Производство земляных работ машинами

Размещено на http://www.allbest.ru

ПРОИЗВОДСТВО ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ МАШИНАМИ



1. ПРОИЗВОДСТВО ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ БУЛЬДОЗЕРАМИ

1.1 Назначение, типы и область применения бульдозеров

Основным назначением бульдозеров является послойная разработка грунта и перемещение его на сравнительно небольшие расстояния. По опыту строительства характер распределения дальности перемещения грунта имеет вид, представленный на рис. 1 (пунктирная линия - данные эксперимента, сплошная - обобщенные данные).

Бульдозеры применяют:

для снятия плодородного поверхностного растительного слоя грунта при подготовке площадок или полосы отвода;

для перемещения грунта в зону действия рабочего оборудования одноковшового экскаватора для погрузки его в транспортное средство или отсыпки в отвал; бульдозер скрепер грейдер экскаватор

Рис. 1. Распределение дальности перемещения грунта бульдозерами

для разработки неглубоких каналов (рис. 2) с перемещением грунта в отвалы, для зачистки пологих откосов;

Рис. 2. Разработка (а) неглубоких каналов и планирование (б) откосов бульдозерами

при возведении насыпей из резервов (рис. 3);

на планировочных работах при зачистке оснований под фундаменты зданий и сооружений и планировке площадок и трасс;

при устройстве и содержании в исправности подъездных дорог, устройстве въездов на насыпи и выездов из выемок;

при разработке грунта на косогорах;

Рис. Технологическая схема возведения насыпи бульдозерами из боковых резервов: А - снятие растительного слоя; I - разработка грунта в резерве и перемещение в насыпь с разравниванием и уплотнением; II, III - те же операции; Б - рекультивация откосов растительным слоем, планировка обочин; 1 -8 - бульдозеры; 9, 10, 11 - катки на пневматических шинах; 12 - автогрейдер

при обратной засыпке траншей, фундаментов зданий и сооружений;

при разравнивании грунта на отвалах;

при погрузке грунта с помощью стационарных или передвижных эстакад.

Область применения бульдозеров может быть значительно расширена путем незначительных конструктивных изменений бульдозерного оборудования. Бульдозеры широко используют также и для перемещения грунта, предварительно разработанного другими землеройными машинами: экскаваторами, грейдерами, скреперами.

Для рытья траншей под ленточные фундаменты на отвал бульдозера могут устанавливаться съемные насадки по размерам отрываемой траншеи. Прочность насадки обеспечивается приваркой ребер жесткости. Максимальная ширина траншеи, отрываемой бульдозером с насадкой, определяется шириной гусеничного хода трактора, так как при работе трактор должен проходить над готовым участком траншеи. Установка на отвалах бульдозеров дополнительного отвала позволяет выполнять планировку откосов заложением 1:1,5; 1:2; 1:3 и длиной до 6,5 м.

На стройках широко применяют бульдозеры с неповоротным относительно оси движения отвалом и универсальные, устанавливаемые на тракторах с тяговым усилием 40-1 000 кН.

1.2 Рабочий процесс бульдозера

Рабочий цикл бульдозера состоит из резания грунта с образованием призмы волочения, перемещения его к месту отсыпки, остановки для переключения передач и подъема отвала, обратного хода машины, остановки для включения переднего хода и опускания отвала на рабочую поверхность.

При работе бульдозеров наиболее ответственная операция - резание грунта и образование призмы волочения. Для лучшего формирования призмы и получения большей рабочей скорости при этом могут рекомендоваться различные схемы работы (рис. 4).

Для более полного и равномерного использования тягового усилия трактора на грунтах III, IV групп рекомендуется работать стружкой переменной толщины (рис. 4, а). При разработке тяжелого грунта сопротивление резанию может быть настолько значительно, что потребуется поднятие отвала из-за значительного снижения частоты вращения коленчатого вала двигателя. При достижении устойчивой работы двигателя заглубление отвала следует повторить. Такой прием может быть использован несколько раз до полного формирования призмы волочения. Стружка грунта при такой работе будет иметь гребенчатую форму (рис. 4, б). На грунтах I, II групп рекомендуется применять прямослойное резание грунта (рис. 4, в) при постоянной толщине стружки. В начале резания тяговое усилие машины будет использовано не полностью, но при этом управлять машиной проще. Прямослойное резание применяют также, когда по условиям производства работ требуется относительно небольшое заглубление, например при снятии растительного слоя толщиной 10-15 см (рис. 4, г).

Рис. 4. Формы стружек грунта, срезаемых бульдозером при работе в различных условиях (стрелкой показано направление движения бульдозера)

Проведенные наблюдения показывают, что некоторые преимущества при работе по схемам рис. 4, а, б вызывают дополнительные расходы из-за увеличения износа деталей. Таким образом, на всех видах грунта следует по возможности работать со срезкой стружки одинаковой толщины (рис. 4, в, табл. 1).



Таблица 1

Размеры стружки грунта (рис. 4, в)

Линейные размеры места набора грунта, см	Мощность двигателя, кВт
	75-100	180-200	280-300
h	15	15	15
L	600-800	800-1 000	1 000-1 300

1.3 Производительность бульдозера и способы ее повышения

Производительность бульдозера на землеройно-транспортных работах определяется количеством разработанного грунта в кубических метрах за единицу времени.

Техническую производительность бульдозера (м³/ч) определяют по формуле

где - объем призмы волочения, м³; - коэффициент уклона местности; - коэффициент сохранения грунта при перемещении ( = 1-0,005); - время рабочего цикла, с; - дальность перемещения грунта, м.

Значения коэффициента уклона местности приведены в табл. 2.

Для того или иного значения производительности большую роль играет количество грунта, перемещаемого отвалом за один рабочий цикл, которое характеризуется объемом призмы волочения (рис. 5).



Таблица 2

Коэффициенты уклона местности

Уклон или подъем, град.	Мощность двигателя, кВт
	75-100	180-200	280-300
-20	1,2	1,5	1,7
-15	1,17	1,32	1,43
-10	1,1	1,2	1,24
0	1	1	1
5	0,72	0,93	0,95
10	0,67	0,78	0,83
15	-	0,6	0,72
20	-	-	0,58

Рис. 5. Призма волочения грунта:

1 - призма; 2 - отвал; 3 - боковые валики; 4 - стружка

При резании стружки грунт 4 собирается перед отвалом 2 в виде призмы 1, которая выступает на расстояние . В процессе перемещения грунта неизбежны потери в валики 3 через боковые щиты отвала. Чем больше призма волочения, тем выше производительность бульдозера.

