Технология производства работ скреперами

Скреперы являются машинами цикличного действия. Рабочий цикл их состоит из следующих операций: 1) резания грунта и загрузки ковша; 2) транспортирования грунта к месту укладки; 3) разгрузки ковша с укладкой грунта; 4) передвижения скрепера в забой. Эффективность применения скреперов в значительной степени зависит от правильности выполнения перечисленных операций.

Рис. 7.1 Положение скрепера при загрузке его ковша

1 — тяговая рама, 2 — силовой цилиндр, 3 — заслонка, 4 — ковш, 5 — задняя стенка — разгрузочное устройство, 6 — ножи

Основным рабочим органом скрепера является ковш с режущими ножами. Ковш оборудован механизмом для его опускания, подъема и выгрузки грунта, приводимым в действие системой канатов или гидравлическим приводом.
Первая операция рабочего цикла начинается в момент начала движения скрепера при опущенном на грунт ковше (Рис. 7.1). Ножи, установленные на передней части днища ковша, отрезают слой грунта, который попадает в ковш. По мере наполнения ковша увеличивается сопротивление движению скрепера, а поскольку усилие, развиваемое его двигателем, постоянное, то может наступить момент, когда сопротивление превысит усилие движения, и скрепер остановится. Чтобы такое явление не наступило, необходимо снизить сопротивление, уменьшив толщину стружки. Для этого уменьшают глубину резания, выглубляя ножи. Таким образом, в процессе загрузки ковша толщина стружки непрерывно уменьшается и если посмотреть на нее в разрезе, то она имеет вид клина. Поэтому такой способ резания грунта назвали клиновым (Рис. 7.2,а). Он применяется при разработке различных связных грунтов на горизонтальных площадках.

