6.5. Расчет технической производительности скрепера

Техническую производительность скреперов, как и производительности любой цикличной машины, определяют как

П_т = 3600ּqּk_H ּ к_в / ( t_Цּк_Р ), (6.10)

где q — геометрическая вместимость ковша, м³; k_н — коэффици­ент наполнения ковша (в среднем для скреперов без толкачей при разработке песков — 0,6...0,9; глин — 1... 1,1; супесей и суглинков — 1,1... 1,2; черноземов — 1,1... 1,25); t_ц — продолжительность рабочего цикла, с; k_р — коэффициент разрыхления грунта в пределах 1.08 - 1.32; к_в - коэффициент использования скрепера во времени в пределах 0.85 - 0.9.

Продолжительность рабочего цикла складывается из следующих величин

t_Ц = t_зап + t_трансп + t_разгр + t_{пор.пробег} + t_пп + 2 t _{поворота} (6.11)

При расчете производительности скрепера следует иметь ввиду, что время транспортировки грунта ( t_трансп ), порожнего пробега ( t_{пор.пробег} ), переключения передач ( t_пп ) и продолжительность поворотов ( t_{поворта} ) зависят от технологической схемы работы скрепера в зависимости от вида возводимого сооружения. В тоже время продолжительность заполнения ковша и его разгрузка могут быть рассчитаны соответственно следующим образом

t_зап = = ; t_разгр = ; (6.12)

где К_П - коэффициент потерь грунта, создаваемых призмой волочения и находящийся в пределах 1.2 - 1.5; h - толщина срезаемой стружки; b - ширина ковша скрепера; V₃ - скорость скрепера при заполнения ковша, которая в среднем составляет 0.65 - 0.8 паспортной скорости тягача на первой передачи; h^’ - толщина слоя отсыпаемого грунта; V_p - скорость скрепера при отсыпки грунта в среднем составляет 0.75 паспортной скорости; ℓ_зап - длина хода скрепера при заполнения ковша; ℓ_разгр - длина разгрузки грунта.

Эксплуатационная производительность скрепера может быть определена как

П_э = П_Т ּ К_В, (6.13)

где К_В - коэффициент использования скрепера во времени (в сред­нем при расчете сменной, месячной и годовой производительно­сти соответственно равен 0,8...0,9; 0,5...0,65; 0,4...0,5).

6. Бульдозеры

Основное назначение бульдозера - послойная разработка грунта с последующим его перемещением перед отвалом по поверхности земли на небольшие расстояния (до 150 м). Бульдозеры применя­ют для снятия плодородного по­верхностного слоя грунта при подготовке строительных площадок, перемещения грунта в зону действия одноковшового экска­ватора при погрузке его в транспортное средство или отвал, раз­работки неглубоких каналов с транспортированием грунта в отва­лы, зачистки пологих откосов, сооружения насыпей из резервов. Бульдозеры могут быть использованы для выполнения планировочных работ, при зачистке оснований под фундаменты зданий и сооружений и планировке площадей и трасс. Кроме того, они могут применяться при устрой­стве и содержании в исправности подъездных дорог, въездов на насыпи и выездов из выемок. Бульдозеры пригодны для разработки грунта на косогорах, обратной засыпке траншей и пазух фундаментов, разравнивания грунта в отвалах; штабелирования и перемещения сыпучих материалов. Повсеместно бульдозеры используются при проведении подготовительных работ для валки отдель­ных деревьев, срезки кустарника, корчевки пней, удаления камней, расчистки поверхностей от мусора, снега; вскрышных ра­бот, а также использования их в качестве толкачей скреперов. Эф­фективность работы бульдозера в значительной мере зависит от проходимости базового трактора и его тягово-сцепных свойств.

Бульдозеры классифицируют по номинальной силе тяги и мощности двигателей. При этом различают бульдозеры малогабаритные с силой тяги до 25 кН и мощностью до 45 кВт, легкие — 25... 135 кН и 45... 120 кВт, средние — 135...200 кН и 120... 150 кВт, тяжелые — 200...300 кН и 150...225 кВт и сверх­тяжелые — более 300 кН и 225 кВт.

