Вакуумните багери в строителството

Настоящата практика при изкопни работи в гъсто населената градска среда е прилагането на механично изкопно оборудване като компактни багери с права и обратна лопата. Урбанизираните територии, обаче, са изпълнени все повече и повече с комуникационни и обслужващи подземни мрежи, които трябва да се полагат и поддържат, а при строителни изкопни дейности - и да се предпазят от повреда. Успоредно с това се развиват и изискванията за безопасност в строителството. Ето защо, в последните 10-15 години вакуумните багери се налагат като ефективна и безопасна алтернатива на традиционния похват.

Смукателните или още - вакуумни багери, са строителни машини, които отстраняват земна маса от изкопи и почистват различни видове строителни отпадъци чрез мощно засмукване през широка смукателна тръба с диаметър обикновено до 30cm. Скоростта на струята при засмукване може да достигне до 100m/s или над 320km/h.

Смукателният маркуч може да е снабден с две дръжки за ръчно направляване от оператор, които от своя страна могат да са разположени на ротационен пръстен. При завъртане, пръстенът открива разположените зад метална скара в тръбата смукателни отвори или обратно - намалява отворите за да се пуснат всмукани късове, които са твърде големи за да преминат през тръбата. Краят на тръбата може да бъде назъбен - това спомага за срязване на земната маса, когато машината се използва за земекопни дейности, но създава опасност при засмукване по-твърдите късове да увредят или нащърбят зъбците. Засмукваната маса може да предварително да се разхлаби с въздушна струя от компресиран въздух или силна водна струя.

Структурата на машините е подобна на тази на цистерните за почистване на канавки и дерета, но смукателният маркуч е значително по-широк и с по-мощно засмукване. Когато са оборудвани за използване на водна струя, вакуумните багери се наричат още и хидро багери.

Принципи на работа
Вакуумният багер използва въздух за транспортен агент. За да е възможно това, с оглед на огромната разлика между теглото на въздуха и това на почвата, обемът на използвания въздух трябва да е далеч по-голям от този на материала, който ще се засмуква. Отличителното при този вид машини е, че те не изсмукват материала чрез голяма разлика в налягането на специални контейнери, както някои други машини, а разчитат на сравнително по-малка разлика в налягането, която варира между 0,17bar и 0,4bar. Засмуканият материал се отделя от въздушната струя по гравитачен път, като струята преминава пре два междунни филтъра, пречиства се и се изхвърля в околната среда.

Въздушният поток, който може да достигне обем до 32 000 m³/h, се създава от радиален вентилатор и прилага върху засмуквания материал вакуум с налягане до 40 000 Pa. Смукателната тръба се направлява от хидравлична стрела. Ротиращата във всяка посока стрела на някои модели може да работи и като кран, като към нея могат да се прикачват различни накрайници, които улесняват работата. Резервоарът на някои от машините може да се накланя хидравлично и дава възможност за работа и от 3-те страни на машината, което прави използването на мобилни контейнери напълно излишно.

Процесът на работа започва с прорязване на повърхността с конвенционални пневматични къртачи, захранвани от вакуумния багер. Раздробеният материал се всмуква в тръбата на ескаватора и попада в резервоара, където въздушната струя се успокоява и пренасочва. Така, тежките частици се уталожват, а по-слабата струя преминава през разделителната камера с по-фини филтри и вече пречистена, се отвежда извън екскаватора. Фините филтри за пречистване се освобождават от задържаните частици отново чрез въздух под налягане.

При вакуумното засмукване, въздушната струя се използва както за отслабване, така и за отстраняване на почвен слой. Способът свежда до минимум потенциалната вреда върху обкръжавата среда, както и до намиращите се в почвата инсталации. Съществено предимство е, че същевременно се поддържа сравнително висок коефициент на полезно действие дори и в областите с потенциално разположение на инсталациите. Това намалява риска при работа с водопроводи и тръбопроводи на природен газ или петрол, при които традиционните изкопни методи могат да бъдат опасни за околната среда и работниците, да причинят имуществени и екологични щети. Методът е подходящ за гъсто урбанзиирани райони при работа с оптични линии, кабели и други градски системи, тъй като е значително по-щадящ и прецизен метод за изкопи на шлицови стени, шахти и полагане на тръби.

