемещение их с грузового пути на порожняковый называется
обменом, который производится в околоствольном дворе, на при-
забойном участке и на поверхности.
Рис. 117. Стрелочные переводы и съезды
Для перевода составов применяют стрелочные переводы или
съезды, которые в зависимости от направления ответвления боковых
путей делятся на односторонние правые (рис. 117, а) и левые
(рис. 117,6) и двусторонние (симметричные) (рис. 117, в).
Стрелочный перевод (рис. 117, а) состоит из подвиж-
ных заостренных отрезков рельсов-перьев 7, рамных рельсов 2
и механизма с ручным или дистанционным управлением для пере-
вода перьев в одно из крайних положений. Сопряжение рельсов
208
прямого пути с рельсом ответвления осуществляется с помощью
крестовины 3 и двух контррельсов, устанавливаемых против кресто-
вины у противоположных рельсов внутри путей.
Крестовины различаются по величине угла а, в зависимости от
которого определяется номер или так называемая марка крестовины,
которая определяется по формуле
Ж = 2tg-g-.
Для электровозной откатки обычно применяются переводы с мар-
ками крестовины 1/5 и 1/7, а при канатной откатке марки 1/3.
Рис. 118. Выдвижное рельсовое звено
Для соединения параллельных путей применяются съезды
(рнс. 117, г), образуемые из соответствующих стрелочных переводов.
Для замены отдельных вагонеток у забоя применяются пере-
движные плиты-разминовки, платформы и перестановщики ваго-
неток.
Передвижение плит-разминовок и платформ может производиться
щитом, блокоукладчиком или погрузочной машиной с помощью
троса, а также гидродомкратов, упирающихся плунжерами в обделку
тоннеля.
Наращивание пути в призабойном участке и за передвижной
платформой по мере продвижения забоя производится короткими
отрезками — звеньями, выполненными соответственно на длину за-
ходки (1, 2, 3 м и т. д.), либо выдвижными рельсовыми звеньями
с последующей установкой нормального пути.
Выдвижные рельсовые звенья (рис. 118) со-
стоят из положенных набок рельсов 1, плотно прижатых к стацио-
нарным рельсам распорками 2. Погрузочная машина или вагонетка
при переходе на выдвижные рельсы передвигается по их шейке
ребордами своих колес.
Перестановщик вагонеток (рис. 119) состоит из
сварной рамы 1, одна сторона которой в точке А шарнирно закреп-
14 Зяк. 630
209
лена на буровой раме 4. Вторая сторона рамы поднимается или опу-
скается пневмоподъемником 2, благодаря чему рама устанавливается
наклонно либо в сторону порожнякового пути, и каретка 3 с закреп-
ленной на ней вагонеткой соответственно перекатывается в этом же
направлении, либо в сторону грузового пути, в направлении кото-
Рис. 119. Перестановщик вагонеток
рого каретка перекатывается вхолостую. Применение перестанов-
щика упрощает укладку путей в призабойной зоне благодаря отсут-
ствию стрелочных переводов.
Для обмена вагонеток в околоствольных дворах и на поверхности
применяются толкатели, поперечные тележки и т. п.
Вагонетки
Применяемые в тоннельном строительстве вагонетки по своему
назначению подразделяются на породные, специальные (тюбинго-
возки, бетоновозки и т. д.) и пассажирские.
Наибольшее распространение в тоннельном строительстве полу-
чили породные вагонетки с глухим неопрокидным кузовом емкостью
1,5 л3. Мертвый вес вагонеток составляет 760 кг. Основными элемен-
тами таких вагонеток (рис. 120, а) являются кузов 1, рама 2, два
полуската 3, буфер 4 и сцепка 5.
Кузов изготавливается из листовой стали и имеет полукруглую
форму днища. Для повышения жесткости кузова его усиливают
поперечными ребрами жесткости и обвязкой поверху из полосовой
или уголковой стали.
Рама воспринимает статические и динамические нагрузки на
вагонетку и выполняется из двух продольных швеллеров специаль-
ного профиля и двух жестких литых буферов, соединяемых со швел-
лерами заклепками.
210
Снизу к швеллерам крепятся заклепками кронштейны для ко-
лесных пар.
Полускат состоит из жестко соединяемой с рамой оси и колес,
опирающихся на ось через подшипники качения.
Сцепки выполнены в виде невращающейся «крюк-серьги», преду-
сматривающей ручную сцепку и расцепку вагонеток. Для этой же
вагонетки разработана
конструкция автоматиче-
ской сцепки.
Преимущества автома-
тических сцепок — безо-
пасность и простота обслу-
живания, недостаток —
значительный вес и слож-
ность конструкции.
Автосцепки и простые
крюковые сцепки могут
выполняться вращающи-
мися, предназначенными
для разгрузки вагонеток
в опрокидывателе в око-
лоствольном дворе без рас-
цепки состава (применя-
ются при скипо-клетевых
подъемах на Ленметрост-
рое). Так как выдача по-
роды при тоннельном стро-
ительстве производится
главным образом в глухих
неопрокидных вагонетках
в клетях с разгрузкой
одиночных вагонеток на
поверхности в круговых
опрокидывателях, боль-
шинство глухих вагонеток
оборудовано невращаю-
щейся сцепкой.
Круговые опрокидыва-
тели изготовляются в виде
цилиндрического барабана, который вращается приводными ро-
ликами вокруг продольной оси (рис. 121).
У вагонеток с глухим опрокидным кузовом емкостью 0,5 м3
(см. рис. 120, б) разгрузка производится вручную путем наклона
кузова в сторону.
Саморазгружающиеся вагонетки (см. рис. 120, в), применяемые
при проходке тоннелей, имеют значительные емкость и размеры,
откидной борт и устройство, придающее дну кузова поперечный
наклон в 30—40°.
14*
211
Специальные вагонетки применяются для перевозки блоков, тю-
бингов, бетона и длинномерных материалов. Блоко- и тюбинговозки
(рис. 122) имеют открытые платформы с поворотным кругом, на
который тюбинги или блоки
Рис. 121. Круговой опрокидыватель
укладываются выпуклой по-
верхностью вниз и расклини-
ваются на время перевозки
деревянными подкладками —
клиньями. Бетоновозки обору-
дуются специальным сосудом
для размещения бетона. Для
транспортирования длинномер-
ных материалов (леса, труб
и т. д.) применяют вагонетки
«козы» с приваренными к раме
металлическими стойками из
уголковой стали.
Пассажирские вагонетки
предназначаются для перевозки
людей по горизонтальным вы-
работкам и имеют кузов, обору-
дованный сиденьями.
Вместимость пассажирских
вагонеток зависит от колеи, на
которую они выполняются. При ширине колеи 600 мм вагонетка
вмещает 12 человек, а при колее 900 мм — 18 человек.
Электровозы
В практике тоннельного строительства получили широкое рас-
пространение рудничные электровозы постоянного тока, которые
по способу и источнику питания тяговых электродвигателей под-
разделяются на контактные и аккумуляторные.
К контактным электровозам электроэнергия поступает от тяго-
вой (преобразовательной) подстанции через тяговую сеть, включаю-
щую в себя контактный провод и рельсовый путь.
212
Источником питания аккумуляторных электровозов является
аккумуляторная батарея, устанавливаемая непосредственно на элек-
тровозе.
Работа аккумуляторных электровозов не связана с необходимостью
навески контактного провода и исключает возможность искро-
образования. Применяются они главным образом в тех случаях, когда
одновременно с проходкой ведется бетонирование обделки, а также
выполняются дренажные, отделочные и монтажные работы, при
которых правилами техники безопасности запрещается применение
контактных электровозов. Кроме того, они применяются при нали-
чии в тоннеле взрывоопасной по газу или пыли среды.
Основное преимущество контактных электровозов перед акку-
муляторными состоит в простоте и надежности конструкции, в более
высоких при прочих равных условиях тяговых параметрах (мощность
двигателей, тяговые усилия и скорости), значение которых остается
постоянным в течение всей смены, в то время как у аккумуляторных
электровозов значение этих параметров уменьшается по мере разряда
аккумуляторных батарей.
Таблица 31
Типы электровозов
	легких		средних		
Показатели	контакт- ных	аккуму- ляторных	контактных		аккуму- ляторных
	4KP-1	4.5АРП-2М	7КР-1У	10КР-2	8АРП-3
Сцепной вес, т Колея, мм Скорость часового режима, км/ч ............ Сила тяги часового режима, кГ Мощность часового режима, кет Напряжение, в	 Тип двигателя	.... Емкость аккумуляторных ба- тарей, а-ч 	 Основные размеры, мм: высота	 ширина (на колею 600 мм) (на колею 750 и 900 мм) длина жесткая база диаметр колес	. .	4,5 600, 900 5,5 900 2Х 10,2 250 ЭДР-11 1511 1000; 1300 3120 900 540	4,5 600; 900 4,75 750 2X6,0 80 ЭДР-6 300 1300 1000; 1300 3300 900 540	7,0 600; 750; 900 10,5 1700 2X50 250 ЭДР-25 1500 1032; 1332 4500 1200 680	10,0 600; 750; 900 10,5 1700 2X50 250 ЭДР-25 1500 1040; 1340 4500 1200 680	8,0 600; 900 6,8 1350 1150 2X11,2 100; 120 ЭДР-10 350 1425 1050; 1350 4518 1200 680
Технические характеристики электровозов приведены в табл. 31,
а их конструктивные особенности — в приложении.
Контактный электровоз (рис. 123) состоит из рамы 2 с буфе-
рами 7, верхними рамными листами 8 и крышей кабины машиниста 14\
213
OKI------------------------
Рис. 123. Контактный рудничный электровоз 10КР-2
214
двух колесных пар <?; рессорной подвески 9; механического оборудо-
вания тормозной 4 и песочной 5 систем; оборудования пневматиче-
ской системы 7; токоприемника /0; электропривода 6 с аппаратурой
управления и осветительного оборудования.
Рама (рис. 124) жесткая стальная каркасного типа имеет два
продольных боковых листа 1 (боковины) с буксовыми челюстями 2,
Рис. 124. Рама
переднюю и заднюю лобовые стенки 4, буферы 5, промежуточные
стенки 3 и буксовые струнки 10. Элементы рам контактных соеди-
няются между собой болтами.
Буксовые челюсти размещаются по сторонам специальных бук-
совых вырезов в раме и являются сменными элементами конструк-
ции, предназначенными для фиксации колесных пар относительно
рамы.
Буферы всех изготавливаемых в настоящее время рудничных
электровозов выполняются эластичной конструкции, позволяющей
подвижному буферному брусу 7 с размещенным на нем сцепным
прибором 6 штырьевого типа перемещаться по направляющим кор-
пуса 9 на величину сжатия пружин или амортизирующих резиновых
прокладок 8 двустороннего действия. При такой конструкции буфе-
ров исключается возможность выталкивания электровозом вагонеток
с рельсов на криволинейных участках пути и обеспечивается гашение
215
динамических ударов, возникающих при трогании, разгоне и оста-
новке состава, а также при соударении электровоза с вагонетками
при выполнении маневровых операций.
Колесная пара (рис. 125) состоит из оси 4, двух колес,
каждое из которых состоит из колесного центра 7 и напрессованного
на него бандажа 8, двух букс 9, опирающихся на ось через подшип-
ники качения 10.
Рис. 125. Колесная пара с индивидуальным приводом
Колесный центр изготавливается в виде сплошного диска, изогну-
тая форма поперечного сечения которого придает колесу некоторую
упругость, предохраняющую его от разрушения при толчках во
время движения электровоза.
Колесный центр напрессовывается на ось в горячем состоянии
и удерживается за счет трения, возникающего под действием сил
упругости, появляющихся в местах сопряжения колесного центра
и оси. В аккумуляторных легких электровозах, работающих на
сравнительно невысоких скоростях, колесный центр соединяется
с осью с помощью шлицевых соединений, позволяющих производить
замену колеса без разборки колесной пары.
Рессорная подвеска служит для эластичной связи рамы электро-
воза с колесными парами и имеет несколько конструктивных испол-
нений в зависимости от способа подвешивания — индивидуального
или балансирного, При индивидуальном способе над каждым колесом
216
устанавливается по одной спиральной пружине, каждая из которых
располагается между рессорным упором на раме и буксой. Пружины
не связаны между собой и работают самостоятельно.
При балансирном способе кроме спиральных рессор устанавли-
ваются продольные балансиры, каждый из которых состоит
(см. рис. 123) нз опор 9 и 12, коромысла 11 и тяг 13. С помощью
балансиров обеспечивается равномерное распределение нагрузок
между колесами. Если вследствие неровности пути одно из колес
окажется недогруженным и нагрузка на одну сторону балансира
будет меньше, чем на другую, то благодаря шарнирно закреплен-
ному коромыслу балансир поворачивается в направлении недо-
груженного колеса, обеспечивая прижатие последнего к рельсу.
Соединение рамы, колесных пар и рессорного подвешивания
в единую систему осуществляется с помощью буксовых челюстей,
направляющие которых входят в пазы букс и препятствуют пере-
мещению колесных пар в горизонтальном направлении относительно
рамы, одновременно допуская свободное движение рамы относительно
букс в вертикальной плоскости в пределах свободного хода рессор.
Через буксовые челюсти осуществляется передача движения от ко-
лесной пары на раму. Для предохранения полускатов от разъеди-
нения с рамой при подъеме электровоза краном служат сменные
буксовые струнки 10 (см. рис. 124).
Движение колесных пар обеспечивается тяговым электропри-
водом. Различают индивидуальный электропривод, при котором
каждая колесная пара имеет собственные двигатель и редуктор,
и групповой, при котором момент вращения от одного тягового
электродвигателя передается на несколько ведущих осей.
Индивидуальный электропривод благодаря простоте конструк-
ции, экономичности и надежности в эксплуатации применяется на
всех изготавливаемых в настоящее время электровозах, за исклю-
чением снимаемых с производства малогабаритных электровозов
АК-2у и ЗКР-600, которые оборудуются групповым электроприво-
дом, усложняющим их конструкцию, но несколько сокращающим
размеры машины.
Индивидуальный электропривод (см. рис. 125)
состоит из редуктора 2, тягового электродвигателя 1, расположен-
ного соосно продольной оси электровоза, подвески тягового электро-
двигателя и аппаратуры управления.
Редуктор — цилиндрический многоступенчатый с шестернями
12—3—11—5, размещенными в литом закрытом корпусе и передаю-
щими момент вращения от электродвигателя колесным парам. На
колесные оси редуктор опирается через подшипники качения 6 или
бронзовые вкладыши, расположенные в расточках его корпуса.
Подшипники качения исключают возможность выхода из строя
передач по причине их перекоса, что имеет место при неравномерном
износе бронзовых вкладышей. При подшипниках качения снижается
сопротивление движению и увеличивается срок службы опорного
узла.
217
Для улучшения условий прохождения электрического тока от
электродвигателя к рельсам через корпус редуктора, опирающийся
на ось колесной пары через подшипники качения, в редукторе уста-
навливается медно-графитовая щетка, электрически связывающая
корпус редуктора с осью колесной пары.
Закрытый корпус редуктора обеспечивает надежную защиту пере-
дач от механических повреждений и продолжительный срок их
службы благодаря наличию масляной ванны. Подшипники качения
или вкладыши смазываются маслом, забрасываемым из ванны ре-
дуктора.
Рис. 126. Тормозная система
Тяговый электродвигатель постоянного тока последовательного
возбуждения обеспечивает автоматическое увеличение момента вра-
щения и соответственно силы тяги F (кГ) электровоза при повышении
нагрузки на сцепке.
Тяговые двигатели электровоза характеризуются часовым зна-
чением мощности, которую двигатель может развивать, не перегре-
ваясь при непрерывной работе в продолжение 1 ч, и длительным
значением мощности (40% часовой), при которой двигатель может
работать в течение длительного времени без перегрева. Часовому
и длительному режимам соответствуют часовые и длительные значе-
ния тягового усилия, скорости и тока.
Тяговый электродвигатель прифланцовывается одной своей сто-
роной к корпусу редуктора, а противоположная его сторона подвеши-
вается к балансиру, шарнирно укрепленному на раме.
Механическое торможение (рис. 126) обеспечи-
вается рычажно-колодочным механизмом с ручным и пневматиче-
ским приводом.
Элементами рычажно-колодочного механизма являются тормоз-
ные колодки 1 и система шарнирно соединенных между собой ры-
чагов 2, 4, 5 и тормозных стяжек 3.
218
При ручном приводе тормозное усилие на рычаг 5 рычажно-
колодочного механизма обеспечивается натяжением тяговой цепи 9
под действием винта 8, поступательное движение которого совер-
шается внутри неподвижной гайки 7 при вращении маховика 6.
При пневматическом приводе тормозное усилие создается пневмо-
цилиндром 11.
При включении тормозной системы рычаг 5 сначала прижимает
правую колодку к бандажу, после чего поворачивается вокруг
шарнира А и передает тормозное усилие через стяжку 3 рычагу 2,
который прижимает к бандажу левую тормозную колодку. Возврат
системы в исходное положение обеспечивается пружиной 10.
При торможении с помощью ручного привода колодки прижи-
маются к бандажу через веек после начала торможения, что приводит
к удлинению пути торможения. Время срабатывания пневматиче-
ского привода тормозов составляет только 0,9 сек. На электро-
возах, оборудованных пневматическим приводом тормозов, одновре-
менно сохраняется ручной привод для затормаживания (стопоре-
ния) на стоянках.
Оборудование песочных систем предназначается для повышения
коэффициента сцепления между колесами и рельсами путем подсыпки
песка и включает в себя песочницы с ручным или пневматическим
приводом.
При ручном приводе усилие через систему рычагов передается
к задвижкам песочниц, которые открываются, обеспечивая под-
сыпку песка на рельсы. При пневматическом приводе песок заса-
сывается и увлекается из песочницы в пескоотводящую трубку пото-
ком сжатого воздуха. Песочницы с ручным приводом невозможно
выполнить герметичными, поэтому песок в них загрязняется, увлаж-
няется и в ряде случаев не высыпается на рельсы. Пневматические
песочницы лишены указанных недостатков.
Пневматическая система предназначается кроме привода тормо-
зов и песочниц для подачи сигналов и регулирования положения
токоприемника. Пневматической системой (на применяемых в тон-
нельном строительстве электровозах) оборудуются электровозы
10КР-2.
Сжатый воздух от компрессора 1 (рис. 127) через маслоотдели-
тель 3 поступает в два воздухосборника 4 и 6, последовательно соеди-
ненных между собою питающей магистралью. Давление в воздухо-
сборниках автоматически регулируется регулятором давления 9,
включающим двигатель компрессора при снижении давления воздуха
в пневмосистеме ниже 4—5 ати и отключающим его при достижении
давления 6—6,5 ати. Предохранительный клапан 5 предупреждает
превышение допустимого давления в системе. Для предотвращения
возможного обратного потока воздуха от воздухосборников к компрес-
сору в случае, если давление в компрессоре станет меньше, чем в воз-
духосборниках, служит обратный клапан 2. От воздухосборников
воздух поступает к тормозному крану 14 и от него к тормозным
пневмоцилиндрам 15, а также к блоку управления 7 и от него в пе-
219
сочницы 10, 11, пневмосигнал 12 и пневмоцилиндр 13 токосъемника.
Емкость воздухосборников обеспечивает 6—10 полных торможений
электровоза. Давление в системе регистрируется манометром 8.
Аппаратура управления тяговыми электродвигателями обеспе-
чивает пуск в ход, регулирование скорости, изменение направле-
ния, а также торможение и остановку электродвигателей и электро-
воза. На всех легких и средних электровозах, оборудованных не-
посредственной системой управления, при которой все необходимые
г-----Труба стальная 15 ГОСТ 3262~56
Рукав в 10 916 ГОСТ 8318-30
------ Румб В 10 93 ГОСТ 8518-37
Электропроводка
Рис. 127. Принципиальная схема пневмосистемы электровоза 10КР-2
переключения в цепи двигателя осуществляются непосредственно
силовым контроллером, аппаратура управления состоит из силового
контроллера и пускового реостата, собранного из пластин специаль-
ных сплавов, обладающих высоким удельным омическим сопротив-
лением (фехраль, константан).
Все элементы аппаратуры управления электрически связаны как
между собой, так и с тяговыми электродвигателями, образуя электри-
ческую схему, предусматривающую ограничение величины тока
двигателей при пуске и регулирование скорости вращения якоря
путем последовательно-параллельного включения двигателей и вве-
дения в их цепь реостатного сопротивления 7?ДоП.
Значение тока, потребляемого двигателями, работающими в ре-
жимах пуска и установившегося движения, определяется зависи-
мостью
, Uc — СФпн
1 И	р	f
220
где Uc — напряжение сети, в;
С — постоянный машинный коэффициент, зависящий от кон-
струкции двигателя;
Ф — магнитный поток, ас;
пя — скорость вращения якоря, об/мин:,
— сопротивление обмоток якоря и катушек полюсов двига-
теля, ом.
Рис. 128. Схема последовательно-параллельного включения тяго-
вых электродвигателей:
а — последовательное; б — параллельное
Из приведенной зависимости следует, что в начале пуска, когда
пя = 0, двигатели, включенные параллельно и без дополнительного
сопротивления, будут находиться благодаря незначительной вели-
чине /?дв почти под полным напряжением сети. В этом случае бросок
пускового тока, например у электродвигателей ЭДР-25 с Ддв =
= 0,12 ом, при напряжении сети 250 в достигает величины 1а —
= 2080 а, превышающей в 18,5 раза допускаемый часовой ток дви-
гателя и разрушающей его изоляцию.
При последовательном включении тяговых двигателей (рис. 128, а),
когда каждый из них находится под напряжением 125 в, и введении
в их цепь дополнительного сопротивления 7?доП (I позиция контрол-
лера) значение тока определяется зависимостью
т _ Uc — СФпя
Ядв+Ядоп ’
221
С увеличением пя по мере разгона электровоза числитель в фор-
муле и /а будут уменьшаться.
Шунтированием секций реостата в процессе пуска и уменьшением
дополнительного сопротивления /?до„ достигается сохранение в пе-
риод пуска постоянной величины тока, момента вращения М =
= krI2, пропорционального квадрату тока, и тягового усилия F (кГ)
на сцепке электровоза. После шунтирования всех секций реостата
(V позиция контроллера) двигатели работают при последовательном
соединении с полностью выведенным реостатом. В этом случае ско-
рость пя, связанная с напряжением Uc сети или аккумуляторной
батареи зависимостью
пя =	, об/мин,
равна половинному значению скорости, соответствующей параллель-
ному включению двигателей (VIII позиция контроллера) и напряже-
нию 250 в на каждом двигателе.
Таким образом, каждый электровоз имеет две скоростные без-
реостатные ступени, соответствующие одна последовательному и
одна параллельному соединению электродвигателей. Эти ступени
обычно называются ходовыми, в отличие от скоростей при реостат-
ных позициях контроллера (II, III, IV, VI, VII).
Реостатное регулирование скорости электровоза неэкономично,
так как связано со значительными потерями энергии. Кроме того,
длительная работа с включенным реостатом приводит к его перегреву
и выходу из строя.
Электрической схемой контактных электровозов предусматри-
вается электрическое торможение электровозов, при котором дви-
гатели отключаются от сети и включаются на реостатные сопротив-
ления. Вращение якорей тяговых двигателей, работающих в этом
случае в качестве генераторов и создающих тормозной момент,
обеспечивается за счет сил инерции движущегося поезда.
Преимуществом электрического торможения является отсутствие
износа тормозных колодок, независимость режима торможения ©т
условий сцепления колес с рельсами и удобство управления от той же
рукоятки контроллера, что и пуск в ход.
Однако электрическое торможение эффективно только при боль-
ших скоростях движения и соответственно значительных тормозных
моментах. С уменьшением скорости эффект торможения снижается
и увеличивается длина тормозного пути. При электрическом тормо-
жении исключается возможность торможения поезда до полной
его остановки и удержания в заторможенном состоянии. Поэтому
электрическое торможение обязательно сочетается с механическим.
Съем тока с контактного провода у контактных электровозов
обеспечивается штанговыми или дуговыми токоприемниками, уста-
новленными на раме электровоза.
Для защиты электрооборудования силовой сети от коротких
замыканий и перегрузок применяются автоматические выключатели,
222
плавкие предохранители и реле максимального тока. Аппаратура
освещения состоит из фар, питающихся от тяговой сети с обеспече-
нием необходимого напряжения за счет включения в цепь освещения
дополнительных сопротивлений.
Особенностями конструкции аккумуляторных электровозов яв-
ляется наличие батареи железо-никелевых щелочных тяговых акку-
муляторов, размещенных в металлическом батарейном ящике. Ба-
тарейный ящик устанавливается и закрепляется непосредственно
на сварной раме электровоза.
Определение весовой нормы поезда
Допускаемый вес поезда, называемый весовой нормой, и необхо-
димое количество единиц подвижного состава определяются расчет-
ным путем в зависимости от сцепного веса принятого электровоза,
емкости вагонеток и конкретных горнотехнических условий соору-
жаемых тоннелей.
В зависимости от суточной производительности забоя (количества
выдаваемой породы) рекомендуется принимать электровозы:
Суточная производительность
шахты, т
До 500
От 500 до 1000
» 1000 » 1500
Сцепной вес
электровоза, т
До 5
7—8
8-10
Для этих условий следует принимать вагонетки емкостью 1,5 м3.
При строительстве железнодорожных тоннелей применяются
вагонетки большей емкости.
Весовая норма поезда для заданных условий откатки и принятого
типа электровоза ограничивается мощностью тягового электродвига-
теля, сцеплением колес электровоза с рельсами и условиями тормо-
жения.
Для движения колес электровоза по рельсам без пробуксовки
необходимо, чтобы сила тяги F, возникающая вследствие развивае-
мого тяговыми электродвигателями вращающего момента и силы
трения на ободе колеса, не превышала величины последней, т. е.
должно выполняться условие
F < 1000-ф-Рс, кГ,
где ф — коэффициент сцепления электровоза с рельсами (ф = 0,17
при движении и 0,24 при пуске с подсыпкой песка;
ф = 0,12 при движении и пуске без подсыпки песка);
Рс — сцепной вес электровоза, т.
В то же время сила тяги уравновешивается статическими и ди-
намическими сопротивлениями движению поезда:
F = Рс + z (G + Go)-(u>rp ± wt + 110-аГр), кГ,
где z — число вагонеток в составе;
G — вес полезного груза в вагонетке, т;
223
Go — собственный вес вагонетки, /и;
ьугр — удельное сопротивление движению состава вагонеток
(принимается в соответствии с табл. 32), кГ на 1 т груза;
Wi — удельное сопротивление движению состава от уклона,
численно равное величине уклона в тысячных (°/00) (при
уклоне i - 3°/оо ьу,- : 3 кГ/т\ знак -ф принимается при
движении на уклон, знак — под уклон), кГ на 1 т груза;
аТр — ускорение движения поезда, м/сек* (аТр = 0,04 4-0,05 м/сек1
при трогании поезда на подъем).
