Вдавливание электродов заземлителей
При вдавливании электродов-заземлителей грунт не только не разрыхляется, но даже уплотняется. Поэтому этот способ монтажа обеспечивает, так же как и способ забивки, наилучшую проводимость заземлителя вследствие хорошего контакта электрода с грунтом и возможность немедленной сдачи в эксплуатацию после монтажа и измерения сопротивления.
Изобретателями и рационализаторами предложено и внедрено много приспособлений и инструментов для вдавливания заземлителей. Их широко применяют при отсутствии механизмов заводского выпуска, изготавливая в мастерских, выбирая тот или иной тип приспособлении в зависимости от местных возможностей и условий применения.
Иногда для этого используют механизмы общего назначения, в частности тракторы и автомобили, бурильные и другие машины. Разумеется, использовать только для монтажа заземлений мощные и дорогие бурильно-крановые и другие машины нерационально; это допустимо лишь в тех случаях, когда машины имеют перерывы в своей основной работе и находятся поблизости. Поэтому навесные приспособления для монтажа заземлителей устанавливаются с таким расчетом, чтобы базовую машину можно было бы сразу же после погружения заземлителей использовать на своей основной работе.
Например, заземлители можно вдавливать простыми приспособлениями, устанавливаемыми на тяговой скобе прицепного устройства любого трактора, или на отвале бульдозера, на штанге бурильной машины и т. д. Некоторые из таких приспособлений внедрены единичными образцами на прорабских участках мехколонн, строительно-монтажных поездах, эксплуатационниками электрических сетей, рабочими мастерских и др. Получить техническую документацию на такие образцы другим организациям трудно, но из описаний и рисунков их конструкция достаточно понятна для изготовления рабочих чертежей, учитывающих возможности изготовителей.
Из большего количества таких приспособлений приведена лишь некоторая их часть, отобранная среди приспособлений, заслуживающих широкого внедрения. С другими конструкциями можно ознакомиться по опубликованным ранее и регулярно издаваемым информационным изданиям Минэнерго, Минмонтажспецстроя, территориальных и отраслевых органов информации, а также по журналам «Энергетическое строительство», «Энергетик».
В одном из приспособлений (рис. 1, а) автоматический зажим размещен в металлоконструкции, надеваемой непосредственно на тяговую скобу прицепного устройства трактора без переустройства гидроцилиндра. Корпус зажима сварен из детален, изготовленных в мастерских из листовой стали марки Ст.З. Верхняя и нижняя пластины с отверстиями для крепления к трактору имеют толщину 24 мм, стенки—10 мм, а нижняя крышка, прикрепляемая к стенкам четырьмя винтами М5Х Х25мм, изготовлена из листа толщиной 6 мм.
Внутри корпуса по направляющим стержням вдоль наклонных боковых стенок перемещаются зажимные плашки, изготовленные из более твердой стали. Плашки удерживаются пружинами в верхнем прижатом к погружаемому электроду положении.
Стержневой электрод диаметром 12 мм и более (диаметр выбирают в зависимости от плотности грунта и необходимой глубины вдавливания) вставляют сверху между зажимными плашками, нажимая на них концом электрода. От усилия нажатия, преодолевающего сопротивление пружин, плашки опускаются книзу и одновременно расходятся в стороны до тех пор, пока электрод не пройдет между ними.
Электрод вдавливается в грунт вертикально опусканием прицепного устройства трактора вместе с зажимом и электродом под воздействием гидросистемы трактора. При ходе вниз плашки зажима автоматически зажимают электрод и вдавливают его на 20—25 см за один ход прицепного устройства, опускаемого гидроцилиндром.