Рис. 7.2 Способы резания грунта

а - клиновой; б - гребенчатый; в - ребристо - шахматный

В процессе резания грунта машинист должен следить за наполнением ковша. Как только он заполнится, необходимо выглубить ножи и закрыть переднюю заслонку. Следует стремиться наполнить ковш «с шапкой», но при этом необходимо учитывать следующее. К концу загрузки ковша интенсивность поступления в него грунта резко сокращается. Стремление загрузить ковш «с шапкой» приводит к увеличению продолжительности загрузки, поэтому необходимо своевременно прекращать загрузку ковша. При меньшем его наполнении сокращается продолжительность загрузки и повышается производительность скрепера на данной операции. Для повышения интенсивности поступления грунта в ковш в конце загрузки на современных скреперах ножи устанавливают ступенчато. Средний нож выступает вперед и вниз относительно крайних секций ножей. При таком расположении ножей средняя часть стружки толще, чем крайняя. Благодаря этому стружка сохраняет свою ¦прочность, что позволяет более интенсивно протаскивать грунт в ковш, в результате чего он быстрее заполняется. Планировочные работы скрепера выполняют ножами, установленными на одном уровне.
Сухие песчаные и супесчаные грунты на горизонтальных и наклонных участках режут гребенчатым способом (Рис. 7.2,б). Ковш опускают на максимальную глубину и скрепер движется до полного буксования тягача или до тех пор, пока не заглохнет двигатель. После этого ковш выглубляют на 70—80% и снова заглубляют, но уже на меньшую глубину, и набирают грунт до того же предела, как и в первый раз. Операции подъем - опускание ковша повторяют 4 - 5 раз до предельно возможного его заполнения грунтом «с шапкой». Этот метод обеспечивает наибольшее наполнение ковша, так как сыпучий грунт лучше поступает в ковш порциями, чем при непрерывном движении с постепенным изменением глубины резания. Для улучшения наполнения ковша на малосвязных грунтах к боковым стенкам его прикрепляют боковые ножи.
Плотные грунты в широких забоях рекомендуется разрабатывать ребристо-шахматным способом (Рис. 7.2, в) - последовательными рядами проходок, одинаковыми по длине и расположению. Между проходками первого ряда остаются полосы неразработанного грунта на одну треть меньше ширины захвата скрепера. Второй ряд проходок ведется на расстоянии половины длины проходки от первого и расположен по длине оставленных полос. Следующие проходки выполняются аналогично. Выемки образуют двумя-тремя проходами скрепера, а полосы снимают за один-два прохода.
При срезке выступающих полос увеличивается толщина стружки в средней части, уменьшаются потери грунта в боковые валики, что способствует более полному наполнению ковша на коротком пути и уменьшению затрат времени.
Очень плотные и сухие грунты предварительно разрыхляют для повышения производительности скреперов. Степень разрыхляемости грунта при этом не должна быть значительной, чтобы не ухудшилось наполнение ковша.
Для увеличения годовой выработки скреперов их необходимо использовать круглогодично. Для этой цели зимой нужно разрыхлять разрабатываемые грунты и работать в две смены, чтобы грунт не успевал промерзнуть. В конце второй смены следует так же разрыхлить грунт на разрабатываемом участке.
При разработке малосвязных грунтов целесообразно устанавливать дополнительные щитки по бокам ковша. Боковые щитки направляют грунт в ковш и снижают время его наполнения в 1,5 - 2 раза.
Для улучшения загрузки ковша скрепера применяют толкачи. При этом сокращается путь и время наполнения ковша, в результате чего повышается производительность скреперов. В качестве толкачей используют тракторы: Т-100М —для прицепных скреперов с ковшом, вмещающим 6 м3; Т-180 и К-700-для ДЗ-11М (Д-357М) и ДЗ-11П (Д-357П); ДЭТ-250М-для ДЗ-13 (Д-392). Каждый из этих тракторов оборудуют буферным устройством - щитом. Подъезжая к скреперу, толкач упирается щитом в буфер скрепера и толкает его в момент набора грунта в ковш. Соприкосновение щита толкача с буфером скрепера должно производиться плавно, без ударов. Это достигается изменением подачи топлива: в момент подъезда к скреперу она должна быть минимальной, а затем постепенно увеличиваться. Толкач следует подводить к скреперу строго по оси их движения, чтобы центр щита совпадал с центром буфера скрепера.
Хорошие результаты при использовании толкачей дает толкающее устройство с амортизатором (Рис. 7.3).

Рис. 7.3 Толкающее устройство с амортизатором

1 - толкающая плита; 2 - кронштейн; 3 - рама трактора; 4 - амортизационный блок; 5 - перегрузочный блок; 6 - буфер скрепера

Толкающая плита 1 шарнирно прикрепляется верхней частью к кронштейнам 2, приваренным к раме трактора. К нижней части плиты крепятся блоки 4 с вмонтированными в них резинометаллическими амортизационными дисками. При стыковке тягача со скрепером амортизационные блоки сжимаются, гася удар. С повышением нагрузки вступают в работу перегрузочные блоки 5. Толкающее устройство с амортизатором обеспечивает более плавную работу скрепера и уменьшает утомляемость машиниста.
Один толкач может обслуживать 4—6 скреперов.
При прочих равных условиях потребность в толкачах может быть обеспечена ритмичным заездом скреперов в забой с интервалом, обеспечивающим четкую очередность их загрузки.
Набирать грунт следует при движении скрепера на 1-й передаче по прямой линии или под уклон. При этом уменьшается сопротивление движению скрепера и большее усилие может быть использовано на резании грунта и наполнении ковша.
Оптимальная величина уклона 3—7°. Меньший уклон почти не влияет на производительность загрузки при большем уклоне грунт скатывается перед ножами и плохо поступает в ковш, особенно сыпучий и песчаный.
Длина пути набора грунта скреперами в различных грунтовых условиях приведена в табл. 13.
В процессе работы скрепера ножи затупляются, в результате чего возрастает усилие резанию, увеличивается продолжительность рабочего цикла и снижается производительность. Поэтому при затуплении ножей первый раз их переворачивают другой стороной, для чего ножи отсоединяют от днища ковша, переворачивают другой стороной и снова устанавливают их на свои места. При последующем затуплении ножи снимают и затачивают с обеих сторон.При наборе связных грунтов переднюю заслонку следует поднимать на 500—600 мм, а после заполнения ковша между заслонкой и ножом оставляют зазор 150—200 мм.
Набирая рыхлые и сыпучие грунты, переднюю заслонку поднимают полностью, а после заполнения ковша на 2/3 ее опускают на призму волочения.
В конце загрузки скрепера одновременно с подъемом ковша необходимо опустить заслонку, чтобы грунт не высыпался из передней части ковша.
Транспортируют грунт к месту его укладки на II или III передаче, а разгружают (рис. 7.4) на III—IV передачах скрепера при движении по прямой. Перед началом разгрузки ковш опускают