Максимально допустимый вес состава по условию сцепления
колес электровоза с рельсами выбирается для наиболее тяжелого
случая движения — трогания поезда с гружеными вагонетками на
подъем. В этом случае согласно приведенным выше выражениям
z(G | Go) < -—10WPc-----------
wrp 4 wi + 110«Tp
Pc, m.
Максимально допустимый вес состава по условию торможения
поезда с гружеными вагонетками на преобладающем уклоне опре-
деляется на основании выражения
z(G + G„)<
1000фРс
110ат -р wt — согр
Замедление при торможении <зт может быть найдено из условия,
что максимальный путь при экстренном торможении состава из
груженых вагонеток /т = 10 м (при скорости движения заторма-
живаемого состава 10 км/ч) *, т. е.
о2 о2
= = м,сек*’
ZAJ
тогда
z (G + Go) <
10004/4
б-Чл+^-^гр
Максимально допустимый вес состава по условию ограничения
нагрева тяговых двигателей определяется для поезда с гружеными
вагонетками, движущегося под уклон,
z (G ! Go) <
______^Дл_______
a Vx (wrp —
— /’с- тУ
где F№ — длительная сила тяги электровоза, кГ\
а — коэффициент, учитывающий работу тяговых двигателей
электровоза в период маневров. При длине откатки
L < 1 км а = 1,4; при L = 1—2 км а = 1,25, при
L /> 2 км а = 1,15;
* Правила безопасности при строительстве тоннелей и метрополитенов §§ 513
и 525.
224
w, = 2 — удельное сопротивление движению от уклона рав-
ного сопротивления в 2о/00> которым называется такой
уклон, при котором сопротивление движению под уклон
груженого состава равно сопротивлению движению на
подъем порожнего состава;
т — относительная продолжительность движения, равная
где Тдв — продолжительность движения поезда в течение рейса,
определяемая с учетом длины L откатки из выражения
„	27.	27
/ Дв — — — tvte------, мин;
“-’ср	0,75 Рдл
Тм — продолжительность маневров электровоза в конечных
пунктах в течение рейса, принимаемая равной 20 мин.
Окончательно весовая норма поезда (число вагонеток) прини-
мается по наименьшему значению, полученному согласно указанным
выше формулам.
Количество вагонеток z в составе устанавливается путем деления
весовой нормы поезда на сумму G + Go, tn.
Необходимое число электровозов определяется из выражения
N = ——, шт.,
Л
где k = 1,5 — коэффициент неравномерности работы откатки;
/го — число необходимых рейсов электровоза в смену;
— ^ПОр “Ь ^всп "4" ^л>
где пП0р =	— необходимое число рейсов по перевозке породы
с учетом сменной производительности откатки Лсм, т;
пвсп — необходимое число рейсов по перевозке блоков, тюбингов,
материала для нагнетания за обделку и т. д.;
/2Л = 2 — необходимое число рейсов по перевозке людей;
7’см
п =	— число возможных рейсов электровоза в смену
₽	1 дв
с учетом продолжительности работы электровоза в шести-
часовую смену; Тсы — 6-60 = 360 мин.
Возможная производительность электровоза в смену
Аа = n„zG, m.
0	р
Пример. Определить весовую норму поезда и число электровозов для откатки
породы, доставки элементов обделки и вспомогательных материалов при проходке
механизированным щитом перегонного тоннеля диаметром 6 м с обделкой из две-
надцати чугунных тюбингов шириной 1 м в кольце. Вес тюбинга 0,657 т. Условия
откатки: работа откатки двухсменная, количество породы, выдаваемой в сутки,
1058 т (529 т в смену), потребное количество тюбингов 120 шт. в сутки и материа-
лов 50 т в сутки, длина откатки по тоннелю и подходным штольням 1,2 км, руко-
водящий (наибольший) уклон i = 5%0, объемный вес выдаваемой породы 2,4 т/м3.
15 Зак. 630
225
Таблица 32
Вагонетки	Значение w (ходового*) при движении (кг/т) для составов из вагонеток грузоподъемностью, т			
	>	2	3	5
Порожние	11	10	9	7
Груженые	9	8	7	6
Среднее значение	10	9	8	6,5
* Пусковое сопротивление движению wl (при трогании с места) принимается в 1,5 раза
больше ходового.
1. Принимаем с учетом суточной производительности по породе породную глу-
хую неопрокидную вагонетку емкостью 1,5 м1 * 3 4 * * * * * и контактный рудничный электро-
воз 1ОКР-2. Грузоподъемность вагонетки по породе составляет G = 1,5 м3 • 2,4 т/м3 =
= 3,6 т.
Коэффициенты сопротивления для состава из вагонетки с такой грузоподъем-
ностью (определяются по табл. 32) шгр = 7 кГ/т;
и’гр— *>5шгр= 1,5-7 = 10,5 кГ/т.
2- Весовая норма поезда по условию сцепления
.	1000-0,24-10
z(G + Go) - 10>5 + 5 + 100.0 05	Ю-104,3 m.
3. Весовая норма поезда по условию торможения поезда
.	1000-0,17-10 1Л олс
z (G + Go) - 5(5.2 g2 4- 5 _ 7	10 - 30,8 т~
4. Весовая норма поезда по условию ограничения нагрева тяговых двигателей
z(G + G0)<----------------------10= 194 т,
1,25 |/ 0,49 (7 — 2)
где а = 1,25 (при L = 1,2 км);
_ 2L 2-1200	....
Тдв~ 0,75одв ~ 0,75-2,8“ 42 сек~ 19 мин<
19 + 20 ~ °’49'
226
5.	Окончательно принимается минимальная весовая норма поезда в 30,8 т,
полученная по условиям его торможения на уклоне i = 5о/00.
6.	Число породных вагонеток в составе при G = 3,6 т. и 6О — 0,76 т
30,8	30,8	_
"П°Р ~ 3,6 + 0,76 - 4,36	7 ШТ'
Число тюбинговозок в составе при G = 0,657 т и Go = 0,343 т
30,8	30,8
2 “ 0,657 -| 0,343 ” 1	30,8
7.	Число необходимых рейсов электровоза в смену
где
п0 — Ппор + пвсп -f- Ял — 21 -|- 2 -|- 2 — 25,
_ ^см
«пор- zG
529
7-3,6
= 21;
«всп = 2 принято с учетом того, что всего за смену необходимо доставить к щиту
60 тюбингов общим весом 39,4 т и 25 т материалов для нагнетания, для чего потре-
буется фактически два рейса электровоза.
При этом следует помнить, что тюбинги и материалы доставляются к забою
не специальными составами, а вместе с порожняком.
8.	Число возможных рейсов электровоза в смену
= гсм = 360 мин _
р Гдв + Ты 19+20 мин
9-	Необходимое число электровозов
пр 10
Для обеспечения откатки необходимо иметь четыре рабочих электровоза
и один резервный.
Основные правила эксплуатации электровозов
и вагонеток
Перед началом работы на электровозе необходимо: убедиться
в исправности и надежности работы буферного и сцепного устрой-
ства, электрооборудования, подвески рамы, привода тормозов, пе-
сочниц и сигнализации; проверить толщину тормозных колодок
(должна быть не менее 10 мм), величину зазора между колодкой и
бандажом (не менее 4 мм), затяжку болтов букс и крышек аппаратуры,
уровень масла в редукторах и компрессоре.
Во время работы необходимо: на длительной стоянке заторма-
живать электровоз ручным тормозом; не допускать разряда батарей
ниже допустимого предела, перегрева электродвигателей, пусковых
сопротивлений, букс, осевых подшипников двигателя, подшипников
15*
227
редуктора; следить за сигналами светофора; следить за давлением
воздуха в пневмосистеме и работой системы торможения.
Во время работы запрещается: увеличение состава сверх уста-
новленной для данного участка нормы; торможение противотоком
и без предварительного отключения тяговых двигателей; включение
электродвигателей без предварительного оттормаживания электро-
возов.
Понятие о канатной откатке
Канатной откаткой называется такой вид транспорта, при кото-
ром вагонетки в составах или поодиночке перемещаются по рельсо-
вым путям с помощью канатов, приводимых в движение одно- или
двухбарабанной лебедкой.
Возможны два вида откатки: концевым канатом при грузообороте
до 1204-250 т в смену и при дальности откатки не более 600 4-700 м
и бесконечным канатом при грузообороте до 600—700 т в смену
и максимальной дальности откатки не более 1 км.
§ 21.	ТОННЕЛЬНЫЙ БЕЗРЕЛЬСОВЫЙ ТРАНСПОРТ
В тоннельном строительстве доставка породы и грузов может
производиться средствами безрельсового транспорта (конвейерами
и автомобилями).
Из всех видов безрельсового транспорта наиболее широко при-
меняются ленточные, скребковые и пластинчатые конвейеры.
Ленточные конвейеры (транспортеры) применяются главным обра-
зом для транспортирования породы при щитовой проходке пере-
гонных тоннелей и для вспомогательных работ на поверхности.
Тканевая прорезиненная или синтетическая лента является одно-
временно тяговым и грузонесущим органом ленточного конвейера.
Для поддержания и направления ленты, а также придания гру-
зовой ее ветви лотковой формы служат ролпкоопоры.
Конвейерная лента приводится в движение вращающимся при»
водным барабаном вследствие возникающей между ними силы трения
при достаточном для передачи тягового усилия натяжении ленты,
которое создается винтовым или канатным натяжным устройством.
Барабан приводится в движение электродвигателем с цилиндри-
ческим или цилиндро-коническим редуктором.
Скребковые конвейеры имеют ограниченное применение в тон-
нельном строительстве. Работа их основана на принципе перемеще-
ния породы по рештачному ставу металлическими скребками, свя-
занными между собой замкнутой цепью. В пластинчатых конвейерах
несущим полотном является набор стальных пластин, перемещаемых
по направляющим замкнутой цепью. Скребковые и пластинчатые
конвейеры имеют электроприводы с редукторами, ведущие цепи и
звездочки.
228
Условиями надежной эксплуатации конвейеров является их
правильная установка с соблюдением прямолинейности на всю длину
става; правильная загрузка с направлением груза на среднюю
часть несущего органа; тщательный уход за лентой, роликами и
тяговыми цепями. Пуск в ход конвейера следует производить в не-
загруженном его состоянии. Для обеспечения безопасности работ
необходимо иметь достаточно надежное ограждение привода и натяж-
ного устройства, а корпуса электрооборудования конвейера должны
быть заземлены. Запрещается очистка ленты и ремонт конвейера
во время его работы.
Автотранспорт в тоннельных выработках используется главным
образом при открытом способе работ, когда при значительных раз-
мерах выработки возможен заезд автомашин в котлован, а также при
постройке железнодорожных тоннелей и других подземных соору-
жений больших сечений. В этом случае во избежание загрязнения
воздуха подземной выработки отработанными газами применяются
специальные фильтры.
§ 22.	ПРИЕМНЫЕ И ТРАНСПОРТНЫЕ УСТРОЙСТВА
НА ПОВЕРХНОСТИ
Приемные площадки при скиповом
и клетевом подъемах
Во время разгрузки и загрузки клети устанавливаются на спе-
циальных кулаках 1 (рис. 129), сидящих попарно на двух валиках 2.
Один из валиков приво-
дится в движение рукоят-	/
кой 3, а другой — от пер-
вого валика тягой 4. Воз-
врат кулаков в исходное
положение осуществляется
специальными противове-
сами. Перед спуском клеть
приподнимается над кула-
ками для их уборки.
Вместо кулаков могут при-
меняться качающиеся пло-
щадки, которые позволяют
производить погрузку и	Рис. 129. Кулаки
разгрузку даже в том слу-
чае, когда клеть не остановлена точно у приемной площадки.
При скиповом подъеме разгрузка скипа осуществляется при про-
хождении его по специальным направляющим.
Механизированные эстакады на поверхности
Эстакады служат для разгрузки в специальные породные бун-
кера неопрокидных вагонеток с глухим кузовом, выданных на по-
верхность в клетях. Из бункеров грунт с помощью пластинчатых
229
питателей перегружается в автомашины. Кроме того, эстакады ис-
пользуются для транспортирования к стволу элементов тоннельной
обделки и материалов.
Цикл работы комплекса оборудования породной бункерной эста-
кады (рис. 130) начинается с освобождения груженой вагонетки от
задерживающих стопоров и выталкивания ее рычагом механического
толкателя из клети 1 на уровень откаточных путей 2 эстакады.
Вагонетка, двигаясь со скоростью 0,8 м!сек по самокатному
рельсовому пути, выполненному с уклоном 20/00, в сторону круговых
Рис. 130. Схема механизированной эстакады
опрокидывателей, проходит через перекрестный съезд и направ-
ляется в правый или левый опрокидыватель 4 в зависимости от за-
грузки бункеров.
Автоматически действующие гасители скорости 3 замедляют
ход вагонетки и останавливают ее перед опрокидывателем, в котором
находится уже разгруженная вагонетка. В момент, когда из клети
выталкивается вторая груженая вагонетка, освобождается стопор*
ное устройство гасителя скорости и двигающаяся самокатом вто-
рая груженая вагонетка толкает груженую первую, которая, посту-
пая в опрокидыватель, выталкивает из него порожнюю. Первая
груженая вагонетка автоматически закрепляется в круговом опро-
кидывателе, а занявшая ее место вторая груженая вагонетка затор-
маживается гасителем скорости. Опрокидыватель вместе с груженой
вагонеткой делает полный оборот, разгружая вагонетку в бункер.
Порожняя вагонетка от опрокидывателя поступает на поперечную
тележку 5 и с ее помощью переводится на порожняковый рельсовый
путь к компенсатору высоты 6. Компенсатор высоты захватами под-
хватывает вагонетку за ось и поднимает ее на высоту 103 см, откуда
вагонетка по пути 7 самокатом движется до дозирующего устройства,
230
где и останавливается стопором 3. На этом участке пути в случае
необходимости накапливается резерв порожняка.
Дальнейшее движение порожней вагонетки к клети совершается
после освобождения ее от задерживающего устройства дозирующего
стопора. Вагонетка самокатом направляется к расположенным на
правом участке эстакады поперечным тележкам 8 или 9, с помощью
которых переводится на один из рельсовых путей перед клетью.
Вагонетки с материалами поступают от подъемника 10 на рельсо-
вый путь, ведущий к поперечной тележке 9, которая подает ваго-
нетку с материалами на один из путей перед клетью. Тюбинги или
блоки тоннельной обделки подаются от тельферной эстакады по
монорельсу 11 к материальной части эстакады. Тюбинги грузятся
на один из трех рельсовых путей. Пропускная способность эстакады
составляет 10—12 тыс. м3 грунта в месяц. На время спуска партии
тюбингов или блоков выдача грунта приостанавливается.
§ 23.	КАРЬЕРНЫЙ РЕЛЬСОВЫЙ ТРАНСПОРТ
Локомотивный транспорт
Наибольшее распространение на крупных карьерах при боль-
шой дальности перемещения грузов получил рельсовый транспорт
с локомотивной тягой.
При строительстве современных карьеров со значительным объ-
емом перевозок принимается широкая колея шириной 1524 мм,
а для карьеров с небольшим объемом перевозок — узкая колея
шириной 750, 900 и 1000 мм.
По условиям эксплуатации все карьерные рельсовые пути де-
лятся на две категории: стационарные и передвижные.
К первой относятся пути с длительным сроком службы, укла-
дываемые на постоянном земляном полотне (насыпи) с балластным
слоем, т. е. главные откаточные пути, соединяющие карьеры с дро-
бильными фабриками, отвалами, промышленными площадками
и прочими производственными пунктами, а также пути в капи-
тальных траншеях. К категории передвижных относятся все пути,
укладываемые без балластного слоя непосредственно на почву
спланированных площадок в забоях и по условиям технологичес-
кого процесса подлежащие периодическому перемещению в новое
положение. К ним относятся погрузочные пути на рабочих усту-
пах, разгрузочные пути в отвалах, а также пути под опоры до-
бычного и транспортного оборудования, смонтированного на рель-
совом ходу (многочерпаковые экскаваторы и др.). Факторами, опре-
деляющими тип (вес) рельса для карьерных путей, являются напря-
женность движения и нагрузка, приходящаяся на ось подвижного
состава. В зависимости от указанных факторов на карьерах при-
меняются рельсы типов Р65, Р50, Р43 и Р38 и шпалы деревянные,
железобетонные или металлические. Скрепление рельсов со шпа-
лами на постоянных путях применяется такого же типа, как
231
и для тоннельных рельсовых путей (костыльное), а на передвиж-
ных — всегда болтовое, так как при передвижке путей рельсы
захватываются за головку.
Транспортирование породы по рельсовым путям в вагонет-
ках-думпкарах осуществляется электровозами, тепловозами и паро-
возами или в самоходных вагонах.
Наибольшее распространение на открытых карьерах получила
электрическая тяга с четырех- и шестиосными контактными электро-
возами сцепным весом от 80 до 150 т, обеспечивающими работу при
подъемах до 40—45°/о0. и имеющими повышенный на 30% к. п. д.
по сравнению с паровой тягой. Для электрической тяги применяется
преимущественно напряжение 1500 в постоянного тока или 10 000 в
переменного. При питании электровозов от сети переменного тока
высокого напряжения значительно упрощается и облегчается система
энергоснабжения (сокращается сечение контактного провода и др.).
В этом случае преобразование переменного тока в постоянный про-
изводится непосредственно на электровозе.
В отличие от тоннельных карьерные электровозы имеют кроме
центрального токосъемника боковые токоприемники, обеспечиваю-
щие съем тока с контактного провода, расположенного сбоку от
железнодорожного пути, чтобы не мешать экскаваторной погрузке.
В тех случаях, когда контактным проводом по техническим при-
чинам передвижные участки пути не могут быть оборудованы, при-
меняются дизель-электровозы или контактно-аккумуляторные элек-
тровозы. К последним относится и отечественный электровоз, питаю-
щийся от контактной сети переменного тока. Такие электровозы на
неэлектрифицированных путях получают энергию от дизель-генера-
торных установок или аккумуляторных батарей. Наряду с электро-
возной тягой в глубоких карьерах применяются самоходные
электромоторные вагоны, которые могут преодолевать подъемы
60—80°/00 .
В комплексе с электровозной откаткой работают специальные
четырех-, шести- и восьмиосные вагоны-думпкары грузоподъемностью
150 т и более, разгрузка которых производится при одностороннем
подъеме кузова с помощью пневмоцилиндров. По конструкции борта
думпкары могут быть двух типов: с откидывающимися и поднимаю-
щимися бортами. Первые применяются при сыпучих, вторые— при
скальных породах. Перевозка полезного ископаемого осуществляется
в саморазгружающихся вагонах типа гондолы или хоппера.
Основные правила эксплуатации тоннельных электровозов спра-
ведливы и для электровозов, работающих в карьерах. Дополнением
к этим правилам является необходимость особо тщательного ухода
за буксами, подшипниками, тормозами, пневматической и электри-
ческой аппаратурой электровозов и думпкаров при сильных моро-
зах, снегопадах и ветрах.
Запрещается: формирование составов из думпкаров с неисправ
ными колесными парами, тормозной системой, автосцепками, меха-
низмами открывания бортов и другими узлами; загрузка думпкаров
232
с высоты более 2 м; погрузка породы с кусками, по весу превышаю-
щими 2 т.
Эффективность карьерного железнодорожного транспорта харак-
теризуется его провозной способностью, т. е. количеством тонн
груза, которое может быть перевезено по карьерным путям в единицу
времени. Увеличение провозной способности карьерных путей
возможно за счет:
а)	увеличения скорости движения поездов, что осуществляется
применением более мощного подвижного состава или смягчением
профиля пути;
б)	сокращение времени на связь за счет перехода на автоблоки-
ровку;
в)	укладки дополнительных путей.
К основным недостаткам локомотивного транспорта относятся:
возможность работы только при небольших углах наклона путей и
необходимость соответственного увеличения длины траншей; значи-
тельные радиусы кривых, затрудняющие прокладку путей при огра-
ниченном контуре карьера; широкие площадки под пути; высокая
трудоемкость работ по передвижке путей.
Канатные подъемники
Недостатки локомотивного транспорта частично исключаются
при применении в глубоких карьерах канатных подъемников с до-
ставкой груза в скипах или клетях. Последние предназначены для
подъема груза вместе с автосамосвалом ’ или вагоном. Канатные
подъемники обеспечивают доставку груза из карьера на поверхность
по кратчайшему пути. Их использование становится эффективным
для подъема породы с глубины более 150—200 м. Такие подъ-
емники широко применяются на карьерах «Хогарт» (Канада), «Саус-
Энью» (США) и др. В СССР канатные подъемники пока не приме-
няются.
§ 24. КАРЬЕРНЫЙ БЕЗРЕЛЬСОВЫЙ ТРАНСПОРТ
К безрельсовому транспорту, применяемому на карьерах, отно-
сятся автомобильный, конвейерный, воздушно-канатный и гидрав-
лический, а также транспорт бульдозерами и колесными скреперами.
Автомобильный транспорт
Автомобильный транспорт применяется на карьерах любой
производительности с ограниченными размерами полей, небольшими
сроками эксплуатации и длине транспортирования до 3—5 км.
Автомобильный транспорт применяется как в качестве основного,
так и в сочетании с рельсовым, конвейерным и скиповым.
Для бесперебойной работы средств автотранспорта при различ-
ных климатических условиях на карьерах сооружают автодороги,
которые делятся на постоянные (дороги на поверхности и в капи-
233
тальных траншеях), сооружаемые с покрытием, рассчитанные на
длительные сроки эксплуатации, и временные (дороги на рабочих
уступах карьера и на отвалах).
Дорожное полотно постоянных дорог на поверхности и в капи-
тальных траншеях состоит из проезжей части, двух обочин, откосов
и кюветов.
В зависимости от условий эксплуатации дороги и применяемого
подвижного состава устраиваются дорожные покрытия соответствую-
щего типа.
Временные пути устраивают на естественном грунте, подготов-
ленном вчерне экскаватором, а на отвалах — на спланированной
поверхности насыпного грунта.
Из существующих средств автомобильного транспорта наиболь-
шее распространение на карьерах получили дизельные автосамосвалы
грузоподъемностью 7, 10, 25, 40 т Минского, Кременчугского и
Белорусского заводов, а также автотягачи с прицепами и полупри-
цепами Могилевского завода. Автотранспорт обеспечивает преодоле-
ние больших уклонов и повышение производительности экскава-
торов за счет снижения простоев при обмене подвижного состава
во время погрузки.
К его недостаткам относятся зависимость работы от климати-
ческих условий и значительные затраты на ремонт и эксплуатацию,
удорожающие стоимость транспортирования.
Конвейерный транспорт
Транспортирование породы ленточными конвейерами полу-
чает все большее распространение на открытых карьерах. При этом
виде транспорта обеспечивается непрерывность транспортирования
груза, благодаря чему достигается расчетная производительность
экскаватора в 1,4 раза большая, чем при погрузке в средства же-
лезнодорожного транспорта, и в 1,2 раза большая, чем при авто-
мобильном транспорте. Уменьшается объем капиталчных горных
работ и сокращается срок ввода карьера в эксплуатацию.
Ленточные карьерные конвейеры по назначению подразделя-^
ются на:
забойные передвижные, служащие для транспортирования ма-
териала от экскаватора до сборочного или подъемного конвейера;
подъемные стационарные, служащие для подъема материала из
карьера на поверхность.
Принцип работы ленточного конвейера, назначение и устройство
отдельных его элементов подобны тоннельным ленточным конвейе-
рам, однако конструкции карьерных конвейеров рассчитываются
с учетом их высокой производительности и работы в меняющихся
климатических условиях.
К недостаткам конвейерного транспорта относится быстрый износ
ленты и соответственно относительно высокая стоимость транспорти-
рования.
234
Подвесные канатные дороги
Подвесные канатные дороги применяются в карьерах крайне
редко. Чаще встречаются кабель-краны, предназначенные для подъ-
ема груза с рабочих горизонтов и перемещения его до одного из
бортов карьера, где обычно производится перегрузка материала
в железнодорожные вагоны.
Комбинированный транспорт
Недостатки каждого из видов карьерного транспорта, особенно
явно проявляющиеся с увеличением глубины карьеров свыше 100—
150 м, исключаются при комбинированных способах транспортиро-
вания.
Комбинированные виды транспорта обычно состоят из трех
звеньев: первое — внутрикарьерный транспорт автосамосвалами,
второе — наклонные ленточные или скиповые подъемники и тре-
тье — внекарьерный локомотивами, автосамосвалами или конвейе-
рами в зависимости от условий перевозок. В этом случае сочетаются
преимущества автомобильного транспорта с малыми плечами от-
катки и подъема груза из карьера на поверхность по кратчайшему
пути.
Глава VII
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ ОПЕРАЦИЙ
§ 25. КЛАССИФИКАЦИЯ, ПОДЪЕМНЫЕ КАНАТЫ
И ЧАЛОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Классификация
Грузоподъемные машины и механизмы являются основным обо-
рудованием для механизации перемещения грузов в вертикальном,
и наклонном направлениях и представляют собой оборудование,
работающее с перерывами (паузами), необходимыми для промежу-
точных операций, связанных с захватом груза, его отцепкой и т. п.
Они подразделяются на грузоподъемные и подъемно-транспортные
машины и механизмы (ручные и электроприводные лебедки, в том
числе и лебедки экскаваторов, тельферы, подъемные краны), при-
меняющиеся для погрузочно-разгрузочных работ, подъема и опус-
кания грузов, монтажа металлоконструкций и т. д., и машины и обо-
рудование, входящие в комплекс главного шахтного и проходческого
грузовых и грузо-людских подъемов, а также грузового скипового
подъема в экскалаторных тоннелях. Особенность всех грузоподъем-
ных машин и механизмов состоит в передаче тягового усилия от
привода к перемещаемому грузу через подъемный или тяговый сталь-*
ной канат двойной свивки (за исключением ручных талей с цепной
передачей тягового усилия), навиваемый на цилиндрический при-
водной барабан или свиваемый с него.
Подъемные и тяговые канаты
Подъемные и тяговые канаты двойной свивки (тросы) изготавли-
ваются из стальных проволок диаметром 0,5—3 мм с пределом
прочности (20—200) кПмм". При изготовлении канатов-тросов от-
дельные проволоки в количестве 19 или 37 шт. свиваются в пряди
с последующей свивкой шести прядей в канат вокруг пенькового
сердечника, пропитанного смазкой, предохраняющей канат от ржав-
ления.
236
Если проволоки в пряди и пряди в канате свиты в одном на-
правлении, то такие канаты называются канатами параллельной
свивки, если в противоположном направлении — крестовой свивки.
Первые более гибки, но имеют склонность к раскручиванию. Поэтому
для грузоподъемных машин и механизмов, применяемых в тоннель-
ном строительстве, пользуются канатами преимущественно кресто-
вой свивки, характеристики которых даны в ГОСТ 3070—55,
3071—55, 3077—55, 2688—55.
