3.8. Возведение земляного полотна из боковых и сосредоточенных резервов и грунтовых карьеров скреперами
Скрепер - землеройно-транспортная машина цикличного действия, предназначенная для послойного вырезания грунта с набором его в ковш, транспортирования набранного грунта и отсыпки его слоями в насыпь или отвал с частичным уплотнением ходовыми колесами ковша и гусеницами трактора. Скреперы ежегодно выполняют до 45 % от общего объема работ. Их применяют для возведения насыпей из грунта боковых и сосредоточенных резервов. Скреперы могут разрабатывать грунты I...III групп (при разработке III группы требуется предварительное рыхление грунта).
Промышленность выпускает прицепные скреперы к гусеничным и колесным тягачам и самоходные, в которых тяговое и рабочее оборудование объединено в одну машину. Прицепные скреперы наиболее целесообразно применять при перемещении грунта на расстояние до 300...500 м, однако при большей емкости ковша (10...15 м3) возможно использование таких скреперов для перемещения грунта и на большее расстояние (до 1,0...1,5 км). Полуприцепные и самоходные скреперы, обладающие высокой скоростью движения (до 50...60 км/ч) и достаточной маневренностью, весьма эффективны для перемещения грунта на расстояние до 2...3 км. Эти машины особенно рационально применять для возведения насыпей из грунта сосредоточенных резервов.
Главным параметром скрепера является геометрическая вместимость (объем) ковша (в м3). Вместимость «с шапкой» превышает геометрическую на 20...25 %. Типаж выпускаемых в настоящее время скреперов: 3; 4,5; 8 (7); 10; 15; 25 м3 (табл. 3.8.1).
Таблица 3.8.1
Техническая характеристика скреперов
Тип и марка машины |
Прицепные к гусеничному трактору |
Полу прицепные к колесному тягачу |
|||||||
ДЗ-33 |
ДЗ-111 |
ДЗ-20 |
ДЗ-20В |
ДЗ-77С |
ДЗ-11 |
ДЗ-13 |
ДЗ-115 двухмоторный |
ДЗ-67 |
|
Трактор (тягач): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
марка |
ДТ-75-С2 |
Т-4АП2 |
108 МЗГС |
Т-130.1.Г |
Т-30.1.Г |
МАЗ-529Н |
БелАЗ-531 |
- |
- |
Мощность, кВт |
55 |
95,6 |
79,4 |
117,6 |
117,6 |
132,3 |
264,7 |
514,7 |
625 |
Объем ковша, м3 |
3/3,5 |
4,5/5,5 |
7/9 |
7/9 |
8/10 |
8/10 |
15/19 |
19,5 |
25 |
Глубина резания, м |
0,20 |
0,25 |
0,30 |
0,30 |
0,35 |
0,30 |
0,35 |
- |
0,40 |
Ширина резания, м |
2,1 |
2,5 |
2,62 |
2,65 |
2,70 |
2,72 |
2,90 |
3,00 |
3,60 |
Толщина слоя отсыпки, м |
0,35 |
0,50 |
0,32 |
0,30 |
0,45 |
0,55 |
0,60 |
- |
0,75 |
Наибольшая скорость, км/ч (рабочая /транспортная) |
4,24/10,8 |
3,5/9,5 |
2,36/10,1 |
2,4/10,1 |
2,5/10,9 |
3/40 |
3/45 |
- |
2/35 |
Масса агрегата, кг |
8400 |
13500 |
18000 |
18000 |
20200 |
20000 |
34000 |
40000 |
64000 |
Рабочее оборудование скрепера состоит из ковша с передней заслонкой и задней стенкой. Ковш имеет прямые или ступенчатые ножи, срезающие слой грунта во время движения машины на участке набора. Передняя заслонка при наборе приподнята и образует щель, через которую стружка грунта поступает в ковш. Сзади скрепер оборудован буфером для подталкивания толкачом при заполнении, когда тягового усилия трактора оказывается недостаточно. В транспортном положении ковш приподнят, заслонка закрыта. Разгружается скрепер чаще всего принудительно с помощью выдвижной задней стенки ковша, выталкивающей грунт через щель, образованную между заслонкой и ножом.
Зарезание грунта скреперами осуществляется несколькими способами (рис. 3.8.1).
