6.4. Технологические схемы движения скрепера при разработке грунта

При перемещении скрепера его ковш заполняется номинальным объемом грунта, равным его геометрической вместимости 6 15м³, на длине 9 - 15м при средней тол­щине стружки 0,09 - 0,16 м при разработке глин и 0,2 - 0,35 м при разработке песков. Для заполнения ковша «с шапкой» (выше его геометрической вместимости) длина пути копания увеличивается в среднем на 20 %. Ковш наполняется лучше при движении скрепе­ра под уклон. При постоянной толщине стружки (рис 6.3) и по­стоянной скорости передвижения тяговая способность скрепера реализуется полностью лишь в конце копания. С целью сокращения длительности этой операции за счет использования резерва тяги в течение всей операции при разработке связных грунтов применяют клиновой способ (рис 6. 4, б). Это максимально возможное по тяго­вому усилию заглубление ковша в начале операции с постепенным выглублением по мере его заполнения. Удовлетворительные резуль­таты дает гребенчатый способ (рис. 6.4, в) при разработке суглини­стых и глинистых грунтов, а также клевковый способ (рис. 6.4, г) при разработке сухих песков и супесей.

Рис. 6.4. Продольный профиль выемок, образованных скреперами

Основным недостатком разработки прочных грунтов является ограниченная возможность проталкивания грунта в ковш через слой находящегося там грунта в заключительной стадии заполне­ния ковша на второй и третей стадии резания, как это видно на рис. 6.4 в,г. и 6.5. Вследствие этого тяговая способность скрепера может исчерпаться, прежде чем заполнится ковш. Более эффективно за­полняются ковши со ступенчатыми 11 и 12 (рис. 6 2, а) или полукруглыми, выступающими в средней части ножами, где грун­товая стружка имеет большую толщину. Лучшие результаты дает принудительная загрузка, для чего в передней части ковша устанавливают скребковый элеватор или шнеки, которые, отделенный от массива грунт, забрасывают в ковш. Такая загрузка повышает наполнение ковша в среднем на 20 %. Обычно длина набора грунта находится в пределах 20 метров.

Повысить наполняемость ковша можно за счет увеличения тягового усилия путем применения толкачей, в качестве которых используют оборудо­ванные буферами тракторы или бульдозеры. При копании толкач заходит в хвост скрепера и, упираясь в его буфер (за задними колесами), сообщает ему дополнительное тяговое усилие. Это по­зволяет обычно увеличивать толщину стружки в среднем до 40 %. Рис. 6.6.

При производстве земляных работ, в зависимости от условия работы и вида возводимых сооружений, применяют различные схемы движения скрепера.

Рис. 6.5. Последовательность разработки грунта скрепером

в плане и схемы его забоев

а - «полоса к полосе»; б - «через полосу»; в - ребристо-шахматная схема разработки; г - ребристый забой; д - клиновой забой; е - прямоугольный забой.

Схема движения скрепера по эллипсу (рис. 6.7,а) применяют при планировке, возведении невысоких насыпей и фронте работ в пределах 50 - 100 м с поперечной и продольной разработкой грунта, а также при разработке выемки с укладкой грунта в резервы. Дальность транспортирования грунта остается неизменной, так как одновременно совмещаются набор и выгрузка грунта. Скрепер в каждом цикле делает один набор грунта и два поворота на 180° в одном и том же направлении по крутому подъему и спуску, а поэтому ходовая часть скрепера неравномерно изнашивается; чтобы избежать такого износа, два раза в смену изменяют направление работы.

Рис. 6.6. Схема работы скрепера при наборе грунта с толкачом

1 - трактор; 2 - скрепер; 3 трактор-толкач.

Схема движения скрепера по восьмерке (рис. 6.7,6) применяет­ся при большом фронте работ, возведении насыпей высотой 4—6 м из боковых резервов, разработке выемок и планировке. За один цикл скрепер два раза набирает грунт и два раза его разгру­жает. После набора грунта скрепер поворачивается под углом 45° и дви­жется к месту разгрузки, делая за цикл два поворота на 180°. Скрепер поворачивается в разных направлениях, поэтому износ его ходовых ча­стей происходит равномерно.

Схема движения скрепера по зигзагу (рис 6.7, в) более экономич­ная и применяется при возведении насыпей высотой 2,5—6 м из одно­сторонних и двусторонних резервов большой протяженности. При этой схеме сокращается число поворотов скрепер, а их чередование исключает односторонний износ ходовых частей.

Продольно-челночная схема (рис.6.7, е) дви­жения применяется при возведении насыпей высо­той 4—6 м из двусторонних резервов или русла канала. При этой схеме движения скрепера ось земля­ного полотна является границей между двумя ча­стями насыпи и прилегающих резервов Продольно челночная схема движения позволяет сократить до минимума длину порожнего хода скрепера, произвести за один ход две отсыпки и сократить число его поворотов.

Рис. 6.7. Схема движения скрепера в забое.