Характеристика некоторых наиболее распространенных канатов
по ГОСТ 3070—55 приводится в табл. 33.
Таблица 33
Диаметр, мм		Площадь сечения всех прово- лок, мм2	Расчет- ный вес 100 м смазан- ного каната, кг	Расчетный предел прочности проволоки при растяжении о?, кГ/мм2			
каната	прово- локи			ISO		180 для вертикальных шахтных подъемов	
				Разрывное усилие, кГ			
				суммар- ное всех проволок в канате	каната в целом	суммар- ное всех проволок в канате	каната в целом
15,5 17,0 18,5 20,0 22,0 23,5 25,0 26,5 28,0 31,0 34,0 37,0 40,5 43,5 46,5	1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0	89,49 108,3 128,3 151,28 175,56 200,64 229,14 258,78 289,56 357,96 433,20 515,28 605,34 701,1 805,98	84,8 102,6 122,0 143,3 166,3 190,1 217,1 245,2 274,3 339,2 410,5 488,2 573,6 664,3 763,7	13 400 16 200 19 300 22 650 26 300 30 050 34 350 38 800 43 400 53 650 64 950 77 250 90 800 105 000 120 500	11 350 13 750 16 400 19 250 22 350 25 500 29 150 32 950 36 850 45 600 55 200 65 650 77 150 89 250 102 000	16 100 19 400 23 100 27 200 31 600 36 100 41 200 46 550 52 100 64 400 77 950 92 750 108 500 126 000 145 000	13 650 16 450 19 600 23 100 26 850 30 650 35 000 39 550 44 250 54 700 66 250 78 800 92 200 107 000 123 000
Для нормальной службы каната большое значение имеет отно-
D
шение —г,
а
где D — диаметр барабана, на который навивается канат, мм;
d — диаметр каната, мм.
Диаметр каната d, мм для заданной нагрузки S подбирается
следующим образом:
по условию работы выбирают запас прочности т, руководствуясь
данными табл. 34;
определяют необходимое разрывное усилие каната Spa3P —
— m-S, кГ и по нему подбирают тип каната по ГОСТ.
237
Таблица 34
Группа грузоподъемных машин и механизмов	Тип привода и режим работы		Наименьший допускаемый диаметр барабанов и блоков		Наимень- шее допу- скаемое значение запаса прочности, т
А. Краны стреловые на автомобильном, гусеничном и ж. д. ходу, краны подъ- емные, механизмы на строительных и временных работах	Ручной привод		D > 16Т		4,5
	Машинный привод	Легкий режим Средний Тяжелый	D > 16rf D > 18d D > 20d		5,0 5,5 6,0
Б. Все остальные ти- пы кранов и подъ- емных механизмов	Ручной привод		D > 18d		4,5
	Машинный привод	Легкий режим Средний Тяжелый	D > 20d D > 25d D > 30d		4,5 5,5 6,0
В. Лебедки грузо- подъемностью до 1 т	Ручной привод		D > 30d		4,0
Г. Подъемники гру- зовые с проводни- ками н людские (лифты)	Машинный привод		С одно- барабан- ными ле- бедками С канато- ведущими шкивами	D > 40d D > 50d	9,0 12,0
Д. Шахтный подъем а) грузовой б) грузо-людской в) людской	Машинный привод		С копро- выми шки- вами	V V V 888 S. Й. a.	6,5 7,5 9,0
Пример. Для поднятия железобетонных изделий весом до 2 т требуется уста-
новить подъемный кран с машинным приводом и подобрать к нему стальной канат.
Режим работы тяжелый.
По условиям работы подъемник подходит согласно табл. 34 к типу А, где т = 6
и D = 20d.
Определяем необходимое разрывное усилие каната;
Spa3p = 2000-6= 12 000 кГ.
Потабл. 33 находим канате ближайшим разрывным усилием 5разр = 13 750 кГ,
у которого диаметр d = 17 мм, диаметр проволок б — 1,1 мм.
Диаметр барабана лебедки на подъемнике должен быть не менее D = 20 -17 =
= 340 мм.
При большем диаметре барабана условия работы каната лучше, поэтому прини-
маем D = 400 мм.
238
Срок службы стальных канатов зависит от правильного выбора
типа каната для данных условий, от соотношения между диаметрами
каната и барабана или блока и от ухода за канатом, который в основ-
ном сводится к следующему:
а)	систематически не менее одного раза в неделю очищать и
смазывать поверхности каната графитовой мазью;
б)	подъем и опускание грузов производить плавно без рывков
и без превышения веса, установленного для подъемного устройства;
в)	следить за правильной укладкой витков каната на барабане
(без набегания витков друг на друга и образования петель);
г)	ежесменно осматривать канат и один раз в сутки проверять
канат путем пропускания его через руку, обернутую паклей или
обтирочными концами, для выявления обрывов.
Показателем износа каната является число обрывов проволок
на его поверхности. Если при осмотре каната шахтной подъемной
установки окажется, что на каком-либо участке, равном шагу его
свивки (расстоянию, равному п + 1 прядей), число оборванных
проволок достигает 5% полного их числа в подъемном канате, его
надо заменить.
Чалочные приспособления
Для подъема штучных грузов пользуются чалочными канатами
или стропами. Если подвешивается груз на крюк крана с помощью
чалочного каната или строп с числом ветвей п, расположенных
под углом а к вертикали, то расчетная нагрузка S на каждую ветвь
каната определяется по формуле
где	Q — вес поднимаемого груза;
<р =  1 а--коэффициент, принимаемый в зависимости от вели-
чины угла наклона.
Значение коэффициента при различных углах а:
а град....... О	30	45	60
<р........... 1,00	1.15	1.42	2,00
Итак, чем больше угол а, тем больше расчетная нагрузка, что
следует иметь в виду при зачаливании груза.
§ 26. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ И ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ
И МЕХАНИЗМЫ
Лебедки
Лебедки широко применяются как самостоятельные грузоподъем-
ные машины; они также входят в состав кранов, подъемников, экска-
ваторов; используются в системах управления бульдозерами, скре-
перами и др. Лебедки могут быть с ручным и механическим приводом.
239
Ручные лебедки применяют при выполнении грузоподъемных опе-
раций, носящих временный характер, малых объемах монтажных
работ, когда требуется перемещение или подъем груза с небольшой
скоростью. Ручные лебедки выпускаются с тяговым усилием от 0,25
до 10 т при канатоемкости барабана 50—300 м.
Ручная лебедка (рис. 131) состоит из станины 1, приводного
вала 8 с двумя съемными рукоятками 3, зубчатой передачи 4—2—
9—10 с грузоупорным тормозом 6 и барабана 11. При подъеме груза
собачка 5 грузоупорного тормоза проскакивает по храповому колесу 7
Рис. 131. Кинематическая схема руч- Рис. 132. Фрикционная однобарабанная
ной лебедки	лебедка
и не препятствует вращению барабана 11. Конструкцией грузоупор-
ного тормоза обеспечивается принудительный спуск груза при вра-
щении рукоятки в обратную сторону.
Приводные лебедки по связи между двигателем и барабаном
делятся на фрикционные и электрореверсивные.
Фрикционная лебедка (рис. 132) имеет фрикционную муфту 2 для
связи барабана 4 с зубчатой передачей 1, приводимой во вращение
от электродвигателя 7. Подъем груза происходит при включенной
муфте, а спуск — под действием силы тяжести при выключенной
муфте. Скорость спуска груза регулируется тормозом 3\ поднятый
груз удерживается храповым устройством 6. Включение муфты
осуществляется путем перемещения барабана 4 в сторону зубчатой
передачи при свинчивании гайки 5 с винта. Управление муфтой
и тормозом лебедки бывает рычажное, гидравлическое или пневма-
тическое. Свободное вращение барабана позволяет получить большую
скорость спуска груза, поэтому фрикционные лебедки широко при-
меняют в одноковшовых экскаваторах, подъемниках, сваебойных
установках и др.
Электрическая реверсивная лебедка отличается от фрикционной
тем, что между двигателем и барабаном имеется жесткая кинемати-
ческая связь через шестерни, а фрикционная муфта отсутствует.
Поэтому спуск и подъем груза производится при реверсировании
двигателя. Реверсивные лебедки надежны, удобны при монтажных
240
работах; управление ими сводится к включению и выключению
двигателя и может быть дистанционным. Они применяются для
подъема и спуска длинномерных материалов (рельсов, леса и др.),
на переподъемниках, сооружаемых при бункерных эстакадах, для
монтажа оборудования. Приводные лебедки выпускаются с тяговым
усилием от 0,25 до 12 т и канатоемкостыо барабана 50—500 м.
Электротельферы, тали и кошки
Электротельферы находят широкое применение при сооружении
тоннелей (для доставки тюбингов и блоков к щиту, для подвешива-
ния пневмогрузчика КС-3 и др.), на строительных площадках,
в мастерских, складах и т. п.
Электротельфер состоит из двух основных узлов: грузоподъемного
механизма и электроприводной ходовой тележки, перемещающейся
по монорельсу.
Грузоподъемный механизм (рис. 133) служит для
подъема и опускания грузов и состоит из корпуса 4, барабана 5,
электродвигателя 8, зубчатой передачи редуктора, грузового блока
с крюком 6 и каната 7.
- Для правильной навивки каната на поверхности грузового бара-
бана по винтовой линии нарезаны ручьи. Один конец каната кре-
пится на барабане, а другой — к корпусу электротельфера. Один
конец вала редуктора соединен с электродвигателем шлицевой
муфтой 1, на другом конце установлен дисковый электромагнитный
тормоз 2, укрепленный па консольном конце вала редуктора. Тормоз
служит для удержания на весу поднятого груза. Торможение обес-
печивается усилием центральной пружины 5, а растормаживание —
тремя электромагнитами, которые включены в цепь питания электро-
двигателя.
Таким образом, торможение и расторможение происходит автома-
тически при включении и выключении тока в цепи электродвигателя.
16 Зак. 630
241
Четырехколесная ходовая тележка тельфера
(рис. 134) состоит из двух вертикальных щек 2, прикрепленных
болтами к корпусу грузоподъемного механизма. Конструкция те-
лежки приспособлена для движения по нижним полкам двутавро-
вой балки. Момент вращения передается от электродвигателя 1 на
Рис. 134. Схема ходовой тележки
ведущую пару колес 3 через
редуктор.
Направление движения
тельфера по монорельсу из-,
меняется при реверсировании
двигателя, который питается
электроэнергией от троллей-
ных проводов через токо-
приемники скользящего типа.
В некоторых случаях, на-
пример на тельферных эста-
кадах шахтных площадок,
вместо троллейных проводов
применяется изолированный
гибкий кабель.
Тельфер грузоподъемностью 5 т (ТВ-5) подвешен на две ходовые
тележки, из которых одна имеет электропривод передвижения.
Техническая характеристика электротельферов приведена в
табл. 35.
Таблица 35
Показатели	Тип электротельфера			
	ТВ-1	ТВ-2	тв-з	ТВ-5
Грузоподъемность, кг			1000	2000	3000	5000
Высота подъема, м . . .	6	6	6	6
Скорость подъема, м/мин	8	8	8	8
Скорость передвижения м/мин	20	20	30	30
Наименьший радиус закругления, м Мощность электродвигателей, квпт.	1,5	1,5	2,5	2,5
подъема груза 		2,4	3,5	5,0	7,5
передвижения груза	0,65	0,65	1,7	1,7
Диаметр каната, мм			8,8	11,0	13,0	13,0'
Таль применяется для монтажа и демонтажа щитов, укладчиков
и других вспомогательных операций.
Таль (рис. 135) состоит из червяка 1 и червячного колеса 2,
встроенных в корпус 7. За одно целое с червячным колесом выпол-
нена звездочка 3. Вращение червяку, а от него червячному колесу
и звездочке 3 передается тяговой цепью 6 через тяговое колесо 5.
В конструкции тали предусмотрено тормозное устройство, удержи-
вающее поднятый груз на весу.
Тали с ручным приводом изготовляются грузоподъемностью от
0,5 до 10 т. Таль перемещается по балкам с помощью кошки 4,
к которой таль подвешена на крюке.
242
Рис. 135. Таль с ручным приводом
16*
243
Строительные краны
дачи различных строительных материалов,
грузов при сооружении тоннелей мелкого
Рис. 136. Башенный кран с неповоротной башней
Краны перемещают грузы как в вертикальном, так и в горизон-
тальном направлениях и являются основными монтажными сред-
ствами при сооружении вестибюлей метрополитенов, строительстве
надшахтных и жилых зданий. Краны используются также для по-
подъема при опускании
заложения и открытом
способе работ.
Основными подъем-
но-транспортными ма-
шинами при современ-
ном строительстве явля-
ются башенные краны.
Они весьма маневренны,
универсальны. Наибо-
лее распространены кра-
ны на рельсовом ходу.
Башенные краны выпу-
скаются грузоподъем-
ностью 0,5—75 т, с вы-
сотой подъема 11 —90 м
и вылетом стрелы 5—
45 м.
Башенный кран (рис.
136) имеет опорную часть
1 на ходовых колесах,
выполняемую в виде
плоской тележки или
портала. Решетчатая
башня четырехугольно-
го сечения состоит из секций, соединенных болтами. Нижняя секция
2 башни присоединена к порталу, на верхнюю 3 секцию пира-
мидальной формы опирается поворотная головка 9. К головке
присоединена противовесная консоль 5 с противовесом 6 и стрела
11, которая удерживается полиспастом 10, связанным со стреловой
лебедкой 7. По нижнему поясу горизонтально установленной стрелы
специальной лебедкой 4 перемещается тележка 12, обеспечивающая
плавность и точность подачи груза при монтаже. Механизм пере-
движения 12 крана установлен на ходовой тележке. Механизм
поворота 13 стрелы расположен в верхней части башни и имеет
цевочное зацепление. Грузовая лебедка 8 может быть размещена
на противовесной консоли или в средней части башни. Стрело-
вая'лебедка 7 устанавливается на противовесной консоли.
Для устойчивости опорную часть крана загружают балластом 14
весом 4—60 т. Электроэнергия подводится гибким кабелем 15.
Распространение в тоннельном строительстве получили также
трубчатые башенные краны. Вместо башни такие краны имеют
244
трубу большого диаметра. На верхнем конце трубы шарнирно за-
креплена стрела, сваренная также из труб. Труба установлена на
поворотной платформе, где расположены противовес и механизмы
крана. Трубчатые краны имеют меньший вес, чем решетчатые, и более
устойчивы.
Все башенные краны снабжаются для безопасной работы предо-
хранительными устройствами. На ходовой тележке устанавливают
конечные выключатели, срабатывающие при касании упоров на кон-
цах рельсового пути. Имеются также ограничители высоты подъема
крюка, подъема стрелы, перемещения тележки по стреле и ограни-
читель грузоподъемности.
Рис. 137. Козловый кран
На ходовой части крапа имеются клещевые захваты, с помощью
которых кран закрепляется на рельсах при сильном ветре, в нерабо-
чее время, а также при монтаже.
Козловые краны используются для установки обделки при
сооружении тоннелей метрополитенов мелкого заложения при откры-
том способе работ, монтаже оборудования и тяжелых конструкций,
погрузочно-разгрузочных работах на шахтной поверхности и т. д.
Козловый кран (рис. 137) состоит из горизонтальной фермы 1,
соединенной с опорами 2, которые установлены на ходовых тележ-
ках 3, перемещающихся по рельсовым путям. Вдоль фермы пере-
мещаются тельферы 4 (или тележка с грузовой лебедкой). Привод
крана электрический. Передвижение крана, работающего в комплексе
механизации открытого способа работ, вдоль оси тоннеля осуще-
ствляется с помощью гидравлических домкратов.
В метростроении используются краны грузоподъемностью 10 т
с пролетом 18—25 м и грузоподъемностью 7,5 т (ККУ—7,5)
с пролетом 20—32 м.
Мостовой кран отличается от козлового тем, что его ферма опи-
рается непосредственно на ходовые тележки, перемещающиеся по
рельсам, уложенным на подкрановые балки, опирающиеся на ко-
лонны. Применяют мостовые краны преимущественно для обслужи-
215
вания складов и цехов сборного железобетона, шахтных компрес-
сорных, зданий подъемных машин и т. д. Грузоподъемность мостовых
кранов 3—50 т и более, пролет 5—30 м.
Самоходные стреловые универсальные крапы легко передви-
гаются и широко применяются на различных строительных и погру-
зочно-разгрузочных работах, при монтаже конструкций и оборудо-
вания при строительстве объектов, разбросанных друг от друга
Рис. 138. П невмоколесный кран
Отечественные пневмоколесные
на значительные расстояния.
Самоходный кран состоит
из ходовой части и располо-
женной на ней поворотной кра-
новой части. По типу ходовой
части краны подразделяются
на рельсовые, гусеничные, пне-
вмоколесные, автомобильные и
тракторные.
В тоннельном строительстве
получили распространение пне-
вмоколесные краны.
Пневмоколесный кран (рис.
138) имеет поворотную часть 1,
установленную на массивной
раме 3, опирающейся на оси
с пневмошинами больших раз-
меров. Для устойчивости при
работе с максимальным грузом
кран снабжается выносными
опорами 2.
краны имеют грузоподъемность
10—25 т, вылет стрелы 4—14 м. Выпущены опытные образцы кранов
грузоподъемностью 40 т.
Отечественные автомобильные краны, монтирующиеся на базе
автомобилей ЗИЛ-150, МАЗ-200 и ЯАЗ-210, имеют наибольшую
грузоподъемность соответственно 3, 5 и 10 т, вылет стрелы 5, 9
и 16 м. Кроме того, на базе автомобиля ЗИЛ-150 выпускается
башенный кран КТС-3 грузоподъемностью 3 т с телескопической
трубчатой колонной, шарнирно сочлененной с трубчатой стре-
лой. Кран пригоден для строительства зданий высотой до двух
этажей.
Тракторные краны грузоподъемностью 3—15 т имеют поворот-
ную или неповоротную крановую часть, которая монтируется на
стандартном, обычно гусеничном тракторе. Эти краны имеют хоро-
шую проходимость, наиболее широко применяются для укладки
трубопроводов в траншеи (краны-трубоукладчики).
Легкие переносные краны грузоподъемностью 0,2—0,8 т состоят
из отдельных частей, переносимых вручную. Такие краны могут
быть установлены на технологических платформах в тоннеле, строя-
щемся здании и т. д. и используются для перегрузки и подъема
246
материалов, вспомогательного оборудования и других мелких гру-
зов. Вес крана 0,2—1 т.
Легкий переносный кран («Пионер», Т-108А, ДИП) имеет колес-
ную тележку 1 (рис. 139), сваренную из труб и уголков. С колонной
тележки шарнирно соединена полноповоротная платформа 2; на ее
цапфы нижней вильчатой частью опирается трубчатая стрела 3.
Вылет стрелы постоянный. Подъем груза производится электри-
ческой лебедкой 4, платформу поворачивают вручную. Противовес 5
Рис. 139. Легкий переносный кран
набирается из отдельных чугунных плит. При эксплуатации крана
необходимо следить за исправностью концевого выключателя, уста-
новленного у головного блока стрелы. Этот выключатель размыкает
цепь двигателя лебедки при подходе к нему крюковой обоймы,
предотвращая опрокидывание крана в сторону противовеса. Краны
иногда устанавливают на самоходной (на рельсовом ходу) башне
высотой 4 м, что расширяет область их применения.
§ 27. ШАХТНЫЙ ПОДЪЕМ
Устройство и принцип работы шахтной
подъемной установки
На строительстве тоннелей и метрополитенов под шахтным
подъемом подразумевается комплекс оборудования и устройств,
с помощью которых производится подъем и спуск грузов по верти-
кальным и наклонным выработкам (шахтным стволам). В зависи-
мости от назначения шахтный подъем разделяется на грузовой и
грузо-людской. На строительстве тоннелей и метрополитенов глу-
247
бокого заложения пользуются грузовым скиповым и грузо-людским
клетевым подъемом при наличии двух или нескольких шахтных
стволов, и грузо-людским шахтным подъемом при одном стволе.
При мелком заложении тоннелей применяется только грузовой
подъем. Здесь рабочие и техперсонал опускаются в подземные вы-
работки по лестничным ходкам.
При вертикальных стволах применяется исключительно канат-
ный подъем, а в качестве подъемных сосудов — клети и скипы.
Схема вертикальной клетевой подъемной установки изображена
на рис. 140. Основными^ее'элементами являются: подъемная машина,
Рис. 140. Схема вертикального клетевого подъема
находящаяся в специальном помещении /; подъемные сосуды 5;
канаты 2, соединяющие барабаны подъемной машины с подъемными
сосудами; копер 4 с двумя копровыми шкивами 3, предназначенными
для направления подъемных канатов в ствол и расположенными
на одной геометрической горизонтальной оси, и система сигнали-,
зации.
Со стороны подъемной машины к копру примыкает бункерная
породная эстакада; с противоположной стороны — эстакада, по
которой к стволу подаются порожняк, элементы тоннельной об-
делки и материалы. Правая часть эстакады оборудована вспомога-
тельным одноклетевым подъемником 6 для подачи вагонеток с мате-
риалами с шахтной поверхности на откаточный горизонт.
Шахтная подъемная установка работает следующим образом: при
вращении барабанов подъемной машины один из канатов навивается
на барабан, а другой в это время свивается с барабана; в результате
одна из клетей поднимается, а другая опускается. Груженая и по-
рожняя клети одновременно достигают соответственно верхней и
нижней приемных площадок, где груженая клеть разгружается,
а порожняя загружается. Порода транспортируется в вагонетках,
которые закатываются в клеть и удерживаются в ней стопорами.
248
Клети перемещаются по деревянным или металлическим провод-
никам (направляющим), которые проложены вдоль ствола шахты.
Каждая клеть перемещается в своем подъемном отделении в стволе
шахты.
Рис. 141. Схема вертикального скипового подъема:
а — схема подъема; б—общий вид; I—соединенный противовес; II —скип
при загрузке; III — скип при разгрузке; IV — ось клетевого подъема;
V — ось ствола; VI — ось скипового подъема; VII — лестница
Подъемная машина в этом случае располагается в стороне от
копра. Расстояние между осью ствола и осью барабанов машины,
по данным Я- В. Бровмана,
/min = 0,6/гк + 3,5 4- £>б, м,
где hK — высота копра, м;
£)б — диаметр барабанов подъемной машины, м.
. Угол наклона струны подъемного каната к горизонту не рекомен-
дуется принимать менее Р = 33° во избежание колебаний струны
каната и задеваний каната за раму подъемной машины. Чрезмерное
249
увеличение угла Р вызывает приближение машины к стволу. Исходя
из этих условий принимают 50°> Р > 33°.
Увеличение скоростей проходки тоннелей при использовании ме-
ханизированных щитов потребовало применения более производи-
тельных типов шахтных подъемов. По заданию Ленметропроекта
Гипрошахт разработал применительно к стволу шахты с внутренним
диаметром 5,10 м новый тип скипо-клетевого подъема с уравнитель-
ными канатами и расположением подъемных машин на копре. Такая
подъемная установка имеет минимальные габариты, что особенно-
важно для шахтных площадок, размещаемых в густо застроенных
районах города.
Схема скипового подъема приведена на рис. 141. В этой схеме
подъемный сосуд — скип емкостью 3 м3 с донной разгрузкой —
подвешивается на двух канатах: уравнительном 6 и головном 4.
Уравнительный канат огибает уравнительный шкив 5 и соединяется
с нижней частью 1 разъемного противовеса, приблизительно равной
весу подъемного сосуда. Головной канат навивается непосредственно
(копровые шкивы отсутствуют) на барабан подъемной машины 3,
а другой ветвью соединяется с верхней частью 2 противовеса. Благо-
даря составному противовесу нагрузка от мертвых весов сосуда
и части противовеса снимается с подъемной установки и передается
на уравнительный шкив, обеспечивая в то же время натяжение
уравнительного каната.
Такая же принципиальная схема принята и для одноклетевого
подъема, предназначенного для вертикального транспорта материа-
лов, оборудования и людей и расположенного в этом же стволе.
Клеть рассчитана на подъем одной вагонетки емкостью 1,5 м3.
Шахтный копер принят башенного типа цилиндрической формы
из железобетонных тюбингов. Непосредственно к копру примыкает
бункер для породы емкостью 100 м3. Склад тюбингов размещается
на поверхности земли.
Особенности конструкций подъемных машин
и лебедок
На клетевых подъемах при тоннельном строительстве применяются
двухбарабанные подъемные машины 2БМ 2000/830, а при скипо-
клетевых подъемах — подъемные лебедки 2БЛ 1600/824у.
Технические характеристики подъемных машин приведены
в табл. 36.
Подъемная машина, или лебедка, состоит (рис. 142) из асинхрон-
ного электродвигателя 1, редуктора 2, двух барабанов 3, тормозов 4,
приборов управления и контроля 5 и 6.
Каждый барабан представляет собой два стальных диска, соеди-
ненных между собой стальной цилиндрической оболочкой. Ступицы
дисков обоих барабанов сидят на общем валу, соединенном с редук-
тором. Оболочка барабанов имеет деревянную футеровку из брусьев.
На футеровке прорезаны спиральные канавки для укладки подъемных
250
Таблица 36
Тип подъемной машины	Барабан		Нагрузка		Канат		Скорость каната, м[сек	Число оборотов приводного вала в минуту	Мощность электро- двигателя, кет	!
	диаметр, мм	ширина, мм	наибольшее ста- тическое натяже- ние каната. кГ	наибольшая раз- ность натяжений двух канатов	наибольший диаметр, мм	наибольшее сум- марное разрыв- ное усилие всех проволок в ка- нате, кГ			
2БЛ 1600/824у 2БМ 2000/830	1600 2000	800 800	4000 5000	2500 3000	25 25	29 800 36 600	2,0 2,6 3,4 2,5 3,3	580 720 960 720 960	55 75 100 90 120
канатов. На каждом из барабанов должен размещаться канат дли-
ной от нижней до верхней приемной площадки, запас каната для
испытания и не менее трех
витков трения, необходи-
мых для ослабления натя-
жения каната в месте его
крепления к барабану.
Канат пропускается через
отверстие оболочки бара-
бана и жимками крепится
к спице диска барабана.
Для управления маши-
ной применяется специаль-
ный пульт управления.
Рукоятка 5 служит для
управления механическим
рабочим тормозом, штур-
вал 6 — для управления
электродвигателем.
Безопасность работы
подъемной установки во
многом зависит от надеж-
ности работы тормозной
системы подъемной ма-
шины.
Подъемная машина
должна иметь два механи-
ческих тормоза — рабочий Рис- *42. Лебедка 2БЛ1600/824у
и предохранительный; по-
следний должен срабатывать автоматически при возникновении
аварийного режима. Допускается применять как вспомогательное
электрическое торможение приводным электродвигателем.