Объем призмы волочения , м³, ориентировочно определяют из условия, что грунт располагается под углом естественного откоса , град.:

,

где - ширина отвала, м; - высота отвала, м; - коэффициент разрыхления грунта, равный 1,10-1,35 в зависимости от его плотности и влажности.

Время рабочего цикла , с, бульдозера определяют по формуле

,

где - длина пути резания грунта и формирования призмы волочения, = (5-7) м; - средние скорости при резании, перемещении грунта и холостом ходе, м/с; - время переключения передачи и разгона (2-5 с); - время опускания отвала (1-2 с).

Меньшее значение времени переключения принимают для гидромеханической трансмиссии, большее - для механической.

Среднюю скорость движения определяют по формуле

,

где - частота вращения коленчатого вала двигателя, мин ^-1; - радиус ведущего колеса или звездочки, м; - передаточное отношение трансмиссии на соответствующей передаче; - коэффициент снижения скорости движения (для механической трансмиссии = 0,85-0,95, для гидромеханической = 0,7-0,8).

Эксплуатационная производительность машины определяется за час или смену работы и учитывает простои, связанные с необходимостью ежесменного технического обслуживания, возможными поломками и технологическими перерывами в работе, отдыхом машиниста.

Сменную эксплуатационную производительность (м³/ см.) для всех видов машин определяют по формуле

,

где - количество часов работы в смену с учетом техобслуживания машины, отдыха машиниста, равное 6,82 ч; - коэффициент использования машины по времени, равный 0,85-0,95.

На практике эксплуатационную производительность определяют часто по объему отрытой траншеи, котлована или возведенного земляного полотна и времени, затраченному на выполнение этой работы.

Объемы грунта определяют геометрическими обмерами с помощью рулетки и рейки или маркшейдерским способом с применением теодолита и рейки.

Тогда эксплуатационную производительность машины (м³/ ч) в плотном теле грунта находят по формуле

где - объем грунта, м³; - время работы машины.

На планировочных работах производительность бульдозера определяют по площади спланированной поверхности за единицу времени и выражают в квадратных метрах на час.

Анализ приведенных формул и составляющих их элементов позволяет наметить рациональные способы работы с целью повышения производительности машины. Они должны быть направлены на сокращение рабочего цикла и увеличение объема призмы волочения.

Для уменьшения продолжительности рабочего цикла важно повышать скорость выполнения рабочих операций. Скорость рабочего хода принимают в пределах 2,5-3,5 км/ч. Она зависит от точности управления машиной (т. е. квалификации машиниста), так как в процессе формирования призмы волочения и ее перемещения машинисту приходится 15-20 раз за цикл поднимать и опускать рабочий орган, восполняя призму грунтом вместо высыпающегося через торцы отвала в боковые валики. Фактически рабочие скорости бульдозеров за счет буксования гусениц и колес составляют 2,0-2,8 км/ч. Увеличение скорости холостого хода до 5-10 км/ч позволяет существенно уменьшать время цикла. При этом важно, чтобы рабочая поверхность была возможно более ровной. Тогда обратный ход машины принесет минимум неудобств машинисту и уменьшит его утомляемость.

Для увеличения объема призмы волочения и уменьшения потерь грунта в боковые валики используют следующие рациональные способы (рис. 6).

Рис. 6. Способы повышения производительности бульдозеров

Движение бульдозера по одному и тому же следу () позволяет образовать после двух-трех проходов боковые валики достаточной высоты. Благодаря этому уменьшаются боковые утечки грунта и объем призмы волочения сохраняется.

Траншейный способ разработки () сохраняет грунт призмы волочения, так как боковые стенки траншеи удерживают его перед отвалом. Этот способ в основном используют для земляных работ бульдозерами.

Спаренная работа двух-трех бульдозеров () способствует сохранению массы перемещаемого грунта, так как ограничивается вытеснение грунта в боковые валики между машинами. Спаренная работа требует внимания и взаимопонимания машинистов.

При работе бульдозером под уклон (угол ) можно увеличить объем призмы волочения или скорость движения (). Этот способ следует чаще использовать в тех случаях, если рабочей поверхности можно придать уклон или во время отрывки котлованов при разработке грунта между ярусами.

Работа бульдозера с образованием промежуточных валов грунта также способствует уменьшению потерь грунта в боковые валики. Каждый промежуточный вал формируется из нескольких призм волочения (), а количество промежуточных валов - на единицу меньше количества дробных дальностей перемещения (т. е. ). При этом потери грунта в боковые валики уменьшаются в раз. В табл. 3 приведены некоторые значения коэффициентов уменьшения потерь грунта в боковые валики.

Выбор оптимального угла резания () в зависимости от плотности и влажности грунта имеет большое значение. При работе на влажных грунтах он должен составлять 45-50є стружка грунта поднимается выше отвала, опускаясь в верхней зоне от козырька, и способствует образованию призмы волочения большего объема. Во время работы на насыпных грунтах угол резания должен составлять 60-65є.

Увеличению массы перемещаемого грунта способствует использование уширителей и удлинителей (). Дополнительное оборудование рационально применять и на планировочных работах.

Открылки, установленные на боковинах отвала, повышают объем призмы волочения и, следовательно, производительность машины ().

Таблица 3

Коэффициенты уменьшения потерь грунта в боковые валики

Количество промежуточных валов	Коэффициент уменьшения потерь при дальностях перемещения, м
	60	80	100
Один	1,032	1,067	1,125
Два	1,041	1,085	1,157

Дополнительное оборудование повышает эффективность машины только при разработке легких грунтов и насыпных штабелированных материалов. В противном случае перегружаются двигатель, трансмиссия и ходовая часть и снижается надежность машины.

Применение сферического отвала позволяет увеличить производительность бульдозера (рис. 7).