Рис. 7.4 Схема разгрузки скрепера

а - установка ковша в разгрузочное положение; б - подъем заслонки и выгрузка грунта из передней части ковша и со щита заслонки; в -выгрузка основной части ковша движением разгружающего устройства; h - зазор между ножами ковша и поверхностью отсыпаемого грунта

и устанавливают на небольшую высоту отсыпки грунта. Переднюю заслонку плавно поднимают на полную высоту и грунт, удерживающийся ею в передней части ковша, ссыпается перед ножами и планируется ими. После того как грунт высыпется с передней части ковша, включают разгрузочное устройство и остальной грунт вытесняется из ковша.
Включать разгрузочное устройство следует в два-три приема с остановками во избежание перегрузки скрепера. На липких и влажных грунтах движение заслонки и разгрузочного устройства повторяют 2—3 раза для более полного опорожнения ковша.
Разгрузку ковша и укладку грунта рациональнее выполнять под небольшой уклон, который не должен превышать 5°, так как при большем уклоне возможно опрокидывание ковша.

Рис. 7.5 Схема планировочных работ скреперами
1 - ножи, 2 - разгружающее устройство, 3 - заслонка, 4 - выступающая неровность на местности, 5 - впадина, подлежащая засыпке

Укладывают грунт слоями заданной толщины, при этом каждую последующую отсыпку производят рядом с предыдущей для получения ровной поверхности, не требующей специальной планировки. Проходы скрепера во время отсыпки должны быть использованы для уплотнения грунта. Отсыпка грунта производится от краев к середине, чтобы со стороны откосов насыпь была несколько выше, чем в середине, для предотвращения сползания скрепера.
Дороги для транспортировки грунтов скреперами должны иметь минимальное число поворотов. Наибольший подъем дорог для прицепных скреперов не должен превышать 0,15, для самоходных 0,12. Уклоны спусков не должны быть более 0,25 для прицепных и 0,20 - для самоходных скреперов; боковые уклоны для прицепных скреперов - не более 0,12, для самоходных - 0,10.
В местах разгрузки скреперов должны быть оборудованы площадки для их разворота на обратный ход. Ширина этих площадок должна быть не менее указанных ниже величин: для скреперов с ковшом вместимостью менее 6 м3 - 7 м; более 6 м3 -12,5 м; 10 м3 - 15 м; более 10 м3 - 21 м.
Передвигаться скреперы в забой должны на повышенной скорости. Так как скорость движения скрепера зависит от землевозных путей, то необходимо использовать холостой ход скрепера для планирования землевозных дорог.
Подъемы для движения прицепного скрепера порожняком не должны быть более 0,17, для самоходного - 0,15. Уклоны спусков соответственно: 0,30 и 0,25. Боковые уклоны такие же, как и для груженых скреперов.
Ширина проезжей части выездов и съездов при одностороннем движении должна быть не менее 4 м для скреперов с ковшом вместимостью менее 6 м3, 4,5 м - для скреперов с ковшами 6 -10 м3 и 5,5 м - для скреперов с ковшом более 10 м3.
На планировочных работах заслонку ковша поднимают в крайнее верхнее положение, разгрузочное устройство устанавливают в переднее положение, а ковш опускают на грунт. При движении скрепер срезает выступающие неровности грунта ножом, сдвигает грунт и заполняет впадины (Рис. 7.5).

