Землерийні роботи

У лісовому господарстві землерийні роботи виконують під час нарізування осушувальних та зрошувальних каналів, будівництва ґрунтових доріг, водойм, ставів тощо.

Для правильної організації землерийних робіт треба дотримуватись таких правил:

1. за даними проекту визначити обсяги всіх видів робіт і скласти календарний план їх виконання;

2. визначити особливості та обсяги механізованих робіт, ура­ховуючи можливість їх комплексної механізації;

3. визначити потребу у транспортних засобах;

4. визначити кількість необхідних матеріалів та інструментів та строки їх доставки до місця роботи;

5. визначити склад бригад та ланок для вчасного виконання робіт;

6. закріпити бригади та ланки за об'єктами й ознайомити бри­гадирів та ланкових з календарним планом робіт.

Для кожного виду робіт створюється спеціалізована бригада, оснащена відповідними машинами та знаряддями. Найбільш трудомісткою з усіх видів землерийних робіт є розробка ґрунту.

Розробка ґрунту. Розрізняють два основних види земляних робіт: розробку виїмок та зведення насипів. Для механізації розробки неглибоких, але довгих виїмок (канав) застосовують канавокопачі. При прокладанні осушувальних канав роботу канавокопачами виконують у такому порядку:

1. трасу розчищають від заростей, каміння, пнів;

2. в залежності від рельєфу та напряму схилу канави розроб­ляють маршрут руху агрегату (з мінімальною кількістю хо­лостих ходів канавокопача);

3. до місця роботи доставляють обладнання і починають прокладати канави.

При розчищенні траси для майбутньої канави завширшки не менше як 5 м слід намагатися мінімально розпушувати ґрунт, щоб запобігти буксуванню гусениць трактора при переміщенні агрегату. Тому траси розчищають за рік до початку землерий­них робіт.

У молодняках заввишки до б м і при діаметрі стовбура біля кореневої шийки до 10 см канави можна прокладати без попе­реднього розрубування трас, пробиваючи для напряму візири.

Залежно від глибини канави і ґрунтових умов рекомен­дується застосовувати такі машини:

а) при глибині канав до 0,5-0,7 м в різних ґрунтових умо­вах — плугові начіпні канавокопачі ПКЛН-500 та ЛКН-600, агрегатовані з тракторами класу 6,0 болотної модифікації;

б) для копання канав глибиною до 0,8-1,0 м на мінеральних та слаботорфованих ґрунтах — плуговий причіпний канавоко­пач МК-7, агрегатований з двома тракторами класу 6,0 болот­ної модифікації;

в) під час прокладанні канав глибиною 1,0-1,2 м на площах зі слаботорфованими піщаними та супіщаними ґрунтами, а та­кож на підсушених торф'яниках без пнів з незначним очісом — начіпний фрезерний канавокопач КФН-1200А, агрегатований з трактором класу 6,0 болотної модифікації;

г) при глибині канав 1,2 м і більше на площах з глибоким торфом (понад 2 м) при ступені розкладання його не більше 40-50 % та різною пнистістю торф'яного покладу — причіпні фрезерні машини МК-1,2 та МК-1.8П, агрегатовані з тракто­рами класу 6,0 болотної модифікації.

Торф, витягнутий при прокладанні канав фрезерними маши­нами, розсипають у вигляді дрібняку біля канави рівномірним шаром завтовшки 5-10 см на смузі завширшки 10 м, яка і є площею, підготовленою під лісові культури або придатною для природного лісовідновлення.

Тяговий опір найбільш поширених канавокопачів плугового типу визначають за формулою:

+ (15.38)

де Я* — тяговий опір канавокопача, Н; / — коефіцієнт опору переміщенню канавокопача; М_к — маса канавокопача, що при­падає на опорні колеса, кг; g — прискорення вільного падіння, м/с²; К_к — питомий опір ґрунту (10000-12000 Н/м²); В та Ь — поперечні розміри канави відповідно у верхній та нижній частинах, м; Н_к — глибина канави, м.