Друг съществен момент при работа с вакуумни багери в урбанизирана среда, е че неудобството за ежедневния трафик е значително по-малко и поради значително по-малката площ на повърхността на изкопа, дейностите по възстановяване са по-бързи и икономични. Ето защо, администрация, строители и инвеститори прилагат все по-често метода при инсталация и рехабилитация на инсталации и тръбопроводи, водопроводи и канализация, строителни изкопи в гъста урбанизирана среда, поддръжка на канали и речни корита, насочено сондиране, полагане на стълбове и пътни знаци, ландшафтно моделиране и при всякакъв тип прецизни изкопни дейности.

Благодарение на вакуум-багерите, една машина изпълнява с повишена производителност функциите, поемани преди от три, като едновременно разкопава земната маса, временно я складира и я транспортира.

Машинни компоненти
Последните решения при двигателя и трансмисията включват възможност за свързване на двигателя със задния мост или с вентилатора. Освен че намалява общото тегло и обем на машината, това улеснява управлението и поддръжката и намалява значително общата цена на машината.

При контейнерите за складиране, най-често се избират обеми между 7 и 8m³ - достатъчно големи за да не се налага твърдо често освобождаване на товара и същевременно достатъчно компактни за изкопните работи, които могат да възникнат в градската среда. Освобождаването се осъществява хидравлично, чрез повдигане на контейнера странично или назад.

Филтрите са важен компонент от системата, тъй като в контейнера на машината попадат само по-големите и тежки частици. Все по-високите изисквания за еколочна оценка на машините изискват улавяне на фините прахови агенти. Филтрите трябва да задържат и всмукани материали с течна консистенция.

Смукателната тръба на контейнера трябва да отговаря на няколко изисквания - да е с ниско тегло, за да се маневрира лесно, да е гъвкава и да е устойчива на износване и абразивно въздействие, дори и при работа на ниски температури, както и да е с ниско съпротивление на материала, за понижаване на опасността от запушване. Свободният край на тръбата е оборудван с метален корав обръч, който при ползване за изкопни работи е зъбчат. Дължината на гъвкавата смукателна тръба се подбира според извършваните дейности, дълбочината на изкопа и плътността на почвата, като обикновено варира между 20 и 100m. Тя се направлява от ротиращо се серво-контролирано телескопично рамо. Концепцията на тръбата е да може да се прибира при транспортиране по пътищата без да се разглобява. Ергономичното кормило за управление на стрелата е разположено върху задната част на машината, така че да е достъпно от мястото на работа.

Основните компоненти на пневматичната инсталация на вакуумните багери са въздушен генератор, електрически задвижван вентилатор, усилвател на въздушния поток, вътрешна тръба за пренос на материала и система за извличане на продукта от въздушната струя.

Стандартните размери на пневматичните багери достигат максимална височина от 4.20m с прибрана и 5.10 с разгъната телескопична стрела, а радиусът на работния обхват варира между 1.90 и 3.60m. в зависимост от това дали телескопичната стрела е прибрана или разгъната. С удължител на тръбата, обхватът може да достигне до 5.30m. Удължител с корава структура може да се монтира и към металната глава на тръбата.

Предимства на вакуумните багери
Всеки, работил по подмяна и поддръжка на инсталации, както и по изпълняване на строителни изкопи в урбанизирана среда, е запознат с трудностите при този тип дейности - ограничените градски пространства, гъстата подземна инсталационна мрежа и неудобствата, които шумовото замърсяване и заграждане на пътните артерии причиняват на града. Всеки сантиметър крие различни проблеми, особено при работа с вкопани инсталации. Ситуацията се усложнява допълнително от наложените от администрацията ограничения относно разрешеното работно време и необходимото възстановяване на разрушените настилки и пътни платна.

Проблемите са особено критични при работа с газ или вода, където е особено важно да се запази цялостта на тръбопроводите. При тях поддръжката и ремонтът изискват компактни изкопи на сравнително малки разстояния и през кратки периоди от време. Според производителите, в такива условия смукателните екаватори са особено полезни, тъй като скъсяват необходимото време за ремонт със 70%, в сравнение с традиционните методи, намаляват обема на изкопните работи, намаляват обема на намеси в пътната мрежа и не създават минимум от строителни отпадъци на работната площадка.