Рис. 1. Приспособления для вдавливания заземлителей: а — устанавливаемое на тяговой скобе трактора; б — устанавливаемое на штанге автомобильной бурильно-крановой машины; 1 — верхнее основание 2 — средняя планка; 3 —стенка; 4 — направляющий стержень; 5 —пружинь, 6 — крышка; 7 —зажимные плашки
Затем с помощью того же гидроцилиндра прицепное устройство поднимают вверх. В это время электрод удерживается в неподвижном состоянии силой сцепления с грунтом, а зажимные плашки раздвигаются и скользят по электроду. В той же последовательности повторяют работу до полного погружения электрода на заданную глубину. Ввиду большого давления на грунт, развиваемого мощным механизмом, подготавливать (заострять) нижний конец электрода, как это делается при применении маломощных ручных приспособлений, не требуется. Для вдавливания длинных и сравнительно тонких цельных стержневых электродов диаметром 12—14 мм во избежание их изгиба нужно выше зажима укрепить направляющую трубу длиной 1,0—1,5 м.
Если необходимо погружать электроды из угловой пли другой профильной стали, можно воспользоваться зажимом аналогичной конструкции, но по форме сечения электрода изменить соответственно и форму зажимных плашек. Если имеются зажимы заводского изготовления, выпускаемые промышленностью для ввертывания электродов, то ими можно воспользоваться и для вдавливания электродов круглого сечения.
Иногда на месте работ имеется бурильная машина ДРК или БКГМ или другого типа, имеющая технологические перерывы в своей основной работе. Такой машиной можно быстро и просто заглубить заземлитель. Для этого электрод небольшой длины (до 1,5 м) устанавливают вертикально и ударом кувалды закрепляют в грунте, вгоняя на небольшую глубину. Это необходимо для того, чтобы исключить небезопасную работу по удерживанию электрода руками в начале вдавливания. Затем рабочий уходит с места вдавливания электрода на безопасное расстояние и подгоняет буровую машину так, чтобы головка бура оказалась над электродом.
Включают вертикальную подачу шнека, и головка бура, не вращаясь, за несколько секунд погружает электрод на полную глубину. К верхнему концу погруженного электрода приваривают следующий отрезок длиной до 1,3 м и продолжают вдавливание в грунт. Никакого переустройства машины и дополнительных приспособлений при этом не требуется, и после монтажа заземлителей машина сразу же может выполнять свою основную работу. Но этот способ имеет существенный недостаток, заключающийся в необходимости сваривать электрод нужной длины из нескольких коротких отрезков, предельная длина которых ограничивается наибольшим габаритом головки бура над поверхностью земли.
Более длинный цельный электрод можно вдавливать бурильной машиной, имеющей пустотелую штангу. Для этого придется снять бур и под штангой укрепить зажим на вспомогательной конструкции, обеспечивающей соосность штанги и зажима. Электрод пропускают через Штангу и зажим и вдавливают в грунт, отключив штангу от вращения и подавая ее вниз вместе с зажатым электродом.
Способ вдавливания более производителен, чем способ ввертывания (см. ниже), но иногда ввертывание, легче преодолеть препятствие (особо плотный грунт )t встретившееся при погружении электрода. Можно предусмотреть возможность перехода от вдавливания к впитыванию и обратно, разместив специальный зажим по оси пустотелой штанги или использовав редуктор.
Другое приспособление, устанавливаемое непосредственно на штангу бурильной машины, несложно по конструкции, что позволяет изготовить его в мастерской, имеющей фрезерный и токарный станки и сварочный аппарат. Приспособление имеет корпус из листовой стали, собранный на сварке, и самозажимное устройство, закрепленное на корпусе. Зажимное устройство состоит из двух клинообразных кулачков, передвигающихся по наклонным пазам от усилия пружин. Приспособление (рис. 1, б) устанавливается на бурильную штангу (рис. 2, а) взамен бурильной головки. Штангу поднимают в рабочее вертикальное положение над местом погружения электрода, который вставляют между кулачками зажимного устройства.
Возвратно-поступательными движениями бурильной штанги без ее вращения вдавливают электрод. При движении штанги вниз кулачки зажимного устройства удерживают электрод, а при движении вверх кулачки отжимаются и освобождают электрод, остающийся в грунте. После заглубления на полную длину электрода нажатием рычага зажима раздвигают кулачки, при этом штанга освобождается, и машину можно отогнать от места вдавливания электрода. При демонтаже электрод вытаскивают из земли в той же последовательности работ, но при перевернутом зажиме. Необходимость в демонтаже электрода может возникнуть и при монтаже, например если электрод погнется.