251
Механическое торможение происходит при нажатии деревянных
тормозных колодок 4 на стальные тщательно обработанные тормоз-
ные шкивы, скрепленные с барабанами. Тормозные колодки являются
общими как для предохранительного (аварийного), так и для рабо-
чего торможения. Приводы рабочего и аварийного торможения вклю-
чаются в работу независимо друг от друга. Для определения поло-
жения подъемных сосудов в стволе шахты служит указатель глубины,
приводимый в действие от коренного вала.
Копровые шкивы и подъемные сосуды
Копровый шкив (рис. 143) состоит из обода /, спиц 2, ступицы 5,
вала 4 и подшипников 5. Ступица закрепляется на валу шпонкой,
а для предотвращения сдвига шкива вдоль вала на него насажи-
ваются кольца. Подъемный канат, огибая шкив, располагается
в ручье его обода.
Рис. 143. Копровый шкив
При диаметре копрового шкива DK ш до 3 м применяются
шкивы велосипедного типа с литым ободом и ступицей со спицами
из круглого железа.
При Дк ш свыше 3 м обод изготовляется из отдельных литых
или штампованных сегментов, а спицы из швеллеров соединяются
с ободом болтами. Вогнутая поверхность обода футеруется деревом
или старой резиновой лентой. Диаметр шкивов определяется так же,
как и диаметр барабанов подъемных машин и лебедок:
DK, ш > 80dK, мм.
В качестве подъемных сосудов применяются одноэтажные клети
на одну вагонетку грузоподъемностью 1,5 м* и выше и скипы с раз-
грузкой через дно.
Основной частью клети (рис. 144) является сварной или клепа-
ный каркас 1, обшиваемый по бокам металлическими листами с от-
верстиями. Соединение клети с подъемным канатом производится
252
Рис. 144. Клеть
с помощью подвесного устройства 7 с предохранительными цепями
и коуша 8. Коуш изготовляется несимметричным по отношению
к оси каната. Канат вначале огибает крутую часть коуша, а затем
пологую часть и закрепляется шестью-восемью жимками 9. Клеть
имеет лапы (или ролики), которые охватывают деревянные или ме-
таллические проводники. Под клетью имеются посадочные башмаки 2.
Для остановки при обрыве
подъемного каната клети имеют
парашюты. Пока клеть висит на
канате, она своим весом сжимает
коническую пружину 11, через ко-
торую проходит болт 10, связанный
с тягой 6. Тяга 6 тягами 4 и 5
соединяется с захватами 3, кото-
рые раздвинуты в стороны и не
касаются проводников. При обры-
ве каната пружина разжимается,
перемещает вниз болт 10 и приво-
дит в движение захваты, которые,
поворачиваясь, внедряются в про-
водники — происходит торможе-
ние и остановка клети. При метал-
лических проводниках торможе-
ние клети происходит за счет
трения, возникающего между про-
водниками и захватами, входя-
щими в соприкосновение с ними.
У скипа с разгрузкой через
дно (см. рис. 141) кузов 7 шарнирно
связан с рамой 8 в верхней своей
части. При разгрузке скипа ро-
лик 10 двигаясь по разгрузочным
кривым 9, отклоняет кузов на 15°
относительно рамы. При этом
днище скипа под давлением породы
откидывается на 45° и образует лоток, по которому порода высыпается
в бункер. Загрузка скипа осуществляется на горизонте околостволь-
ного двора из загрузочного устройства бункерного типа, которое
заполняется при разгрузке нерасцепленных составов вагонеток
в круговом опрокидывателе.
Особенности проходческих подъемов
Проходческий подъем служит для выдачи грунта, спуска' и
подъема людей, а также для подачи материалов при проходке шахт-
ных стволов. Наиболее широко распространены однобадьевой и
двухбадьевой подъемы.
При однобадьевом подъеме (рис. 145) в движении находится
одна бадья, а вторая в это время наполняется грунтом в забое.
253
Перецепка бадей осуществляется только в забое. Наверху бадья
с грунтом разгружается без отцепки от подъемного каната.
При двухбадьевом подъеме поднятую на поверхность бадью раз-
гружают, а вторую (порожнюю) в забое отцепляют и вместо нее наве-
шивают третью бадью, наполненную грунтом, и т. д.
Рис. 145. Схема однобадье-
вого подъема
1 — машинное помещение; 2 —
разгружаемая бадья; 3 — по-
грузка породы в бадью пиевмо-
погрузчиком; 4 — времен-
ный бункер; 5 — металлическая
л я да; 6 — лебедка для откры-
вания металлической ляды;
7—тельферная эстакада; 8—руч-
ная 5 т лебедка для подвески
металлического полка; 9— под-
весной металлический полок;
10 — лебедка для подвески
грузчика; 11 —замораживающие
колонки; 12—деревянные на-
правляющие проводники
Двухбадьевой подъем при равных условиях с однобадьевым (ем-
кость бадьи и скорость ее движения, глубина ствола, способ раз-
грузки на поверхности) более производителен и требует меньшего
расхода электроэнергии. Двухбадьевой подъем наиболее целесооб-
разен для проходки стволов глубоких шахт с большими поперечными
сечениями.
Подъем грунта из забоя ствола на поверхность осуществляется
в металлических бадьях цилиндрической формы. Бадьи используют
также для спуска материалов и инструмента. По условиям безопас-
ности всегда применяют только неопрокидные бадьи (с глухим дном).
254
Емкость бадей зависит от способа погрузки грунта, размеров
поперечного сечения ствола, типа подъемной машины, глубины
ствола и обычно составляет 1 м3.
Бадьи диаметром 1 м и высотой 1—1,2 м изготовляют из листовой
стали толщиной 8 мм; корпус бадьи соединяется с дужкой проуши-
нами, прикрепленными к ее ободу. Самоопрокидывание бадьи исклю-
чается благодаря тому, что ее центр тяжести находится ниже оси
проушин.
Опрокидывают бадьи коротким канатом, один конец которого
закрепляется неподвижно к копру, а второй оканчивается специаль-
ным крюком. Крюк прицепляют к кольцу на дне бадьи и ослабляют
подъемный канат. Корпус бадьи при этом переворачивается и грунт
высыпается по лотку в бункер.
Эксплуатация подъемных установок
При приемке смены производят наружный осмотр подъемной
машины. При этом проверяется: исправность тормозных устройств,
правильность показаний указателя глубины, исправность барабанов
и их футеровки, исправность тормозных колодок, исправность дви-
гателя и его нагрев, смазка подшипников и уровень масла в редук-
торе. Зазор между тормозными шкивами и колодками не должен
превышать 2 мм; температура нагрева двигателя должна быть не
свыше 65°; положение гаек и стрелок указателя глубины должно
соответствовать положению подъемных сосудов в стволе. Результаты
осмотра заносятся в «Книгу приемки и сдачи смен машинистами
подъемной установки». О всякой неисправности немедленно дово-
дится до сведения технадзора. Перед спуском и подъемом людей
необходимо предварительно перегнать клеть вхолостую.
Во время работы машинист должен внимательно следить за при-
борами контроля работы подъемной установки и за подаваемыми
сигналами. Всякий непонятный сигнал должен восприниматься как
сигнал «Стоп». Машинист должен остановить подъемную машину и
затормозить ее предохранительным тормозом при обнаружении ка-
кой-либо неисправности.
Осмотр подъемной машины, проводников, подъемных сосудов,
парашютов, канатов и их креплений к сосудам и органам навивки,
а также копровых шкивов, загрузочных устройств скипового подъ-
ема и тормозов производится ежесменно дежурным слесарем; еже-
суточно — механиком участка; один раз в шесть дней — главным
механиком строительства г.
Подъемные канаты должны осматриваться ежесменно при ско-
рости не более 0,5 м!сек. При этом определяется общее число обор-
ванных проволок по всей длине каната. Раз в неделю должен произ-
водиться детальный осмотр канатов при хорошем освещении, причем
должно подсчитываться число обрывов на одном шаге свивки каната
1 Правила безопасности на строительстве метрополитенов и тоннелей.
255
в наиболее поврежденных местах. После осмотра производится
смазка каната канатной мазью. Раз в месяц должен производиться
тщательный осмотр при скорости не более 0,3 м/сек тех мест каната,
где больше всего можно ожидать повреждений, и тех мест, где нахо-
дится наибольшее число поврежденных проволок каната.
Перед навеской подъемные канаты должны быть испытаны на
канатноиспытательных станциях, зарегистрированных горнотех-
нической инспекцией.
Расчет шахтного двухклетевого подъема
Шахтный двухклетевой подъем рассчитывается по следующим
формулам:
1.	Часовая производительность подъема
Q.ac =--
где А — суточная выдача грунта через шахту, т;
с—коэффициент неравномерности работы подъема (1,5—1,3);
t — время работы подъема в сутки для выдачи грунта на по-
верхность (обычно t 20 ч), ч.
2.	Число подъемов в час
Фчас
~ Qrp ’
где Qrp — вес полезного груза (грунта), поднимаемого за один
подъем, т.
3.	Продолжительность одной операции по подъему (в секундах)
равна
4.	Время подъема составит
Т — 7\ — Т2, сек,
где Т2 — интервал между подъемами на выгрузку, погрузку и по-
дачу сигнала (обычно 25—30 сек при двухвагонеточных
клетях и 10—20 сек при одновагонеточной клети).
5.	Средняя скорость подъема
оСр — м/сек,
где Н — высота подъема, м.
Максимальная скорость подъема vmBX при спуске и подъеме
людей по вертикальным выработкам допускается для высоты подъема
до 40 м — 2 м/сек\ для высоты до 100 м — 3 м/сек и свыше 100 м —
6 м/сек (см. Правила безопасности на строительстве метрополитенов
и тоннелей, 1961).
256
6.	Ускорение и замедление при подъеме и спуске людей по вер-
тикальным выработкам должно быть не более 0,75 zt/ce№.
7.	Наибольший вес поднимаемого груза
Q — Qrp + Qkji + QBar + РКН. Кг>
где Qrp — полезный груз, кг;
QKJ] — вес клети, кг;
QBar — вес порожней вагонетки, кг;
ркН — вес каната, кг;
Н — длина каната от клети до горизонтальной оси копро-
вого шкива, лг;
рк — вес 1 пог. м каната, кг
п __ Qrp 4 Скл 4- Qваг
где о2— предел прочности при растяжении (см. табл. 33);
у0 — фиктивная плотность каната (уо = 0,85—1).
8.	Необходимое разрывное усилие каната
^разр Qtn, КГ,
где Q — наибольший вес поднимаемого груза, кг;
т — коэффициент запаса прочности, принимается в соответ-
ствии с табл. 34.
9.	По разрушающей нагрузке (разрывному усилию) подбирают
тип каната по ГОСТ и соответствующей ему табл. 33.
10.	Мощность подъемного двигателя
Рдв = -ах , кет,
дв 102г]1т]2 ’
где k—грузовой коэффициент, равный 1,2;
— к. п. д. передачи, равный 0,85;
т]2 — коэффициент перегрузки двигателя в пусковой период,
равный 1,8—2.
17 Зак. езо
Глава VIII
ОРГАНИЗАЦИЯ И КОМПЛЕКСНАЯ МЕХАНИЗАЦИЯ
РАБОТ ПРИ СООРУЖЕНИИ ТОННЕЛЕЙ
Основой правильной организации работ является цикличность
выполнения отдельных строительных процессов, их комплексная
механизация, а также индустриализация строительства, при которой
значительная часть применяемых конструкций (крепи, элементы
обделок) изготавливается на поверхности и монтируется под землей.
Организация работ по строгому графику, согласно которому все
процессы выполняются в определенной последовательности с соблю-
дением установленного времени, называется цикличной. Организация
работ должна предусматривать выполнение в течение смены или суток
целого числа циклов. В этом случае время, необходимое для выпол-
нения работ, входящих в цикл, носит название время цикла.
С точки зрения организации проходческих работ целесообразно,
чтобы время полного цикла совпадало с продолжительностью смены.
Цикличная работа на каждом рабочем месте — основное условие,
необходимое для осуществления скоростной проходки тоннеля и
разработки карьера. Отставание с выполнением работ на одном
из рабочих мест тормозит работу на последующих рабочих местах,
и наоборот.
План выполнения производственных процессов оформляется
в виде циклограммы, в которой указаны последовательность, объемы
работ, выполняемых в течение цикла, и время, необходимое для их
выполнения, а также распределение членов бригады по рабочим
местам.
В качестве примера приведена циклограмма на сооружение меха-
низированным щитом перегонного тоннеля с обделкой из блоков
(рис. 146). Цифры над обозначениями длительности процессов ука-
зывают количество занятых рабочих.
Все основные рабочие процессы увязываются в единую схему
комплексной механизации.
Сущность комплексной механизации определяется следующими
положениями. Комплексы машин выбираются и устанавливаются
с учетом характера возводимых объектов и видов выполняемых
258
работ, темпов производства и условий, в которых должны работать
машины. Выбор машин комплекса должен обеспечивать выполнение
работ в данных производственных условиях заданными темпами
при наименьшей трудоемкости и стоимости их. В составе комплекса
выделяется ведущая машина, определяющая организацию работ
при использовании данного комплекса машин, его производитель-
ность и темп производства работ.
Организация работы всех машин комплекса должна обеспечивать
максимальную производительность ведущей машины при возможно
лучшем использовании остальных, так называемых комплектующих
машин.
Рис. 146. Циклограмма организации работ при сооружении перегонных тоннелей
Ленинградского метрополитена
Комплексная механизация работ предусматривает непрерывное
и одновременное выполнение всех основных и вспомогательных
работ механизированным способом от забоя до поверхности.
В результате внедрения комплексной механизации работ обеспе-
чивается высокая скорость проходки тоннеля или высокая произво-
дительность карьера, повышается производительность труда и сни-
жается себестоимость работ.
Комплексная механизация работ по сооружению
тоннелей метрополитена
В комплексе работ по сооружению тоннелей метрополитенов
более 80% по протяженности составляют перегонные тоннели.
Поэтому комплексная механизация работ по сооружению перегонных
тоннелей, обеспечивающая повышение скорости проходки, является
главной задачей при строительстве метрополитенов.
На сооружении перегонных тоннелей Замоскворецкого радиуса
Московского метрополитена в 1939 г. была сделана попытка органи-
зовать комплексную механизацию работ. Однако отсутствие высоко-
производительного головного механизма — механизированного щита
17*
259
Я
“О
о
к
ё
S
н
пз
►3
д
ъ
я'
g
я
X
Е
Е
X
о
л
от
ПЗ
Де
пз1
3'
СИ
к4
ПЗ
Л
н
о
я
л
Е
X
X
о
д
от
ПЗ
Де
ПЗ
Е
аз о
£
д
со
%
Я
л
Е
от
д
Д
> от
Г4
£4
^4
Е
Е
от
аз
о
Е
£4
Е
пз
о
2
л
Е
X*
5
с\
д
л
о
*<
X
аз
£
д
X
о
д
о
де
Е
пз
X
аз
д
д
СО I
Е
Г)
X
д
ДС

X
Е
д
пз
д
Д
д
о
о
>1
д
пз
X
аз
д
д
со
д
ТЗ
о
о
ПЗ
д
л
Д
л
л
л
Е
Де
Е
д
ОТ
X
о
Е
д
►3
пз
X
X
о
гз
X
о
о
2
о
д
о
Д
ПЗ о
о
пз тз
Х=<<
я
пз
X
д
ПЗ
д
о
Д
rt>
пз
пз
пз
тз
пз
о
д
д
Е
X
н
о
о
Е
пз
:з
х
пз
я
о
“ё
X
о
ДС
д
СО
ГЗ
сГ ё 
3
Е
д
х
о
X
пз
Е
х
от
2
аз
о
д=
х
пз
Е
пз
аз о
о
о
Е
о
*
пз
2
из
X
in
Е
пз
д
д
со
о
X
Sa
д
S
co
Е
пз
X
2
пз
X
аз
X
д
со
аз
Л
д
S
о
о
д
гз
д
о
пз
пз С?
Де й
Е
пз
ПЗ
О
Д
о
о
гз
X
ОТ
пз
Д
о
д
о
S
н
пз
д
о
о
пз
тз
пз
О
Л
д
Е
X
о
д
S
X
д
л
д
S
пз
ОТ
пз
ПЗ
о
пз
о
X
о
д
Е
пз
д
д
X
Д
о
Д
д
аз
х
2
пз
X
аз
д
я
со
аз
Я
д
х
аз
аз
Е
д
д
Q)
о
о
пз
Е
пз
д
д
X
о
Е
д
Ь
пз
X
X
о
о
2
пз
о
д
о
►3
Д
н
пз
д
Е
пз
д
пз
X
о
X
X
Е
X
н
о
л
л
пз
^4
пз
де «<
л
д
д
л
пз
тз
пз
Д
гз
о
о
Е х
5 ”
д
>
X
аз
д
Д
д
Д
о
Е
^4
Д
ПЗ
д
о
X
rog
пз
Е
пз
6
Е
д
н4
пз
X
гз
X
аз
д
Е
пз
о
д
д
Е
X
о
Е
д
^4
пз
о
л
л
ОТ
^4 1
пз -
д«
2
о
д
о
S4
Д
о
о
о
*
ОТ
X
д
3
ПЗ
ТЗ
ПЗ
о
Д'
Е
ПЗ
л
д
со
аз
Я
д
X
д
д
^4
X
Е
д
тз
о
X
о
о
д
ё
ТЗ
2
д
ПЗ
X
Д
Д

о
Д
X
2
пз
о
о
о
X
я
Е
пз
X
аз
д
д
со
о
о
о
пз
аз
д
д
со
д
ТЗ
о
от
аз
я
я
Е
д
о
X
аз
X
о
СО
аз
д
д
ф
д
ё
тз
пз
X
д
пз
Е
CD
Е
пз
X
д
н4
X W с J3 S
ДС ЬО §
Ё сл 2 ~ д
а
Е
ПЗ
Е

о
X
ПЗ
Е
я
пз
Д
X
Д
S
ОТ
аз
о
X
ё
X
о
пз
пз
(ТЗ
д
о
о
5
Д
о
§
гз
аз
о
аз
х
Е
пз
S
СО
аз
Порожняк под погрузку
Откатка грунта и чеканка
Зона контрольного
нагнетания
г $

l^/\/\i7W\/\/\l/\ltZ47V\/\Z7

Схепа узкоколейных путей
Погрузка грунта
из которых конвейер 8 длиной 43 м через натяжную станцию
шарнирно соединяется с тюбингоукладчиком под разгрузочной
головкой транспортера полого вала, а приводная станция опи-
рается на облегченную тележку — опору 9. Конвейер 11, шар-
нирно соединенный с конвейером 8, по всей длине 26 м опирается
на тележки-опоры; технологическая платформа 4 с рольгангом 3,
двумя растворонагнетателями 5 Дмитровского завода и краном-
укосиной 6 грузоподъемностью 1,5 т, который предназначается
для подъема контейнеров емкостью 0,25 м3, загруженных сухой
смесью цемента и песка; монорельсы 7 с тельферами 73; плунжерный
насос 10 завода Ленметростроя; бункер 12 с перекидным шибером,
позволяющим загружать вагонетки, находящиеся на правом и левом
путях. Порода в вагонетки грузится непрерывно.
Тюбинговозки доставляются электровозами совместно с порож-
ними вагонетками к конвейеру 8. Далее тюбинги электротельфером
ТВ-1 перемещаются к рольгангу 3, на котором размещаются необхо-
димое количество тюбингов для монтажа полного кольца обделки.
Жесткое основание под пути устраивается за технологической
платформой в пределах восьми тюбинговых колец. Вначале выпол-
няется повторно-контрольное нагнетание в лотковой части тоннеля,
затем ячейки тюбингов очищаются и заполняются монолитным бето-
ном с помощью электротельферов, смонтированных на опорах пер-
вого конвейера. На бетон, уложенный в ячейки тюбингов, укладыва-
ются бетонные блоки жесткого основания.
Чеканочные работы в лотковой части (в пределах жесткого осно-
вания) не производились, а в верхней части выполнялись со спе-
циальной тележки.
Щит был связан тягами с тюбингоукладчиком и технологической
платформой, которые передвигаются одновременно со щитом. Рас-
смотренная схема организации и комплексной механизации работ
при строительстве перегонных тоннелей позволила совместить во
времени операции; разработку забоя, транспортирование породы,
материалов и оборудования, укладку тюбингов, первичное и по-
вторно-контрольное нагнетание раствора за обделку, чеканку швов
и укладку бетона жесткого основания, наращивание путей, перенос
стрелок и наращивание всех коммуникаций, а также осмотр и про-
филактический ремонт машин и механизмов, благодаря чему были
достигнуты приведенные в табл. 37 технико-экономические пока-
затели .
II схема. По этой схеме (рис. 148) сооружались перегонные тон-
нели Киевского метрополитена.
В состав комплекса входили: механизированный щит 1 типа
«киевский»; блокоукладчик 2; двухъярусная технологическая плат-
форма 3 с краном 4 для укладки тюбингов в кассеты; ленточный кон-
вейер 5; опорная тележка 6 конвейера; механизм 7 для подъема ваго-
неток с материалами для нагнетания; растворонагнетатель 8 Дмит-
ровского завода; лебедка 9 для передвижения тюбингов по кассе-
там; плунжерный насос завода Ленметростроя.
262
Рис. 148. Комплексная механизация работ по сооружению тоннелей в пластичных глинах
Откатка породы и доставка материалов и оборудования произ-
водились в вагонетках электровозами.
Передвижная технологическая платформа 3 располагалась не-
посредственно за щитом и соединялась с ним стальными тягами.
В верхней части платформы размещались тюбингоукладчик и вспо-
могательная тележка, по бокам находились кассеты (два рольганга)
для размещения тюбингов и подачи их к рычагу укладчика.
Вагонетки с блоками доставлялись из околоствольного двора
к вспомогательной тележке вместе с порожними вагонетками. Блоки
с помощью подъемника 4 укладывались в кассету и далее по роль-
гангу перемещались к блокоукладчику.
Сзади технологической платформы производилась установка
блоков жесткого основания.
Применение комплексной механизации работ позволяет обеспе-
чить высокие скорости (см. табл. 37) проходки тоннеля в пластичных
глинах.
Ill схема. По этой схеме производилась в Москве проходка пере-
гонных тоннелей на строительстве Калужского радиуса метрополи-
тена в 1959—1960 гг. («Профсоюзная»—«Академическая») и Покров-
ского радиуса в 1962—1963 гг. («Первомайская»—«Щелковская»),
В состав этого комплекса входят: механизированный щит типа
«киевский», призабойный конвейер-блокоукладчик, оборудованный
толкателями верхнего действия, и другие элементы, машины и меха-
низмы, применявшиеся по второй схеме.
Особенность схемы состоит в том, что все маневровые операции
с гружеными и порожними вагонетками в пределах длины комплекса
осуществляются толкателями верхнего действия. Технико-экономи-
ческие показатели приведены в табл. 37.
Таблица 37
№ схемы	Скорость проходки, пог. м				Трудовые затраты на 1 пог. м тоннеля, человеко-дней
	максимальная		средняя		
	за месяц	за сутки	за месяц	за сутки	
I	320	18	260	12-13	7,9—10,3
II	222	13,5	128—186	7,7—10	10—12
III	127—220	13,5	118—150	7,7	12—15,9
IV	200,3	10,6	—	6-8	8,8—10
V	400	18	—	13	21,1
IV схема. По этой схеме производилась проходка перегонного
тоннеля на строительстве Рижского радиуса («Ботаническая»—
«Рижская») в 1956 г. в Москве в известняках и карбонных глинах.
В состав комплекса входили: механизированный щит (щит 105);
тюбингоукладчик с полым валом и размещенным в нем конвейером;
конвейер на щите; конвейер магистральный; толкатель верхнего дей-
ствия ;^вагонетки и контактный электровоз.
264
Разработанный грунт с помощью режущего органа механизиро-
ванного щита через течку попадал на конвейер, находящийся на
щите, затем на конвейер, размещенный в полом валу тюбингоуклад-
чика, и далее на магистральный конвейер, с которого через бункер
грузился в вагонетки. Состав вагонеток доставлялся электровозом
к шахтному стволу.
Вагонетки с тюбингами вместе с порожними вагонетками доста-
влялись электровозом в зону установки магистрального конвейера
и далее толкателями — к рычагу тюбингоукладчика.
Монтаж тюбингов и нагнетание раствора за обделку производи-
лись в обычном порядке. Достигнутые технико-экономические пока-
затели приведены в табл. 37.
V схема. По этой схеме производилась проходка перегонного
тоннеля на строительстве Ждановского радиуса Московского метро-
политена в песках естественной влажности. В состав комплекса
входили: немеханизированный щит с наружным диаметром 5,5 м,
оснащенный в средних ячейках горизонтальными площадками,
позволяющими при проходке не устанавливать шандорную крепь;
тюбингоукладчик; погрузочная машина ППМ-4М вагонетки емкостью
1,5 м3 и контактный электровоз.
Грунт при передвижке щита с горизонтальных полок ссыпался
вниз и погрузочной машиной ППМ-4М грузился в вагонетки, кото-
рые электровозами доставлялись к шахтному стволу.
Доставка тюбингов, установка их и нагнетание цементно-песча-
ного раствора производились в обычном порядке.
Применение комплексной механизации работ с щитом, оснащен-
ным горизонтальными площадками, позволило на участке «Кузь-
минская» —- «Рязанское шоссе» (Москва) достичь высоких технико-
экономических показателей (см. табл. 37).
Комплексная механизация работ при сооружении
железнодорожных и автодорожных тоннелей
За последние годы проходка железнодорожных и автодорожных
тоннелей в устойчивых породах производится с раскрытием забоя
на полный профиль с комплексной механизацией работ.
В зависимости от инженерно-геологических условий проходка
тоннелей производится по одной из следующих схем комплексной
механизации работ.
I схема. По этой схеме (рис. 149) производится проходка желез-
нодорожных и автодорожных тоннелей в крепких устойчивых по-
родах.
В состав комплекса входят: быстроударные перфораторы; буро-
вая рама 7; погрузочная машина 2; вагонетки 3; электровоз 4; те-
лежка для бетонирования 5; тележка для снятия и перестановки
опалубки 6; пневматический бетоноукладчик 7; сборно-разборная
опалубка 8.
265
I I I I I II HU II II II II II II I | | ll^J I || || II || || || || |,ll I II II II II I И I II II I I I 1Л I U.l I.J I.J LIJ44J^.I IJ II
Бурение производится бы-
строударными перфораторами
ПР-24Л с выдвижных площадок
буровой рамы. В некоторых
случаях для бурения нижних
шпуров применяются буровые
установки СБУ-2. Взорванный
грунт породопогрузочными ма-
шинами МПР-6, ППМ-4М или
конвейерами грузятся в ваго-
нетки емкостью 1,5—3 м3, ко-
торые аккумуляторными или
троллейными электровозами
доставляются к отвалу. На вре-
мя взрывания погрузочные ма-
шины и буровую раму убирают
от забоя на расстояние 50 пог. м.