2.2.8. Схемы движения скреперов

Эффективность работы скреперов в значительной степени зависит от принятой схемы их движения в рабочем цикле. При выборе схемы движения скреперов необходимо учитывать длину забоя и длину пути - разгрузки ковша, а также число поворотов скрепера в одном рабочем цикле. Длина забоя должна быть достаточной для загрузки ковша, длина пути разгрузки - достаточной для полной его выгрузки, а число поворотов скрепера должно быть минимальным.
В зависимости от размеров насыпи или выемки, расположения мест разработки и отсыпки грунта могут быть применены описанные ниже схемы движения скреперов.

При возведении насыпей высотой 4 - 5 м из грунтов односторонних резервов и разработке выемок глубиной 4 - 7 м с укладкой грунта в насыпь или кавальер, а также на планировочных и вскрышных работах с поперечной разработкой грунта при длине участка на всех этих работах до 100 м рекомендуется движение скрепера производить по эллипсу (Рис. 8.1, а).

Рис. 8.1 Схемы движения скреперов

а - по эллипсу, б - по восьмерке, в - по зигзагу, е - по спирали,

д - челночно-поперечная, е - челночно-продольная

Сущность разработки грунта по этой схеме состоит в следующем. Грунт набирается в резерве или выемке при движении скрепера по прямой линии. После набора грунта скрепер делает поворот и движется к месту выгрузки по прямой.
После выгрузки скрепер разворачивается и направляется к месту набора грунта. Рабочий цикл скрепера на этом заканчивается. Путь, пройденный скрепером за цикл, представляет собой замкнутую линию, имеющую форму эллипса.
За цикл работы скрепер делает два поворота, за счет чего увеличивается время цикла. Кроме того, для обеспечения равномерного износа ходовой части необходимо периодически менять направление движения: 1,5 - 2 ч двигаться по часовой стрелке, а затем в течение такого же времени - против.

Возведение насыпей из грунтов боковых резервов высотой 4 - 6 м и разработку выемок с укладкой грунта в насыпь пли в кавальер глубиной 4 - 6 м, а также на планировочных и вскрышных работах глубиной 1 - 1,5 м при длине участка на всех этих работах до 200 м целесообразно производить при движении скрепера «по восьмерке» ( Рис. 8.1, б). По этой схеме скрепер, набирая грунт, движется вдоль резерва или разрабатываемой выемки. Набрав грунт, скрепер поворачивается и транспортирует грунт к месту выгрузки. После разгрузки он поворачивается на 180° для повторного набора грунта на другом участке. Затем цикл снова повторяется. Эта схема имеет преимущества перед схемой движения ло эллипсу. При каждой разгрузке скрепер поворачивается на 180°, а двигаясь по эллипсу, он делает два поворота на каждую разгрузку, что позволяет значительно повысить производительность скрепера.

Во время возведения насыпей высотой 2,5 - 6 м (из грунтов односторонних или двусторонних резервов) и разработке выемок (глубиной 2,5 - 6 м с укладкой грунта в односторонний или двусторонний кавальер при длине участка работ более 200 м) скрепер должен двигаться по зигзагообразной схеме (Рис. 8.1, в). Скрепер, набрав грунт в резерве или выемке, поворачивается на 45° и транспортирует его к месту выгрузки, после чего снова въезжает в резерв или выемку за грунтом. Так движется скрепер из резерва на насыпь и с насыпи в резерв, в конце участка скрепер разворачивается и движется в обратном направлении таким же способом. Эта схема характеризуется минимальным количеством поворотов скрепера на каждую разгрузку, в результате чего уменьшается время цикла и увеличивается производительность скрепера.