Друго съществено предимство е повишената степен на безопасност - една от най-важните категории на работната площадка. Работата с вакуумни багери намалява вероятността от наранявания в следствие от работа с ръчни инструменти. Намаленият брой на необходими за операциите машини улеснява работата на място и я прави по-икономична. Вибрациите, които се предават на оператора, също са многократно намалени.

В екологично отношение, този тип машини щадят средата чрез по-малки размери на изкопите и като спестяват замърсяването на работната площадка с изкопен материал и прах. Нивото на шум е също много по-ниско от това на традиционните изкопни интрументи.

Най-голямото предимство, обаче, е за хората - от една страна операторите на изкопните работи с вакуумни багери подлежат много по-рядко на подхлъзвания, спъвания и падания, от работещите с традиционните ръчни инструменти, а от друга - обитателите на града се радват на по-голямо удобство при извършваните работи. Инвеститорите и изпълнителите също работят по-лесно и бързо, при по-ниско ниво на разходите и на социалното напрежение вследствие от строителната дейност.

Европейските производители
Сред значимите производители на този тип строителна механизация в Европа са немските компании RSP и MTS, швейцарската Saugmaster, британската AirEx и италианската Cappellotto. Представяме на вниманието ви някои от техните модели.

Немската компания RSP произвежда вакуумни багери от 1993 насам, като в момента предлага на пазара линията си ESE с модели 18/4, 19/5, 26/7 и 32/7, името на които идва от общото им тегло - съответно 18, 19, 28 и 32t. Те са с дължина между 7m и 9,8m., капацитет на вентилатора между 6,94 и 8,89m³/s и смукателно налягане от 0,17bar до 0,3bar. Максималният обхват на работа е между 50 и 100m при различните модели, а оптималната дълбочина - между 11 и 16m. Обемът на контейнера за материал е от 4 m³ за 18/7 до 7m³ за 32/7. Най-големият модел 32/7 предлага вътрешен диаметър на тръбата от 25cm и налягане на вентилатора 30 000Pa. Машината може да засмуче обекти с размери до 25cm и тегло до 30kg.

От 1998г. MTS предлага на пазара моделите MINI-VAC и DINO 2-5, както и внушителния по размери и възможности MEGA-VAC. Най-малкия от трите вакуумни багера, MINI-VAC, разполага с вентилатор с единична турбина с обем на потока 6,944 m³/s и има всмукателно налягане от 0,1974bar. Капацитетът на контейнера му е от 2 m³, максималният работен обхват 25m, а максималната дълбочина на всмукване - 5m. С компактните си размери, тегло от 7,5t и диаметър на тръбата от 200mm, машината е предназначена за трудни за достигане площадки. Най-внушителният от трите модела - MEGA-VAC - предоставя мощен вентилатор от четворна турбина, който създава въздушен поток с обем 10m³/s и смукателно налягане от 55000 Pa. Капацитетът за съхранение на материал е 9m³ при максимален работен обхват от 200m и максимална дълбочина на засмукване от над 30m. С диаметър на смукателната тръба 250mm, MEGA WAC предлага стабилност и големи възможности за работа на големи обекти.

Италианската компания Cappellotto е представена в лицето на линията GAP GEO, която включва нови мобилни индустриални вакуумни машини с приложение в строителството, инфраструктурата и минното дело. Технологията на CAP GEO е монтирана върху шаси на немската компания MAN. Научните изследвания на Cappellotto в областта на вакуумната техника и индустриалното оборудване правят възможно използването на такива машини за изкопни работи. Като по-модерна версия на познатата вече вакуум-техника за почистване на земна маса, прах, камъни, чакъл, пясък и материали с различна консистенция, CAP GEO има инсталирана и въздуходувка, която може да гарантира пневматичен вакуум до 60%. Ротиращата във всяка посока стрела с възможности на земекопна машина може да работи и като кран, като към нея могат да се прикачват различни накрайници, които улесняват работата. Резервоарът, изработен изцяло от неръждаема стомана, се накланя хидравлично и дава възможност за работа и от 3-те страни на машината. С производителността си от 17 000m³/h, вакуумният багер налага мощност от 530 PS. Пълната хидравлика и дистанционното управление улесняват работата с машината.