Глава 8. Производства земляных работ землеройно-транспортными машинами

8.1. Виды землеройно-транспортных машин

К землеройно-транспортным машинам относятся машины, у которых рабочий орган осуществляет набор грунта одновременно с движением машины, т.е. машина одновременно разрабатывает и перемещает грунт и при заполнении рабочего органа может его транспортировать. К таким машинам относятся: скреперы, бульдозеры, грейдеры. Их преимущества относительно землеройных машин заключаются:

• в более высокой производительности на 1 т. веса (Пудельн. = 4,6 м³/час на 1 т. веса, а у ЭШ 4/40 Пуд. = 2,3 м³/час на 1 т. веса);

• в отсутствии необходимости устройства специальных дорог;

• в транспортировке грунта без дополнительных транспортных машин.

В тоже время им свойственны и существенные недостатки:

• невозможность работы в глубоких и небольших в плане котлованах сложной формы;

• относительная небольшая экономически оправданная дальность перемещения;

• сложность работы машин с увлажненными и мокрыми грунтами.

Общий вид отдельных типов землеройно-транспортных машин дан на рис 8.1.

Рис.8.1. Землеройно-транспортные машины

а, б – бульдозер с неповоротным и поворотным отвалом, в – бульдозер на пневмоходу, г – самоходный скрепер, д - автогрейдер

8.2. Технология производства земляных работ скреперами

Типы скреперов

Скрепер – это самоходная или прицепная землеройно-транспортная машина с рабочим органом в виде ковша на пневмоколесах, снабженного в нижней части ножом для срезания слоя грунта (рис.8.1.д). При наличии собственного привода скрепер называют самоходным. Прицепные скрепера буксируются гусеничными или колесными тракторами.

По способу загрузки различают скреперы с заполнением ковша за счет подпора грунта при резании и с заполнением ковша с помощью загрузочного устройства.

У скреперов первого типа срезание стружки грунта и заполнение ковша осуществляется за счет силы тяжести ведущих колес скрепера и гусениц тягача. Такие скреперы выпускаются как прицепные, так и самоходные

У скреперов второго типа заполнение ковша осуществляется элеватором, что обеспечивает загрузку ковша без толкача. Такие скреперы выпускаются в основном самоходными. Преимущество этих скреперов – заполнение ковша с «шапкой». Недостаток – трудность использования на влажных глинистых грунтах.

За рубежом имеются скреперы со шнековым элеватором, который обеспечивает более быстрое и полное заполнение ковша и повышает производительность.

По принципу управления рабочим органом различают скреперы с канатно-блочным и с гидравлическим управлением. У скреперов с гидравлическим управлением подъем/ опускание ковша и заглубление режущей кромки в грунт осуществляется принудительно с помощью гидроцилиндров. Это позволяет регулировать толщину срезаемой стружки, сокращать время набора грунта и разрабатывать более плотные грунты.

Наиболее современные скреперы – автоматизированные типа ДЗ-172,5, снабженные лазерным устройством, обеспечивающим стабильность заданных параметров стружки.

Рис.8.1.е. Вид современного скрепера.

Наибольшее распространение в строительстве получили самоходные скреперы с гидравлическим управлением. Они более маневренны, более скоростные, имеют большую производительность в 1,5 - 2,0 раза по сравнению с прицепными скреперами той же вместимости.

Различают скреперы малой (до 3м³), средней (3-10м³) и большой (более 10м³) емкости.

Промышленностью серийно выпускаются прицепные скреперы с ковшами 3,0 – 15 м³, работающие с тягачами мощностью 75 – 330 л.с. и самоходные скреперы с ковшами 8 -25 м³.

В целом отечественная и зарубежная промышленность выпускает скреперы с большим диапазоном характеристик. Диапазон некоторых характеристик выпускаемых промышленностью скреперов дан в таблице 8.1.

Таблица 8.1. Диапазон характеристик скреперов

Тип	Мощность двигателя		Вместимость ковша		Ширина резания	Толщина отс. слоя
			Геометрич.	С шапкой
	кВт		м³	м³	м	м
Отечественные
Прицепные	59-243		3,5-10	4,0-12,5	1,9-3,0	0,2-0,5
Полуприцепные и самоходные	121-265		3,5 - 12	4,5-16	2,4-3,4	0,15-0,5
Зарубежные
	190-450		6 - 26	8,4-33,6	2,9-3,85	0,37-0,6

Пример современного скрепера ДЗ-13Б приведен на рис. 8.1.ж.

Рис. 8.2.ж. Скрепер ДЗ-13Б

1 – одноосный тягач БелАЗ-7442, 2 – электрооборудование, 3 – седельносцепное устройство, 4 – рычажный механизм заслонки, 5 – заслонка, 6 – тяговая рама, 7 – ковш, 8 – задняя стенка, 9 – пневмосистема тормозов, 10 - колесо

Скрепер предназначен для послойной разработки грунтов, не содержащих каменистых включений крупностью более 350 мм. Набор грунта производится с помощью трактора-толкача класса 25-35 с соответствующим толкающим устройством. Управление рабочим органом - гидравлическое. Вместимость ковша 23 м³, грузоподъемность – 30 т.

Многие скреперы оборудованы системой «Копир-Стабилоплан-10л», которая обеспечивает автоматическое управление гидроцилиндрами подъема-опускания ковша для выдерживания заданного положения режущей кромки, подсыпки и выемки планируемой поверхности.

Выборочная номенклатура отечественных скреперов дана в таблице 8.2.