В тех случаях, когда ширина насыпи равна длине пути разгрузки скрепера или больше ее, ширина выемки равна длине пути набора ковша, а высота насыпи и глубина выемки составляет 2 -2,5 м, то движение скрепера осуществляется по спирали ( Рис. 8.1, г). По этой схеме скреперы набирают грунт в резервах, двигаясь вдоль оси насыпи, а разгружают его при поперечном движении по насыпи. Разрабатывая выемку, грунт набирают при поперечном движении скрепера, а разгружают в кавальеры, при движении вдоль оси выемки. Укладка грунта в насыпь или его набор в выемке каждый раз производится на новом месте, в результате чего скрепер движется по спирали. При такой схеме движения в каждом цикле скрепер делает два поворота под углом 90°.

На разработке выемок глубиной 4 - 6 м с укладкой грунта в двусторонние отвалы при ширине ее не менее длины пути набора ковша, а также на планировочных и вскрышных работах глубиной 1 - 1,5 м скрепер движется по челночно-поперечной схеме (Рис. 8.1 д). Он набирает грунт при поперечном перемещении относительно оси выемки, затем сдвигает его в отвал, после поворота движется в обратном направлении и вновь набирает и транспортирует грунт уже во второй отвал. При такой схеме движения теряется много времени на повороты.

При возведении насыпей высотой 4 - 6 м из грунтов двусторонних резервов и разработке выемок глубиной 4 - 6 м с укладкой грунта в двусторонние отвалы скрепер движется по челночно-продольной схеме ( Рис. 8.1,е). Возводя насыпь, скрепер набирает грунт в одном резерве, двигаясь вдоль оси насыпи, и перевозит его в насыпь, где разгружает ковш, двигаясь вдоль той же оси. После этого скрепер разворачивается на 90° и набирает грунт во втором резерве, двигаясь уже в обратном направлении, и цикл повторяется. При разработке выемок скрепер разгружается поочередно, то в одном, то в другом отвале.

2.2.9. Производительность 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

Полный цикл работы скрепера состоит из следующих операций:

1) резания грунта и наполнения ковша (подъем передней заслонки, регулирование толщины срезаемого слоя грунта путем подъема и опускания ковша, Рис.9.1,а) ; 2)транспортирования грунта (ковш поднят в транспортное положение, передняя заслонка закрыта, Рис.9.1,б) ; 3) разгрузки грунта (подъем передней заслонки и выдвижение задней стенки или опрокидывание днища и задней стенки относительно шарнира в боковых стенках ковша или опрокидывание ковша, Рис.9.1,в); 4) обратного хода скрепера в забой (передняя заслонка поднята, ковш подготовлен к набору грунта).

Производительность скрепера (м3/ч) определяется по формуле, общей для всех машин цикличного действия

где: q- геометрическая емкость ковша скрепера в м3;
n - число циклов скрепера в единицу времени( в данном случае за час);

Каждая операция рабочего цикла протекает на определенном участке пути при соответствующей скороста движения скрепера. Таким образом, продолжительность цикла

Продолжительность каждой из составляющих цикла определяют следующим образом:

где:Lн, Lг.х, Lв, Lх.х - длины путей (м) при наборе грунта, груженого скрепера, при разгрузке и порожнего скрепера; Vн, Vг.х, Vв,Vх.х - соответствующие элементам цикла скорости движения тягача при наборе, выгрузке, груженном и порожнем ходе, выбираемые в соответствии с тяговыми сопротивлениями на различных участках пути движения скрепера в м/сек; tп- время на переключение передачи, принимаемое равным 5 - 6 сек; tпов - время на один поворот, принимается равным 15 - 20 сек.