При роботі канавокопачів з бермоочисниками потрібно вра­ховувати зусилля на очищення берм від витягнутого робочим

органом ґрунту. Це зусилля за аналогією з роботою бульдозе­ра або грейдера можна визначити за формулою (15.59).

Продуктивність канавокопача відкритої канави за зміну без урахування переїздів від одного місця роботи до іншого визначають за формулою:

_(ГК_т-2п^)-У п

(15.39)

де ХУ_К — продуктивність канавокопача за зміну, км; Т — три­валість зміни, год; К_т — коефіцієнт використання часу протя­гом зміни (0,85-0,90); п — кількість проходів канавокопача для одержання потрібного профілю канави (залежить від гли­бини канави та особливостей ґрунту); £„ — час на один пово­рот у кінці канави (0,17-0,25); V — робоча швидкість канаво­копача, км/год.

Продуктивні сть канавокопача у кубометрах ґрунту підрахо­вують за формулою:

(15.40)

№. =1000 1?^ ,

де \№₀ — продуктивність канавокопача за зміну, м³; ґ — пло­ща перерізу канави, м².

Великі виїмки розробляють поздовжнім і поперечним спосо­бами, застосовуючи землерийні машини — екскаватори та скрепери.

Поздовжній спосіб передбачає розробку виїмок послідов­ним утворенням поздовжніх траншей невеликої ширини (рис. 15.20, а) або шарами незначної товщини на всю ширину виїмки (рис. 15.20, 6). При утворенні траншеї екскаватором зручніше вивозити ґрунт, а при розробці ґрунту шарами забез­печується фронт роботи скреперам.

Поперечний спосіб - це розробка виїмок, коли роботи на всю ширину виїмки з одного або двох боків ведуться одночас­но. Його застосовують при спорудженні невеликих за довжи­ною виїмок, які розроблюють екскаваторами.

Залежно від ширини та висоти насипу або глибини виїмки земляні роботи виконують, використовуючи один або два екс­каватори з різним робочим обладнанням.

Опір, який зазнає ківш екскаватора, за даними професора М.Г. Домбровського, можна визначити за формулою:

Я,=К, а-Ь ,

(15.41)

« І

Рис. 15.20. Основні способи розробки виїмок та створення насипів: а — розробка виїмок невеликої ширини (траншей); 6 — зрізування грунту шарами невеликої товщини на всю ширину виїмки скреперами; в — створення земляних споруд повного профілю шляхом пошарового зрізування ґрунту; г — створення насипу похилими шарами; 1-10 — порядок проходів робочих органів

де И_е — опір екскаватору, Н; а — товщина шару ґрунту, який зрізується, м; Ь — ширина ковша екскаватора, м; К₁ — питомий опір ґрунту під час нарізування, Н/м². Значення питомого опору ґрунту під час нарізування наведені нижче:

Ґрунт

Піщаний та легкий супісок Ущільнений рослинний та супісок Важкий суглинок, торф з корінням, зцементований пісок, галька Важкі та сланцеві глини М'які пісковики, вапняки та сланці

*1

40 000-50 000 70 000-100 000 120 000-160 000 190 000-300 000 375 000-470 000

Товщина шару, що зрізується за один прийом, становить 0,1-0,2 м залежно від висоти забою, яка повинна забезпечити заповнення ковша. Висоту забою визначають за формулою:

Н,=Р-іГч,

(15.42)

де Нз — висота забою, м; д — місткість ковша екскаватора, м³; /З — коефіцієнт нормальної висоти забою, який залежить від особливостей ґрунту (для піску, супіску та легкого суглинку /3=2; для глини звичайної та важкого суглинку /3=3,2; для важкої глини 0=5,6).

Екскаваторами виконують такі роботи:

1. відвалюють ґрунт без перевезення і використання транс­портних засобів;

2. навантажують ґрунт у транспортні засоби.

При поперечному переміщенні ґрунту з резерву у насип або з виїмки у відвал екскаватор працює без транспортних засобів. При створенні високих насипів або розробці глибоких широ­ких виїмок ґрунт підвозять або відвозять автомашинами.