Таблица 8.2. Выборочная номенклатура отечественных скреперов

Марка	Мощность двигателя, кВт	Вместимость ковша, геом/с шапкой, м³	Ширина резания	Толщина отсыпки	Наив. скорость движения, км/ч
1	2	3	4	5	6
Прицепные
ДЗ-30	59	3/3,5	1,9	0,3	10,8
ДЗ-20	80	7/9	2,62	0,3	10,1
ДЗ-111А	96	4,3/5,5	2,43	0,4	9,3
ДЗ-77А	118	8,8/10	2,75	0,4	10,5
ДЗ-172.5.03	125	8,8/11	2,75	0,4	10,5
ДЗ-79	243	15/18	3,02	0,5	10,4
Полуприцепные и самоходные
ДЗ-87-1	121	4,5/6	2,43	0,41	30
ДЗ-11П	159	8/10	2,78	0,475	40
ДЗ-13Б	265	16/23	3,43	0,15-0,51	50

Технология работ

Скреперы предназначаются для послойного срезания, перемещения, послойной отсыпки, разравнивания и частичного уплотнения грунтов. В гидротехническом строительстве они в основном применяются при строительстве каналов, разработке крупных котлованов, карьеров и отсыпке плотин.

Во время движения скрепера ковш опускается, врезается ножом в грунт и заполняется. После наполнения ковш приподнимается и транспортируется к месту выгрузки. Разгружается ковш опрокидыванием вперед или назад (свободная выгрузка), или посредством специальных приспособлений (принудительная выгрузка). Высыпающийся грунт разравнивается ножом.

Набор грунта скрепером можно вести только на прямом участке. Минимальная длина прямого участка (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Схема рабочего забоя скрепера

а) вертикальный, б) план

Lск – длина скрепера, Lн – длина пути набора грунта, Lтр – длина трактора (тягача)

Lпр.min = lн. + lск. + lт.

где lн. – длина участка наполнения ковша, lск. – длина скрепера, lт. – длина тягача.

Длина участка наполнения ковша определяется из условия полного наполнения ковша на прямолинейном участке:

(8.1)

где: qк – геометрическая емкость ковша, ; hс – толщина стружки резания (0,08-0,25 в зависимости от типа грунта); вк – ширина ковша (2-3 м), в зависимости от емкости ковша qк; кс – коэффициент неравномерности толщины стружки ( 0,7); кн – коэффициент наполнения ковша; кр – коэффициент разрыхления грунта, зависящий от типа грунта.

Все эти показатели зависят от емкости ковша и типа грунта: hр.мах0,15-0,35; lн15-20м.

Длина участка выгрузки (разгрузки)

(8.2)

hотс. – толщина слоя отсыпки  0,35 – 0,5 м.

Резание грунта может производиться по нескольким схемам: с постоянной толщиной стружки; с переменной (клиновидной) толщиной; «гребенчатая», «клевками».

Предельные уклоны движения могут быть найдены исходя из равенства тягового сопротивления и силы тяги на крюке. Примерно они равны 0,12-0,15 – для подъема в груженом состоянии; 0,1-0,3 –при загрузке ковша.

Общая схема движения скрепера по циклу – разработка-выгрузка зависит от размеров выемки и насыпи и дальности транспортировки. В основном, применяется 2 схемы – продольная и поперечная. При этом могут быть следующие разновидности движения скреперов (рис.8.3): а) кольцевая; б) по восьмерке; в) по змейке; г) продольно-челночная; д) поперечно-челночная; е) спиральная.

Рис. 8.3. Схемы движения скреперов

а) кольцевая, б) по восьмерке, в) по змейке, г) продольно-челночная, д) поперечно-челночная, е) спиральная.

Выбор типа и мощности скрепера зависит от объемов работ, габаритов выемки и условий работ (уклоны местности, возможность маневрирования) и дальности транспортирования. Целесообразная дальность транспортирования зависит от типа скрепера: 400-800 м – для прицепных скреперов, до 3000 м – для самоходных скреперов, больше 3000 м – быстроходные самоходные скрепера.

Производительность скрепера

Воспользуемся общими формулами гл.5.

П^э_ч = q_ц  n_ц  К_в = q¹_ц  К_з  n_ц  К_в,

где: ; - геометрическая емкость ковша; (8.3)

– коэффициент загрузки и потерь; Кн, Кр =  (типа грунта);

; .

tц = tкоп. + tтр. + tразгр. + tвозв. + tдоп., (8.4)

где: ; ; ; ; tдоп.  60 с

где tц – время одного цикла, tкоп, tтр, tразгр, tвозвр, tдоп – время элементов цикла, соответственно копания, транспорта, разгрузки, возврата, дополнительные на повороты и переключение передач и т. д.

В итоге

; (8.5)

или ; (8.6)

Трч.год – расчетное число часов работы машины в год.

При нормальном режиме работы по данным расчетов и опытным данным Трч.год= 2900 – 1700; Кик = 0,34 – 0,2.

В целом П =  (qк, lн., lразгр., Lтр., Кн. Кр, hн, типа грунта) (8.7)

Влияние различных факторов на производительность скреперов дано на рис.8.4.

а)

Рис. 8.4. Влияние различных факторов на производительность скреперов

а) Влияние емкости ковша и дальности возки, б) Влияние влажности на Кн для различных грунтов (q = 6 м³), в) Влияние «толкача» на Кн, г) Влияние толщины окружности на Кн (qн = 6 м³)

1 – песок; 2 – суглинок; 3 – с толкачом; 4 – без толкача; 5 – грунты I группы (пески; 6 – грунты II группы (суглинки, глины)

Пути повышения производительности: набор грунта с толкачом (увеличивается Кн.); набор грунта под уклон (уменьшается tц.); набор «уступами» (уменьшается lн, а следовательно tц.).