KН- коэффициент наполнения ковша (таблица 9.1)

Таблица 9.1 Коэффициенты наполнения ковшей скреперов

KВ - коэффициент использования рабочего времени машины, представляющий собой отношение времени чистой работы ко всему затраченому. Принимается равным 0,85 - 0,9;
KР - коэффициент разрыхления грунта, зависящий от вида грунта и его состояния;

Таблица 9.2 Коэффициенты разрыхления основных грунтов

Анализ величин, входящих в состав формулы производительности скрепера и выражения для продолжительности рабочего цикла, показывает значительное влияние эксплуатационных факторов на производительность машины и ее использование. И действительно, производительность скрепера в основном зависит от емкости ковша, коэффициента его наполнения, скоростей движения на всех этапах его работы и от степени использования рабочего времени.
Наиболее продолжительными элементами рабочего цикла, является время движения груженого и порожнего скрепера; при значительном расстоянии перевозки грунтов это время составляет до 85 - 90% общей продолжительности цикла. Поэтому задача создания, высокопроизводительных скреперов является прежде всего задачей освоения в серийном производстве базовых машин (тракторов, тягачей) с высокими тяговыми и скоростными показателями.
Груженый и холостой ход скрепера необходимо выполнять на высшей передаче трактора (тягача). Наполнение ковша скрепера (копание) производится при скорости движения на первой передаче трактора (тягача). Скорость движения груженого скрепера на ровном участке принимается в пределах 0,55—0,75 скорости на высшей передаче, а при движении на подъем - на первой передаче. Скорость движения порожнего скрепера принимается в пределах 0,75—0,85 скорости на высшей передаче, а при движении на подъем - на второй передаче

Набор грунта скреперами можно вести только на прямолинейных участках длиной, достаточной для размещения длины пути, набора и скреперного агрегата (Рис.9.1, г). К моменту начала набора тягач и часть скрепера будут находиться уже на полосе набора грунта. После окончания набора тягач и часть скрепера выйдут за пределы участка, на котором срезался грунт. В связи с этим минимальная длина прямолинейного участка пути для набора грунта должна быть не менее

Где: lн -длина пути набора, грунта;
lск, lт- длина скрепера и тягача. .
Длину путей набора и выгрузки можно вычислить по формулам, выводимым из условия равенства объемов срезанного грунта и грунта, находящегося в ковше.
Длина пути (м) набора грунта (копания) определяется по формуле:

длина (м) пути выгрузки грунта

где: q - геометрическая вместимость ковша, м3; bн - ширина полосы захвата грунта ножами скрепера (ширина ковша), м; h- средняя толщина стружки грунта за время набора, м ); hсл — средняя толщина слоя отсыпки грунта в насыпь, м; Кн— коэффициент наполнения ковша грунтом; Кр—- коэффициент разрыхления грунта; Кп— коэффициент потерь грунта при наборе( равен 1,2); Кh - коэффициент неравномерности толщины стружки (0,7).
Толщина слоя укладки грунта зависит от конструктивных особенностей скрепера и требований, предъявляемых технологией последующей обработки грунта (разравнивание, увлажнение, уплотнение).

2.2.10.Организация использования скреперов

Практика эксплуатации скреперов показала, что более высокие показатели в работе они имеют, если использовать их группами. С этой целью в строительных организациях создаются специализированные участки по эксплуатации скреперов: в одних из них сосредоточивают самоходные скреперы, в других — прицепные.

Участки состоят из бригад. В состав каждой из них входит 4— 6 скреперов и толкач. Такая бригада в состоянии выполнить земляные работы по бригадному подряду. В скреперных бригадах работы ведутся, как правило, в две смены.

Концентрация скреперов в специализированных участках и бригадах позволяет хорошо подготовить для них фронт работ, полнее обеспечить необходимой технической документацией, лучше спланировать загрузку скреперов в условиях рассредоточенного строительства, организовать качественное техническое обслуживание и ремонт при минимальных затратах труда и времени.

При концентрации скреперов в больших бригадах создаются условия для лучшего использования толкачей. На крупных объектах автогрейдеры поддерживают землевозные дороги в хорошем состоянии, что позволяет повысить скорость движения скреперов, сократить продолжительность рабочего цикла и повысить производительность машин. Групповое использование скреперов дает возможность машинистам оказывать взаимопомощь в работе при устранении возникающих неисправностей, в результате чего снижаются простои машин.

Бульдозеры