На вдавливание одного электрода длиной 6 м затрачивается 2—5 мин в зависимости от плотности грунта. Заблаговременная приварка в мастерской заземляющего проводника к заземлителю позволяет улучшить качество сварки и сократить сварочные работы на месте. Если для заземления защищаемого объекта достаточен один электрод, то сварочные работы полностью выполняются в мастерской, а на месте остается лишь вдавить электрод и присоединить заземляющий проводник к оборудованию.
Рис. 2. Вдавливание заземлителей:
а — бурильной машиной; б —трактором; в — гидроцилиндр с зажимом: 1 — заземляющий проводник; 2 — погружаемый электрод заземления; 3 —штанга бура; 4, 7— зажимы; 5 — рычаг зажима; 6 — гидроцилиндр; 8 — рама; 9 — боковой вал отбора мощности трактора; 10 — клиноременная передача; 11 — сварочный генератор; 12 — фиксатор, закрепляющий гидроцилиндр; 13 — стойка; 14 — палец (2 шт.); 15 — стопор (3 шт.); 16 — нижняя рамка
Используя конструкцию зажима, показанного на рис. 1,б, но уточнив диаметр отверстия, предназначенного для крепления зажима к рабочему механизму, можно вместо штанги бурильной машины укрепить зажим на штоке любого гидроцилиндра, выпускаемого серийно заводами. Устройство навешивается на трактор, имеющий гидросистему, от которой работает гидроцилиндр. Особенно рационально навешивать гидроцилиндр на малый колесный трактор, обладающий большой маневренностью и скоростью передвижения при сравнительно небольшой стоимости эксплуатации и достаточной прохо- димости. Одна из конструкций такого устройства на тракторе «Беларусь» показана на рис. 2, б.
Сзади трактора на специальной раме установлен гидроцилиндр, имеющий два полых штока. При максимальном усилии 25 кН (2,5 тс) электроды диаметров 12—18 мм и длиной до 6 м погружаются в грунт средней плотности за 4—5 мин. При этом электроды можно погружать не только вертикально, но и наклонно под углом 30 или 45° к вертикали, что достигается поворотом гидроцилиндра и фиксацией его стопором в нужном положении. Для этого на лонжеронах рамы, изготовлен, ной из швеллера № 14 и листовой стали, предусмотрены отверстия. Гидроцилиндр поворачивают вручную вместе с вертикальными стойками и нижней рамкой, показанной пунктиром. Освободив гидроцилиндр от фиксатора, можно его повернуть с поворотной цапфой от вертикального положения до горизонтального, при котором удобно установить длинный электрод при его подготовке к погружению.
Для устройства приспособления используют запасные части экскаватора Э-153: цилиндр поворота и нижний шток; верхний шток от цилиндра рукояти или стрелы; передняя крышка цилиндра рукояти; уплотнения. Штоки торцуют и нарезают резьбы. Масса навесного оборудования около 200 кг, габариты: высота — 2,55; ширина — 0,57; длина— 1,1 м.
На конце нижнего штока гидроцилиндра (рис. 2, в) по его продольной оси укрепляют автоматический зажим. Если есть возможность, то используют зажим заводского изготовления от заглубителя электродов ввертыванием (см. ниже).
Электрод, вставленный в горизонтальном положении в приспособление (продетый через гидроцилиндр и зажим), поворачивают вместе с гидроцилиндром в рабочее положение и укрепляют между стойками фиксатором. Затем электрод вдавливают в грунт серией рабочих ходов штока: вначале на полный ход (460 мм), затем с постепенным уменьшением рабочего хода, величину которого тракторист-машинист выбирает в зависимости от сопротивления грунта и достигнутой глубины погружения электрода.
