ΔΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ 59 Μηχανές απόξεσης εδαφών Η απόξεση εδαφών Σε αρκετά δομικά και χωματουργικά έργα απαιτείται η μετακίνηση μεγάλου όγκου εδάφους έτσι ώστε να είναι δυνατή η πραγματοποίηση άλλων εργασιών, π.χ. σταθεροποίηση, συμπύκνωση, ασφαλτόστρωση, κλπ. Πολλές φορές η αρχική διαμόρφωση του εδάφους εργασίας αλλά και η σύστασή του επιτρέπουν την επιφανειακή και σταδιακή απομάκρυνση όγκων εδάφους μέσω μίας διαδικασίας απόξεσης που υλοποιείται από αντίστοιχες δομικές μηχανές που ονομάζονται αποξέστες (scrapers) ή αποξεστήρες (βλ. σχήμα 31). Σχήμα 31. Αποξεστική δομική μηχανή (αποξέστης) της εταιρίας Caterpillar. Οι αποξεστήρες είναι συνήθως βαρέως τύπου ειδικές δομικές μηχανές μεγάλης παραγωγικότητας. Παρουσιάζονται σε πολλές παραλλαγές (βλ. παρακάτω) και χρησιμοποιούνται σε ένα μεγάλο φάσμα δομικών εργασιών. Η απόξεση, ως δομική εργασία, περιορίζεται από την αποξεστική (κοπτική) ικανότητα του κοπτικού μηχανισμού του χρησιμοποιούμενου αποξέστη αλλά και από το είδος του εδάφους. Επί παραδείγματι, δεν ενδείκνυται η χρήση αποξεστών σε περιπτώσεις εδαφών που περιέχουν μεγάλους κόκκους, σβώλους και λίθους,
60 ΔΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ενώ πολλές φορές είναι απαραίτητη η χαλάρωση του εδάφους έτσι ώστε να καταστεί δυνατή η απόξεσή του. Συνήθως το έδαφος που απομακρύνεται μετά την απόξεση φορτώνεται στον αποξέστη 37 και μεταφέρεται σε μικρότερες ή μεγαλύτερες αποστάσεις όπου είτε εναποτίθεται είτε διαστρώνεται με απόλυτα ελεγχόμενο τρόπο. Η δυνατότητα υλοποίησης των δύο αυτών εργασιών πλην αυτής της απόξεσης καθιστά τους αποξέστες ιδιαίτερα χρήσιμες δομικές μηχανές για ένα πλήθος δομικών και χωματουργικών εργασιών. ΑΠΟΞΕΣΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΕΚΦΟΡΤΩΣΗ Σχήμα 32. Ο βασικός κύκλος λειτουργίας ενός αποξέστη. Αρχές λειτουργίας και υπολογισμοί - Είδη και χρήσεις των αποξεστών Ο τυπικός κύκλος λειτουργίας ενός αποξέστη φαίνεται στο σχήμα 32 ενώ στο σχήμα 33.α δείχνεται με σχηματικό τρόπο ο βασικός μηχανισμός του που αποτελείται από: 1. Την ποδιά (πόρτα). Αυτή ανοίγει ή κλείνει τον κάδο, ανάλογα με την φάση της εργασίας στην οποία βρίσκεται ο αποξέστης 2. Ο εκκενωτής που είναι ένας παλινδρομικός μηχανισμός και ο οποίος μπορεί να κινείται ανάμεσα σε δύο ακραίες θέσεις και να εκκενώνει τον κάδο 3. Ο κάδος που είναι ο χώρος συσσώρευσης του αποξεσθέντος και μεταφερόμενου υλικού και 4. Ο αποξεστήρας ή κοπτήρας ή μαχαίρι που είναι η αιχμηρή διαμόρφωση του κάτω μέρους του κάδου Εκτός των ανωτέρω βασικών μερών, υπάρχουν δευτερεύοντες μηχανισμοί και υποσυστήματα που συμβάλλουν στην σωστή λειτουργία του αποξέστη σε όλη την διάρκεια του κύκλου εργασίας του. Στο σχήμα 33.β δείχνονται οι θέσεις των μερών του αποξεστήρα κατά την φάση μεταφοράς του εδάφους που έχει ήδη αποξεσθεί και αποθηκευθεί στον κάδο του αποξέστη. Στο σχήμα 33.γ φαίνεται ο αποξεστήρας κατά την φάση απόξεσης του εδάφους. Ο κάδος έχει περιστραφεί γύρω από τις αρθρώσεις και έχει χαμηλώσει και η ποδιά έχει σηκωθεί, ενώ ο εκκενωτής βρίσκεται στην οριακή του θέση. Έτσι 37 Σε ειδικό χώρο φόρτωσης.
ΔΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ 61 το μαχαίρι «κόβει» το έδαφος και η κίνηση της σκάφης το αναγκάζει να εισέλθει και να συσσωρευτεί στον κάδο. Με το πέρας της απόξεσης η ποδιά κλείνει και το έδαφος μπορεί πλέον να μεταφερθεί. Εκκενωτής Κάδος Ποδιά Αποξεστήρας (μαχαίρι) α. Τα κύρια μέρη ενός αποξεστήρα. β. Αποξεστήρας κατά την μεταφορά εδάφους. γ. Αποξεστήρας κατά την φάση της απόξεσης του εδάφους. δ. Διάστρωση εδάφους. Σχήμα 33. Τα κύρια μέρη και οι φάσεις του κύκλου εργασίας ενός αποξεστήρα. Στο σχήμα 33.δ φαίνεται η διάστρωση του αποθηκευθέντος εδάφους. Η ποδιά έχει ανοίξει και η αργή κίνηση του εκκενωτή αναγκάζει το έδαφος να βγει από τον κάδο και να διαστρωθεί ελεγχόμενα. Οι αποξέστες χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα χωματουργικών και δομικών εργασιών αλλά θεωρούνται συγκρινόμενοι με άλλους τύπους δομικών μηχανών ειδικές δομικές μηχανές. Παρακάτω γίνονται ορισμένες βασικές παρατηρήσεις σχετικά με τις εφαρμογές και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των αποξεστών: Οι αποξέστες μπορούν να εκτελούν εκτεταμένες χωματουργικές εργασίες (π.χ. αεροδρόμια, οδοποιία) σε ομαλά εδάφη Μπορούν να σκάβουν το έδαφος σε σχετικά μικρό πάχος Μπορούν να μεταφέρουν μεγάλες ποσότητες εδαφών σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις (οι ρυμουλκούμενοι μέχρι 400 m και οι αυτοκινούμενοι μέχρι 3 (Km) Η μεγαλύτερη παραγωγικότητα επιτυγχάνεται σε ελαφρά ή ελάχιστα σκληρά εδάφη. Εάν το έδαφος είναι σκληρό, τότε απαιτείται προκαταρκτική χαλάρωση. Θα πρέπει να τονισθεί ότι η άμμος συσσωρεύεται πολύ δύσκολα
62 ΔΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ στον κάδο του αποξέστη ενώ τα υγρά αργιλώδη εδάφη και γενικότερα τα λασπώδη εδάφη εκφορτώνονται δύσκολα Ορισμένοι τύποι αποξεστών έχουν την δυνατότητα να εκτελούν και άλλες χωματουργικές εργασίες (απόξεση μικρού ύψους εξογκωμάτων, συμπύκνωση αμέσως μετά την διάστρωση κλπ.) α. Συμβατικός ρυμουλκούμενος (Miskin). β. Συμβατικός αυτοκινούμενος (Caterpillar). γ. Αυτοφορτωνόμενος ρυμουλκούμενος (Miskin). δ. Αυτοφορτωνόμενος αυτοκινούμενος (Caterpillar). Σχήμα 34. Τύποι αποξεστών ανάλογα ως προς την κίνηση και τον τρόπο φόρτωσης. Οι αποξέστες διακρίνονται ανάλογα με το σύστημα φόρτωσης σε συμβατικούς και αυτοφορτωνόμενους (βλ. σχήμα 34). Στους πρώτους η φόρτωση του εδάφους γίνεται με ανοικτή την ποδιά, τον εκκενωτή σε ακραία θέση, τον κάδο χαμηλωμένο και τον κοπτήρα σε λειτουργία απόξεσης. Με την ολοκλήρωση της εκσκαφής κλείνει η ποδιά και ανυψώνεται ο κάδος (βλ. σχήματα 33.α 33.δ). Στους δεύτερους η φόρτωση του κάδου γίνεται μέσω καδομεταφορέα αλυσίδας ή σε ορισμένες περιπτώσεις μέσω κοχλιομεταφορέα, τον εκκενωτή στον χώρο του κάδου σε ακραία θέση, τον κάδο χαμηλωμένο και τον κοπτήρα σε λειτουργία απόξεσης. Στην περίπτωση αυτή η εκφόρτωση του εδάφους και η διάστρωσή του γίνεται με τρόπο ίδιο με αυτόν που περιγράφηκε για τους συμβατικούς αποξέστες. Οι αποξέστες διακρίνονται ανάλογα με το σύστημα κίνησης σε ρυμουλκούμενους, και αυτοκινούμενους (βλ. σχήμα 34). Στους πρώτους υπάρχει στο εμπρόσθιο
ΔΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ 63 μέρος ένας τροχοφόρος ελκυστήρας (σε σπάνιες περιπτώσεις μπορεί να είναι ερπυστριοφόρος) και το ρυμουλκούμενο όχημα στηριζόμενο σε 4 τροχούς (2 άξονες) και περιλαμβάνει τον μηχανισμό απόξεσης μεταφοράς διάστρωσης του εδάφους. Στους δεύτερους στο εμπρόσθιο μέρος υπάρχει ένας τροχοφόρος ελκυστήρας και το πίσω μέρος είναι η συνέχεια του ελκυστήρα με 2 τροχούς (1 άξονας) και περιλαμβάνει τον μηχανισμό απόξεσης μεταφοράς διάστρωσης του εδάφους. Πολλές φορές και ιδιαίτερα σε έργα μεγάλης κλίμακας, η απόξεση του εδάφους γίνεται από περισσότερους του ενός αποξέστες οι οποίοι εργάζονται σε συνδυασμό έτσι ώστε να αυξάνεται η συνολική παραγωγικότητα και να μειώνεται ο απαιτούμενος χρόνος ολοκλήρωσης του έργου. Επίσης συχνά και ιδιαίτερα όταν το έδαφος είναι πολύ σκληρό, ο αποξέστης λειτουργεί σε συνδυασμό με έναν προωθητή (ταύρο). Ο προωθητής «σπρώχνει» τον αποξέστη έτσι ώστε τελικά να αυξάνεται η ικανότητα 38 απόξεσης του κοπτικού. Ιδιαίτερα δημοφιλής συνδυασμός αποξεστών είναι ο συνδυασμός «push-pull» 39 που μπορεί να γίνει με αυτοφορτωνόμενους αποξέστες. Σύμφωνα με αυτόν και κατά την φάση της απόξεσης του εδάφους, συνδέονται σειριακά δυο ή τρεις αποξέστες μέσω κατάλληλων μηχανισμών και προφυλακτήρων. Αρχικά μπαίνει στην διαδικασία απόξεσης ο πρώτος αποξέστης ο οποίος ωθείται από τον δεύτερο. Μόλις η φάση απόξεσης ολοκληρωθεί για τον πρώτο αποξέστη, ξεκινά για τον δεύτερο ο οποίος τώρα έλκεται από τον πρώτο και ωθείται από τον τρίτο κλπ. Η διαδικασία μεταφοράς και διάστρωσης του εδάφους γίνεται ξεχωριστά από τον κάθε αποξέστη. Σχήμα 35. Η διαδικασία push-pull για μια ομάδα τριών αποξεστών. 38 Δηλαδή η δύναμη κοπής του εδάφους. 39 Συνδυασμός ώθησης έλξης.
64 ΔΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Η παραγωγικότητα του αποξέστη Η παραγωγικότητα ενός αποξέστη εξαρτάται από αρκετούς παράγοντες οι κυριότεροι από τους οποίους είναι: Η φύση του εδάφους Η ισχύς του κινητήρα του Η χωρητικότητα του φορέα αποθήκευσης του εδάφους (κάδου) και Οι συνθήκες εργασίας και η ικανότητα του προσωπικού χειρισμού και συντήρησης Η παραγωγικότητα ενός αποξέστη μπορεί να προσδιορισθεί από την γενική σχέση (39). Όσο αφορά στην διάρκεια του χρόνου του κύκλου εργασίας t c (h) και ειδικότερα στους δύο επί μέρους χρόνους (βλ. σχετική ενότητα), αυτοί δίνονται ως εξής: Σταθερός χρόνος Περιλαμβάνει τον χρόνο απόξεσης και φόρτωσης, τον χρόνο διάστρωσης και τον συνολικό χρόνο των υπολοίπων ελιγμών. Ο χρόνος απόξεσης και φόρτωσης δίνεται ενδεικτικά 40 στον παρακάτω πίνακα: Πίνακας 11. Χρόνος απόξεσης και φόρτωσης (sec). Συνθήκες εργασίας Τύπος αποξέστη Αυτοκινούμενος Αυτοφορτωνόμενος Καλές 36 48 Μέτριες 48 60 Δυσμενείς 72 90 ενώ στον επόμενο πίνακα δίνονται οι αντίστοιχοι χρόνοι διάστρωσης και ελιγμών διάστρωσης. Πίνακας 12. Χρόνος διάστρωσης και ελιγμών διάστρωσης (sec). Συνθήκες εργασίας Τύπος αποξέστη Αυτοκινούμενος Αυτοφορτωνόμενος Καλές 24 24 Μέτριες 36 30 Δυσμενείς 78 36 40 Οι χρόνοι που περιλαμβάνονται στον πίνακα 11 αλλά και στους επόμενους πίνακες είναι μέσοι και ενδεικτικοί. Οι κατασκευαστές παρέχουν συνήθως αρκετά λεπτομερείς και ενημερωμένους πίνακες χρόνων για τις διάφορες εργασίες και τους διάφορους τύπους αποξεστών.
ΔΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ 65 Μεταβλητός χρόνος Ο μεταβλητός χρόνος αφορά στην μετακίνηση αποξέστη και εξαρτάται κυρίως από το μήκος της απόστασης ανάμεσα στα σημεία απόξεσης και φόρτωσης από την μια και διάστρωσης από την άλλη.
66 ΔΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