Рис. 7. Сопоставление производительности работы бульдозеров с различной конструкцией отвала: 1 - бульдозер мощностью 275 кВт со сферическим отвалом; 2 - то же, с плоским отвалом; 3 - бульдозер мощностью 80 кВт со сферическим отвалом; 4 - то же, с плоским отвалом

Оснащение отвалов бульдозеров выступающим средним ножом дает положительные результаты. На рис. 8 показано увеличение производительности при различной дальности транспортировки грунта - мореных глин (= 6-25) - и различных конструкциях отвалов. Рациональная ширина выступающей части отвала 0,33-0,16 ширины отвала.

На малосвязных грунтах (сыпучих и переувлажненных) применение бульдозера с выступающим ножом не дает преимуществ по сравнению с обычным.

Бульдозер, оборудованный выступающим ножом, целесообразно применять при разработке связных грунтов II-V категорий, подмороженных грунтов, некоторых горных пород типа мела и известняка, а также на вскрышных карьерных работах.

Рис. 8. Сопоставление производительности бульдозеров с различной конструкцией отвала: 1 - ножи плоские; 2 - ножи с выступающей средней частью

Большой эффект достигается при разрушении старых асфальтобетонных покрытий и особенно при устройстве лотков, траншей под дренажные трубы, сточных и нагорных канав, для устройства корыта при расширении проезжей части автомобильных дорог за счет обочин и под временные колейные пути лесовозных дорог. Применение бульдозеров с выступающим ножом можно рекомендовать для гражданского, промышленного, дорожного, гидромелиоративного строительства, в горнодобывающей промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Важным фактором повышения производительности машин является повышение коэффициента использования машины по времени путем снижения потерь времени по организационным причинам (определение фронта работ, перемещение с объекта на объект), уменьшения простоев машин из-за поломок и неисправностей своевременным проведением профилактических мероприятий и технических обслуживаний машин.

1.4 Технология выполнения бульдозерных работ

Бульдозеры выполняют следующие работы.

Послойную разработку и перемещение грунтов производят при дальности перемещения 50-150 м. Большие расстояния перемещения экономически выгодны для тяжелых бульдозеров. При послойной разработке грунтов характерны челночные движения машины, чередующие рабочий и холостой ход. Грунт целесообразно разрабатывать и перемещать, двигаясь по одному следу с образованием боковых валиков, траншейным способом, спаренной работой бульдозеров, образованием промежуточных валов. В легких грунтовых условиях применяют дополнительное сменное оборудование бульдозера (открылки, уширители, удлинители).

Возведение насыпей осуществляют двумя способами: поперечными проходами из резерва (рис. 9, I) и продольными односторонними движениями машины (рис. 9, II).

Рис. 9. Основные земляные работы, выполняемые бульдозерами

При поперечном перемещении грунта из резервов целесообразно использовать траншейный способ разработки грунтов и спаренную работу машин. Первые призмы подают в центр насыпи, последующие - ближе к ее краям.

Призмы волочения укладывают вприжим. Подъемы откосов насыпи, по которым подается грунт, не должны превышать 30 %. При больших подъемах откосов насыпи работа неэффективна.

Продольными движениями бульдозера в направлении продольной оси насыпи целесообразно подавать грунт под уклон. Высота насыпи в этом случае может быть до 4-5 м.

Разработку выемок производят продольными двусторонними проходами (рис. 9, III) и поперечными ходами (рис. 9, IV). Продольный двусторонний способ обеспечивает большую производительность. В случае небольшой протяженности выемки возможна работа одним бульдозером. Применяют способ в случаях, когда грунт, вынутый из выемки, полностью укладывают в прилегающие насыпи. Поперечный способ разработки выемки применяют, когда излишки грунта укладывают в кавальеры вдоль будущего полотна дороги.

Разработку каналов, ирригационных сооружений, траншей, котлованов производят поперечными ходами бульдозера с постепенным смещением машины вдоль сооружений (рис. 9, V). Грунт укладывают в кавальеры по всей протяженности каналов, создавая с обеих сторон валы грунта. Разрабатывают грунт в параллельных траншеях глубиной не более габаритной высоты машины. Расстояние между траншеями до 0,4-0,6 м. После разработки разрушают межтраншейную перемычку. В этом случае эффективна групповая работа машин спаренными параллельными ходами.

Планировочные работы проводят на ровной поверхности, срезая небольшие бугры и засыпая впадины, ямы, овраги. Большие впадины засыпают с соседних косогоров продольными проходами (рис. 9, VI). Последующие проходы делают со смещением на 3/4 ширины отвала, чтобы исключить появление боковых валиков. После грубой передней планировки целесообразно провести отделку поверхности при заднем ходе бульдозера и “плавающем” положении отвала. Для большей точности целесообразно применять взаимно перпендикулярные проходы бульдозеров.

Пробивку террас и полок на косогорах осуществляют бульдозерами с неповоротными и поворотными отвалами. Наиболее эффективен и безопасен способ перемещения грунта с косогора в полунасыпь поперечными проходами машины под уклон (рис. 10, I). Его применяют при пологих склонах косогоров. При больших уклонах косогоров используют продольный способ (рис. 10, II). В этом случае отвал бульдозера, установленный с перекосом, пробивает сначала проход 1, затем 2, 3, 4 и 5. Работа продольными проходами более производительна, однако необходимо проявлять особую осторожность, так как возможно поперечное сползание или опрокидывание машины по склону. Поэтому в целях безопасности проведения работ учитывают поперечную устойчивость бульдозера.

Рис. 10. Разработка косогоров бульдозером

Засыпку траншей производят бульдозерами с неповоротным (рис. 11, а) или поворотным отвалом (рис. 11, б). Эту операцию выполняют прямыми проходами, перпендикулярными оси траншеи, или движениями под углом, отличным от 90^o, или параллельными относительно оси траншеи с отвалом, установленным под углом захвата.

Бульдозер с неповоротным отвалом краем захватывает часть грунта из насыпи и перемещает его в траншею. Если глубина траншеи 1,5 м и более, то грунт толкают через одну или две призмы, чтобы не допускать обвала стенок траншеи и сползания в нее бульдозера. После очередного прохода и при выполнении заднего хода бульдозер смещается , и операции циклически повторяются.