Рис. 3.8.1. Способы зарезания грунтов скрепером (стрелкой показано направление движения скрепера): а - плотных грунтов; б - рыхлых; в - средней плотности; г - песчаных
Ковш скрепера наполняют при прямолинейном движении, стремясь срезать грунт наиболее толстой стружкой. Это создает лучшие условия для заполнения ковша. Длина пути наполнения 15...25 м. Целесообразно набор грунта осуществлять при движении под уклон 3...6, однако следует иметь ввиду, что при большем уклоне грунт поступает в ковш не полностью, затрудняя работу скрепера.
При разработке сухих песчаных грунтов зарезание грунта производят на подъем до 3° или производят его увлажнение. Зарезание грунта гребенчатым способом выполняют волнообразно с попеременным заглублением ковша. Для получения более ровного забоя каждое последующее зарезание грунта производят на одной и той же полосе с перекрытием гребней, для чего каждый следующий набор грунта начинают, отступив на 2...3 м от начала предыдущего.
В плотных неразрыхленных грунтах применяют ребристо-шахматную схему набора, которая обеспечивает хорошее наполнение ковша (рис. 3.8.2).
Рис. 3.8.2. Ребристо-шахматная схема зарезания грунта скрепером: а - последовательность проходов в плане; б - форма вырезаемой стружки при проходах 5, 6, 7 и 8; 1...12 - проходы скрепера; I-III - ряды проходов
Для ускорения наполнения ковша скрепера производят рыхление плотных грунтов и при зарезании используют трактор-толкач. В качестве толкачей применяют гусеничные тракторы, оборудованные специальными устройствами, или бульдозеры на гусеничном ходу. Грунт рыхлят на толщину снимаемой стружки, избегая его измельчения, так как это ухудшает наполнение ковша.
Работу трактора-толкача в резерве или забое организуют по прямолинейной или ступенчатой схеме.
Продолжительность рабочего цикла толкача можно определить по формуле
Тт = tу + tн + tв, (3.8.1)
где tу - время на подход к скреперу и упирание отвалом в буфер (tу =10 с);
tн - подталкивание скрепера при наборе грунта (tн = 80 с);
tв - возврат толкача в исходное положение (tв = 50 с).
При рациональной организации работ один трактор-толкач может обеспечить ускоренную загрузку нескольких скреперов.
n = Tц.c/Tт, (3.8.2)
где Tц.c - время цикла скрепера, с.
Эффективность работы скреперов во многом зависит от подготовки и состояния землевозных путей, которые должны обеспечивать возможность движения тракторов со скоростью до 10 км/ч, а тягачей - до 20 км/ч. Требования к землевозным путям приведены в табл. 3.8.2 [13].
Таблица 3.8.2
Требования к землевозным путям
Движение прицепных скреперов |
Подъем, ‰ |
Спуск, ‰ |
Поперечный уклон, ‰ |
Радиусы закруглении, м |
Порожних |
200 |
300 |
120 |
15...20 |
Груженых |
150 |
250 |
100 |
15...20 |
Движение порожних скреперов можно использовать для выравнивания и планировки землевозных путей.
При возведении насыпей из грунта боковых резервов скрепер перемещает грунт в продольном и поперечном направлениях. Наиболее рациональна схема движения скрепера по зигзагу (рис. 3.8.3, а), однако применять ее целесообразно при длине участка работ более 200 м, так как при меньшей длине эффективность схемы снижается из-за необходимости частых поворотов. Поэтому при длине участка от 100 до 200 м применяют схему движения по восьмерке (рис. 3.8.3, б), а менее 100 м - по эллипсу (рис. 3.8.3, в). При разработке двусторонних резервов схему движения по эллипсу рационально заменить схемой движения по спирали с выгрузкой грунта в поперечном направлении (рис. 3.8.3, г), но лишь при условии, что ширина насыпи не менее пути разгрузки скрепера, а разность отметок насыпи и резервов не превышает 2,5...3,0 м, так как при большей разности отметок подготовка и содержание значительного числа въездов для груженого скрепера повышают трудоемкость работ. Эффективность использования скреперов во многом зависит от наполнения ковша, толщины вырезаемой стружки, длины пути при наборе, дальности перемещения грунта и др. (табл. 3.8.3...3.8.4).