В случае необходимости демонтажа электрода его зажимают специально предусмотренным дополнительным болтовым зажимом, установленным на верхнем кон- де штока, и вытаскивают из земли несколькими ходами штока вверх. Затем погнутый электрод можно выправить и использовать вновь. Если электрод нужно погрузить ниже поверхности земли так, чтобы его верхний конец оказался на дне траншеи, применяют инвентарную надставку в виде короткого электрода с муфтой на нижнем конце. Для выполнения электросварочных работ при монтаже сложных заземлителей впереди трактора монтируют сварочный генератор, приводимый от бокового вала отбора мощности посредством клиноременной передачи. При некотором изменении конструкции рамы приспособление может быть навешено и на гусеничный трактор.
В мерзлый грунт вдавить электрод не удается, поэтому при сезонном промерзании верхний слой грунта просверливают любым механизмом, как при ввертывании электродов (см. ниже), затем вставляют в просверленную до талого грунта скважину электрод и вдавливают его на нужную глубину. Имеется также опыт использования двухшнековой бурильной машины, имеющей независимое раздельное управление каждого шнека.
Вместо одного из шнеков на патрон-хвостовик редуктора крепят съемный зажим любой конструкции, позволяющий закреплять вертикальный заземлитель, устанавливаемый над скважиной в мерзлом грунте, предварительно пробуренной другим шнеком диаметром 40—60 мм до талого грунта.
При погружении в грунт на пути электрода могут встретиться крупные камни, что вызывает прекращение погружения и изгиб заземлителя. Если применяется неразъемный зажим с осевым вводом электрода, то приходится затрачивать много труда на срезку непогрузившегося полностью остатка заземлителя или на демонтаж зажима. Применение зажимов с боковым вводом электрода позволяет отогнать машину от частично вдавленного электрода при его изгибе или при отказе погружения. Описанным способом монтировали заземляющие устройства на линиях электропередачи и подстанциях с помощью машины БМ-251 на тракторе ДТ-75 круглогодично, что очень важно в условиях Сибири, так как серийно выпускаемых средств для выполнения таких работ пока нет.
Еще одна конструкция зажима для вдавливания электрода, снабженная устройством для вывода электрода из зажима, показана на рис. 3, а. Цанговый зажим прикреплен к штоку гидроцилиндра (шнека или штанги соответствующей машины) и снабжен направляющей штангой во избежание вращения зажима вокруг вертикальной оси штока.
При движении штока гидроцилиндра вниз электрод прижимается к корпусу зажима стопорным сегментом и вдавливается в грунт. При движении штока вверх стопорный сегмент скользит по электроду. Для освобождения электрода рукоятку сегмента переводят в нижнее положение, при этом открывается боковой вертикальный паз (рис. 3, б) и электрод свободно выводится из зажима.
Цанговый зажим имеет корпус, в котором болтом закреплены стопорный сегмент, зажимающий электрод и рычаг отвода сегмента. В рабочем положении сегмент удерживается пружиной, концы которой закреплены винтами на сегменте и корпусе. Зажим крепят к проушине гидроцилиндра гайкой. На рабочей дуге сегмент имеет закаленную насечку. Габариты зажима 250x90x90 мм.
На рис. 3, в показан аналогичный зажим, укрепленный на штоке гидроцилиндра с ходом поршня 650 мм, установленного на тракторе и подключенного к гидросистеме. Чтобы электрод во время рабочего или холостого хода не выпадал из приспособления, предусмотрена запорная планка 8, укрепленная шарнирно на корпусе болтом 9. С помощью такого приспособления в тресте Центрсельэлектросетьстрой заглубляли электроды заземления из круглой стали диаметром 10 мм и из угловой стали 45X45 мм на глубину до 6,5 м. Управление гидроцилиндром осуществлялось из кабины трактора (ДТ-75, Т-74) через распределительную колонку. Габариты корпуса зажима 200x75x65 мм.
В тресте Севкавэлектросетьстрой было предложено и внедрено устройство для вдавливания вертикальных электродов, имеющее два основных узла: вдавливатель в катушку с бухтой катанки, служащей электродным материалом (рис. 4).