Рис. 11. Засыпка траншей бульдозером с отвалом: а - неповоротным; б - поворотным; 1 - насыпь грунта; 2 - траншея

Бульдозер с поворотным отвалом движется под углом или вдоль траншеи на безопасном от нее расстоянии и, захватывая краем отвала грунт насыпи, перемещает его в траншею (или к траншее). Рациональнее выполнять работу продольными проходами, количество которых зависит от площади поперечного сечения траншеи (или насыпи).

Толкание скреперов (рис. 12, з) осуществляют бульдозером при наборе грунта и выходе груженого скрепера из забоя с большим уклоном подъездных путей.

Рис. 12. Основные виды работ, выполняемых бульдозером:

а - разработка траншей, котлованов, каналов с отсыпкой грунта в кавальеры, насыпи; б - срезка косогоров и засыпка выемок; в - снятие плодородного слоя или пустой породы; г - планировка передним ходом; д - разравнивание при переднем ходе машины; е - планировка при заднем ходе машины; ж - засыпка траншей; з - толкание скрепера при наполнении ковша грунтом; и - погрузка грунта в автотранспорт с эстакады; к - погрузка материалов в автотранспорт с лотка; л - валка деревьев; м - корчевка пней; н - срезка кустарников и мелколесья; о - снегоочистительные работы;

1 - исходное положение бульдозера; 2 - резка и транспортирование грунта; 3 - бульдозер на насыпи; 4 - насыпь или кавальер; 5 - траншея; 6 - косогор; 7 - выемка; 8 - плодородный слой или пустая порода; 9 - полезные ископаемые или строительные материалы; 10 - скрепер; 11 - эстакада; 12 - автотранспорт; 13 - погрузочный лоток

Погрузку грунта на транспорт с эстакады (рис. 12, и) производят преимущественно в гравийно-песчаных карьерах. Эстакаду устраивают в траншее, отрытой бульдозером. Продольными ходами бульдозер подвигает материал к бункеру эстакады и загружает самосвалы. Бульдозер работает через одну или две призмы, чтобы не вызвать обвала эстакады.

Валку деревьев (рис. 12, л) осуществляют упором максимально поднятого отвала в ствол.

Корчевку пней (рис. 12, м) можно осуществлять прямым отвалом или отвалом с перекосом. Сначала наибольшим заглублением отвала средними или угловыми ножами подрезают корни пня и

раскачивают его повторными включениями муфты сцепления. Затем одновременно поступательным движением машины и подъемом рабочего оборудования выкорчевывают пень. Аналогичным образом удаляют из земли крупные камни и валуны, частично находящиеся на поверхности.

Срезку кустарника и мелколесья (рис. 12, н) производят прямым отвалом, опущенным в грунт на глубину 10-20 см, при поступательном движении вперед всего бульдозера. По мере накопления вал кустарников, корней, мелких деревьев поворотным движением перемещают в сторону от очищаемой трассы.

Снегоочистку (рис. 12, о) выполняют для содержания автомобильных дорог в хорошем состоянии в зимнее время. Наиболее эффективен в этом случае бульдозер с поворотным отвалом для перемещения снега в сторону.



2. ПРОИЗВОДСТВО ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ СКРЕПЕРАМИ

2.1 Назначение, типы и область применения скреперов

Скреперы чаще всего применяют в гидромелиоративном, автодорожном и железнодорожном строительстве, в горнодобывающей промышленности.

Эксплуатируются скреперы различных типоразмеров с ковшами объемом 6-25 м Скреперы бывают прицепными и самоходными. В первом случае в качестве тягача используют гусеничные тракторы, во втором - пневмоколесные тягачи.

Скреперы широко применяют на массовых земляных работах:

при снятии растительного слоя и перемещении его в кавальеры;

при выполнении вскрышных работ в карьерах нерудных строительных материалов;

при возведении насыпей, устройстве выемок различного назначения с перемещением грунта;

при выполнении планировочных работ со срезкой возвышенных мест и укладкой грунта в низкие места.

На рис. 13 приведена гистограмма распределения дальности перемещения грунта скреперами.

Наиболее часто встречающаяся дальность перемещения (т. е. транспортировки) грунта - 180-220 м.

Применение скреперов на разработке и перемещении грунта более экономично по сравнению с экскаваторами с автосамосвалами.

Лучшее наполнение ковша грунтом происходит при движении скрепера под уклон. При разработке связных грунтов целесообразно применять в процессе набора грунта трактор-толкач. При этом увеличивается наполнение ковша и сокращается время набора.



Рис. 1 Гистограмма распределения дальности транспортировки грунта скреперами по опыту эксплуатации: 1 - фактическая; 2 - теоретическая

Мощность толкача должна быть в 1,5-2,0 раза больше мощности тягача скрепера.

Длина пути набора грунта зависит от характера разрабатываемого грунта, типоразмера скрепера и принятой схемы работы (табл. 4).

Число скреперов, обслуживаемых одним толкачом, зависит от дальности перемещения грунта и типоразмера скрепера (табл. 5).

Таблица 4

Длина пути набора грунта при работе с толкачом, м

Заполнение ковша	Объем ковша, м3
	6-7	8-10	15
Геометрическое	9-13,5	10-12,5	15
С “шапкой”	11,5-16	11-16	18

Применение скреперов позволяет комплексно механизировать ряд процессов, особенно при возведении земляного полотна автомобильных дорог.



Таблица 5

Число скреперов на один толкач

Дальность перемещения грунта, м	Объем ковша, м3
	6	10	15
100 300 500 1 000 2 000 3 000	2 3 4-5 - - -	- 3 4 6 11 16	- 2 2 3 6 9

Скреперы - мобильные машины, имеющие при наполненном ковше большую массу. Поэтому для их успешной работы к качеству грунтовозных дорог предъявляют особые требования. Дороги должны быть хорошо спланированы, иметь большие радиусы на поворотах, уклоны должны быть минимальными.

2.2 Рабочий процесс скрепера

Полный рабочий цикл скрепера состоит из набора грунта, его перемещения, разгрузки ковша, обратного (холостого) хода.

Набор грунта. Операция включает в себя резание грунта и наполнение ковша. Ковш наполняют грунтом в процессе прямолинейного движения скрепера по забою с опущенным ковшом и заглубленными ножами при скорости 2-4 км/ч в зависимости от толщины срезаемой стружки.