Кількість необхідного транспорту визначають за формулою:

2Ь — ^{+ І}і

» =—+1,(15.43)

де п ~~ кількість транспортних одиниць; Ь — середня довжи­на шшху, км; V — середня швидкість руху в обох напрямах з урахуванням маневрування, км/хв; — час розвантаження, хв; і₂ — час навантаження екскаватором, хв.

Продуктивність екскаватора залежить від ступеня розпушу­вання ґрунту, від опору його різанню (чим твердіший ґрунт, тим менша продуктивність) і від міри заповнення ковша.

Продуктивність екскаватора розраховують за формулою:

1Г,=60-Т-п-д-К_гК_гК_гК_т, (15,44)

де У/_е — продуктивність за зміну, м³; Т — тривалість робочо­го дня, год; п — кількість захватів ґрунту ковшем за 1 хв;

ц — місткість ковша, м³; К_} — коефіцієнт розпушування ґрун­ту ковшем; К₂ — коефіцієнт опору ґрунту під час нарізування; Ку — коефіцієнт наповнення ковша; К-р — коефіцієнт вико­ристання робочого часу.

Значення коефіцієнтів для ґрунтів І та II категорії такі: Кі = 0,80-0,87; ^=0,6-0,8; Ку=1,2-1,3. Значення коефіцієнта К_т в середньому можна брати як 0,85.

Екскаватор обслуговують дві бригади. У першій бригаді пра­цюють тракторист-машиніст та слюсар-мастильник, у другій — два робітники, які видаляють перешкоди на шляху екскавато­ра, вирівнюють площу перед роботою, підвозять пальне та мас­тильні матеріали, усувають поломки під час роботи.

При виконанні земляних робіт скреперами виконують такі операції: завантажують ківш скрепера ґрунтом, переміщують і розвантажують його, а іноді і розрівнюють ґрунт. Усі ці опе­рації виконуються скрепером під час руху.

Ківш скрепера завантажується ґрунтом при опущеному но­жі, який занурюється в нього на глибину 100-200 мм під час руху. Найбільший опір скрепер зазнає при переміщенні ковша в останній момент заповнення його ґрунтом. Цей опір є сума таких окремих опорів: опір ґрунту під час різання Я_1г опір пе­реміщенню завантаженого скрепера Я₂, опір маси завантажено­го скрепера Я) та опір при переміщенні маси ґрунту всередині скрепера Я₄.

Я_с = Я₁ + Я₂ +Л, +Я₄. (15.45)

Опір ґрунту під час різання становить:

Я,=К_гЬ-а, (15.46)

де Ь — ширина захвату скрепера, м; а — глибина різання, м;

К₂ — питомий опір ґрунту під час різання ножем скрепера (се­

реднє значення його для супіщаних ґрунтів — до 60000 Н/м², для глинистих — до 120000 Н/м²).

Опір Я2 визначають за формулою:

(15.47)

де Д — коефіцієнт опору кочення коліс; М_с — маса скрепера, кг; М_г — маса ґрунту у ковші скрепера, кг; g — прискорення вільного падіння, м/с².

Опір Я₃ розраховують за формулою:

Я₃ = (М_е+М_г)-£-і, (15.48)

де і — схил місцевості, де беруть ґрунт.

Опір Я₄ визначають на основі дослідних даних за форму­лою:

І1₄=Є-М_г-% (15.49)

де Є — дослідний коефіцієнт опору під час заповнення ковша ґрунтом (залежить від об'єму ґрунту у ковші та його власти­востей).

Для легких ґрунтів він становить:

де ^ — місткість ковша, м³; для важких ґрунтів

Отже,

Я_с = *_га-*+[(М_с + Л^К/₄ + 0 + £Л^]-£ (15.50)

Практично на причепі трактора треба мати певний запас тя­гового зусилля, тобто

Р_т-Я_с-а

(15.51)

де а — коефіцієнт запасу (1,1-1,2).

Щоб полегшити роботу скрепера щільні і важкі ґрунти по­передньо розпушують. Продуктивність при розпушуванні ви­значають за формулою (15.37).

Скрепер під час роботи рухається по замкнутому контуру. При цьому частину шляху скрепер проходить у місці набиран­ня ґрунту, решту — там, де розвантажується.