Рис. 3.8.3. Схемы движения скреперов при возведении насыпей из грунта боковых резервов: а - по зигзагу; б - по восьмерке; в - по эллипсу; г - по спирали; 1 - набор грунта; 2 - разгрузка грунта
Таблица 3.8.3
Коэффициент наполнения ковша скрепера
Условия работы скрепера |
Значения коэффициентов Кн для грунтов |
||
сухого рыхлого песка |
сухого и среднего суглинка |
тяжелого суглинка и глины |
|
Бет толкача |
0,5...0,7 |
0,8...0,95 |
0,65...0,75 |
С толкачом |
0,8...1,0 |
1,0...1,2 |
0,0...1,2 |
Таблица 3.8.4
Максимально возможная толщина стружки грунта, срезаемой скрепером
Объем ковша скрепера, м3 |
Мощность трактора, кВт |
Толщина стружки грунта, см |
||||
тягача |
толкача |
глины |
суглинка |
супеси |
песка |
|
6 |
73,5 |
58,8...66,2 |
9...14 |
12...20 |
15 |
20 |
10 |
102,9 |
73,5 |
14...18 |
18...25 |
20 |
30 |
15 |
176,4 |
102,0...132,3 |
16...22 |
21...30 |
25 |
35 |
Таблица 3.8.5
Радиусы поворота скрепера
Объем ковша скрепера, м3 |
Наименьший радиус поворота скрепера, м |
Объем ковша скрепера, м3 |
Наименьший радиус поворота скрепера, м |
Гусеничный тягач |
Колесный тягач |
||
4 5...10 11...15 |
5 10 12 |
8...10 15...25 |
12 15 |
Таблица 3.8.6
Длина пути при наборе грунта скрепером (Lmin = lc + ln)
Объем ковша скрепера, м3 |
Длина скрепера с трактором lc, м |
Длина участка наполнения |
До 3 |
9,5...9,6 |
8(10) |
6...8 |
13,4...13,5 |
6,5...7,5 (10...12) |
9...11 |
13,8...14,0 |
8...10 (12...14) |
15...18 |
15,2...15,5 |
10...12 (19...23) |
25 |
20 |
15...20 (50...54) |
Таблица 3.8.7
Рекомендуемые дальности перемещения грунта скреперами
Объем ковша скрепера, м3 |
Пределы возки грунта, м |
Объем ковша скрепера, м3 |
Пределы возки грунта, м |
Гусеничные скреперы |
Самоходные скреперы с тягачами на пневматических шинах |
||
До 3 До 6 До 10 |
200 250...350 300...600 |
До 10 До 15 До 25 |
500...1500 1500...2000 2500...3000 |
Производительность скрепера (м3/смену) определяют по формуле
(3.8.3)
где Т- продолжительность смены, ч;
Кв - коэффициент использования рабочего времени скрепера, равный 0,8...0,9;
q - емкость ковша скрепера, м3;
Кн - коэффициент наполнения ковша, составляющий при разработке супесей и легких суглинков 0,80...0,95, тяжелых суглинков и глин 0,65...0,75, сухого рыхлого песка 0,5...0,7 (при работе скрепера с толкачом величина Кн увеличивается на 30...50 %);
Кр - коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера, составляющий для песков и супесей 1,0...1,2, для легких суглинков - 1,2...1,4, для тяжелых суглинков и глин - 1,2...1,3;
tрез - время, затрачиваемое на набор (резание) грунта, с;
tг - время груженого хода, с;
tн - время на поворот, с;
tр - время на разгрузку ковша, с;
tx - время холостого хода, с;
п - количество переключений передач тягача за один цикл работы скрепера;
tneр - время, затрачиваемое на одно переключение передач, с.
Значения tрез, tг, tр, tx, входящие в формулу, определяют в зависимости от местных условий делением составляющих расстояний на скорости движения.
Длину пути набора грунта tрез и разгрузки tр можно вычислить по формулам:
(3.8.4)
(3.8.5)
где h - толщина стружки, м;
а - ширина захвата ковша, м;
h1 - толщина слоя грунта при разгрузке, м.
В обычных условиях средняя скорость движения полуприцепных и самоходных скреперов составляет: при наборе грунта - 1,5...3 км/ч, при разгрузке - 5...8 км/ч, при груженом ходе - 20...30 км/ч, при холостом ходе - 40 км/ч. На один поворот затрачивается 5...10 с, на одно переключение передач - около 3 с.
Данные о производительности скреперов в зависимости от емкости ковша и дальности перемещения грунта приведены в табл. 3.8.8.
Таблица 3.8.8
Производительность скреперов
Дальность перемещения, м |
Емкость ковша скрепера, м3 |
||
до 6...8 |
10 |
15 |
|
|
Производительность, м3/смену |
||
100 |
470 |
800 |
980 |
200...250 |
315 |
500 |
650 |
500 |
160 |
360 |
455 |
1000 |
88 |
215 |
270 |
1500 |
60 |
145 |
190 |
3000 |
- |
80 |
104 |