Для увеличения толщины стружки грунта и сокращения времени набора, а также уменьшения пути набора и лучшего наполнения ковша применяют бульдозеры-толкачи. При разработке тяжелых грунтов прицепными скреперами использование бульдозера-толкача обязательно. Самоходные скреперы даже в легких грунтах не могут работать без бульдозера-толкача. Толщина срезаемой стружки зависит от вида грунта, а также силы тяги бульдозера-толкача.

На процесс наполнения ковша грунтом существенно влияет регулирование положения заслонки и выбранный способ вырезания стружки. В начале набора заслонку поднимают на 60-70 см, чтобы она не мешала поступлению грунта в ковш. По мере скопления грунта в передней части ковша заслонку опускают с таким расчетом, чтобы зазор между ее нижней кромкой и ножами не превышал 20-30 см при работе на несвязных и рыхлых грунтах и 40-50 см при работе на связных грунтах.

Уменьшение зазора предотвращает выпадение грунта из ковша между заслонкой и ножами. На третьем этапе наполнения пласт грунта поступает в ковш под сильным напором, преодолевая сопротивление ранее набранного грунта. Такой напор создается путем уменьшения толщины стружки. При этом заслонка должна быть приподнята на 10-15 см выше, чем на второй стадии.

В зависимости от вида работы, типа и состояния грунта применяют различные способы резания грунта и разработки забоя (рис. 14).

При планировочных работах, когда снимают небольшой слой грунта, ковш наполняют стружкой постоянной толщины (рис. 14, а). Этот способ малопроизводителен, так как не позволяет полностью использовать тягу скрепера, а при работе с бульдозером-толкачом по этой причине нецелесообразен.

Рис. 14. Способы срезания стружки: а - постоянной толщины; б - переменного сечения; в - гребенчатый; г - клевковый; д - ребристо-шахматный

Более распространен способ наполнения ковша стружкой переменного сечения от до , называемый обычным (рис. 14, б). Вначале машинист по возможности глубже опускает ножи скрепера и режет грунт более толстой стружкой, постепенно уменьшая ее к концу пути набора . Это обусловливает постоянную загрузку двигателей скрепера и бульдозера-толкача в течение всего времени набора и позволяет наполнять ковш за более короткое время. Такой способ эффективен при работе на глинистых грунтах.

Наиболее широко используют гребенчатый способ резания (рис. 14, в), при котором в начале наполнения ковша заслонку полностью поднимают, ковш опускают до максимального заглубления ножей и доводят скрепер и бульдозер-толкач почти до полного буксования. Затем заслонку опускают на образовавшуюся призму волочения, а ковш поднимают до прекращения буксования. Подъем и опускание ковша повторяют несколько раз до полного наполнения его грунтом. На разных стадиях наполнения ковша толщина стружки изменяется от 20-30 до 8-12 см, в результате чего в забое в зависимости от группы грунта в процессе резания образуется 3-6 гребней. Для выравнивания забоя каждое последующее зарезание ножей рекомендуют выполнять по той же полосе с перекрытием гребней, отступая на 2-3 м от начала предыдущего наполнения ковша. Гребенчатый способ резания улучшает наполнение ковша по сравнению с обычным и обусловливает максимальное использование силы тяги на всем пути резания. Такой способ эффективен при разработке глинистых и супесчаных грунтов.

Разновидность гребенчатого способа резания - клевковый (рис. 14, г), при котором многократно заглубляют и выглубляют ковш. Применяют способ при работе в рыхлых сыпучих грунтах.

Для уменьшения силы тяги, необходимой к концу набора, и, следовательно, улучшения наполнения ковша применяют ребристо-шахматный способ резания грунта в забое (рис. 14, д). Он предусматривает разработку забоя параллельными полосами с одинаковой толщиной стружки так, чтобы между первыми проходами скрепера оставались полосы несрезанного грунта шириной, равной половине ширины ковша. Вторые проходы выполняют, отступая от начала первых на половину длины проходки. Ось движения скрепера проходит по оси оставленных полос первого прохода. Грунт срезают сначала полной шириной ковша, а затем половинной шириной , что позволяет уменьшать сопротивление резанию в конце наполнения и увеличивать напор пласта грунта, поступающего в ковш.

Для разработки малосвязных грунтов (песчаных, супесчаных, лессовых) применяют траншейный способ резания, при котором скрепер делает несколько проходов по одному следу. Глубина траншеи не превышает 0,5 м.

Количество набираемого скрепером грунта зависит от состояния разрабатываемого грунта, условий и способов наполнения, от опыта машинистов скрепера и бульдозера-толкача. Лучшее наполнение ковша получают при разработке грунтов влажностью до 25 %. Чрезмерно сухие грунты предварительно увлажняют поливочными машинами. Выполняют это в несколько приемов, т. е. по мере высыхания и разработки слоя грунта.

Разработка плотных суглинистых и глинистых грунтов толстой стружкой приводит к буксованию движителей. Такой грунт режут тонкой стружкой (6-8 см). Перед началом разработки скреперами тяжелые грунты частично рыхлят продольными полосами с помощью бульдозеров-рыхлителей. Однако чрезмерное измельчение грунта при рыхлении нежелательно, т. к. оно способствует образованию призмы волочения и ухудшает наполнение ковша. Рыхлить грунт рекомендуют на комья размером 10-15 см. Наибольший размер комьев разрыхленного грунта не должен превышать 2/3 глубины резания скрепера. Объем разрыхленного грунта должен быть не более полусменной нормы работающих скреперов, чтобы он не пересыхал при жаре или не переувлажнялся в дождливую погоду.

Допускаемый продольный уклон - 6-13 %, подъем - 6 %, поперечный уклон не должен превышать 8 %.

Важное значение имеет рациональная организация работы бригады скреперистов с бульдозером-толкачом. Так как затраты на эксплуатацию бульдозера-толкача являются дополнительными расходами при выполнении работ скреперами, то чем больше скреперов обслуживает один бульдозер-толкач, тем меньше себестоимость работ.

Работу бульдозера-толкача в забое организуют по следующим схемам (рис. 15): челночной, челночно-цепной и эллиптически-цепной.