Продуктивність скрепера за зміну визначають за формулою:

60ТдК₃К_гК_т І І

(15.52)

\У_с =

де \№_с — продуктивність скрепера за зміну, м³; д місткість ковша, м³; К₃ — коефіцієнт заповнення ковша ґрунтом (0,9-1,2); К_{ — коефіцієнт, який враховує попереднє розпу­шування: для ґрунту І категорії — 0,9; II — 0,83; III — 0,8 та

4. — 0,78; К_т — коефіцієнт використання робочого часу (0,85-0,95); ^ — час, необхідний для заповнення ковша ґрун­том, хв; і2 — час, необхідний для розвантаження скрепера, хв;

У₁ — швидкість переміщення навантаженого скрепера, м/хв (І передача трактора); У₂ — швидкість переміщення порожньо­го скрепера, м/хв (III передача); Ь — відстань переміщення ґрунту, м.

Перевезення ґрунту. При зведенні великих насипів, а також при облицюванні каналів на ділянках, які розміщуються на піщаних ґрунтах, перевозити ґрунт іноді треба на значні від­стані. Звичайно його перевозять на автомашинах-самоскидах, а якщо відстань не перевищує 1000 м, доцільно використовувати скрепери. Кількість машин для перевезення ґрунту залежить від відстані, швидкості руху автомашини, часу навантаження і розвантаження і визначається за формулою (15.43).

Розрівнювання ґрунту та планування ділянок. Ґрунт, відси­паний у насип, розрівнюють шарами для створення однорідної будови насипу. Великі маси ґрунту, вивантажені з автомашин, доцільніше розрівнювати бульдозером. Загальний опір бульдо­зера Я^ під час роботи складається з таких опорів: опору при нарізуванні ножем та деформації ґрунту відвалом Я.]', опору при переміщенні ґрунту попереду відвалу та терті об нерухому поверхню ґрунту Я₂; опору при переміщенні ґрунту вгору по відвалу Яр опору при переміщенні ґрунту вздовж відвалу Я₄ та опору Я₃ під час руху бульдозера вгору на підйомах:

К₆ =/г_і + Я₂ + Я₃ + Я₄ + Я₅, (15.53)

Я, = К_р ‘а Ь яа\а>і (15.54)

де К_р — питомий опір ґрунту під час різання ножем відвалу буль­дозера, який за дослідними даними становить 50000-80000 Н/м² для ґрунтів середньої щільності; а — товщина шару ґрунту, який зрізується, м; Ь — ширина захвату ножа, м; ео — кут захвату ножа, град (рис. 15.21).

Я₂ визначають за формулою:

■ ^(,5-⁵⁵⁾

о

де Н — висота відвала бульдозера, м; у - об’ємна маса ґрун­ту (15000-19000 Н/м³); <5 — кут природного схилу ґрунту, який береться для розрахунків 30-40“; // — коефіцієнт тертя ґрун­ту об фунт (0,7-1,2); і_п — підвищення.або зниження місцевості.

Я₃ розраховують за формулою:

Я> = ^Н2‘Ь'/ /₂ сої²а-$іп(о , (15.56)

ЪgS

де — коефіцієнт тертя ґрунту об відвал; а — кут різання.

Рис. 15.21. Положення ножа відвала бульдозера під час роботи

Опір при переміщенні ґрунту вздовж відвалу визначають за формулою:

„ Н² Ь у _х ,

⁼ 2^5~¹'со&а). ₍₁₅₅₇₎

Опір під час руху бульдозера вгору на підйомах розра­

ховують за формулою:

Я_а-(Л#_г + М_Л)._в..(/±і_л), (15.58)

де М_Т — маса трактора, кг; М_Б - маса бульдозера, кг; g — прискорення вільного падіння, м/с²; ( — коефіцієнт опору при переміщенні трактора з бульдозером.

Отже, загальний опір

К_Б - К_Р'а Ь'%\п(0+——+ /₂ сов²а±і_П)'віл0)+ 2tgo

(15.59)

+ /г/₂ ’Собо)]+(М_т + М_б)^-(/±і_п).