Обделку бетонируют на
расстоянии 50—100 пог. м от
забоя с помощью инвентарной
секционной опалубки и пнев-
матических бетоноукладчиков,
расположенных на тележке для
бетонирования. Разборку и пе-
реноску опалубки производят
тележками 6. В ряде случаев
для транспортирования породы
применяли самосвалы с газо-
очистителями или опрокидыва-
ющиеся вагонетки емкостью 3 м3.
Бетон к месту укладки пода-
вался бетононасосами по трубо-
проводу или думпкарами.
Применение этого комплекса
позволило при сооружении Кас-
линского тоннеля на строящейся
железнодорожной линии Аба-
кан — Тайшет добиться скоро-
сти сооружения тоннеля до
65—80 пог. м в месяц, а при
сооружении автодорожного тон-
неля через хребет Гиндукуш
(Афганистан) 95 пог. м готового
тоннеля в месяц.
11 схема. По этой схеме
(рис. 150) производится проход-
ка железнодорожных и автодо-
рожных тоннелей в устойчивых
266
Рис. 150. Комплексная механизация работ по сооружению
железнодорожных тоннелей в устойчивых трещиноватых по-
родах
трещиноватых породах. В состав комплекса входят: быстроударные
перфораторы; металлическая сборно-разборная опалубка 1; тележки
3 для разборки и сборки 4 опалубки, последняя одновременно слу-
жит и для обуривания забоя; погрузочная машина 5; вагонетки 6
емкостью 1,5 и 3 №; электровоз 7 и тележка 2 для бетонирования
с размещением на ней бетононасосов или пневмобетоноукладчиков,
последнее время оборудование для бетонирования обделки разме-
щается на одной из тележек для разборки и сборки опалубки или
между ними располагается аналогичная, но без рычага тележка.
Обуривание забоя производится быстроударными перфораторами
ПР-24Л, а нижняя часть забоя — буровыми установками СБУ-2.
Грунт после взрыва и проветривания породопогрузочными маши-
нами МПР-6, ППМ-4М или «Конвей-100» грузится в вагонетки и
аккумуляторными или троллейными электровозами вывозится в
отвал.
Бетонирование обделки тоннеля производится с применением ме-
таллической сборно-разборной опалубки.
С помощью задней тележки разбирается очередное кольцо опа-
лубки и на тележках доставляется к забою. Краном передней тележки
кольцо опалубки собирается в непосредственной близости к забою.
Проходка Манского тоннеля на строящейся железнодорожной ли-
нии Абакан — Тайшет с применением такой комплексной механиза-
ции работ позволила довести скорость проходки до 63 пог. м готового
тоннеля при хорошем качестве бетона.
При сооружении тоннелей большого сечения их проходка может
осуществляться в два уступа; сначала проходится верхний уступ
с бетонированием свода с применением сборно-разборной опалубки и
бетононасосов или пневматических бетоноукладчиков, а затем ниж-
ний уступ с возведением стен или без них при устойчивых поро-
дах. В этом случае забои можно бурить буровыми установками
СБУ-2 и СБУ-4, а породу грузить экскаваторами и транспортировать
самосвалами, оборудованными газоочистителями.
Глава IX
УСТАНОВКИ ДЛЯ ВОДООТЛИВА
И ВОДОПОНИЖЕНИЯ
При сооружении тоннелей метрополитенов в подземных выра-
ботках и котлованах имеет место приток грунтовых вод, для опреде-
ления величины которого пользуются данными гидрогеологических
исследований с последующей корректировкой во время производства
работ.
Особенно опасным является внезапный приток воды, который мо-
жет вызвать угрозу затопления выработок и остановку производства
работ в тоннеле. Поэтому необходимо всегда иметь надежные средства
борьбы с притоком воды, обеспечивающие безопасную и бесперебой-
ную работу по проходке тоннелей и других выработок. Для откачи-
вания воды из выработок и для снижения уровня грунтовых вод на
участках строительства применяются водоотливные установки.
Насосные установки, действующие непосредственно в подземных
выработках глубокого залегания, называются шахтным водоотливом.
Насосные установки для снижения уровня грунтовых вод приме-
няются в основном при сооружении тоннелей мелкого заложения и
при открытом способе работ.
В настоящее время в тоннелестроении для шахтного водоотлива
и водопонижения пользуются главным образом центробежными насо-
сами, значительно реже поршневыми насосами и лишь в редких слу-
чаях насосами других типов.
§ 28. ОБОРУДОВАНИЕ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ВОДООТЛИВА
Центробежные насосы
В центробежных насосах (рис. 151) при вращении рабочего ко-
леса 5 вода лопастями 6 приводится во вращательное движение и под
действием центробежной силы направляется в напорный патрубок 4.
Образовавшееся при этом разреженное пространство в рабочем ко-
лесе под действием окружающего атмосферного давления на поверх-
ность воды в водосборнике 8 заполняется водой, поступающей по
всасывающему трубопроводу 7. При непрерывном вращении рабо-
чего колеса создается непрерывная подача воды насосом с опреде-
ленной скоростью и определенным давлением (напором).
269
Чтобы вода при остановке насоса не вытекала из него обратно
в водосборник, нижний конец всасывающего трубопровода снабжен
приемным клапаном 1 и сеткой, предохраняющей насос от загрязне-
ния и попадания в него твердых предметов. Для регулировки коли-
чества подаваемой воды (производительности насоса) на напорном
патрубке устанавливается вентиль или задвижка 3. Для
определения давления (напора), создаваемого насосом, служит мано-
метр. Над задвижкой 3 устанавливается обратный клапан 2 для
удержания столба воды, расположенного в верхней части трубопро-
вода, и предотвращения гидравлического удара, который возникает
270
при падении водяного столба в напорном трубопроводе при остановке
насоса. На всасывающем патрубке насоса устанавливается вакуум-
метр, показывающий разрежение. При подаче воды на большую вы-
соту пользуются центробежными насосами, оборудованными несколь-
кими рабочими колесами. В таких насосах вода, прежде чем попасть
в напорный трубопровод, проходит поочередно из первого колеса
в остальные колеса, при этом напор возрастает и становится равным
сумме напоров, развиваемых каждым колесом насоса. Если первое
Рис. 152. Схема четырехколесного центробежного насоса
колесо создает напор, равный 20 м вод. ст., то при выходе из второго
колеса напор будет равен 40 м, и т. д. (не считая потерь напора на
вредные сопротивления в насосе).
В многоступенчатом насосе (рис. 152), как и в одноступенчатом,
вода поступает через всасывающий патрубок в центральную часть
первого рабочего колеса 1. Для перехода в следующие колеса между
каждым из колес установлен направляющий аппарат 2, назначение
которого состоит главным образом в преобразовании с наименьшими
потерями скоростной энергии жидкости, отбрасываемой рабочим ко-
лесом, в энергию напора. Достигается это тем, что лопасти направ-
ляющего аппарата, поставленные под определенным углом к направ-
лению потока жидкости, выходящего из рабочего колеса, изменяют
направление движения потока, преобразуя его скорость в давление.
Направляющие колеса увеличивают коэффициент полезного дей-
ствия насоса на 8—10%.
Скорость выхода жидкости из рабочего колеса насоса зависит
от числа оборотов и его наружного диаметра и равна окружной ско-
рости рабочего колеса, которая определяется по формуле
v —  &. , шеек,
271
где nD — 3,140 — путь, совершаемый за один оборот наружной
кромкой рабочего колеса диаметром D, м;
п — число оборотов рабочего колеса в минуту.
В скорости движения жидкости заложена энергия, способная
создавать скоростной напор Н в м вод. ст. или, что то же, способ-
ная поднимать жидкость на высоту, равную
где v — скорость выхода жидкости из рабочего колеса, м/сек-,
g = 9,81 — ускорение силы тяжести, м/сек2.
Рис. 153. Четырехступенчатый насос (схема)
Рабочий напор насоса равен сумме геометрических высот всасы-
вания и нагнетания, сложенной с суммой потерь напоров на пути
всасывания и нагнетания. Величину рабочего напора можно опре-
делить по показаниям вакуумметра, устанавливаемого на всасываю-
щем трубопроводе насоса, и манометра, устанавливаемогона нагнета-
тельном (напорном) трубопроводе, прибавив к сумме этих показаний
потери напора на сопротивления во всасывающем и нагнетательном
трубопроводах, подсчитываемые по таблицам потерь во всех звеньях,
из которых состоят эти трубопроводы.
Рабочий напор насоса выражается формулой
7/п "= //г. в ! ^Г. И “1“ ^П. В Ь ^П. II’
где в — геометрическая высота всасывания;
Яг и — геометрическая высота нагнетания;
йп в — потеря напора во всасывающем трубопроводе;
йп н — потеря напора в нагнетательном трубопроводе.
Все эти величины выражаются в метрах водяного столба.
Горизонтальный многоступенчатый центробежный насос (рис. 153)
состоит из корпуса, представляющего собой отдельные секции 3
кольцеобразной формы; передней крышки 2 со всасывающим патруб-
272
ком; задней крышки 5 с нагнетательным патрубком. Все перечислен-
ные элементы соединяются между собой стяжными болтами 1.
Внутри каждой секции расположены направляющий аппарат 4 и
рабочее колесо 8. Направляющие аппараты укреплены в корпусе
своей секции, а рабочие колеса закреплены шпонками на общем
валу 6, который проходит через все секции, переднюю и заднюю
крышки с сальниковыми устройствами. Внутри крышки 5 размещен
разгрузочный диск 7, служащий для устранения осевого давления,
направленного в сторону передней крышки 2. Осевое давление воз-
никает вследствие разрежения с одной стороны насоса и давления
(напора) — с другой. У насосов с двусторонним всасыванием раз-
грузочные диски отсутствуют.
Шахтный водоотлив
При сооружении тоннелей метрополитенов глубокого заложения
грунтовые воды откачиваются из выработок водоотливными установ-
ками, оборудованными центробежными насосами (рис. 154). При
этом водоотлив подразделяется на главный, или центральный,
Рис. 154. Схема расположения водоотливных установок на шахте
расположенный в специальной насосной камере 3 у ствола 1 шахты,
и перекачной, или вспомогательный, насосы 4 которого распола-
гаются в забоях тоннелей, штолен и других подземных выработок.
Главный водоотлив оборудуется стационарными насосными агре-
гатами 2; перекачной — агрегатами, позволяющими переносить их
с места на место по мере удаления разрабатываемого забоя. Перекач-
ные установки откачивают скопляющуюся воду из приямков или
водосборников при забоях, и подают ее в основной водосборник
главного водоотлива. Из выработок, имеющих уклон в сторону
шахтного ствола, где расположен главный водоотлив, вода поступает
самотеком по специальным канавкам (лоткам). После отстоя в зумпфе
менее загрязненная вода по каналу переливается в водосборник
насосной камеры центрального водоотлива, а затем откачивается
18 Зак. 630
273
насосами на земную поверхность в городской водосток, местный
водоем или в специально отведенное место.
Насосная камера (рис. 155) для центрального водоотлива раз-
деляется на две части. В верхней части 1 устанавливаются насосы
с электродвигателями и пусковой, автоматически действующей аппа-
ратурой; в нижней части 2 сооружается водосборник, разделенный
Рис. 155. Размещение главной водоотливной установки в спе-
циальной камере
вертикальной железобетонной перегородкой 3 на два отделения,
равные по объему. Оба отделения соединяются с основным водосбор-
ником каналами, на которых установлены шиберы 4 (задвижки) для
прекращения подачи воды из основного водосборника в то или другое
отделение насосного водосборника. Такое устройство дает возмож-
ность производить очистку насосного водосборника, попеременно
открывая шиберы и откачивая воду из отделений.
Расчет центрального водоотлива. Основные требования:
а)	расчет ведется по нормальному часовому притоку;
б)	емкость водосборника рассчитывается из условия получасо-
вого притока;
274
в)	количество насосов определяется из условия, что один или
несколько насосов работают, один находится в резерве и один —
в ремонте.
Производительность насоса определяется по расчетному часовому
притоку воды, равному Q = l,2Q4ac.
Манометрический напор насоса для вновь проектируемой уста-
новки (выражаемый в метрах водяного столба) определяется по фор-
муле
— #г "I- ^П. В “I" ^П. IP
где Нг = Нг в |- Нг „ — геометрическая высота напора, равная
Нг в — высота (по вертикали) всасыва-
ния и Нг н — высоте нагнетания. Вы-
сота всасывания для шахтной (загряз-
ненной) воды принимается 3,5—4 м;
/гп. в — потеря напора во всасывающем трубе-
проводе;
йп н — потеря напора в нагнетательном трубе-
проводе.
Общая потеря напора на трение и местные сопротивления в тру-
бопроводах
^п. в Л- Лп, и,
, Lv2
si-
Ф«0,02 + -^В,
У Vd
где <p — коэффициент потерь в трубах;
L — приведенная длина трубопровода, представляющая сумму
длин прямолинейной части трубы и эквивалентных длин
криволинейных участков, вентилей и другой арматуры, ж;
v—'скорость движения воды в нагнетательном трубопроводе,
м/сек (см. табл. 38);
d — диаметр трубопровода (ж), определяемый по формуле;
d =	, м;
30 г iw
g = 9,81 — ускорение силы тяжести, м/сек2.
Потери в переходах выражаются в следующих эквивалентах
прямолинейной трубы:
а)	сопротивление колена — 10 м прямолинейной трубы;
б)	то же, обратного клапана — 20 ж;
в)	то же, задвижки — 20 ж;
г)	то же, всасывающего клапана (храпка) — 30 ж.
Манометрический напор насоса Нм должен быть несколько
больше расчетного на случай возможной перегрузки насоса.
Производительность насоса (объем жидкости, подаваемой насосом
в единицу времени) принято измерять в л/сек или мЛ/ч.
18*
275
Мощность электродвигателя определяется по формуле
N= 102г]зУб °* квт'
где Q — производительность насоса, мя/ч;
Ны — манометрический напор, м\
у — объемный вес перекачиваемой жидкости, т/м?\
1] — коэффициент полезного действия насоса (0,85—0,95);
а — коэффициент запаса мощности электродвигателя.
Значение а в зависимости от производительности насоса
Производительность насоса,
м3/час .................. 5—10 20—40 50—60 100—150	150
Коэффициент запаса мощности 1,4 1,8	1,2	1,15	1,1
Потеря напора на преодоление сопротивления трубопровода на
100 пог. /м приводится в табл. 38
Таблица 38
Ско- рость V, м/сек	Диаметр трубопровода в свету, мм									
	50	70	100	125	150	175	200	225	250	275
1,00	7,1	13,9	28,3	44,2	63,6	86,6	113,0	143,0	177,0	214,0
	2,9	2,0	1,3	1,0	0,84	0,71	0,61	0,54	0,48	0,44
1,25	6,8	16,3	38,4	55,2	79,5	108,0	141,0	179,0	221,0	267,0
	4,3	3,0	2,0	1,6	1,3	1,1	0,94	0,83	0,74	0,6
1,50	10,6	20,8	42,4	66,3	35,4	130,0	170,0	215,0	265,0	321,0
	6,1	4,2	2,8	2,2	2,8	1,5	1,3	1,2	1,16	0,96
1,75	12,4	24,3	49,5	77,3	111,0	152,0	198,0	250,0	309,0	374,0
	8,1	5,7	3,8	3,0	2,4	2,1	1,8	1,5	1,4	1,3
2,00	14,1	27,7	56,6	88,4	127,0	173,0	226,0	280,0	353,0	428,0
	10,5	7,3	4,9	3,8	3,2	2,7	2,3	2,1	1,8	1,7
2,50	17,7	34,6	70,7	110,0	139,0	216,0	283,0	358,0	422,0	535,0
	16,0	11,1	7,5	5,9	4,9	4,1	3,7	3,2	2,9	2,6
3,00	21,2	41,6	84,8	133,0	191,0	260,0	339,0	429,0	530,0	641,0
	24,7	15,8	10,7	8,4	6,9	5,9	5,1	4.5	4,1	3,7
Примечание. В числителе производительность Q, м*/ч. в знаменателе потери
напора h. м вод. ст.
Рекомендуемые диаметры труб для нагнетательного става
Производительность насоса л3/ч ...	50	100	125	150	200	250	300
Диаметр труб, мм................ 100	150	150	150	200	200	200
Диаметр всасывающих трубопроводов обычно принимается на
25—50 мм больше диаметра нагнетательного трубопровода. Число
водонапорных ставов (трубопроводов) в стволе шахты при одном ра-
ботающем насосе должно быть не менее двух; при двух работающих
насосах — три.
276
Ставы снабжаются запорными вентилями или задвижками и сое-
диняются между собой для возможности переключения работы
с одного на другой.
Число оборотов насоса в минуту п должно быть постоянным для
того, чтобы производительность Q, напор Н и мощность N не меня-
лись.
Рис. 156. Насос НДС
С изменением числа оборотов до пг изменяются производитель-
ность, напор и мощность до Нг и Nt. При этом будут иметь место
равенства:
Qi - Q-%-, м3/ч-,

так как к. п. д. насоса почти не изменяется, то

Для повышения напора или производительности возникает необ-
ходимость соединения насосов: при параллельном соединении их
производительности складываются, а при последовательном — скла-
дываются их напоры. Это относится только к насосам, имеющим оди-
наковые характеристики и одинаковые режимы эксплуатации.
Центробежные насосы НДС (рис. 156) применяются для централь-
ных водоотливных установок. Насосы этого типа средненапорные
277
одноступенчатые с рабочим колесом 2 двустороннего всасывания.
Направляющие аппараты у этих насосов заменены спиральными ка-
налами 1, расположенными в корпусе насоса. Техническая характе-
ристика насосов НДС со скоростью вращения рабочего колеса
2850 об/мин приведена в табл. 39.
Таблица 39
Производительность, м3/ч	Полный напор И. м	Мощ- ность , кет	Высота всасы- вания нв. М	Диаметр рабочего колеса, мм
250	66	79	60	230
250	77,5	79	79	242
300	60	79	79	230
300	72	79	79	242
330 Вес насоса 250 кГ	65	60	79	242
Для удаления воды из забоев пользуются центробежными насо-
сами, предназначенными для загрязненных жидкостей, производи-
тельность и напор которых меньше, чем у насосов для центрального
водоотлива. К таким насосам относятся центробежные насосы
типа НФ. Насосы этого типа одноступенчатые, с рабочим колесом
одностороннего всасывания. Техническая характеристика насо-
сов НФ приведена в табл. 40.
Таблица 40
Тип насоса	Произво- дительность, м3/ч	Полный напор И, м	Число оборотов в минуту	Рекомен- дуемая мощность электро- двигателя , кет	Внутренний диаметр патрубков всасывающего и напорного, мм
21/2НФ	45	46,5	2940		
	75 105	43 40	2940 2440	14—28	62,5
4НФ	72	И	975	7	
	101 180	10 23	975 1450	7 20	100 •
6НФ	252	24	960	40	150
	360	23	960	52	150
Примеча и и е. Габариты (ширина, длина, высота) насосов 4 НФ—475 X 1045 X
X 500 мм, вес 240 кг\ то же, насосов 6НФ — 862 X 1432 X 840 мм, вес 770 кг.
В шахтных условиях хорошо себя зарекомендовали самовсасываю-
щие насосы, отличающиеся тем, что они не требуют заливки и могут
работать без всасывающего клапана, который часто является причи-
278
ной остановки насоса ввиду необходимости его частой очистки и ре-
монта. Техническая характеристика самовсасывающих центробежных
насосов приведена в табл. 41.
Таблица 41
Тип насоса	Производи- тельнссть, м‘/ч	Полный напор Н, м	Число оборотов в минуту	Мощность электро- двигателя, кет	Диаметр шлангов всасывающего и нагнетатель- ного, мм
С-203	До 24	9	1500	1,5	50
С-204	До 120	20		7,4—8	100
При небольших притоках и малой высоте
подачи пользуются центробежными насосами
ЦНШ-40 и ЦНШ-80 производительностью
от 8 до 75 м3/ч при напоре от 6 до 22 м. Эти
насосы имеют малые габариты, небольшой
вес и удобны для перемещения с места на
место. Их устанавливают для перекачивания
воды в выработках мелкого заложения и при
открытом способе работ.
Хорошо себя зарекомендовали центро-
бежные насосы типа МС, имеющие произво-
дительность от 22 до 100 м3/ч и напор от 30
до 185 м в горнорудной и угольной про-
мышленности, которые можно использовать
и в тоннелестроении.
Расчет перекачных установок ведется
аналогично расчету установок центрального
водоотлива.
Проходческий водоотлив
Под проходческим водоотливом, главным
образом при проходке вертикальных выра-
боток (шахтных стволов, шурфов и др.), под-
разумеваются напорный трубопровод и цен-
тробежные погружные насосы вертикального
исполнения (рис. 157) 4ФВ-5м, имеющие
производительность от 90 до 150 м3!ч и напор
от 50 до 60 м вод. ст. при высоте всасывания
3 м, устанавливаемые на подвесных устрой-
ствах (люльках), позволяющих опускать
насосы по мере углубления выработки и под-
нимать их в случае необходимости ремонта, затопления, при вне-
запном увеличении притока и в других случаях. Можно приме-
нять и центробежные насосы горизонтального исполнения, но они
неудобны для размещения их в вертикальных выработках. При про-
279
ходке наклонных выработок вертикальные подвесные насосы не при-
меняются, в этих выработках устанавливают вблизи забоя горизон-
тальные центробежные насосы на блокоукладчиках, передвижных
подмостях или полках. Во время проходки вертикальных и наклон-
ных выработок зумпфов и водосборников не делают. Вместо них
пользуются неглубокими приямками (лунками) для сбора воды.
Эксплуатация насосной установки
Перед пуском насосный агрегат должен быть тщательно прове-
рен: осмотрены подшипники насоса и двигателя, сальники насоса,
контрольно-измерительные приборы, соединение полумуфт насоса и
двигателя, затяжка фундаментных болтов. Необходимо проверить,
закрыта ли задвижка на нагнетательном трубопроводе, полностью
ли введен реостат в цепь ротора двигателя, если возможно, провер-
нуть от руки совместно вал насоса и двигателя. При заливке насоса
водой из нагнетательного трубопровода или вручную необходимо
открыть воздушно-контрольный кран насоса. Когда из контроль-
ного крана будет бить струя воды без пузырьков воздуха, насос
считается залитым. После этого кран обводной трубки и контроль-
ный кран перекрываются, включается двигатель насоса, выводится
полностью пусковой реостат и открывается задвижка на нагнетатель-
ном трубопроводе. При открытии задвижки показания манометра вна-
чале несколько увеличиваются, а затем уменьшаются, а показания
ваккумметра и амперметра по мере открытия задвижки возрастают,
что объясняется увеличением вакуума во всасывающем трубопроводе
и увеличением производительности насоса. Пуск насоса может быть
осуществлен и при открытой задвижке, если нагнетательный трубо-
провод полностью заполнен водой; в этом случае обратный клапан
откроется лишь тогда, когда давление, развиваемое насосом, будет
больше давления столба воды над обратным клапаном. Если во время
работы насоса стрелка амперметра или вакуумметра начинает ко-
лебаться, то это указывает на засасывание в насос воздуха. При
показаниях амперметра на 10% выше или на 20% ниже нормы
насос следует остановить после включения резервного насоса.
Насос необходимо немедленно останавливать в следующих слу-
чаях: а) если во время работы насоса наблюдается сильная вибрация:
б) если слышны сильные удары и шумы; в) при резких бросках
стрелки амперметра; г) при сильном искрении щеток контактных
колец двигателя; д) если прекратилась подача воды; е) при перегрере
подшипников.
Насос останавливается в порядке, обратном запуску: закры-
вается задвижка на нагнетательном трубопроводе, закрывается кран
вакуумметра во избежание его порчи при остановке, вводится пол-
ностью реостат в цепь ротора и двигатель отключается из сети.
Во время работы насосов машинист должен периодически прове-
рять их работу и ежечасно записывать в журнал показания контроль-
но-измерительных приборов. Для равномерного износа насосных
агрегатов они должны включаться в работу поочередно.
280
§ 29. ВОДОПОНИЖЕНИЕ
В целях создания нормальных условий возведения подземных
сооружений в водоносных грунтах с постоянным притоком воды
кроме шахтного водоотлива пользуются и другими методами, в част-
ности методом водопонижения, который может быть применен при
наличии соответствующих гидрогеологических условий.
Принцип водопонижения основан на применении систем трубча-
тых фильтрационных водопонижающих скважин или колодцев, из ко-
торых непрерывно откачивают воду. Скважины, как правило, закла-
дываются вне контура сооружения. При этом в окружающей зоне
уровень грунтовых вод понижается до заданной отметки, которая на-
ходится ниже возводимого сооружения. В зависимости от глубины
заложения тоннелей применяются легкие иглофильтровые установки
малой и большой производительности, иглофильтры глубокого
водопонижения с эжекторным и вакуумэрлифтным водоподъемом,
скважинами, оборудованными глубинными насосами.
Водопонижение легкими иглофильтровыми установками (ЛИУ)
(рис. 158) применяется при небольшой глубине (до 8,5 м) заложе-
ния подземных сооружений и включается в работу за 2—3 дня до
начала работ.
При погружении в грунт иглофильтра, представляющего собой
колонну труб диаметром 38 мм, устанавливают треногу для удержа-
ния фильтра в вертикальном положении. После погружения фильтра
через него нагнетают воду для подмыва грунта. Расход воды на под-
мыв в мелкозернистых грунтах составляет 6—8 л/сек (при давлении
до 4 ати), в крупнозернистых грунтах 10—12 л/сек (при давлении до
8 ати). Скорость погружения иглофильтра при отсутствии препят-
ствий (камней, валунов и др.) достигает 2—2,5 м!мин.
Оборудование для иглофильтрового водопонижения состоит из
комплекта иглофильтров 3, всасывающего коллектора 2 и насосного
агрегата 1. Установка ЛИУ-5 оборудована центробежным насосом
с электродвигателем мощностью 20 квт и вакуумным насосом.
Установка ЛИУ-3 и ЛИУ-2 имеют самовсасывающие вихревые
насосы с электродвигателями соответственно 10 и 5,5 квт.
При глубоком водопонижении пользуются глубинными иглофиль-
трами ЭИ-4, ЭИ-4а, ЭИ-6 с эжекторным водоподъемом, которые пони-
жают уровень грунтовых вод на глубину до 15—20 м от поверхности
земли. В этом случае водопонижающая установка включается в работу
за 2—3 недели до начала проходки. Эжекторные иглофильтры для
неглубокого водопонижения погружаются также с подмывом грунта.
Расход воды на подмыв при песчаных грунтах для глубинных иг-
лофильтров диаметром 100 мм составляет 15—20 л/сек, при диаметре
150 мм — 25—30 л!сек при давлении от 5 до 8 атм.
Иглофильтровая установка с эжекторным водоподъемом состоит
из комплекта 16—36 иглофильтров диаметром 100 или 150 мм, трех
высоконапорных насосов типа 6НДС с электродвигателями по 70 квт,
трех низконапорных насосов с электродвигателями по 20 квт, рас-
пределительного трубопровода диаметром 200 мм, длиной 256 м,
281
282
водосборных лотков общей длиной 256 м и арматуры с фасонными
частями.