Рис. 15. Схемы работы бульдозера-толкача:

а - челночная; б - челночно-цепная; в - эллиптически-цепная

По челночной схеме (рис. 15, а) бульдозер-толкач помогает наполнять ковш скрепера 1 и задним ходом возвращается в исходное положение для наполнения очередного скрепера. Схему применяют при коротких забоях.

По челночно-цепной схеме (рис. 15, б) бульдозер-толкач помогает набирать грунт скреперу 1, затем скреперам 2 и 3 . По окончании наполнения ковша скрепера 3 бульдозер-толкач возвращается в исходное положение. При работе по этой схеме сокращается число холостых ходов бульдозера-толкача и повышается его производительность (за 1 ч загружается до 20-25 скреперов).

Обе эти схемы применяют в горизонтальных и наклонных забоях.

По эллиптически-цепной схеме (рис. 15, в) забой разрабатывают встречными смежными проходами скреперов. При этом ликвидируют холостые пробеги бульдозера-толкача, так как очередной скрепер возвращается в забой с противоположной стороны и бульдозеру-толкачу достаточно развернуться на 180^о. Схему применяют при разработке выемки с перемещением грунта в две противоположно расположенные относительно выемки насыпи, при разработке выемки или канала с укладкой грунта в кавальеры.

Перемещение грунта и обратный ход. Работа в транспортном режиме занимает основное время цикла (до 80-90 %). Продолжительность операции определяется скоростью движения машины по трассе. Скорость перемещения как груженого, так и порожнего скрепера зависит от дальности перемещения грунта, состояния землевозных дорог и мощности машины.

Более всего на скорость влияют характер и состояние землевозных дорог. Для транспортирования грунта максимально используют существующую дорожную сеть или в подготовительный период строительства строят временные землевозные дороги. Направление и расположение таких дорог выбирают в зависимости от мест, куда доставляют грунт, направления его разработки и рельефа местности. Путь транспортирования грунта к месту его укладки должен быть наикратчайшим, с наименьшим числом поворотов и без труднопреодолимых подъемов. Предельные уклоны землевозных дорог приведены в табл. 6.



Таблица 6

Предельные уклоны дорог

Тип скрепера	Направление движения скрепера
	грузовое	порожнее
	Подъем	Спуск	Подъем	Спуск
Прицепной	15	25	17	30
Самоходный	12	20	15	25

Наименьший радиус поворота трассы - в пределах 50-100 м, ширина дороги при одностороннем движении - 4-5,5 м. Землевозные дороги устраивают грунтовыми с боковыми отводами поверхностных вод. Проезжую часть дороги планируют и уплотняют.

При устройстве выемок и насыпей высотой более 1 м для движения скреперов устраивают въезды и съезды, которые располагают вдоль сооружения или в его поперечном направлении.

Расстояние между соседними въездами или съездами при работе прицепных скреперов назначают не более 50-60 м при разнице отметок до 5 м и 100-150 м - свыше 5 м. Для самоходных скреперов въезды и съезды устраивают примерно через 300-400 м.

Дороги необходимо поддерживать в проезжем состоянии, систематически профилировать грейдером, в летнее время периодически поливать, очищать от пыли и грязи, а в зимнее время очищать от снега и льда, посыпать песком при гололеде.

Скрепер переводят в транспортное положение после набора грунта во время движения, для чего поднимают ковш и закрывают заслонку одновременно.

При транспортировании выбирают максимально возможную по условиям дороги передачу. Состояние дороги должно допускать движение прицепного скрепера со скоростью до 3 м/с (10,8 км/ч), а самоходного - не менее 5-8 м/с (18,0-28,8 км/ч). Целесообразно при движении машины на небольшие расстояния задавать средние скорости, а порожний ход выполнять на более высокой скорости. Это позволяет экономить время и силы на переключении передач при преодолении неровностей и подъемов груженым скрепером.

Разгрузка ковша. Скрепер разгружают при прямолинейном движении со скоростью до 2,5 м/с (9 км/ч). Грунт выгружают частями, изменяя положение ковша по высоте. Начиная разгрузку скрепера, открывают заслонку до отказа. Содержащийся в передней части ковша грунт высыпают и разравнивают ножами. Для полного выталкивания грунта выдвигают заднюю стенку. Во время выгрузки следят, чтобы заслонка была поднята полностью, иначе грунт может оказаться зажатым между нею и выдвигаемой задней стенкой.

Грунт выгружают послойно, горизонтальными продольными рядами от бровок к середине насыпи. Скрепер разгружают в момент, когда передние колеса сходят вниз с грунта, отсыпанного предыдущим рейсом. Толщина отсыпаемого слоя составляет 20-30 см, а для сыпучих грунтов - 10-15 см. Такая толщина более благоприятна для одновременного уплотнения слоя колесами скрепера и позволяет равномерно укладывать отсыпаемый грунт. Через 10-20 циклов целесообразно отсыпанный грунт спланировать бульдозером или опущенным ковшом скрепера.

2.3 Производительность скреперов и способы ее повышения

Часовую техническую производительность (м³/ч) скрепера определяют по формуле

где - вместимость ковша, м³; - коэффициент наполнения ковша; - коэффициент разрыхления грунта.

Продолжительность цикла (с) зависит от дальности перемещения грунта и скорости движения скрепера и определяется по формуле

где - соответственно длина (м) пути набора грунта, дальность перемещения грунта, длина разгрузки, расстояние холостого хода; - скорости движения скрепера (м/с) при выполнении соответствующей (см. выше) операции.

Коэффициент наполнения зависит от свойств разрабатываемого грунта и навыка машиниста. Так, при наполнении ковша сухим песком коэффициент равен 0,5-0,6, глиной - 0,9-1,0, а черноземом - 1,0-1,2. Средние значения коэффициента разрыхления для песчаных грунтов составляют 1,10-1,15, для растительного слоя - 1,20-1,26, для глины и тяжелого суглинка - 1,24-1,30.