Рис. 3. Вдавлипатель заземлителей с цанговым зажимом: а — общий вид; б, в — зажимы (вид сверху): 1 — корпус зажима; 2 — шток гидроцилиндра; 3 — гидроцилиндр; 4 — направляющая штанга; 5 — рукоятка рычага отвода сегмента; 6 — пружина; 7 — сегмент; 8 — планка;
Рис. 14. Навесной вдавливатель к трактору: 1 — поворотная втулка: 2 — захват. 3 — станина; 4 — катанка; 5 — роликопротяжный механизм; 6 — регулировочный винт; 7 — фиксатор. 8 — ползун
Вдавливатель навешивается на трактор сзади. Выше него, ближе к кабине, располагается катушка с катанкой. Устройство монтируется на любом тракторе, но для лучшей маневренности и быстрейшего перемещения с объектов на объект целесообразно применить колесный трактор, например «Беларусь». Для монтажа заземлителей не требуется подготовка электродов, так как усилие вдавливания достаточно для погружения без заострения конца электрода, а процесс выпрямления катанки осуществляется в самом приспособлении в то же время, что и погружение электрода.
Вдавливатель имеет раму из двух параллельных швеллеров, скрепленных поперечными плитами. К верхней плите прикреплены кронштейн с опорными подшипниками под приводной вал, вращающийся от вала отбора мощности трактора, и станина с вертикальными направляющими, по которым перемещается ползун, вдавливающий электрод в грунт.
В корпусе ползуна в клинообразных ячейках помещен ролико-клиновый самозажимной захват, выполненный из роликов, соединенных планками в секции. Прикрепленная к секциям консольная ось соединена с кривошипом приводного вала, что обеспечивает возвратно-поступательное движение ползуна при вращении вала. В вертикальных направляющих станины (в верхней части) закреплен ролико-клиновый фиксатор, удерживающий электрод от перемещения при возвратном ходе ползуна. На станине установлен роликопротяжный механизм, состоящий из неподвижной и подвижной секций, соединенных регулировочными винтами. Для выпрямления протягиваемой из катушки катанки ролики имеют ручьи по всей окружности.
В нижней части вдавливателя имеется опорная плита с конусообразной массивной направляющей, на цилиндрической части которой поворотная втулка с рычагом для поворота втулки на 180° вокруг оси. Устройство не требует внешнего источника энергии, так как оно получает привод от вала отбора мощности трактора, а подъем и опускание вдавливателя осуществляется от гидросистемы трактора.
Данные вдавливателя: Скорость вдавливания (зависит от категории До 3
грунта), м/мин
Габариты (без катушки с катанкой), мм . . . 300x350x1200
Масса вдавливателя, кг 120
Монтаж заземлителя ведется в следующей последовательности:
конец из бухты круглой стали диаметром 10 мм (катанки) заправляют между роликами протяжного механизма и через фиксатор вводят в захват; при этом ползун находится в верхнем положении;
винтами регулируют зазор между катанкой и обжимающими роликами, что обеспечивает хорошее выпрямление электрода;
включают вращение приводного вала. При этом ползун совершает движения вниз—вверх, захват зажимает катанку, она протягивается через роликопротяжный механизм, выпрямляется и перемещается вниз в паз направляющей, после чего механизм останавливают;
конец катанки, вошедший в паз, закрывают втулкой, поворачивая ее рычаг. Так обеспечивается устойчивое положение конца катанки, и электрод не изгибается при погружении;
вновь включают привод. При движении ползуна вниз захват зажимает катанку и ползун вдавливает заземлитель в грунт, а ролики фиксатора расклиниваются. При движении ползуна вверх ролики фиксатора зажимают катанку, а ролики захвата свободно перекатываются по стержню вверх по заземлителю (катанке). Таким образом чередуется процесс взаимодействия захвата и фиксатора;
необходимая глубина погружения определяется по проекту и может уточняться при измерении сопротивления растеканию тока заземления в процессе заглубления заземлителя. Когда проводимость достигнет нормы, устройство останавливают и отрезают электрод на нужной высоте, оставляя свободный конец, используемый в качестве заземляющего проводника. Этот конец можно расплющить и пробить в нем отверстие для присоединения к оборудованию или проложить горизонтально для присоединения к общему контуру заземления.
