5.4.3. Производство работ скреперами

Скреперами ведут разработку, транспортировку и послойную от-сыпку грунта на месте укладки (рис. 5.9). При достаточной влажности грунтов и равномерном движении скреперов по всей насыпаемой пло-щади можно получить и достаточно хорошее уплотнение грунта в на-сыпях.

В мелиоративном и гидротехническом строительстве скреперы применяют: для разработки грунта в выемках (каналы, котлованы, карьеры, резервы и т. д.); для устройства насыпных грунтовых сооружений (плотины, дамбы обвалований); для вскрышных работ и работ, связанных с подготовкой оснований сооружений (снятие растительного грунта, вскрыша карьеров строительных материалов, удаление непригодных грунтов с площадей оснований плотин); для планировочных работ на строительных площадках.

Рис. 5.9. Рабочий процесс скрепера:

а – положение ковша во время набора грунта; б – транспортировка грунта;

в – выгрузка грунта; г – схема к определению минимальной длины

прямого участка пути, необходимого для набора грунта

Наибольшее применение скреперы находят на строительстве грун-товых плотин и других сооружений из насыпного грунта (участки ка-налов в насыпи, защитные дамбы и т. д.), где ими выполняют почти весь комплекс строительных операций.

Существуют скреперы с ковшами вместимостью от 3 до 15 м³ и более мощные машины с ковшами вместимостью 25–40 м³ и более.

Набор грунта скреперами можно вести только на прямолинейных участках длиной, достаточной для размещения длины пути набора и скреперного агрегата (рис.

L_min = l_н + l_ск + l_т,

где l_н – длина пути набора грунта;

l_ск – длина скрепера и тягача.

Длину путей набора и выгрузки можно вычислить по формулам, получаемым из условия равенства объемов срезанного грунта и грунта, находящегося в ковше (рис. 5.9, а).

Длина пути набора грунта

длина пути выгрузки грунта

где q – геометрическая вместимость ковша;

К_н – коэффициент наполнения ковша грунтом;

К_п – коэффициент потерь грунта при наборе (≈ 1,2);

K_h – коэффициент неравномерности толщины стружки (≈ 0,7);

h – средняя толщина стружки грунта за время набора;

b_н – ширина полосы захвата грунта ножами скрепера (ширина ковша);

К_р – коэффициент разрыхления грунта;

h_сл – средняя толщина слоя отсыпки грунта в насыпь.

Толщина слоя укладки грунта зависит от конструктивных особен-ностей скрепера и требований, предъявляемых технологией последую-щей обработки грунта (разравнивание, увлажнение, уплотнение).

Если грунт отсыпают в качественную насыпь, то толщину слоя ук-ладки назначают, исходя из технических возможностей средств уплот-нения грунта. Толщина слоя укладки регулируется установкой на не-обходимой высоте ножа скрепера, выполняющего в данном случае роль разравнивателя.

Принимая для производства работ скреперы, надо учитывать следующее:

- грунтовые условия – скреперы плохо работают на сухих сыпучих и тяжелых глинистых грунтах; не могут быть использованы в грунтах с крупными каменистыми включениями, при наличии пней, крупных корней;

- влажность грунтов – на влажных и липких грунтах коэффициент наполнения снижается до 0,3–0,5; при наличии грунтовых вод скрепе-ры применять нельзя;

- дальность перемещения грунта – для прицепных скреперов составляет до 400–800 м, для самоходных – до 3000 м;

- уклоны пути по местности и выездов из выемки и на насыпь;

- размеры выемки и насыпи – скрепер должен иметь ширину режу-щей кромки не более ширины разрабатываемой выемки по дну и сво-бодно размещаться по ширине насыпи (с запасом не менее 0,5 м с каж-дой стороны);

- достаточность места для маневрирования скрепера в пределах выемки и на насыпи с учетом практического значения радиуса поворота;

- общий объем работ и объем работ, приходящийся на один скрепер в условиях работы на рассматриваемом объекте.

Для небольших объемов земляных работ и для работ в стесненных условиях выгоднее применить скреперы с малой вместимостью ковша, исходя из условия свободного маневрирования ими.

Для больших сосредоточенных объемов работ на одном объекте выгоднее применять скреперы с большой вместимостью ковша, а при больших дальностях возки – быстроходные самоходные скреперы.

Эффективность перемещения грунта скреперами в большой степе-ни зависит от условий их передвижения, т. е. от состояния путей и до-рог. С ухудшением дорожных условий – увеличением сопротивлений передвижению – снижается эффективность использования самоходных скреперов, поэтому выгоднее применять менее требовательные к доро-гам – прицепные к гусеничным тягачам.

Разработка грунта в выемке возможна двумя способами – продольным и поперечным. Последний применяют при ширине выемки, достаточной для набора грунта.