Эксплуатационную производительность скрепера определяют так же, как для бульдозера. Анализируя приведенную выше формулу, можно увидеть пути повышения производительности, к основным из которых относятся следующие:

повышение коэффициента использования машины за счет уменьшения простоев, обеспечения высокой готовности машины, научной организации труда;

повышение скорости движения скрепера, особенно в транспортном режиме;

уменьшение протяженности элементов цикла за счет использования наиболее эффективных схем движения;

улучшение заполнения ковша за счет рациональных способов копания грунта.

В ЦНИИСе Минтрансстроя СССР были проведены исследования работы скрепера с косо установленными ножами. Исследование показало, что сопротивление грунта копанию почти на 20 % меньше, чем при копании ковшом с прямым ножом (рис. 16). Оптимальное соотношение длин косых и прямых ножей составляет , где - размер косого ножа; - ширина ковша скрепера. Призма волочения у ковша с косыми ножами на 30 % меньше, что приводит к уменьшению длины пути и времени набора грунта.

Опыт эксплуатации показывает, что применение ковшей данной конструкции позволяет увеличить наполнение ковша на 15 %, снизить путь набора грунта на 20 %, увеличить производительность на 12 %. При этом необходимое тяговое усилие сокращается на 9- 10 %.

В Воронежском инженерно-строительном институте разработана конструкция и проверена эффективность работы скреперного поезда из двух самоходных скреперов в сцепе (рис. 17). Набор грунта в передний скрепер производится при действии тяговых усилий переднего и заднего скреперов. После этого наполняют ковш заднего скрепера. После загрузки ковшей с помощью гидроцилиндра производится выключение сцепного устройства и скреперы раздельно направляются к месту разгрузки грунта.

Рис. 16. Схема ковша скрепера с косо установленными ножами (а) и характер изменения сопротивления копанию (б):

1 - средний нож; 2 - крайний нож; 3 - стенка ковша

Рис. 17. Схема устройства для сцепа двух самоходных скреперов:

1 - толкающая плита; 2 - буфер; 3 - рычаг с зацепом; 4 - колесо; 5 - гидроцилиндр; 6 - рама

Увеличение сцепной массы при такой работе позволяет увеличить наполнение ковшей, доведя до 1,11.

Применение скреперного поезда более эффективно, чем работа скрепера с толкачом, при этом сокращается численность обслуживающего персонала.

2.4 Технологические схемы работы скреперов

В зависимости от расположения забоев и мест отсыпки грунта движение скреперов может быть организовано по различным схемам.

Рациональную схему движения предусматривают в проектах производства работ исходя из следующих требований:

путь движения при наполнении и разгрузке ковша должен быть прямолинейным, а путь транспортирования - кратчайшим;

забой должен быть такой длины, чтобы ковш скрепера загружался полностью и был рассчитан на движение скрепера с бульдозером-толкачом;

длина фронта разгрузки должна быть достаточной для полной выгрузки ковша;

уклон пути на въездах и съездах должен соответствовать тяговой силе скрепера и обеспечивать безопасность движения.

Наиболее распространены такие схемы движения: эллиптическая, “восьмеркой”, спиралью, зигзагообразная, поперечно-челночная, продольно-челночная.

Эллиптическая схема (рис. 18, а) наиболее проста и целесообразна при возведении насыпей, разработке выемок линейно-протяженных сооружений (каналов, дорожного полотна) с разницей в высоте отметок не более 2 м, когда не требуется устройства въездов и съездов, или продольном перемещении грунта из выемки в насыпь. Применяют эту схему движения при планировке промышленных площадок и поливных площадей. Путь скрепера представляет собой замкнутую кривую по форме эллипса. Во избежание одностороннего изнашивания ходовой части скрепера рекомендуется периодически изменять направление движения на обратное.

Рис. 18. Схемы движения скреперов: а - эллиптическая; б - “восьмеркой”; в - спиральная; г - продольно-челночная; д - поперечно-челночная; е - зигзагообразная

Схему “восьмеркой” (рис. 18, б) применяют при возведении насыпи высотой до 6 м из грунтов боковых односторонних резервов, при разработке выемки глубиной до 5-6 м с укладкой грунта в кавальер, а также на планировочных работах. Грунт набирают в двух забоях попеременно. Загрузив ковш в первом забое, скрепер поворачивают в сторону насыпи и разгружают. Порожний скрепер уходит в другой забой того же резерва, набирает грунт и перемещает его на вторую захватку насыпи, выполняя за один проход два цикла. Таким образом, за один цикл скрепер поворачивается не на полный оборот, а только примерно на 180^o, что позволяет повысить производительность на 3-5 %. Кроме того, чередование поворотов скрепера в разных направлениях предотвращает одностороннее изнашивание ходовой части.

Спиральная схема (рис. 18, в) - это разновидность эллиптической. Применяют ее при возведении широких насыпей или выемок с разницей в высоте отметок до 2,5 м без устройства въездов и съездов.

Продольно-челночная схема (рис. 18, г) целесообразна при возведении насыпей высотой до 6 м с заложением откосов не круче 1:2 из двухсторонних резервов. Путь холостого хода скрепера сокращается, и достигается хорошая укатка насыпи.

Поперечно-челночную схему (рис. 18, д) применяют в основном при сооружении каналов глубиной до 1,5 м с перемещением грунта в кавальеры и при возведении насыпей высотой не менее 1,5 м. Ширина сооружения должна быть не менее длины пути набора с учетом длины скрепера с бульдозером-толкачом, так как грунт в этом случае набирают перпендикулярно оси земляного сооружения. Число поворотов скрепера и длина пути по сравнению с этими параметрами в эллиптической схеме сокращаются, что позволяет повысить производительность на 20-25 %.

Зигзагообразную схему (рис. 18, е) используют при возведении насыпей высотой до 6 м большой протяженности (более 200 м). Скрепер совершает переходы из резерва в насыпь и обратно, чередуя набор и выгрузку грунта. В конце рабочего участка скрепер разворачивается и перемещается обратно, также чередуя загрузку и выгрузку ковша. Число поворотов и дальность транспортирования грунта уменьшаются, вследствие чего производительность скрепера может повыситься до 15 % по сравнению с производительностью при эллиптической схеме.