Рис. 5. Навесной вдавливатель к автомобильной бурильной машине:
1 — бур; 2 — косынка; 3 — направляющая труба; 4— отверстие пальца; 5 — отрезок трубы; 6 —хомут; 7 —штанга
Скорость вдавливания электрода в грунт зависит от числа оборотов вала отбора мощности трактора. При некотором навыке эту скорость легко выбрать в зависимости от плотности грунта и увеличивающегося по мере погружения усилия. В обычных мягких грунтах удавалось вдавить электрод длиной 15 м за 4— 5 мин. Применение устройства дает экономический эффект га счет увеличения производительности труда. Достигается и экономия металла при увеличении глубины погружения, так как нижележащие слои обычно имеют лучшую проводимость. Полностью механизируется весь рабочий процесс погружения электрода. Появляется возможность избежать отходов металла, так как в случае невозможности дальнейшего заглубления (например, из-за встретившегося камня) электрод отрезают, а освободившуюся бухту проволоки используют для следующих электродов. При этом могут применяться электроды самой различной длины.
При отсутствии зажимных устройств можно воспользоваться имеющимся опытом вдавливания заземлителей с помощью простейших приспособлений. Одно из них показано схематически на рис. 5. Оно устанавливалось на бурильно-крановых машинах на автомобильном и на тракторном ходу. В обоих вариантах приспособление имеет направляющую заземлитель трубу диаметром 3" с несколькими отверстиями для перехвата электрета по мере его заглубления.
Электрод любого профиля (арматурная круглая таль, уголок, некондиционная труба) вставляют в направляющую трубу так, чтобы выше электрода можно было вставить палец в верхнее отверстие. Для передачи усилия от пальца (используют болт) на электрод ставят Металлическую надставку из круглой стали диаметром 75 мм, длиной 50 мм, свободно передвигающуюся внутри трубы. Это предотвращает заклинивание электрода между стенкой направляющей трубы и пальцем при вдавливании тонких электродов.
По направляющей трубе свободно перемещается отрезок более толстой трубы, закрепленный хомутами на штанге бура. Таким образом, при опускании штанги бура одновременно опускается и этот отрезок по направляющей трубе, упирается в палец и опускает направляющую трубу с вдавливаемым электродом. Нижний конец направляющей трубы прикреплен к бурильной штанге с помощью косынки с отверстием. Труба не мешает при переездах (ее поднимают на стрелу) и легко снимается без помех для основной работы бурильно-крановой машины.
Перед вдавливанием снимают бур, отсоединяя от редуктора, и затем вдавливают заземлитель гидравлическим усилием машины за 4—6 перехватов на глубину до 3 м. При монтаже приспособления на тракторе, где стрела поднимается лишь на 2 м, устанавливают на стреле удлинитель или удлиняют вдавливаемый электрод наваркой следующих коротких отрезков.
Для вдавливания электродов в отдельных местах при трудности или нерентабельности доставки тяжелых механизмов рационализаторами предложен ряд ручных и ножных приспособлений. Одно из последних (рис. 16) имеет сварной корпус и два диска диаметром 54 мм, эксцентрично поворачивающиеся на своих осях, при расстоянии между осями 72 мм. Такая конструкция обеспечивает захват заземлителя дисками при усилии, направленном вниз, и освобождение заземлителя при поднятии рычага-педали вверх. Для лучшего захвата стержневого заземлителя диски имеют закаленную накатку.
При достаточной длине рычага-педали электрод легко вдавливается на большую глубину. Для того, чтобы сравнительно легкое (20 кг) приспособление не поднималось при вдавливании от земли, его прикрепляют к заземляемой опоре хомутом и деревянным клином. Ось рычага расположена в подшипнике, закрепленном на основании приспособления, изготовленном из листов стали.
Рис. 6. Приспособление для вдавливания стержневых электродов:
1 — электрод заземления; 2 — направляющая труба; 3 — корпус; 4 — захват; 5 — рычаг с педалью; 6 — ось рычага; 7 — хомут; 8 — стойка опоры ВЛ