При встановленні відвала бульдозера перпендикулярно до напряму руху загальний опір визначають за формулою:

К'_є = К_Р-а-Ь+ЦЇ-^£(/і+А-со₅²а±і_п)+(М_т+М_е)_В-(/±і_п). (15.60)

2'Цд

Під час роботи бульдозера сила тяги трактора повинна бу­ти рівною або більшою за загальний опір:

Р_ТЖ_Б. (15.61)

Продуктивність бульдозера визначається особливостями ро­боти. При зрізуванні грунту та переміщенні його попереду буль­дозера продуктивність за зміну визначають за формулою:

_жыт_ч-к _{(15 62)}

4-+*,+І-+^+2/_г

Я_{ ь₂ Vз

де И'я — продуктивність бульдозера за зміну, м^3/зм; Т — тривалість зміни, шд; ц — об’єм ґрунту, який переміщується попереду відвалу за один раз, м³; /, — відстань, на якій наби­рають ґрунт, м; я/ — швидкість набирання ґрунту, м/хв; — час, який витрачається на піднімання й опускання відвалу з ножем (0,17 хв); 1₂ — відстань перевезення ґрунту, м; и₂ — швидкість руху бульдозера з ґрунтом, м/хв; І у — довжина хо­ду бульдозера без ґрунту, м; — швидкість руху бульдозера без ґрунту, м/хв; ї₂ — час на поворот бульдозера (0,5 хв). При переміщенні ґрунту на відстань менше 50 м і₂=0,\ хв; К_т — коефіцієнт використання часу.

Якщо ґрунт розробляють скреперами, то розрівнювання йо­го і планування ділянок треба виконувати бульдозерами або грейдерами за умови зрізування та переміщення шару ґрунту незначної товщини.

Найчастіше грейдери використовують для профілювання до­ріг. Для цього відвал з ножем встановлюють похило до повер­хні так, щоб тільки частина його була заглиблена у ґрунт та зрізувала його перерізом у вигляді трикутника. Один бік тако­го трикутника, визначаючи за поверхнею, дорівнює / (приб­лизно половина довжини відвала), другий — найбільшому заг­либленню крайньої точки відвала к (близько половини висоти відвала з ножем).

При цьому тяговий опір причіпного грейдера можна визна­чити за формулами, близькими до формул для розрахунку тя­гового опору бульдозера (15.53)—(15.59), в яких перший дода­нок слід замінити на

а останній на

я₅-м_г^(Г±і_л),

(15.64)

де Мр — маса грейдера, кг; решта позначень такі самі, як і у формулах (15.53)-(15.59).

Продуктивність грейдера за зміну розраховують за форму­лою:

(15.65)

^Г1г, 7г, ?*,

де \У_Г — продуктивність грейдера за зміну, км/зм; К_т — ко­ефіцієнт використання часу; Т — тривалість зміни, год; п — кількість поворотів на одній стороні ділянки; і₁ — час на один поворот в кінці ділянки (0,17-0,25 год); ^ ^{— час} Для встанов­лення та знімання укісника (0,30-0,35 год); Ц — час для вста­новлення та знімання подовжувача (0,25 год); я/, п₂, щ — кількість проходів на І, II та III передачах трактора; V/, У₂, V] — швидкості на І, II та III передачах трактора км/год.

Ущільнення ґрунту. Щоб запобігти осіданню споруд, розпу­шений при розчищеннях та розробці землерийними машинами або відсипаний у насип ґрунт після розрівнювання ущільню­ють. Ущільнюють ґрунт відразу після розробки або укладання його у насип легкими причіпними або моторними котками, яки­ми роблять кілька проходів по одному місцю. Найбільш ефек­тивно коток ущільнює ґрунт на глибину 15-20 см. Товщина ущільненого шару не повинна перевищувати ЗО см. Якщо ґрунт ущільнений, то коток легко рухається і на грунті немає слідів від причіпного котка або заднього вальця моторного котка. Ґрунт добре ущільнюється після 8-20 проходів по одному міс­цю з різними швидкостями напочатку та наприкінці ущільнення.

Робоча швидкість котка становить 1,4-3,0 км/год. Роботу слід починати на меншій швидкості.