2.5 Технология выполнения работ скреперами

2.5.1 Разработка скреперами грунта в выемках

При устройстве земляных сооружений в выемках скреперами удаляют растительный слой, вырезают, транспортируют и отсыпают грунт. В случае продольного устройства котлованов, каналов и выемок небольшой глубины (8-10 м) в грунтах, не требующих предварительного рыхления, применяют лобовой способ разработки в один ярус под уклон (рис. 19, а) или горизонтальными слоями (рис. 19, б).

Рис. 19. Разработка котлованов скреперами: а - под уклон; б - горизонтальными слоями

При устройстве каналов большой глубины применяют поярусную разработку (рис. 20) по различным схемам работ.

Рис. 20. Схема поярусной разработки грунта скреперами при сооружении каналов: 1 - зона разработки грунта горизонтальными слоями при поперечных ходах; 2 - то же, наклонными слоями; 3 - зона работы экскаватора; 4 - зона разработки грунта скреперами горизонтальными слоями при продольных ходах

Разработку грунта в выемках ведут слоями до 30 см, начиная с наиболее высокой точки от бровок откосов к оси выемки. Вначале вырезают верхний слой на полную ширину выемки, а затем в таком же порядке последующие слои. Образовавшиеся уступы на откосе по мере разработки выемки срезают автогрейдером или бульдозером. Ширина выемки при лобовом способе разработки должна быть не менее 3,0-4,3 м по дну (для скреперов с ковшом в 3-15 м³) и не менее 4,3 м по верху. При большой ширине выемки размеры задают с учетом поворота скрепера на 180^o или на угол, необходимый для подхода к выездам.

При разработке выемки меньшей ширины по дну после скреперов остаются недоборы грунта, которые удаляют экскаваторами или погрузчиками.

Вынутый из выемки грунт перемещают в отвалы на расстояние 30-50 м слоями максимальной толщины. После выполнения основного объема работ дно канала зачищают скреперами и верхний слой грунта уплотняют. При небольшом сечении канала, сооружаемого в глубокой выемке, вынутый грунт разравнивают слоем 0,2- 0,3 м в приканальной полосе. В случае больших объемов земляных работ грунт отсыпают в кавальеры с одной или двух сторон канала.

Во время сооружения каналов в полувыемке-полунасыпи и насыпи снимают растительный слой грунта со всей площади канала и с приканальной зоны, рыхлят поверхность грунта под основание приканальных дамб и слоями толщиной, необходимой для уплотнения, отсыпают дамбы.

При строительстве каналов с дном на уровне поверхности земли или выше грунт отсыпки приканальных дамб и грунт подушек перемещают из резервов или карьеров.

2.5.2 Отсыпка скреперами насыпей

До начала работ по устройству насыпи готовят под нее основание. При необходимости его уплотняют или рыхлят. Грунт набирают из карьеров или резервов. Набирают и разгружают грунт скреперами вдоль продольной оси насыпи, применяя эллиптическую схему движения скреперов. Грунт в насыпь отсыпают последовательными параллельными слоями толщиной 0,3-0,5 м. При возведении насыпи на сырых и слабых грунтах первый слой отсыпают от середины сооружения, где заранее устраивают гать из хвороста, или используют другие меры, предотвращающие увязание скрепера.

Со стороны откосов поверхность должна быть несколько выше, чем в середине. Это устраняет опасность сползания скрепера под откос и в то же время сохраняет откосы от повреждения.

Для равномерного уплотнения грунта по глубине и ширине насыпи ее разбивают на захватки (карты) (рис. 21) равной длины . Работы ведут одновременно на двух захватках.



Рис. 21. Схемы отсыпки и уплотнения грунта скреперами

Слой 1 грунта отсыпают по всей длине двух захваток, например от А до В. Грунт, уложенный в тело насыпи, достаточно уплотняется только на захватке I от А до Б. На захватке II от Б до В и особенно на ее конце уплотнение снижается в связи с уменьшением массы скрепера в процессе разгрузки. Отсыпку грунта второго слоя начинают при движении груженых скреперов со стороны В, что позволяет доуплотнить первый слой захватки II. Разгружают грунт на захватке I и обратное движение с грунтом начинают со стороны А. Уплотняют второй слой захватки I и отсыпают второй слой захватки II. Последующие слои отсыпают аналогично.

Длина захватки при отсыпке насыпей дорог, дамб и других сооружений зависит от объема земляных работ, типа скреперов и должна быть увязана с расположением съездов и въездов. Рекомендуемая длина захватки - 100-200 м. Если невозможно создать захватки необходимой длины, то участок насыпи делят на две захватки меньшей длины. В этом случае на первой захватке отсыпают скрепером грунт, а на второй - уплотняют ранее отсыпанный слой с помощью катков.

Отсыпка дорожных насыпей, дамб и плотин скреперами отличается рядом преимуществ по сравнению с другими способами работ: насыпь можно отсыпать равномерными слоями требуемой толщины; отсыпаемый грунт разравнивается самими скреперами; скреперы одновременно уплотняют грунт (дополнительное уплотнение требуется только для ответственных гидротехнических сооружений); организация работ скреперами может быть упрощена, так как насыпи можно отсыпать на протяжении всего фронта без разбивки на захватки; определенное преимущество имеет использование скреперов с ковшами большой емкости, что позволяет сократить требуемый парк машин на отсыпке земляного полотна.

2.5.3 Планировка площадей скреперами

В зависимости от расположения мест срезки и подсыпки грунта используют следующие схемы движения скреперов: эллиптическая (одно-, двухстороннее и поточное транспортирование грунта), спиральная и продольно-челночная.

Срезанный растительный слой грунта складируют в местах, не подлежащих планировке. Затем снимают грунт с повышенных участков и перемещают в пониженные места.

Планировку скреперами, оборудованными системой автоматики, рекомендуется проводить по грубо спланированной поверхности с высотой неровностей не более 200 мм. Ковш зарезают в грунт в ручном режиме. Автоматический режим включают после того, как колеса скрепера начнут катиться по спланированной поверхности. Толщину первоначальной стружки устанавливают в зависимости от условий работы. При планировке объем призмы грунта перед ковшом поддерживают в количестве около 1/3 наибольшего объема. Его должно хватить для полной засыпки встречающихся неровностей. В противном случае при наезде колес скрепера на незасыпанные углубления нарушаются ровность и заданный уклон поверхности.

...