а - по эллипсу; б - по восьмерке; в - по зигзагу; г - по спирали; д - поперечно-челночное; е - продольно-челночное; ж - при расположении резервов или выемок с одного конца насыпи; з - при разработке выемок, чередующихся с насыпями.

Поперечно-челночная схема (рис 6.7, д) применяется при разработке выемок на глубину до 1,5 м с перемещением грунта в двусторонние отвалы. Набор грунта производится перпендикулярно оси выемки при движении скрепера по насыпь как в одну, так и в другую сторону. Такая схема дви­жения сокращает число поворотов скрепера, а так­же длину пути груженого и порожнего хода машины.

Спиральная (кольцевая) схема движения (рис. 6.7, г ) применяется при возведении насыпей высотой 2—2,5 м из двусторонних резервов или при укладке грунта в кавальеры. Эту схему целесообразно применять для насыпей шириной, равной или большей длины пути разгрузки ковша, при разности отметок насыпи и резерва 2,5—3 м, а также при ширине резерва, недостаточной для наполнения ковша или не допускающей применения поперечно-челночной схемы.

В любом случае, выбранная схема движения скрепера будет эффективна тогда, если набор грунта в забое будет осуществляться с учетом его физико-механических свойств. Так, например, увлажненные пески или илистые грунты, которые «держат форму», обладают низкой структурной вязкостью, но с большим сцеплением частиц между собой, лучше всего разрабатывать по схеме «полоса к полосе», как это показано на рисунке 6.5,а. При этом сохраняется чистота выработки и сокращается количество проходок скрепера по одному месту. Кроме того, в виду пониженной вязкости грунтов тяговой мощности скрепера оказывается достаточно, чтобы полностью заполнить ковш. Поэтому в этом случае приемлема прямоугольная схема забоя. Рис. 6.5,е.

Большие неудобства доставляет разработка сыпучих грунтов, которые обладают и низким сцеплением частиц и малой вязкостью. При динамическом воздействии на грунт он легко разрыхляется, увеличивается в объеме, что приводит к появлению перед ковшом скрепера призмы волочения. Для создания избытка мощности, в этом случае, необходимо постепенно, по мере срезания грунта, снижать площадь поперечного сечения стружки, то есть поднимать нож скрепера. Это позволяет уменьшить объем призмы волочения и преодолеть силы сопротивления, которые она создает. Подобные обстоятельства заставляют применять клиновую схему забоя, как это показано на рис. 6.5, д. Наибольший эффект заполнения ковша достигается при этом в процессе разработки грунта по схеме «через полосу». Рис. 6.5, б. При последующей разработке оставленных «обуженных» полос уменьшается объем призмы волочения, происходит снижение величины трения грунта о боковые стенки ковша скрепера, что создает некоторый запас мощности машины.

Более значительные трудности возникают при разработке грунтов имеющих и повышенную структурную вязкость, и значительную величину сцепления. Такими свойствами обладают глинистые и суглинистые грунты. Как показывают реологические исследования, они в полной мере могут быть описаны реологической моделью «тело Кельвина».

При разработке таких грунтов коэффициент разрыхления достигает своих максимальных значений, что приводит к увеличению призмы волочения, которая препятствует проникновению грунта в ковш. Для ее ликвидации приходится уменьшать поперечное сечение срезаемой стружки грунта. В противном случае установочной мощности скрепера оказывается недостаточно. В процессе наполнения ковша скрепера эту операцию, как правило, осуществляют не менее двух раз. В результате этого забой приобретает гребенчатую форму. Рис. 6.5, г.

Подобное проявление реологических свойств учитывают и при формировании плана забоя. При разработке грунтов забои первой очереди располагают параллельно друг другу на расстоянии равном половине ширины ножа скрепера. Во вторую очередь срезку грунта ведут через полосу. Причем, примерно одна вторая длины забоя располагается вне зоны раннее срезаемого грунта. В дальнейшем, при заполнении второй и третьей зон ковша (рис. 6.3) , благодаря такой схемы резания, ширина срезаемой стружки грунта снижается в два раза. В результате этого снижаются силы трения, действующие по боковым стенкам ковша и создаются условия для рационального расходования мощности скрепера. Такую схему разработки грунта принято называть шахматно-гребенчатой. Рис. 6.5, в. При разработке таких грунтов с усложненными реологическими свойствами очень часто, с целью создания избытка мощности, применяют толкачи, действующие в одиночку или группой.

Толкачи эффективно применяют при бригадной работе несколь­ких скреперов. В зависимости от вместимости ковша и дальности возки один толкач может обслуживать 2... 16 скреперов, оставаясь все время в зоне разработки грунта. Еще более эффективно использование скреперных поездов, состоящих из двух самоходных скреперов, соединяемых на время копания управляемым сцеп­ным устройством. Сначала совместным тяговым усилием двух тя­гачей заполняется передний скрепер, а затем задний, после чего скреперы разъединяются и движутся к месту отсыпки грунта раз­дельно. При таком способе ковши могут быть наполнены более чем на 10 % выше их геометрической вместимости.