При строительстве грунтовых сооружений большой протяженности (каналы, дамбы, дороги) рабочие передвижения скреперов возможны по одной из следующих схем: кольцевой, восьмерке, змейке (рис. 5.10). При движении по кольцевой схеме скрепером обычно от-сыпается грунт на том же по длине участке выемки, на котором ведет-ся его разработка.

а б в

Рис. 5.10. Схемы движения скреперов:

а – кольцевая; б – восьмерка; в – змейка

Протяженные выемки и насыпи небольшой ширины целесообразно выполнять при движении скреперов по восьмерке или змейке. При этом уменьшается крутизна поворотов в груженом состоянии, и пово-роты выполняются попеременно в разные стороны, а не все время в одну, как при движении по кольцевой схеме. Последнее обстоятельст-во важно для более равномерной нагрузки и износа ходовых устройств тягача.

При разработке скреперами котлованов или карьеров для насыпных плотин пути перемещения прокладывают из условия наименьшей дальности возки и с наиболее благоприятными уклонами.

Предельные уклоны участков путей для движения скреперов имеют следующие значения: подъемы – 0,12–0,15; спуски – 0,25–0,30; поперечные уклоны путей – 0,08–0,12. Меньшие значения уклонов относятся к самоходным скреперам.

При строительстве протяженных объектов (каналов, дамб, дорог) устраивают въезды и съезды, которые размещают на расстояниях, кратных длине набора.

Основным показателем при выборе схемы движения скреперов служит средняя дальность возки (чем она меньше, тем лучше схема). За среднюю дальность возки грунта принимают длину, равную половине всего пути, проходимого скрепером за один цикл.

Производительность скреперов подсчитывают (П, м³/ч) по формуле, общей для всех машин цикличного действия,

где q – геометрическая вместимость ковша, м³;

n – частота циклов скрепера в единицу времени (в данном случае за час);

К_н – коэффициент наполнения ковша;

К_в – коэффициент использования рабочего времени;

К_р – коэффициент разрыхления грунта.

Частота циклов в час

где t_ц – продолжительность цикла, с.

В свою очередь, t_ц складывается из ряда элементов:

t_ц = t_н + t_г.х + t_в + t_х.х,

где t_н, t_г.х, t_в, t_х.х – соответственно продолжительности набора грунта, груженого хода, выгрузки, порожнего хода.

Продолжительность каждой из составляющих цикла определяют делением соответствующей длины пути на скорость движения:

где 1_н, l_в, l_г.х, l_х.х – соответственно длины участков пути набора, выгрузки, груженого и порожнего хода, м;

v_н, v_в, v_г.х, v_х.х – соответствующие элементам цикла скорости дви-жения тягача при наборе, выгрузке, груженом и порожнем оде, выбираемые в соответствии с тяго-выми сопротивлениями на различных участках пути движения скрепера, м/с;

К_з – коэффициент, учитывающий увеличение продолжительности элементов цикла за счет разгона при трогании с места, замед-ления при остановке и переключении передач, пробуксовке движителей по грунту.

Так как продолжительность набора и выгрузки грунта при любой схеме движения в определенных грунтовых условиях практически ма-ло изменяется, то производительность скрепера в основном зависит от длины пути груженого и холостого хода. При увеличении дальности возки производительность скрепера резко падает. Пределы примене-ния скреперов можно увеличить при повышении транспортных скоро-стей движения до 30–60 км/ч. Это достигается при работе скреперов с быстроходными колесными тягачами.

Производительность скреперов можно значительно повысить, если применять рациональные приемы ведения работ.

Для увеличения производительности скреперов можно рекомендо-вать следующие меры производственного характера.

Существенный эффект получают при использовании толкача, в ка-честве которого применяется обычный бульдозер, который «помогает» скреперу осуществлять набор грунта, подталкивая агрегат сзади. На-бор при этом осуществляется при большей толщине стружки, а значит, уменьшается длина пути набора и время, затрачиваемое на это. Суще-ственно также то, что достигается лучшая наполняемость ковша (выше коэффициент наполнения скреперов с обычной – неэлеваторной – загрузкой).

Рекомендацию осуществлять набор грунта под уклон нельзя считать однозначно положительной. С одной стороны, при этом уменьшается сопротивление при наборе, что позволяет увеличить толщину стружки, с другой же – ухудшаются условия движения грунта в ковш, что снижает коэффициент наполнения ковша.

При работе скрепера на больших площадях при вскрыше и разра-ботке карьеров хороший эффект получают применением шахматно-гребенчатой схемы (рис. 5.11). При этом на начальном этапе набора резание осуществляется всей шириной ковша, а на завершающем – только его половиной. Это позволяет резать грунт с большой толщи-ной стружки и достигать большего коэффициента наполнения ковша.

Рис. 5.11. Шахматно-гребенчатая схема набора грунта с переменной шириной стружки