Эжекторные иглофильтры успешно работают в песчаных грунтах
с высоким коэффициентом фильтрации.
Водопонижение с помощью скважин производится при любой
глубине заложения подземных сооружений. Скважины размещаются
на расстоянии от 5 до 15 м друг от друга. С увеличением коэффициента
фильтрации увеличивается расстояние между скважинами. После
пробуривания скважин сначала в них опускаются фильтры, а затем
извлекаются обсадные трубы. Фильтры устраиваются из деревянных
или стальных труб. Наиболее просты фильтры из деревянных труб
диаметром 200—250 мм со стенками из отдельных брусков с прозорами
между ними. Нижние отверстия труб закрываются пробками; снаружи
фильтры обтягиваются металлической сеткой мелкого плетения.
Фильтры из стальных перфорированных (дырчатых) труб обматы-
ваются снаружи проволокой по спирали и обтягиваются металличе-
ской сеткой. Такие фильтры называются сетчатыми.
Применяются также щелевые фильтры, состоящие из стальных
или пластмассовых труб с продольными узкими щелями длиной 20—
30 см. Между фильтром и грунтом оставляется зазор 5—7 см, запол-
няемый мелким гравием и крупным песком.
Откачка воды при малых притоках производится штанговыми
поршневыми насосами (рис. 159); при больших притоках — погружен-
ными центробежными насосами. Установки со штанговыми насосами
широко применялись на строительстве Московского метрополитена.
В комплект установки входят: деревянная станина 1, штанговый
насос 2, передача из цилиндрических шестерен с коленчатым валом 3
и электродвигатель 4 мощностью 1—2 кет. Установка проста и на-
дежна в работе и может быть изготовлена в мастерских строительства.
Недостатком является ее малая производительность.
Из числа существующих артезианских насосов чаще пользуются
насосами типа АТН. Электродвигатели этих насосов располагаются
над скважинами, а сами насосы опускаются в скважины. Передача
вращения от электродвигателей к насосам производится через верти-
кальный приводной вал. В табл. 42 приводятся технические харак-
теристики артезианских центробежных насосов типа АТН.
Таблица 42
Показатели	АТН 8	Тип насоса АТН-10	АТН-12
Наружный диаметр насоса, мм ....	182	236	336
Производительность, м3/ч		30	70	170
Мощность электродвигателя, кет'. при напоре 25 м вод. ст		5,8	10	27
при напоре 50 м вод. ст		7,8	17	60
Коэффициент полезного действия . . .	0,68	0,7	0,75
Внутренний диаметр фильтра, мм .	200	250	350
283
Глава X
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЕНТИЛЯЦИИ
§ 30. АНАЛИЗ СХЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ ГЛУХИХ ЗАБОЕВ
И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
При возведении подземных сооружений воздух в выработках за-
грязняется пылью, водяными парами, продуктами дыхания людей и
газами, выделяемыми породой и взрывчатыми веществами при взрыв-
ных работах; на качество воздуха влияет температура. К числу
вредных и ядовитых газов относятся: окись углерода СО, углекислота
СО.2, метан СН4 и др.
Для удаления пыли и газов пользуются вентиляционными уста-
новками. Существует три системы вентиляции — вытяжная, приточ-
ная и приточно-вытяжная. В тоннелестроении принята вытяжная
система вентиляции, при которой загрязненный воздух отсасывается
из загазованной части выработок по воздухопроводам и выбрасы-
вается на земную поверхность. Одновременно с этим через ствол или
другие сооружения поступает свежий воздух.
Для перемещения воздуха необходимо создать разность давле-
ний, что достигается с помощью вентиляторов. Давление, или на-
пор Н, создаваемый вентилятором, должен быть тем больше, чем
больше сумма сопротивлений от трения воздуха о стенки выработок
и сопротивлений во всасывающем и нагнетательном воздухопроводах.
Напор, создаваемый вентилятором, равен
Н = ^вс + ^нагп + ЙД1Ш, мм в°д- ст->
где /гБС — потери напора на трение и местные сопротивления во
всасывающем воздухопроводе;
/г11аГ1| — потери напора на трение и местные сопротивления в на-
гнетательном воздухопроводе;
Лдан — потери на создание динамического напора;
где v — скорость струи воздуха, принимаемая в самом узком сече-
нии воздухопровода, м/сек-,
284
g — 9,81 — ускорение силы тяжести, лг'сек2;
у — плотность воздуха (кг м3), принимаемая при расчете равной
1,2 кг/м3, что соответствует стандартной международной
атмосфере, обусловленной температурой t = + 20° С, ба-
рометрическим давлением 760 мм р/п. ст. и относительной
влажностью 50%.
При других метеорологических данных, но при том же объеме воз-
духа, подаваемого вентилятором, необходимый напор Н изменяется
пропорционально плотности воздуха.
Скорость движения воздуха выбирается на основании практиче-
ских норм в пределах от 0,5 до 20 см.'сек, при этом учитывается быст-
рое возрастание потерь при увеличении скорости. В условиях тонне-
лестроения скорость движения воздуха принимается 6—8 м!сек.
Наиболее выгодной формой поперечного сечения воздухопроводов
является круг.
Величина потерь напора на трение R зависит от длины, формы и
поперечного сечения воздухопровода, состояния поверхности и ско-
рости движения воздуха. Зависимость между этими величинами
можно выразить формулой
n IP о	а
R — о — v, мм вод. ст.,
где Q — коэффициент, учитывающий состояние поверхности возду-
хопровода (гладкая или шероховатая);
I — длина воздухопровода, лц
р — периметр, м\
s — площадь поперечного сечения воздуховода, м2\
v — скорость движения воздуха на рассматриваемом участке,
м/сек.
Численное значение р принимают для воздухопроводов, изготов-
ленных из листовой стали,
q = 0,0002 -0,0003;
для бетона, кирпича, штукатурки и дерева
q = 0,0004-0,0006.
Потеря напора от каждого из местных сопротивлений определяется
по формуле
у е 1,2	Л
Z —	- у, мм вод. ст.,
2g 1
где | — коэффициент местного сопротивления;
у = 1,2 — расчетная плотность воздуха.
Коэффициенты местных сопротивлений, наиболее часто встре-
чающиеся при вентиляционных устройствах сооружаемых тоннелей,
приводятся в табл. 43.
Сумма всех значений коэффициентов местных сопротивлений вы-
ражается равенством
285
Таблица 43
Наименование местного сопротивления	Величина коэффи- циента £	Наименование местного сопротивления	Величина коэф- фициента £
Вход в прямое отверстие круглой формы	 Вход в сужающееся круглое	1,0	Тупое колено под углом 135° Прямой тройник при входе па прямой проход в раз-	0,3
отверстие 	 . Прямое колено с углом 90° Закругленное колено при радиусе	закругления, равном диаметру отвер-	0,5 1,5	ные стороны	 То же, при выходе с прямо- го протока 	 Косой тройник при входе и выходе на прямой проток	2,5 1,5 0,1—1,5
стия R3 = D	 То же, при R3 = 2D ...	0,7 0,4	Выход из отверстия . . . Вход в плавно сужающееся	1,0
То же, при R3 = 3D ...	0,3	отверстие (диффузор) . .	0,1
Тогда потеря на местные сопротивления в вентиляционном устрой-
стве:
Пример. В системе вентиляции имеется два колена с углом 90°, одно закруглен-
ное колено под углом 90° при радиусе закругления R3 = 2D и одно колено тупое
под углом 135°. Определить потерю на местные сопротивления, если скорость воз-
духа о=6 м/сек и плотность воздуха -у = 1,2.
По таблице находим значения коэффициентов местных сопротивлений согласно
условию. Их сумма будет равна
Vg = 2-1,5 + 0,4 4- 0,3 = 4,2.
Потеря напора на местные сопротивления составит
У, Ес2	02
Z --= —т;— у - 4,2	1,2 = 9,2 мм вод. ст.
Zg	z«y,ol
Для определения потребного напора вентилятора расчет ведется по сумме всех
потерь по формуле
Д = IR3 -ф Z Ц- йдИИ,
где / — длина всасывающего и нагнетательного воздухопровода;
R3 — сопротивление трению (см. табл. 43);
Z — суммарная потеря на местные сопротивления;
/гд1|н — потеря на создание динамического (скоростного) напора.
Количество воздуха, необходимого для создания нормальных
условий работы в подземных выработках, определяется из расчета
потребности воздуха на одного работающего, при этом учитывается
способ производства работ. При обычном способе проходки необ-
ходимое количество свежего воздуха на одного работающего состав-
ляет 6 мъ!мин, а при взрывном способе в 3—5 раз больше. Время
на проветривание принимается не более 15 мин.
286
Подсчитав объем потребного воздуха в секунду и задавшись
скоростью движения воздуха в воздухопроводе, можно подсчитать
площадь поперечного сечения воздухопровода по формуле
V
где Q — количество потребного воздуха в секунду, м3;
v — скорость движения воздуха в воздухопроводе, м/сек.
Для круглого воздухопровода площадь поперечного сечения
ЛО2
s-=—, м~.
Подставляя это значение в формулу вместо s, определим диаметр
воздухопровода:
откуда
лО2 Q
s-= — = —’
0=1^.
г ли
Для квадратного сечения со стороной а (м)
s = а- а — а'2, м'2,
откуда
1 /” Q
а = I —, м.
I V
Для прямоугольного сечения со сторонами а и b
s = ab, м'2
Задавшись стороной а, определяется сторона Ь:
ь^-,
VCI
или при заданной стороне b определяется сторона а:
Q
а = —.
VS
Подставляя в формулу заданное значение двух компонентов, вхо-
дящих в нее, можно определить любой третий:
при заданных v и s
Q — vs;
при заданных Q и s
Q
v = —.
s
Качество воздуха определяется лабораторией путем отбора проб.
В тоннелестроении в зависимости от способа проходки поль-
зуются двумя схемами вытяжной вентиляции (рис. 160): при взрыв-
ном способе — схемой а (рис. 160, а), при обычном способе — схе-
мой б (рис. 160, б).
287
В обоих случаях главный вентилятор 1 устанавливается на по-
верхности, вблизи ствола шахты и рядом с ним — такой же резерв-
ный вентилятор 2. Оба вентилятора среднего давления (с напором от
100 до 200 мм вод. ст.), центробежные, типа ВРС, По мере проходки
выработки воздухопровод удлиняется и наращивается. С удлинением
воздухопровода увеличиваются потери напора и мощность главной
Рис. 160. Схемы вентиляции тоннелей при взрывном
и обычном способе проходки
установки может оказаться недостаточной. В этом случае устанав-
ливают вспомогательный осевой вентилятор 5 типа «Проходка-
500-2М» на всасывающем воздухопроводе. С помощью вспомогатель-
ного вентилятора создается дополнительный напор. При взрывном
способе в схеме а предусмотрена в дополнение к .главной и вспомога-
тельной установкам призабойная вентиляторная установка 6
нагнетательного действия для усиления циркуляции воздуха в за-
бое. Призабойная установка отделяется брезентовой завесой 7
для предотвращения проникновения газов из забоя в выработки.
Завесой перекрывают только часть поперечного сечения тоннеля
288
(выработки), оставляя проход для поступления свежего воздуха
к забою. Призабойные и местные вентиляторы сокращают время на
проветривание забоя и включаются в работу немедленно после
взрыва; их включают на короткое время, необходимое для проветри-
вания выработки.
которых основана на принципе
Рис.
161. Схематический разрез центробежного
вентилятора
§ 31. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЕНТИЛЯТОРОВ
Центробежные вентиляторы
Центробежными называются вентиляторы, работа которых осно-
вана на принципе действия центробежной силы, направляющей воз-
дух от центра рабочего органа к его периферии. Винтовыми (осевыми)
называются вентиляторы,
действия лопастного вин-
та, направляющего воздух
вдоль горизонтальной оси
вентилятора.
Центробежный венти-
лятор (рис. 161) состоит
из металлического корпуса
1 спиральной формы, в ко-
тором размещено рабочее
колесо 2 с лопатками 3.
Рабочее колесо установ-
лено на вал 4, приводи-
мый во вращение электро-
двигателем.
При вращении рабочего
колеса воздух устрем-
ляется в его центральную
часть и по каналам между
лопатками направляется
в корпус /, откуда выбра-
сывается через выходное
отверстие в атмосферу. Вследствие образовавшегося разреженного
пространства в каналах через всасывающее отверстие в централь-
ную часть рабочего колеса поступает следующая порция воздуха
и по тем же каналам снова выбрасывается наружу. Таким образом
при вращении колеса процесс неоднократно повторяется, образуя
непрерывный поток и постоянный напор.
По конструкции центробежные вентиляторы различаются по
форме и расположению лопаток и способам подвода воздуха (с од-
ной или с двух сторон), а также по форме и расположению корпуса.
В зависимости от назначения вентилятора меняются материал,
форма и расположение лопаток. При чистом воздухе и при загряз-
ненном пылью и ядовитым газом они будут различными.
На рис. 162 показаны четыре вида расположения лопаток: ра-
диальное расположение прямых лопаток (рис. 162, а), радиальный
19 Зак. 630
289
выход кривых лопаток (рис. 162, б), лопатки загнуты вперед
(рис. 162, в) и лопатки загнуты назад (рис. 162, г).
В зависимости от формы лопаток изменяется манометрический
к. п. д. Для больших центробежных вентиляторов даются следующие
средние значения к. п. д.;
Рис. 162. Форма и расположение лопаток центробеж-
ного вентилятора
а)	для радиальных прямых и кривых с радиальным выходом
(рис. 162, а и б) т] — 0,65;
б)	для загнутых вперед т] = 0,77 (рис. 162, в);
в)	для загнутых назад ц — 0,55 (рис. 162, г).
Рис. 163. Характеристика центробежного вентилятора низкого дав-
ления 6'/2
По величине создаваемого напора вентиляторы делятся на вен-
тиляторы низкого давления (до 100 мм вод. ст.), среднего (от 100
до 200 мм вод. ст.) и высокого (от 200 до 500 мм вод. ст.).
Вал вентилятора соединяется с валом электродвигателя эластич-
ной соединительной муфтой, ременной или тексропной передачей.
При выборе вентиляторов пользуются характеристиками, приво-
димыми в каталогах.
290
Пример. Подобрать вентилятор с производительностью Q — 15 000 мя/ч и напо-
ром Н = 26 мм сод. ст.
Решение. По характеристике (рис. 163) находим точку пересечения вертикаль-
ной линии, соответствующей производительности Q = 15 000 м3/ч, с горизонтальной
линией, соответствующей напору Н = 26 мм вод. ст. Эта точка (обозначенная бук-
вой а) находится па кривой к. п д , равного 0,52, и кривой числа оборотов п, рав-
ного 525 об/мин. По каталогу подбираем ветилятор низкого давления № &/2.
Однако, рассматривая другие характеристики, приводимые в каталоге, видим,
что для этого случая можно принять вентиляторы низкого давления (обозначен-
ные № 8) с п = 360 об/мин и к. п. д., равным 0,57, и № 9]/2 с п = 300 об/мин
и к. п. д. — 0,52.
Для нашего случая наиболее выгодным будет вентилятор № 8, так как он имеет
более высокий к. п. д. и требует меньшей мощности. По габаритам более подходя-
щим будет вентилятор № 61.. .2.
Осевые вентиляторы
Осевой вентилятор (рис. 164) состоит из корпуса /, внутри ко-
торого расположено рабочее колесо 2 с крыльями 3, насаженное на
вал 4, приводимый во вращательное движение электродвигателем.
При непрерывном вращении рабо-
чего колеса создается равномерный по-
ток воздуха, создаваемый разностью
давлений на всасывающей и нагнета-
тельной сторонах рабочего колеса.
Наиболее распространенными осе-
выми вентиляторами в нашей стране
являются вентиляторы ЦАГИ. По срав-
нению с другими типами («Сирокко»,
Блетмана и Рато) они обладают луч-
шими аэродинамическими качествами
и более высоким к. п. д. В настоящее
Рис. 164. Схематический разрез
по осевому вентилятору
время осевые вентиляторы ЦАГИ выпу-
скаются разных моделей с наружным
диаметром рабочих колес от 300 до
1600 мм и соответствующей этим размерам производительностью от
2500 до 70 000 м3,'ч при напоре 30 мм вод. ст. и .к п. д. т] = 0,6,
с числом оборотов от 720 до 3000 в минуту (меньшие значения для
больших диаметров, а большее для малых диаметров рабочих колес).
Оси вентиляторов ЦАГИ (главным образом) непосредственно сое-
динены с электродвигателем. Для подбора вентиляторов ЦАГИ
пользуются характеристиками вентиляторов.
§ 32.	ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК
Вентиляционные установки могут работать при правильном вы-
боре оборудования, качественном выполнении монтажа и умелом
обслуживании.
Перед пуском в эксплуатацию после монтажа проверяются:
правильность сборки рабочего колеса на валу, муфты сцепления
и электродвигателя;
19*
291
зазоры между лопатками (лопастями) рабочего колеса и кожухом;
правильность установки углов лопастей на рабочем колесе со-
гласно требуемому режиму (направление движения воздуха, произ-
водительность и напор);
надежность крепления всех узлов и агрегата к фундаменту;
наличие смазки в подшипниках;
отсутствие посторонних предметов и грязи внутри агрегата.
После этого производится пробный пуск, во время которого
необходимо убедиться:
что отсутствуют вибрации во всем агрегате и в отдельных его
частях;
что рабочее колесо не задевает кожух;
правильно ли работает ременная передача или муфта сцепления
(пробуксовка или сбег ремня, стук соединительных пальцев в муфте,
нарушение соосности, изменение установленного зазора между полу-
муфтами); правильно ли вращается вентилятор (направление враще-
ния).
Во время пробного пуска выявляются дефекты, которые устра-
няются перед пуском в длительную пробную, а затем в нормальную
эксплуатацию.
Во время работы вентиляционной установки особое внимание уде-
ляется смазке и уходу за подшипниками. Обслуживающий персонал
обязан вести контроль: за нагревом подшипников вентилятора и
электродвигателя, не допуская их нагрева до температуры выше
50° С; за наличием смазки и ее качеством; за состоянием привода;
за креплением опорных подшипников вентилятора и электродвига-
теля; за состоянием и креплением рабочего колеса.
Все обнаруженные мелкие неисправности во время эксплуатации
устраняются обслуживающим персоналом, более сложные — ремонт-
ной бригадой. В том и другом случае пуск вентилятора должен произ-
водиться под наблюдением в течение 15—20 мин, чтобы убедиться
в нормальной работе агрегата.
Глава XI
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ
ОТДЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
ПРИ СООРУЖЕНИИ ТОННЕЛЕЙ
§ 33.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БЕТОННЫХ
И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАБОТ
Транспортирование и укладка бетона
Бетонная смесь представляет собой связную однородную массу,
в которой крупный заполнитель (щебень или гравий) равномерно
распределен в массе цементно-песчаного раствора.
Если в процессе транспортирования к месту укладки или при
укладке бетонной смеси имеют место резкие толчки и сотрясения, то
происходит нарушение однородности смеси (расслаивание), при ко-
тором смесь становится непригодной к употреблению и требует вто-
ричного восстановления ее однородности. Одним из условий, исклю-
чающих возможность расслоения бетонной смеси и некачественную
ее укладку, является применение для транспортирования смеси спе-
циальных машин и механизмов, в том числе бетононасосов.
Бетононасосы
Бетононасосы предназначаются для транспортирования свеже-
приготовленной бетонной смеси по трубопроводам (бетоноводам) не-
посредственно к месту укладки и укладки смеси за опалубку при
возведении монолитных тоннельных обделок.
Такой способ транспортирования и укладки бетонной смеси
обеспечивает высокую производительность бетонных работ при ми-
нимальных потерях смеси, а также возможность ее подачи на расстоя-
ние до 300 м по горизонтали и до 40 м по вертикали в условиях огра-
ниченного рабочего пространства сооружаемого тоннеля.
В практике тоннельного строительства получили широкое рас-
пространение поршневые бетононасосы и пневмонагнетатели.
В поршневых бетононасосах бетонная смесь загружается
(рис. 165) в бункер 1. Здесь смесь дополнительно перемешивается ло-
293
пастями 2 смесителя и с помощью побудителя 3 поступает через вса-
сывающий клапан 16 в цилиндр 15 насоса, а затем через нагнетатель-
ный клапан 17 выталкивается поршнем 14 в трубопровод 18.
Работа клапанов соответствует движению поршня и обеспечи-
вается размещением на коленчатом валу 12, соединенном со штоком
поршня 14 шатуном 13, профилированных кулачков 7 и 10, сообщаю-
щих кулисам 6 и 5 через ролики 8 и 9 колебательные движения отно-
сительно оси 11.
При движении поршня влево кулиса 5 отклоняется влево и через
тягу 4 открывает нагнетательный клапан 17, а кулиса 6 отклоняется
вправо и закрывает всасы-
вающий клапан 16.
Задняя полость цилинд-
ра предохраняется от ин-
тенсивного перетекания
в нее бетонной смеси с
5 -е
tt to
Рис. 165. Схема поршневого бетононасоса
помощью уплотняющей манжеты, выполненной из износостойкой
резины, приклеенной к рабочей поверхности поршня.
Частицы бетонной смеси, проникающие в заднюю полость цилиндра,
удаляются из нее водой. Привод рабочих механизмов бетононасоса и
смесителя осуществлятся от двух индивидуальных электродвигателей.
Применяемые в тоннельном строительстве поршневые бетононасосы
имеют производительность 10, 15 и 20 м3/ч при установленной мощ-
ности двигателей 1—1,4 квт на единицу производительности (лг3/ч).
Во время каждого перерыва в работе бетононасоса очищают
и промывают бетоновод шлангом и водяным насосом высокого дав-
ления (до 30 ати). Необходимость частой очистки бетоноводов,
а также невозможность регулирования количества подаваемой смеси
и большие габариты бетононасосов являются основными недо-
статками, затрудняющими применение поршневых бетононасосов при
строительстве тоннелей.
Указанные неудобства в производстве бетонных работ исклю-
чаются при применении пневмонагнетателей.
Основу пневмонагнетателя (рис. 166) составляет резервуар 1,
в который через загрузочную воронку 6 загружается бетонная
294
смесь. Воронка после загрузки закрывается конусным затвором 5
с приводом от пневмоцилиндра 4. Под действием сжатого воздуха
давлением 5—6 ати, поступающего в резервуар 1 по трубопроводу 7,
смесь выдавливается в бе-
тоновод 3 и воздухом, по-
ступающим по воздухо-
проводу 2, захватывается
и подается к месту вы-
грузки.
Для бетонирования тон-
нельной обделки применя-
ются пневмонагнетатели,
смонтированные на спе-
циальной (рис. 167)
самоходной или ручной
тележке 5 с высокой пор-
тальной рамой, под кото-
рой могут свободно про-
ходить породопогрузочная
машина и вагонетки.
Вся установка пред-
Рис. 166. Схема пневмонагнетателя
ставляет собой агрегат,
в который кроме пневмо-
нагнетателя 1 входит ресивер 3 (цилиндрический сосуд, акку-
мулирующий необходимое количество сжатого воздуха), бетоно-
мешалка 2 и бетоновод 4, через который смесь подается за обделку.
Рис. 167. Агрегат для укладки бетона за опалубку
Эти же агрегаты выпускаются смонтированными на узкоколейных
платформах. Очистка бетоновода производится очень редко и вы-
полняется с помощью пыжа, проталкиваемого сжатым воздухом.
К недостаткам пневмонагнетателей относятся: большой рас-
ход сжатого воздуха при подаче бетона на значительные расстояния
?95
и уменьшение плотности бетона по сравнению с бетоном, уложенным
поршневым бетононасосом, вследствие наличия в бетонной смеси
пузырьков воздуха. Наиболее экономичны установки с пневмо-
нагнетателями при подаче бетона на расстояние до 100—120 м.
В тоннельном строительстве широко применяются пневмо-
нагнетатели, обеспечивающие подачу бетона на расстояние до 200 л
производительностью 6 и 10 м?1ч.
бетонопроводы бетононасосов состоят из прямых и изогнутых
звеньев стальных труб с внутренним диаметром 114—283 мм, сое-
диняемых между собой быстроразъемными соединениями с резино-
вой прокладкой.
Для расчета длины бетонопровода, приведенного к горизонталь-
ному расстоянию, принимается 1 м подъема, соответствующий
10 м горизонтального пути, а поворот под углом 90, 45, 22 и 11°
соответственно 12, 6, 3 и 1,5 м.
В последние годы как для временного крепления, так и для
создания постоянных подземных конструкций получил распростра-
нение шприц-бетон или набрызг-бетон, нанесение которого осущест-
вляется машинами С-630А и БМ-60 производительностью до 8 мъ'ч.
Опалубки
Опалубкой называется сборно-разборная форма из дерева или
металла, применяемая для возведения бетонной монолитной обделки
тоннеля. При ручной укладке бетона применяется деревянная или
металлическая опалубка, приспособленная для переноски вручную.
При механизированной укладке применяется металлическая секци-
онная опалубка.
Наибольшее распространение получили две разновидности ме-
таллической секционной опалубки: передвижная шарнирно склады-
вающаяся и сборно-разборная с механическим перестановщиком.
Передвижная шарнирно складывающаяся опалубка (рис. 168)
состоит из десяти одинаковых кожухообразных секций 8. Каждая
секция имеет длину 2 м (по оси тоннеля) и состоит из нескольких
шарнирно-связанных элементов 1, выполненных из уложенного на
металлический каркас листового железа. Каждая секция имеет 12
люков с крышками для пропуска вибраторов. Предотвращение выте-
кания бетонной смеси обеспечивается комплектом торцовой опалубки.
При снятии опалубки каждая секция опускается, складывается,
транспортируется вдоль тоннеля и монтируется на новом месте с по-
мощью самоходной двухъярусной тележки 2. Тележка оборудуется
гидравлической двухбарабанной лебедкой 4, обеспечивающей отрыв
от бетона и складывание через систему блоков 3 нижних элементов
опалубки.Приводом лебедки 4 служит гидродомкрат 6, развивающий
рабочее усилие 8,5 т. Поступательное движение плунжера домкрата
преобразуется во вращательное движение барабана 7 лебедки с по-
мощью соединенной с плунжером зубчатой рейки, которая входит
в зацепление с шестерней, посаженной на общий вал барабанов ле-
бедки.	..........
296
Отрыв от бетона и опускание всей опалубки при демонтаже
и ее подъем при монтаже осуществляются комплектом из четырех
верхних и четырех боковых гидравлических домкратов 5.
Тележка оборудуется парой приводных колес, привод каждого
из которых осуществляется от электродвигателя 9 через червяч-
ный редуктор 10 и цепную передачу. Тележка передвигается по уло-
женному рельсовому пути с колеей 3300 мм.
Рис. 168. Шарнирно складывающаяся опалубка с самоходной тележкой
Сборно-разборная металлическая опалубка (см. рис. 150), одно-
временно служащая временной крепью, состоит из отдельных сек-
ций. Каждая секция собирается из 15 стальных элементов корыто-
образной формы, крепящихся между собой болтами.