Тяговий опір причіпного котка визначають за формулою:

п _к М_{к Я}

^К 7Г~

де Я_к — тяговий опір котка, Н; К — коефіцієнт тертя кочен­ня; М_к — маса котка, кг; g — прискорення вільного падіння, м/с²; Я — радіус котка, м.

При цьому потрібно, щоб тягове зусилля трактора було біль­шим за тяговий опір котка.

Для моторного котка найбільший (Я_к) буде на початку руху. М_к складається з (і?/) — опору котка при коткуванні; (Я₂) — з опору котка на підвищеннях; (Яу) опору на подолання сил інерції на початку руху.

Загальний опір котка:

Д_е = Л_І+Л_г + /г₎. (15.67)

Опір котка при коткуванні Я/ визначають за формулою:

₈ / , (15.68)

де М_к — маса котка, кг; й — прискорення вільного тяжіння, м/с²; { — коефіцієнт перекочування.

Опір котка на підвищеннях Я₂ розраховують за формулою:

Я₂=М_к8і, (15.69)

де і — граничний підйом для роботи котка (до 0,1).

Опір на подолання сил інерції на початку руху визначають за формулою:

, (15.70)

*

де V — швидкість руху котка, м/с; £ — час для набирання швидкості (звичайно 3-4 с).

Внаслідок відносно незначного кутового прискорення валь­ців у період пуску опір від інерційних сил мас, які обертають­ся, можна не враховувати. Формула (15.67) має такий розгор­нутий вигляд:

*.=^.[г/+У я+у]’ (15.71)

Для нормальної роботи моторних котків слід дотримуватися такої умови:

Я. <-Р„. (15.72)

де Р_ру_Ш — рушійне зусилля, яке розвивається на ободі веду­чих вальців; <2_ЗЧ — зчіпна вага моторного котка, тобто вага, яка припадає на ведучі вальці; — коефіцієнт зчеплення валь­ців з ґрунтом.

Продуктивність котка залежить від робочої швидкості і ви­значається за формулою:

^т-т-ь-уа-ю ■

п

де — продуктивність котка за зміну, м²/зм; В — ширина ущільненої площі, м; Ь — довжина ущільненої площі, м; Т — тривалість зміни, год; Ь — ширина смуги, яку ущільнюють за один прохід, м; V — середня робоча швидкість котка, км/год; К — коефіцієнт перекриття, який відповідає ширині смуги, що пе­рекривається котком при наступному суміжному проході; п — кількість проходів котка по одній смузі до повного ущільнення ґрунту; К_т — коефіцієнт використання робочого часу (0,85-0,90).

Зрідка ґрунт ущільнюють спеціальними трамбовками.

Комплексна механізація землерийних робіт передбачає ви­користання комплексу різних машин, які забезпечили б меха­нізацію всіх важких та трудомістких землерийних процесів.

Машини та знаряддя при комплексній механізації розподі­ляють за фронтом робіт відповідно до завчасно розробленого плану. Окремі технологічні операції повинні бути повністю взаємопов'язаними. Кожна машина має створювати умови для роботи іншої з обов'язковим дотриманням відповідності їх про­дуктивності.

Тип та кількість машин залежать від повного завантаження основних працюючих агрегатів та правильного й ефективного використання автотранспорту.

При обсязі робіт на одній ділянці від 1000 до 15000 м³ та відстані перевезення ґрунту не більше 500 м доцільно замість екскаваторів застосовувати скрепери. Якщо обсяг робіт переви­щує 15000 м³, при перевезенні ґрунту на відстань близько 7 км ефективніше використовувати екскаватор, обладнаний прямою лопатою з місткістю ковша 0,5 м³, один бульдозер та сім авто­самоскидів.

Така організація роботи забезпечує продуктивність не мен­ше як 480 м³/зм.

Для розробки виїмок та зведення менших за об'ємом на­сипів можна рекомендувати комплекс машин, який складаєть­ся зі скреперів та бульдозерів. У кожний комплекс машин до­датково включають транспортні засоби для перевезення пали­ва та мастильних матеріалів.