Для сборки и установки элементов опалубки служит размещаемая
в ее головной части самоходная двухъярусная буровая тележка
весом 21,6 т, оборудованная механическим рычагом; конструкция
привода поворота и выдвижения «руки» аналогична конструкции
блокоукладчика. Скорость передвижения тележки 12 м/мин. Мощ-
ность электродвигателей: механизма передвижения 2,8 кет, враще-
ния рычага 11 кет и выдвижения штанги 7,8 кет. Тележка осна-
щается выдвигающимися на 6 м платформами для обуривания забоя
и для подъема оборудования передвижным консольным краном гру-
зоподъемностью 150 кг.
Самоходная тележка оборудуется пневматическим перестановщи-
ком вагонеток. Тележки перемещаются по рельсовому пути, уложен-
ному на кронштейнах, приваренных к внутренней поверхности опа-
лубки на высоте 4 м от подошвы тоннеля. Привод колес осущест-
вляется от электродвигателя, червячный редуктор и цепную пере-
297
дачу. Опалубка собирается, начиная с установки нижних элементов
и кончая замковым, разбирается в обратном порядке. Во время буре-
ния шпуров в забое рама головного перестановщика крепится к опа-
лубке накидными захватами в четырех местах. Перед взрыванием
шпуров перестановщик откатывается от забоя на 25—30 м. Лобовая
плоскость опалубки со стороны забоя при взрывании ограждается
защитной рамой. Элементы опалубки, снятые хвостовым перестанов-
щиком, перемещаются к месту укладки на узкоколейных платфор-
мах. Опалубка имеет специальные люки, через которые электрови-
браторами уплотняется бетон и контролируется его укладка.
Вибраторы
Вибраторы предназначаются для уплотнения укладываемой бетон-
ной смеси. При вибрировании уменьшается связь между частицами
смеси, и она под действием собственного веса растекается, заполняя
все промежутки между стержнями арматуры и между арматурой и
Рис. 169. Вибраторы
опалубкой.
По назначению вибраторы
подразделяются на глубинные
(рис. 169, а),’опускаемые непо-
средственно в бетонную смесь
и использующиеся при бетони-
ровании армированных и неар-
мированных массивов; поверх-
ностные (рис. 169, б), применя-
ющиеся при бетонировании
плит, перекрытий, полов и уста-
навливающиеся на поверхности
бетонной смеси; наружные (рис.
169, в), прикрепляемые к устрой-
ству опалубки.
Основными элементами виб-
раторов являются вибрацион-
ные механизмы, которые под-
разделяются на электромехани-
ческие (эксцентриковые и планетарные), электромагнитные и пнев-
матические. Эксцентриковые вибрационные механизмы выполняются
с встроенным электродвигателем (рис. 170, а) и с гибким валом.
В вибраторах с встроенным электродвигателем эксцентрики 2
установлены непосредственно на вал 4 ротора 5 двигателя. Вал
вращается в подшипниках 3, установленных в корпусе 1.
Вибраторы с выдвижными стержнеобразными эксцентриками по-
лучили широкое распространение. При достижении ротором вибрато-
ров такой конструкции скорости вращения более 2000 об/мин
инерционные силы преодолевают натяжение пружины и дебалансы
выдвигаются. При такой конструкции вибрационного механизма
затухание колебаний будет происходить при выключенном вибра-
торе быстрее, чем в вибраторах обычной конструкции.
298
Общим недостатком эксцентриковых вибрационных механизмов
является малый срок службы подшипников, которые работают
в весьма тяжелых условиях, особенно при высоких частотах коле-
баний.
Планетарные вибрационные механизмы (рис. 170, б) не имеют
опорных подшипников, а вибрация корпуса / у них создается бегун-
ком 2, обкатывающимся по наружной или внутренней дорожке 6
корпуса вибратора. Вращение от электродвигателя к бегунку пере-
дается через гибкий вал 3, шарнир 4 и вал 5. После пуска дебаланс
в первые мгновения вращается в воздухе, а затем в результате
неуравновешенности своей массы отклоняется от вертикали и уда-
ряется о дорожку и после этого переходит в режим обкатывания.
Планетарная система позволяет получить высокие частоты ко-
лебаний вибратора при небольшом числе оборотов вала электро-
двигателя. Отсутствие подшипников является преимуществом пла-
нетарных механизмов. Они применяются главным образом в мощ-
ных глубинных вибраторах.
Электромагнитные вибрационные механизмы (рис. 170, в) рабо-
тают на принципе взаимного притяжения и отталкивания якоря 1
и сердечника 2 при обтекании током стандартной частоты катушки
электромагнита 3. Такие механизмы громоздки и имеют большой вес,
299
поэтому применяются только для стационарных устройств: вибро-
площадок, виброгрохотов и вибропитателей.
Пневматические вибрационные механизмы (рис. 170, г) по прин-
ципу работы аналогичны отбойным молоткам с той лишь разницей,
что удары по корпусу при возвратно-поступательном движении пор-
шня 2 относительно цилиндра 1 передаются бетонной массе. Они
имеют ограниченное распространение.
Технические характеристики наиболее распространенных элек-
трических вибраторов приводятся в табл. 44.
В ряде случаев на строительстве применяется вакуумирование
бетона, при котором из бетона отсасывается избыточная вода и воздух,
благодаря чему резко уменьшается его пористость, повышается
плотность, прочность, водо- и морозоустойчивость.
Вакуумирование производят специальными вакуум-щитами. Ва-
куум-щиты оборудуются вибраторами, обеспечивающими совмест-
ное вибрирование и вакуумирование.
Станки для арматурных работ
s
Армирование железобетонных конструкций осуществляется сет-
ками или каркасами из специальной арматурной стали. Изготовле-
ние арматуры для железобетонных конструкций включает в себя
выпрямление изогнутых прутков арматурной стали, ее резку, гнутье
Рис. 171. Станок С-150А для резки тяжелой арматуры
Правка, резка и очистка от ржавчины и окалины холоднотяну-
той стали диаметром 3—14 мм производятся на станках-автома-
тах АН-8 и АН-14, производительность которых составляет
5,2 т/смену.
Для резки арматурной стали диаметром свыше 14 мм служит
станок С-150А (рис. 171). Сталь режется неподвижным ножом 4
и укрепленным на шатуне 2 подвижным ножом 3. Шатун совершает
возвратно-поступательное движение от кривошипного вала, вра-
щаемого электродвигателем 1 через систему зубчатых передач.
На станке можно резать отдельные стержни диаметром 22—40 мм
и пакеты стержней, состоящие из шести стержней диаметром 6—8 мм,
пяти стержней диаметром 9—13 мм, трех стержней диаметром 14—
18 мм и двух стержней диаметром 19—22 мм.
300
301
Рис. 172. Кинематическая схема станка для
гнутья арматурной стали
вянных. железобетонных и металлг
Для резки арматуры диаметром до 70 мм выпускаются станки
с гидроприводом.
Арматурную сталь диаметром до 40 мм гнут на станках НЗ-4
(рис. 172), имеющих три пальца и рабочий диск. Стальной пруток
закладывается между центральным пальцем 1 рабочего диска 2 п
удерживающим пальцем 3, укрепленным на столе станка. При вра-
щении рабочего диска пруток загибается гибочным пальцем 4, укреп-
ленным на диске, после
чего диск реверсируется
и возвращается в исход-
ное положение, освобож-
дая пруток.
Станок обеспечивает не-
обходимые отгибы арма-
турных стержней, изготов-
ление хомутов, крюков,
монтажных петель и др.
Вращение рабочему диску
сообщается от электродви-
гателя 6 мощностью 2,2 кет
через клиноременную 7,
зубчатую 8 и червячную
9 передачи. Для облегче-
ния подачи прутка вруч-
ную служат ролики 5.
§ 34.	МАШИНЫ И ОБОРУДО-
ВАНИЕ ДЛЯ СВАЙНЫХ
РАБОТ
Для погружения в грунт
и извлечения из него дере-
:ских свай применяются
специальные установки, состоящие из механизма, обеспечивающего
погружение или извлечение свай (свайного молота, вибропогружа-
теля или экскаваторного полиспаста), копра и силового оборудо-
вания (лебедок, тросов, блоков и т. д.).
Свайные молоты
Свайные молоты по виду привода подразделяются на механиче-
ские (подвесные), паровоздушные и дизельные.
Механический молот состоит из металлической ударной части
весом от 250 до 2000 кг и приводной однобарабанной лебедки. После
подъема на высоту 3—4 м ударная часть свободно падает на заби-
ваемую сваю. Механические молоты обеспечивают только четыре-
восемь ударов в минуту, почему имеют низкую производительность
и применяются крайне редко.
Паровоздушные молоты одинарного или двойного действия полу-
чили широкое распространение в строительстве.
302
В молотах одинарного действия (рис. 173) пар или воздух через
распределительный кран 6 подается только в верхнюю полость
цилиндра 3, благодаря чему ударная часть 2 поднимается относи-
тельно неподвижного поршня 4, шток 5 которого упирается в сваю
через наконечник 1. Падение ударной части происходит только
под действием ее собственного веса. Отечественной промышлен-
ностью выпускаются такие
до 9000 кг. Число ударов
в минуту колеблется от
35 до 65.
молоты с весом ударной части от 1250
Рис. 174. Паро-
воздушный мо-
лот двойного
действия
Впуск
пара
Рис. 173. Паровоздушный
молот одинарного дей-
ствия

В молотах двойного действия (рис. 174) ударной частью слу-
жит поршень 3 с двумя штоками 2 и 5, совершающий возвратно-по-
ступательное движение в цилиндре 4 корпуса 1. Пар или воздух бла-
годаря золотниковому паровоздухораспределительному механизму 6
поступает под давлением 5,5—8 ати попеременно в верхнюю и ниж-
нюю полости цилиндра и используется как при подъеме ударной
части, так и при нанесении удара. Удар наносится по наковальне 7,
опирающейся на сваю.
Отечественной промышленностью выпускаются молоты такого
типа с энергией удара от 140 до 5000 кГм и частотой ударов от 100
до 400 в минуту.
303
Молоты двойного действия применяются для погружения и извле-
чения всех существующих типов свай. Для извлечения свай молоты
поворачиваются вверх наковальней, к которой крепится металличе-
ская скоба для захвата выдергиваемых свай.
Дизель-молоты работают на жидком (дизельном) топливе по
принципу двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Преиму-
Рис. 175. Дизель-молот
ществом этого типа молота является
малый вес и компактность конструк-
ции. Кроме того, для его работы не
требуется наличия парового котла или
компрессора.
Применяются два типа дизель-моло-
тов: штанговые (рис. 175) и трубчатые.
Ударной частью наиболее распростра-
ненных штанговых дизель-молотов яв-
ляется подвижный цилиндр 1. При
свободном падении цилиндра поршень
3 входит в его цилиндрическое гнездо
2 и сжимает находящийся в гнезде
воздух, температура которого при
этом резко повышается.
В этот момент, одновременно с уда-
ром по свае, через размещенную в пор-
шне форсунку 4 с топливопроводом
в гнездо 2 цилиндра впрыскивается
и под действием высокой температуры
воздуха воспламеняется горячая смесь,
в результате чего цилиндр отбрасы-
вается вверх, после чего цикл повто-
ряется.
Высота падения молота зависит от
количества подаваемой горючей смеси.
Отечественной промышленностью
выпускаются дизель-молоты с весом
ударной части от 100 до 3500 кг и чис-
лом ударов от 45 до 60 в минуту.
Вибропогружатели
Вибропогружатели предназначаются для погружения в грунт
и извлечения из него металлического шпунта, свай и труб, про-
филь которых характеризуется значительной боковой поверхностью
и небольшой площадью поперечного сечения.
Основными элементами вибропогружателя (рис. 176) являются:
электродвигатель 1, вибратор 2, наголовник 3 и пригрузочная
плита 4
При работе вибропогружателя энергия колебаний вибратора
уменьшает боковые силы сцепления, действующие между частицами
304
грунта и сваей, и снижает сопротивление некоторых видов несвяз-
ных грунтов настолько, что свая погружается, преодолевая только
лобовое сопротивление грунта, для чего оказываются достаточными
статические усилия от собственного веса шпунта и установленного
на нем вибропогружателя. Различаются низкочастотные вибропо-
гружатели простейшего типа (рис. 176, а) с жестким соединением
всех элементов между собой и вибропогружатели с подрессоренной
пригрузкой, у которых (рис. 176, б) пригрузочная плита и электро-
двигатель опираются на корпус вибратора через пружины 5.
Рис. 176. Вибропогружатели
Основной недостаток вибраторов простейшего типа состоит в сни-
жении амплитуды вибраций и, следовательно, вибрационного эф-
фекта по снижению боковых сил сцепления грунта со сваей при уве-
личении веса пригрузка, необходимого для преодоления лобового
сопротивления некоторых видов грунтов. Кроме того, в этом случае
сокращается срок службы двигателей. Область эффективного при-
менения таких вибропогружателей — несвязные грунты, преиму-
щественно водонасыщенные пески, в которых скорость погружения
металлического шпунта достигает 5—7 м/мин при заглублении на
25 м.
При встрече прослойка глинистых грунтов скорость погружения
резко снижается.
Указанные недостатки исключаются в конструкции вибропогру-
жателя с подрессоренным пригрузком, состоящем из двух частей —
вибратора и дополнительного груза, соединенных между собой пру-
жинами. Пружины служат виброизолирующим устройством.
Такая схема позволяет независимо изменять режим вибраций
и вес вибропогружателя и, кроме того, обеспечивает спокойные
условия работы электродвигателя.
20 Зак. 630
305
Техническая характеристика наиболее распространенных типов
вибропогружателей приводится в табл. 45.
Таблица 45
Показатели	Тип вибропогружателя					
	низкочастотный			с пригрузком		
	в П-2	ВП-1	вп-з	ВПП-1	ВПП-2	В П-50
Возмущающая сила, т		8,4	18,5	44,2	25	25	50
Частота колебаний в минуту 		455	420	408	1500	1500	2380
Мощность электро- двигателя, кет	22	60	100	30	30	2x44
Общий вес, кг ...	2000	4500	8000	2100	2100	5750
В последнее время получили распространение свайные вибромо-
лоты, работа которых основана на совместном воздействии на сваю
ударов и вибрации.
Рис. 177. Установка для извлечения свай:
/ — эскаватор; 2 — блоки головной рамы; 3 — копровая стрела; 4 — поли-
спаст-захват; 5 —свая; 6 — динамометр
При использовании вибропогружателей для извлечения свай к за-
крепленному на свае вибропогружателю прикладывается статиче-
ское подъемное усилие от экскаваторной подъемной лебедки.
Вибрационный способ извлечения свай отличается высокой про-
изводительностью. Весь цикл выдергивания свай длиной 16 м,
включая подготовительные работы, составляет 30—40 мин.
306
Недостаток этого способа состоит в необходимости прокладки
питающего кабеля и во вредном влиянии на жилые здания вибра-
ционных сотрясений грунта, затрудняющих использование установки
в условиях городского строительства.
Указанные недостатки исключаются в установке (рис. 177) для
извлечения свай с помощью полиспаста с шестью подвижными бло-
ками на захвате и шестью неподвижными блоками на головной раме 2
копра 3. Трос с барабана главной лебедки экскаватора проходит
к свае 5 через полиспаст 4.
Производительность такой установки достигает 18—20 свай
в сутки.
Свайные копры представляют собой металлические передвижные
конструкции, на которых устанавливаются молот, вибропогружатель
или полиспаст для извлечения свай, а также силовое оборудование.
§ 35.	УСТАНОВКИ ДЛЯ ИСКУССТВЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ
ГОРНЫХ ПОРОД
В тоннельном строительстве, особенно при сооружении тоннелей
метрополитенов, получил широкое распространение способ искус-
ственного замораживания горных пород, обеспечивающий укрепле-
ние водонасыщенных и плывунных грунтов, создание водонепрони-
цаемых перемычек и несущих конструкций.
Рис. 178. Схема замораживающей станции:
1 — конденсатор; 2 — аммиачный компрессор;
3 — испаритель; 4 — насос для рассола; 5 — пита-
тельная труба; 6 — замораживающая колонка;
7 — регулирующий вентиль
Замораживание грунтов производится холодным рассолом, ох-
лаждающимся на замораживающей станции (рис. 178). Рассол
пропускается через скважины, заложенные в толще замораживаемого
грунта; скважины размещают на расстоянии 1—2 м одна от дру-
гой, а иногда и на большем расстоянии.
В скважины опускают замораживающие трубы (колонки) 6 диа-
метром 100 мм; нижний и верхний концы колонок закрыты наглухо.
В колонку опускают питательные трубки 5 диаметром 30—35 мм,
которые не доходят до низа колонки на 300 лои. Вверху к колонке
присоединяют трубку диаметром 25 мм для отвода рассола к испари-
20*
307
телю 3. Питательные трубки колонок присоединяются к насосу 4,
подающему холодный рассол хлористого кальция с температурой
минус 20—25° С; в редких случаях, при замораживании пород,
содержащих соли кальция и натрия, или при больших скоростях
движения грунтовых вод, применяется рассол с температурой ми-
нус 40—45° С. При движении рассола по трубкам и колонкам проис-
ходит теплообмен между грунтом и рассолом. Последний отнимает
тепло у грунта, окружающего колонку, грунт охлаждается и посте-
пенно замораживается.
Охлаждение рассола происходит в испарителе 3 за счет тепло-
обмена с летучими жидкостями, имеющими низкую температуру ки-
пения, — аммиаком или углекислотой. Аммиак кипит при темпера-
туре 33° ниже нуля, а углекислота при 78° ниже нуля, т. е. эти
жидкости переходят в парообразное состояние при низких темпера-
турах. В жидкое состояние они обращаются под действием охлажде-
ния, будучи предварительно сжаты.
Обычно пользуются аммиачными установками, работающими при
меньшем рабочем давлении, чем углекислые, и следовательно, рас-
ходующими меньше электроэнергии.
Сжатый до давления 8—12 ати жидкий аммиак при температуре
плюс 15—20° течет из конденсатора I к испарителю 3; после прохода
через узкое отверстие регулирующего вентиля 7 давление аммиака
уменьшается до 1,5—3 ати и он попадает в трубы испарителя. При
таком низком давлении аммиак начинает кипеть при температуре 10—
20° ниже нуля; необходимую для кипения теплоту аммиак, проходя-
щий по трубам испарителя, получает от рассола, поступающего из
замораживающих колонок в испаритель. При темплообмене между
кипящим аммиаком и рассолом понижается температура последнего.
Охлажденный рассол подается насосом в замораживающие колонки.
Получающиеся при кипении аммиака пары компрессором 2 сжи-
маются до давления, немного большего, чем в конденсаторе 1, и на-
гнетаются в последний. После сжатия температура и давление паров
повышаются.
Поступающие в конденсатор пары аммиака охлаждаются водой и
постепенно обращаются в жидкость. Получающийся жидкий аммиак
снова направляется через регулирующий вентиль в испаритель,
и цикл повторяется.
Глава XII
ЭНЕРГЕТИКА ТОННЕЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
И КАРЬЕРОВ
§ 36. СНАБЖЕНИЕ ТОННЕЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
И КАРЬЕРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ
Источником питания электроэнергией строительства служит
высоковольтная линия электропередачи, от которой прокладываются
в закрытых траншеях 2 фидера (высоковольтных кабеля), подающих
ток высокого напряжения (10000 в) на понизительные трансформа-
торы, устанавливаемые в специальном помещении (ТП или КТП)
на площадке строительства. С помощью трансформаторов ток вы-
сокого напряжения преобразуется в ток низкого напряжения
(220—380 в) и поступает на распределительный щит, устанавли-
ваемый в специальном отделении ТП или КТП. От распредели-
тельного щита электроэнергия подается по кабелям и проводам
к месту потребления.
§ 37. КОМПРЕССОРНОЕ ХОЗЯЙСТВО И СНАБЖЕНИЕ
ТОННЕЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА И КАРЬЕРОВ
СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ
Для приведения в действие инструментов, аппаратов и других
установок используют энергию сжатого воздуха как наиболее без-
опасную по сравнению с электрической и не требующую сложных
устройств для подачи ее к местам потребления. Сжатым воздухом
также пользуются при сооружении тоннелей кессонным способом.
Машины, вырабатывающие сжатый воздух с давлением свыше
2 ати, называются компрессорами. По принципу действия компрес-
соры разделяются на поршневые, ротационные и турбокомпрессоры.
Эти компрессоры сжимают воздух до давления не более 8 ати.
Для централизованного снабжения объектов строительства сжатым
воздухом сооружаются компрессорные станции, в комплект которых
входит следующее оборудование: компрессоры с электродвигателя-
ми, всасывающие и нагнетательные трубопроводы, промежуточные
холодильники для охлаждения сжимаемого воздуха, насосы для
630
309
подачи охлаждающей воды, двигатели к насосам, фильтры для
очистки воздуха, поступающего в компрессоры, воздухосборники
(ресиверы) для сжатого воздуха, арматура, пускорегулирующая
аппаратура и контрольно-измерительные приборы.
Воздух поступает из атмосферы через фильтр по всасывающему
трубопроводу в компрессор, приводимый в действие электродвигате-
лем с помощью ременной передачи (рис. 179) или соединительной
муфты. Сжатый в компрессоре воздух направляется по нагнетатель-
Рис. 179. Схема воздушной компрессорной установки:
1 — всасывающий фильтр; 2 — всасывающая труба; 3 — двухступенчатый компрессор;
4 — электродвигатель; 5 — манометр; 6 — предохранительный клапан; 7 — воздушный
ресивер
ному трубопроводу в ресивер, а из него в главный воздухопровод,
к которому подсоединяются воздухопроводы потребителей.
Ресивер служит для выравнивания давления сжатого воздуха,
смягчения пульсации (при работе поршневых компрессоров), а также
для частичного осаждения из воздуха влаги и масла, увлекаемого
воздухом из компрессора. В стационарных установках ресивер уста-
навливается вертикально; воздухопровод от компрессора к ресиверу
подводится несколько ниже середины высоты ресивера, а отводящий
воздухопровод подсоединяется в верхней части ресивера. Для наблю-
дения за давлением устанавливается манометр. В случае повышения
давления против установленного для предупреждения аварии на
нагнетательном воздухопроводе и воздухосборнике (сверху) уста-
навливаются предохранительные клапаны.
Для снабжения сжатым воздухом карьеров и строительных пло-
щадок, потребляющих небольшое количество сжатого воздуха в те-
чении непродолжительного времени, пользуются передвижными ком-
прессорными станциями.
По принципу действия передвижные компрессорные станции ни-
чем не отличаются от стационарных. На передвижных компрессор-
310
ных станциях устанавливаются компрессоры с наклонным и верти-
кальным расположением цилиндров, с воздушным или водяным
охлаждением. При воздушном охлаждении цилиндры компрессора
снабжены специальными ребрами для увеличения охлаждающей по-
верхности, обдуваемой воздухом с помощью вентилятора.
При водяном охлаждении цилиндры компрессора снабжены ру-
башкой, в которой циркулирует вода, проходящая через радиатор,
обдуваемый вентилятором.
Для приведения в дей-
ствие передвижной компрес-
сорной станции, смонтиро-
ванной на автомашине, поль-
зуются двигателем автома-
шины.
Компрессорные станции,
установленные на прицепной
тележке, приводятся в дей-
ствие электродвигателем или
двигателем внутреннего сго-
рания.
Поршневые компрессоры
Поршневые компрессоры
выполняются различных ти-
пов в зависимости от произ-
водительности и требуемого
давления сжатого воздуха.
Они могут быть:
одноступенчатыми гори-
зонтальными простого или
двойного действия; односту-
пенчатыми вертикальными
одноцилиндровыми и двух-
цилиндровыми;
двухступенчатыми гори-
зонтальными одноцилиндро-
выми со ступенчатым (диф-
ференциальным) поршнем;
двухступенчатыми горизон-
Рис. 180. Поршневой компрессор одноступен-
чатый простого действия
тальными двухцилиндровыми.
В поршневом компрессоре воздух сжимается в цилиндре поршнем,
совершающим возвратно-поступательное движение.
Одноступенчатый поршневой компрессор простого действия
(рис. 180) состоит из цилиндра /, поршня 2, водяной рубашки 3,
крышки 4 со всасывающим клапаном 6 и нагнетательным клапаном 7,
всасывающим патрубком 8 и нагнетательным патрубком 5.
При движении поршня вниз в полости цилиндра между крышкой
и поршнем образуется разреженное пространство (вакуум), которое
311
заполняется наружным воздухом, поступающим через всасывающий
патрубок 8 и всасывающий клапан 6. Прй движении поршня вверх
(в сторону крышки) воздух, заполнивший рабочую полость цилиндра,
будет сжиматься. Достигнув заданного давления, воздух преодоле-
вает сопротивление пружины нагнетательного клапана 7 и посту-
пает через нагнетательный патрубок 5 в магистраль.
В двухступенчатых компрессорах сжатый воздух первой ступени
направляется во вторую ступень сжатия, во второй цилиндр, имею-
щий объем, меньший объема первого цилиндра. Двухступенчатое сжа-
Рис. 181. Поршневой компрессор
тие можно осуществить и в одноцилиндровом компрессоре, у которого
цилиндр разделен на две полости, соединенные между собой переход-
ным трубопроводом. Такой компрессор называется двухступенчатым
одноцилиндровым с дифференциальным поршнем (рис. 181).
Поршневые компрессоры изготавливаются с производительностью
от 0,2 до 200 м31мин. При давлении сжатого воздуха от 3 до 7 ати
применяются одноступенчатые компрессоры; при давлении выше
7 ати — двухступенчатые и многоступенчатые. Для охлаждения воз-
духа в двухступенчатых и многоступенчатых компрессорах между
ступенями устанавливаются промежуточные холодильники.
Требуемая производительность компрессора определяется рас-
ходом воздуха потребителями с учетом одновременности их работы
по формуле
VK ~	мЧмин,
где kr — коэффициент одновременности работы пневматических ин-
струментов, принимаемый в зависимости от их числа
(при числе бурильных молотков от I до 25 kr = 1 — 0,55);
312
k2 — 1,1 — 1,2 — коэффициент износа инструментов;
k3 — 1,1 — 1,2 — коэффициент потерь воздуха в сети;
ki — коэффициент увеличения расхода воздуха в связи с его
разрежением, устанавливаемый в зависимости от высоты
места работ над уровнем моря (Н, км) по формуле
Л4 = 1 + 0,12 Н-,
mi — число однотипных инструментов и машин;
qL — расход воздуха одним инструментом (машиной), м3 * */мин.
Расчетные диаметры труб для передачи сжатого воздуха давле-
нием 6 ати приводятся в табл. 46.
Таблица 46
Расстояние передачи,		Объем воздуха V, передаваемого по трубе, м9/мин				
	10	15	20	го	0	50
м	Диаметр трубы, мм					
40	50	58	66	76	86	92
60	55	63	71	83	93	101
80	58	66	76	87	98	107
100	61	69	78	91	102	112
200	71	80	81	105	117	128
300	77	86	98	114	127	138
500	84	95	100	127	140	152
Ротационные компрессоры
В ротационном компрессоре воздух непрерывно сжимается между
пластинами вращающегося ротора и внутренней кольцевой поверх-
ностью цилиндра компрес-
сора. Ротационный ком-
прессор не имеет всасыва-
ющих и нагнетательных
клапанов, являющихся
слабым местом поршневых
компрессоров.
Ротор 1 компрессора
(рис. 182) вместе с валом
расположен эксцентрично
в неподвижном цилиндре
2. Диаметр ротора меньше
внутреннего диаметра ци-
линдра 6 и почти касается
своей нижней частью вну-
тренней стенки цилиндра.
В прорези ротора встав-
лены стальные пластинки
Рис. 182. Схема работы ротационного компрес-
сора
3, скользящие одной своей стороной по внутренней поверхности
цилиндра 6. При вращении ротора против часовой стрелки
пластины под действием центробежной силы постепенно выходят
313
из прорезей, благодаря чему пространства (объемы) между пласти-
нами будут увеличиваться и заполняться наружным воздухом,
поступающим через патрубок 5 в камеру всасывания 4. Заполнение
воздухом будет происходить до тех пор, пока пространство между
пластинами будет соединено с камерой всасывания. При дальнейшем
вращении ротора пластины начнут уходить в глубь прорезей, что
приведет к уменьшению объемов между пластинами. При этом воз-
дух, находящийся в пространстве между пластинами, будет сжи-
маться и, дойдя до камеры нагнетания 7, выйдет из компрессора че-
рез патрубок 8 и обратный клапан 9 в нагнетательный трубопровод.
При непрерывном вращении ротора подача сжатого воздуха будет
происходить равномерно и без пульсации на всем протяжении ра-
боты компрессора. Для дальнейшего повышения давления применяют
ротационные компрессоры с двумя цилиндрами, каждый из которых
представляет отдельную ступень сжатия.
Цилиндры соединены между собой переходным патрубком, через
который сжатый воздух из первой ступени переходит во вторую,
достигая в ней конечного давления.
Ротационные компрессоры изготавливаются для производитель-
ности от 1,5 до 80 ms!muh и давления не более 10 ати.
Т урбокомпрессоры
Турбокомпрессоры (рис. 183) представляют собой машины с од-
ним или несколькими вращающимися лопастными колесами, укреп-
ленными на валу и размещенными внутри корпуса. Давление в тур-
бокомпрессоре создается за счет больших скоростей воздуха, про-
ходящего через колеса и каналы в корпусе.
По своему принципу работа и все явления, возникающие при
работе турбокомпрессора, аналогичны работе и явлениям, возни-
кающим при работе центробежного насоса.
На валу 1, укрепленном в подшипниках 2, насажены рабочие
колеса 3, 4 и 5. В корпус 9 вставлены направляющие аппараты 6,
7 и 8.
Для восприятия осевого давления, образующегося вследствие
разности давлений между всасывающей и нагнетательной сторонами,
которое стремится сместить вал вместе с колесами в сторону вса-
сывания, устанавливается упорный подшипник 10. Вал с колесами
в турбокомпрессоре называется ротором, а корпус с направляющими
аппаратами (диффузорами) — статором.
Во время работы турбокомпрессора атмосферный (наружный)
воздух поступает в рабочее колесо <3 через всасывающий патру-
бок 11. Из рабочего колеса 3 через направляющий аппарат 6 воздух
с повышенным давлением входит в рабочее колесо 4, затем через
направляющий аппарат 7, еще больше повысив давление, направ-
ляется в рабочее колесо 5, а затем через нагнетательный патрубок 12
по трубопроводу — к местам потребления. Для избежания подсоса
воздуха извне и утечки сжатого воздуха вал турбокомпрессора
снабжен лабиринтным уплотнением 13.
314
В турбокомпрессорах водяная рубашка отсутствует. Для ох-
лаждения воздуха в многоступенчатых (многоколесных) турбоком-
прессорах устанавливается промежуточный холодильник, куда воз-
дух поступает после третьей ступени, а из холодильника направ-
ляется в следующую ступень.
Смазка всех опорных подшипников производится под давлением
>коло 1 ати с помощью специального насоса. Из подшипников масло
Рис. 183. Турбокомпрессор
направляется в масляный холодильник, где охлаждается проточ-
ной водой из общей циркуляционной сети, после чего поступает
в масляный резервуар. Все подшипники снабжены термометрами.
Для контроля за температурой масла, поступающего в холодильник
и выходящего из него, устанавливаются термометры на подводящем
и отводящем трубопроводах.
Приводом турбокомпрессора служит электродвигатель с повы-
шающим редуктором, так как максимальная скорость вращения
электродвигателем достигает только 3000 об/мин, а турбокомпрес-
соры имеют скорости до 6500 об/мин.
Производительность турбокомпрессоров колеблется от 30 до
3500 м9/мин, считая по количеству всасываемого воздуха. Давление
сжатого воздуха не превышает 12 ати.
315
Уход за компрессорами
Для нормальной работы компрессоров требуется правильный
уход за ними, который выполняется в соответствии с правилами
Госгортехнадзора и указаниями в специальной инструкции, выпу-
скаемой заводом-изготовителем. Ответственным за правильный уход
является машинист компрессорной установки, который должен
знать инструкцию по уходу, устройство и работу компрессорной
установки.
Уход за поршневыми компрессорами. Перед пуском компрессора
в ход машинист обязан: осмотреть компрессор и убрать предметы,
мешающие работе компрессора; проверить наличие масла в под-
шипниках и открыть масленки компрессора; пустить масляный насос,
если он работает от отдельного привода; пустить воду для охлажде-
ния цилиндров компрессора в рубашку промежуточного холодиль-
ника; освободить холодильник от скопившегося в нем конденсата;
проверить положение задвижек на всасывающем трубопроводе
(должна быть закрыта) и на нагнетательном трубопроводе; пустить
в ход двигатель, приводящий в действие компрессор; по достижении
компрессором нормального числа оборотов постепенно открыть за-
движку на всасывающем трубопроводе.
Во время работы компрессора •машинист обязан: следить за смаз-
кой всех трущихся частей; при появлении стука в машине остановить
ее, выяснить причину стука и устранить ее или вызвать лицо, ве-
дающее компрессорной установкой (механика, заведующего и др.);
проверять температуру сжатого воздуха, температуру входящей и
выходящей воды из рубашки или промежуточного холодильника
(при выходе температура воды должна быть не выше 40е С), темпе-
ратуру масла и подшипников; освобождать холодильник раз в смену
от скопившегося в нем конденсата; раз в смену выпускать масло и
воду, скопившиеся в ресивере; следить за работой контрольно-изме-
рительных приборов (манометров, термометров, предохранительных
клапанов и др.); следить за работой воздушных фильтров; произво-
дить записи наблюдений и имевшихся неполадок в вахтенном жур-
нале.
При остановке компрессора машинист обязан: закрыть задвижку
на всасывающем трубопроводе; остановить двигатель компрессора;
закрыть воду, поступающую в рубашку или холодильник (выпу-
стить воду в зимнее время, если компрессор работает в неотапливае-
мом помещении или на открытом месте); закрыть масленки; закрыть
задвижку на нагнетательном трубопроводе.
Уход за ротационными компрессорами. В принципе уход за рота-
ционными компрессорами остается таким же, как за поршневыми
компрессорами, лишь с некоторыми дополнениями, к которым отно-
сятся следующие: при пуске двигателя после достижения им полного
числа оборотов опустить поршенек регулятора; в первые дни работы
после ремонта компрессора давать обильную смазку в цилиндры;
из промежуточного холодильника двухступенчатого компрессора вы-
316
пускать конденсат не менее 3 раз в смену; при обнаружении бие-
ния вала остановить компрессор и выверить обе полумуфты сцеп-
ления; при внезапной остановке компрессора следует первым дол-
гом перевести штурвал реостата в нулевое положение, так как оста-
новка может произойти от прекращения подачи электроэнергии;
после выявления и устранения неполадок перед пуском проверить
легкость вращения ротора вручную; при остановке компрессора
после отключения двигателя поднять конец штока регулятора
всасывания.
Уход за турбокомпрессорами. Турбокомпрессоры отличаются по
своему устройству и принципу действия от поршневых и ротацион-
ных компрессоров. Уход за турбокомпрессорами аналогичен уходу
за ’поршневыми компрессорами, но имеет следующие дополнения:
перед пуском машин включить вспомогательный масляный насос;
во время работы следить за действием постоянно действующего
масляного насоса, подающего смазку в подшипники, и за охлажде-
нием масла в маслоохладителе. Температура подаваемого масла
в подшипники должна быть не выше 40° С, а температура отхо-
дящего масла из подшипников не должна превышать 65" С; следить
за давлением масла в общей системе, которое не должно быть ниже
15 amw, следить за температурой сжатого воздуха, выходящего с по-
следней ступени, которая не должна превышать 120° С; следить за
правильной работой фильтров для воздуха и масла; следить за
правильной работой регулятора и перепускного клапана; следить
за показанием указателя осевого сдвига, после остановки компрес-
сора остановить вспомогательный насос.
Пример. Определить расход воздуха и выбрать компрессор для обеспечения
работы пяти отбойных молотков МО-Юу, одного бурильного молотка ПР-10, одного
бурильного молотка ПР-18л и одного пневматического вертикального насоса НПП-1.
Работы должны быть выполнены в течение 2 месяцев.
1.	Определяем расход воздуха:
Молотки МО-Юу 1,15-5= 5,75 м*/мин
»	ПР-10	.... 2	»
» ПР-18л	.... 2,4	»
Насос НПП-1 ...........1,5	»
Итого . . .11,65 м3/мин
2.	Определяем производительность компрессора:
п kukoQp 1,15-0,85-11,65	,
Qk = —Р = —------------ar------= 14-2 м /мин'
ф	V,о
где kK — коэффициент, учитывающий потери воздуха в инструментах вследствие их
износа (ku = 1,15);
ko — коэффициент, учитывающий одновременность работы инструментов (k0 =
= 0,85);
<р — коэффициент подачи (ср = 0,8).
3.	Ввиду малого срока производства строительных работ принимаем два пере-
движных компрессора, учитывая, что в случае аварии с одним компрессором второй
обеспечит возможность продолжать работы.
По каталогу принимаем компрессоры КС-9 производительностью 9 мъ/мин
и ЗИФ-55 производительностью 5 м3/мин. Суммарная производительность 14 м3!мин,
что соответствует расчету.
П р и л о ж е н и £
Рама
Наружного типа сварной конструк-
ции; боковины из листовой стали тол-
щиной 20 мм
Наружного типа сборной на болтах конструкции,
боковины из листовой стали толщиной 30 мм у 7-тон-
ного и двух листов 30 и 40 мм у 10-тонного электро-
воза
Наружного типа; сварной конструкции, боковины из листовой стали толщиной 16 мм
Кабина машиниста		Закрытая; расположение центральное	Закрытая; расположение одностороннее		Открытая; расположение одностороннее	
Буферы		Полужесткие литые с прокладками из листовой резины	Эластичные с резиновыми амортизаторами		Полужесткие литые с прокладками из листовой ре- зины	Эластичные с пружинными амортизаторами
Ходовая часть	Колесные пары	Со шлицевой посадкой колеса на ось и съемными стальными бандажами	С прессовой посадкой колеса на ось и съемными бандажами		Со шлицевой посадкой колеса на ось н съемными стальными бандажами	С прессовой посадкой колеса на ось и съемными стальными бандажами
	Привод	Индивидуальный электропривод с двухступенчатыми цилиидроконическими передачами в ре- дукторах			Индивидуальный электропривод с двухступенчатыми цилиндрическими передачами в редукторах	Индивидуальный электропривод с двухступенчатыми цилиндроконическими передачами в редукторах
Подвеска рамы		Пружинная безбалансирная	Пружинная с продольными балансирами		Пружинная безбалансирная	
Тормозная система		Механическая с ручным приводом и электромагнитная	Механическая с ручным приводом; электрическая (реостатная)	Механическая с ручным и пневматическим приво- дом; электрическая (рео- статная)	Механическая с ручным приводом	
Песочная система		С ручным приводом и раздельным управлением передней и зад- ней парой песочниц		С пневматическим при- водом песочниц	С ручным приводом п раздельным управлением передней и задней парой песочниц	
Система управления и исполнение электро- оборудования		Непосредственная; электрооборудование в нормальном рудничном исполнении			Непосредственная; электрооборудование во взрывобезопасном исполнении	
Исполнение батарей					Нормальное рудничное	
Прочие конструктив- ные особенности				В конструкцию включе- на пневматическая система для привода тормозов, пе- сочниц и сигнализации; ре- дукторы опираются на оси через подшипники качения	На базе этого электровоза сконструирован и серийно изготавливается взрывобезопасный электровоз 5АВР-1 с взрывобезопасной батареей	—
-Зак. 630. Киселев и др.
ЛИТЕРАТУРА
Бекасов А. С. Справочник машиниста погрузочных машин. Госгортехпз-
дат, J963.
Беркман И. А. и др. Одноковшовые строительные экскаваторы. Профиз-
дат, 1964.
Воздвиженский В. И., Скорняков А. Л. Бурение взрывных
скважин. Госгортехиздат. 1960.
Волков В. Л., Наумов С. Н., Пирожкова А. Н. Тоннели
и метрополитены. «Транспорт». 1964.
Волотковский С. А. Рудничная электровозная тяга. Углетехнздат.
1955.
Гришаев В. И. Железнодорожные тоннели. Трансжелдориздат. 1963.
Гурков КС, Кальницкий Я. Б. и др. Погрузочные машины для
сыпучих и кусковых материалов. Госгортехиздат. 1962.
Д а н д у р о в М. И. Тоннели. Трансжелдориздат. 1952.
Единые правила безопасности при взрывных работах. Госгортехиздат. 1963.
Иванов К- И. и др. Буровзрывные работы. Госгортехиздат. 1962.
Кузнецов К- К-, Киселев С. Н., Митей ко А. И., Рапо-
порт П. И. Типаж рудничных электровозов. Горные машины и автоматика,
№ 10, ЦНИИЭТИ угля, 1963.
Малевич Н. А. Комплексы оборудования для проходки и бурения верти-
кальных стволов. Госгортехиздат, 1960.
Медведев И. Ф., Пуляев А. И. Вращательно-ударное бурение
шпуров и скажин. Госгортехиздат. 1962.
Нечаев Н. А., Чижов А. А. Постройка тоннелей метрополитенов.
Трансжелдориздат. 1963.
Новая техника в строительстве метрополитенов СССР. Под ред. Часовитнна
П. А. Трансжелдориздат. 1959.
Онищенко П. Н. Горнопроходческие машины и механизмы. Госгор-
техиздат. 1961.
318
Правила безопасности на строительстве метрополитенов и тоннелей. Оргтранс-
строй. 1958.
Постройка тоннелей. Под ред. П. А. Часовитина. Оргтрансстрой. 1958.
Потапов М. Г. Карьерный транспорт. Госгортехиздат. 1963.
Рыбин Н. И., Максимов Л. С. Ш л я п и н К- Б. Рекомендации
по совершенствованию буровзрывных работ в тоннелестроении. ЦНИИС, 1963.
Скоробогатов С. В., Куколь В. В. Горнопроходческие машины.
«Недра». 1964.
С н е ш к о Е. И. Горная механика. Госгортехиздат. 1958.
Справочник строителя транспортных тоннелей, Под редакцией П. А. Часо-
вина, Изд-во «Транспорт». 1965.
Строительные нормы и правила. СНиП. Часть III, Раздел Б. Госстройиздат,
1963.
Хохряков В. С. Открытые горные работы. Госгортехиздат. 1963.
Шорин В. Г., Истомин С. Н., Киселеве. Н. Электровозы руд-
ничные. Учебные плакаты. Госгортехиздат, 1963.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
К введению международной системы единиц ............................................................ 3
Введение ........................................................................................... 5
Глава I. Машины и оборудование для отбойки горной породы,
бурения шпуров и скважин
§	1.	Общие сведения............................... 7
§	2.	Пневматические отбойные молотки .............................. 11
Конструкция и принцип действия............................................................... 12
Сменный рабочий инструмент .................................................................. 17
§	3.	Пневматические бурильйые молотки.............................. 18
Конструкция и принцип действия............................................................... 20
Конструктивные особенности колонковых и телескопных бурильных
молотков ........................................................ 26
Установочные приспособления ................................................................. 26
Сменный буровой инструмент .................................................................. 32
§	4.	Эксплуатация отбойных и бурильных молотков ...	  34
Основные неисправности......................................................................  35
Смазка и ремонт ............................................................................. 35
Факторы, влияющие на производительность бурения . .	37
§	5.	Электросверла...................................................................  38
Конструкция и принцип работы ................................................................ 39
Исполнительный инструмент ....	.......... ...	41
Эксплуатация электросверл . ................................................................. 43
§ 6.	Буровые установки и агрегаты с машинами вращательно-ударного
действия .............................................................. 45
Конструкция и принцип действия.............................................................   46
§ 7.	Станки для бурения скважин................................ ...	49
Ударно-канатные стаики....................................................................    49
Буровые станки с погружными пневмоударниками................................................. 51
Станки для вращательного бурения скважин .................................................... 53
Станки огневого (термического) бурения....................................................... 56
Глава II. Машины и механизмы для открытых горных работ
§ 8.	Землеройно-транспортные машины .............................................................. 57
Скреперы..................................................................................... 57
Бульдозеры................................................................................... 58
Грейдеры....................................................................................  59
§ 9.	Одноковшовые экскаваторы..................................................................... 60
Устройство и принцип работы одноковшовых экскаваторов........................................ 61
Схемы работы и назначение экскаваторов с различным сменным обо-
рудованием ...................................................... 65
Тоннельный экскаватор ....................................................................... 71
Схемы работы экскаваторов иа открытых карьерах............................................... 73
Расчетная производительность одноковшовых экскаваторов и основ-
ные правила их эксплуатации ..................................... 74
320
§ 10.	Многочерпаковые экскаваторы ..................................... 73
Устройство, принцип действия	и	назначение....................... 76
Схема установки и работы.......................................... 78
Производительность................................................ 78
§ И. Отвальные машины . .	..................................... 78
Устройство и схемы работы отвальных	плугов........................ 79
Условия применения и схемы работы многочерпаковых отвальных
экскаваторов...................................................... 80
Условия применения для отвалообразования одноковшовых экскава-
торов и гидротранспорта .......................................... 80
§ 12.	Машины для гидромеханизации	земляных работ..................... 81
Применение гидромеханизации для добычи строительных мате-
риалов ........................................................... 81
У	стройство гидромониторов н гидромониторных установок.......... 81
О	борудование и устройство стационарных и передвижных насосных 83
станций.........................................................
У	становки для напорного гидротранспорта ....................... 84
У	стройство и схемы работы земснарядов.......................... 85
Глава Ill. Машины и оборудование для погрузки горной породы
§ 13.	Погрузочные машины, применяемые при сооружении горизонтальных
и наклонных тоннелей.................................................... 87
Погрузочные машины для сооружения наклонных тоннелей.............. 99
Основные правила эксплуатации, технического обслуживания и тех-
ники безопасности ............................................... 99
Основные факторы, влияющие на производительность ковшовой погру-
зочной машины .................................................. 100
§ 14.	Погрузочные машины и агрегаты, применяемые при сооружении
вертикальных шахтных стволов............................................  101
Проходческие комплексы............................................. 106
Основные правила эксплуатации	и	техники	безопасности............ 106
Основные факторы, влияющие	на	производительность............... 107
Глава IV. Проходческие щиты
§ 15.	Немеханизированные щиты....................................... 109
Назначение и конструкции....................................... 109
Гидравлическое оборудование щитов ............................. 117
Монтаж щитов и основные правила техники безопасности........... 124
Проходка тоннелей с применением	щитов.......................... 126
Управление щитом при передвижке и ведении...................... 129
§ 16.	Механизированные проходческие щиты ........................... 129
Механизированные щиты для проходки тоннелей в неустойчивой водо-
носной среде с большим гидростатическим давлением.............. 130
Механизированные щиты для проходки тоннелей в устойчивых песчано-
глинистых породах ............................................. 133
Усилия резания и метод их расчета.............................. 134
Расчет мощности привода ....................................... 141
Киевский механизированный щит.................................  143
Ленинградский механизированный щит............................. 149
Лондонский механизированный щит ............................... 157
Механизированный щит системы Галингера......................... 159
Механизированные щиты для проходки тоннелей в породах средней
крепости ....................................................   160
Московский механизированный щит .............................. 160
Механизированные щиты для проходки тоннелей в крепких породах 167
Основные правила эксплуатации механизированных щитов........... 168
21 Зак. 630
321
Глава V. Механизмы и оборудование для монтажа
и гидроизоляции сборных тоннельных обделок
§ 17. Машины для монтажа тоннельной обделки......................... 175
Блокоукладчик для монтажа обделки перегонных тоннелей ...	175
Двухрычажный тюбингоукладчик с пустотелым валом................ 178
Щитовой гидравлический блокоукладчик........................... 179
Цевочный укладчик для монтажа тоннельной обделки............... 182
Тюбингоукладчик для монтажа обделки станционных тоннелей . .	184
Тюбингоукладчик для возведения обделки наклонных выработок . . .	186
Блокоукладчик для возведения обделки железнодорожных тоннелей 186
Ручной тюбингоукладчик......................................... 189
Шагающий блокоукладчик......................................... 191
§ 18.	Оборудование для нагнетания .................................. 194
Пневматические растворонагнетатели............................. 194
Растворонасосы ...............................................  197
§ 19.	Оборудование для гидроизоляционных работ ............. ...	201
Глава VI. Тоннельный и карьерный транспорт
§ 20.	Тоннельный рельсовый транспорт................................ 206
Строение и основные параметры рельсового пути узкой колеи ....	207
Устройства для обмена вагонеток и составов..................... 208
Вагонетки...................................................... 210
Электровозы.................................................... 212
Определение весовой нормы поезда............................... 223
Основные правила эксплуатации электровозов и вагонеток......... 227
Понятие о канатной откатке .................................... 228
§ 21.	Тоннельный безрельсовый транспорт ............................ 228
§ 22.	Приемные и транспортные устройства на поверхности............. 229
Приемные площадки при скиповом и клетевом подъемах............. 229
Механизированные эстакады на поверхности ...................... 229
§ 23.	Карьерный рельсовый транспорт................................. 231
Локомотивный транспорт......................................... 231
Канатные подъемники............................................ 233
§ 24.	Карьерный безрельсовый транспорт.............................. 233
Автомобильный транспорт ....................................... 233
Конвейерный транспорт ......................................... 234
Подвесные канатные дороги ..................................... 235
Комбинированный транспорт...................................... 235
Глава VII. Машины и оборудование для грузоподъемных операций
§ 25.	Классификация, подъемные канаты и чалочные	приспособления . . ,	236
Классификация ................................................... 236
Подъемные и тяговые канаты ...................................... 236
Чалочные приспособления.......................................... 239
§ 26.	Грузоподъемные и подъемно-транспортные	машины	и	механизмы . . .	239
Лебедки.......................................................... 239
Электротельферы, тали и кошки.................................... 241
Строительные краны............................................... 244
§ 27.	Шахтный подъем.................................................. 247
Устройство и принцип работы шахтной подъемной установки ....	247
Особенности конструкций подъемных машин	и	лебедок............ 250
Копровые шкивы и подъемные сосуды................................ 252
Особенности проходческих подъемов ............................... 253
Эксплуатация подъемных установок ................................ 255
Расчет шахтного двухклетевого подъема	...................... 256
322
Глава VIII. Организация и комплексная механизация работ
при сооружении тоннелей
Комплексная механизация работ по сооружению тоннелей метро-
политена ...................................................... 259
Комплексная механизация работ при сооружению железнодорожных и
автодорожных тоннелей	...................................... 265
Глава IX. Установки для водоотлива и водопонижения
§ 28.	Оборудование и установки	для	водоотлива........................ 269
Центробежные насосы............................................ 269
Шахтный водоотлив.............................................. 273
Проходческий водоотлив........................................  279
Эксплуатация насосной установки .............................   280
§ 29.	Водопонижение.................................................  281
Глава X. Оборудование для вентиляции
§ 30.	Анализ схем вентиляции глухих забоев и подземных сооружений . . .	284
§ 31.	Устройство и принцип работы вентиляторов....................... 289
Центробежные вентиляторы ...................................... 289
Осевые вентиляторы...................................... .	. .	291
§ 32.	Эксплуатация вентиляционных установок.......................... 291
Глава XI. Оборудование для механизации отдельных производственных
процессов при сооружении тоннелей
§ 33.	Оборудование для бетонных и железобетонных работ............... 293
Транспортирование и укладка бетона	.......................... 293
Бетононасосы................................................... 293
Опалубки....................................................... 296
Вибраторы....................................................   298
Станки для арматурных работ.................................... 301
§ 34.	Машины и оборудование для свайных	работ....................... 302
Свайные молоты................................................. 302
Вибропогружатели............................................... 304
§ 35.	Установки для искусственного замораживания горных пород ....	307
Глава XII. Энергетика тоннельного строительства и карьеров
§ 36.	Снабжение тоннельного строительства и карьеров электрической
энергией ........................................................... 309
§ 37.	Компрессорное хозяйство и снабжение тоннельного строительства
и карьеров сжатым воздухом..................................... 309
Поршневые компрессоры.......................................... 311
Ротационные компрессоры........................................ 313
Турбокомпрессоры..........................................   •	314
Уход за компрессорами...................................   ...	316
Приложение.................................................... вкл.
Литература........................................................... 318
Киселев Станислав Николаевич
Часовитин Павел Алексеевич
Черкасов Николай Еремеевич
Воейков Семен Георгиевич
ТОННЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ
И ТОННЕЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ
Редактор издательства В. И. Абрамов
Технический редактор В. В. Воронова
Корректоры: Р. А. Лангерман, В. П. Крымова
Сдано в набор 13/IX 1965 г.
Подписано к печати 31/1 1966 г.
Формат 60Х90‘/1в Леч. л. 21,25 с вкл.
Бум. № 1 Уч.-изд. л. 19,46	Т-00784
Тираж 1700 экз. Зак. 630/1347-12 Цена 78 коп.
Индекс 1—1—2
Издательство «Недра». Москва К-12,
Третьяковский проезд, 1/19
Ленинградская типография № 6
Главполиграфпрома Комитета по печати
при Совете Министров СССР
Ленинград, ул. Моисеенко, 10
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стра- ница	Строка	Напечатано	Должно быть
91	3—2 снизу	ее в буикер	в ее бункер
97	11 снизу	14 зубчатого	14; зубчатого
124	6 снизу	рис. 17	рис. 71
С. Н. Киселев и др. Заказ 630
«Тоннельные машины и тоннельный транспорт»