Бульдозерные отвалы как вспомогательное рабочее оборудова­ние навешивают на пневмоколесные экскаваторы и другие маши­ны для очистных и планировочных работ в составе рабочих про­цессов этих машин.

Бульдозер (рис.6.8,а) состоит из базового пневмоколесного или гусеничного трактора 8 и навесного рабочего оборудования в виде отвала 5 с цилиндрической рабочей поверхностью и ножами 4 в его нижней части. Ножи соединены с базовым трактором шарни­рами 1 через два толкающих бруса 2 или универсальную раму 3 (рис.6.8, в), и гидравлической системы управления отвалом.

Отвал на толкающих брусьях (рис. 6.8, а и б) имеет боковые стенки и установлен режущей кромкой ножей перпендикулярно продольной оси машины. Наклон отвала в вертикальной плоско­сти регулируют раскосами б либо путем изменения их длины, либо положения места их крепления к отвалу или толкающим брусьям.

Рис. 6.8. Бульдозеры

а - вид сбоку; б - вид в плане на бульдозер с неповоротным отвалом; в - то же, с поворотным отвалом; г - перекос отвала; д - сменные рабочие органы.

Управляют отвалом при его переводе из транспортного положения в рабочее и наоборот одним (малогабаритные бульдо­зеры) или двумя гидроцилиндрами 7, питаемыми рабочей жид­костью от гидравлической системы базового трактора. Бульдозеры с таким отвалом, называемым неповоротным, используют, в основном, на послойной разработке грунтов. У некоторых моделей бульдозеров предусмотрена регулировка наклона отвала в верти­кальной плоскости (перекос) гидроцилиндром, изменением дли­ны одного раскоса или места его крепления (рис. 6.8, г).

Рабочий цикл бульдозера с неповоротным в плане отвалом состоит из операций копания грунта (его отделения от массива и накопления перед отвалом — образования призмы волочения), его транспортирования волоком перед отвалом к месту укладки, раз­грузки отвала и возвращения машины на исходную позицию сле­дующего рабочего цикла.

При копании бульдозер перемещается на рабочей скорости, обычно соответствующей первой передаче, с целью получить, возможно, большее тяговое усилие. Для сокращения продолжитель­ности копания желательно предельно сокращать путь копания, для чего грунт следует разрабатывать с возможно большей толщи­ной стружки, которая в слабых грунтах обычно ограничена ходом поршня гидроцилиндра заглубления отвала, а в прочных грунтах — буксованием движителя.

Основные операции бульдозера' резание и перемещение грунта, раз­грузка и холостой ход. При резании грунта применяют прямоугольную и гребенчатую схемы (рис. 6.9). При гребенчатой схеме толщина стружки в процессе резания меняется несколько раз. Желательно резание и перемещение грунта производить под уклон, не превышающий 20°.

Рис. 6.9. Схема резания грунта бульдозером

а - прямоугольная; б - гребенчатая

Разработку грунта бульдозерами производят по прямой, боковой, ступенчатой и восьмерочной схемам.

При схеме прямой разработки бульдозер, двигаясь прямолинейно, производит набор грунта, перемещает его, разгружает и возвращается задним ходом в исходное положение. Такая схема целесообразна при длине перемещения, равной 10—30 м на засыпке траншей (рис. 6.10) из отвалов, а также при устройстве небольших выемок.

Рис. 6.10. Способы засыпки траншей бульдозером

а - при движении машины вдоль траншеи; б и в - при движении машины поперек траншеи; г - то же, под углом 45⁰ к оси траншеи; д - то же, под углом 45 и 90⁰ к оси траншеи.

При возведении насыпей из боковых резервов может быть примене­на прямая схема разработки с промежуточным валом или без него. Между полосами оставляют призмы обвалования шириной до 0,6 м, сни­жающие потери грунта при его перемещении. Разработка грунта с про­межуточным валом состоит в том, что грунт последовательно перемеща­ют по полосам на определенном расстоянии и разгружают в промежу­точные валы, расположенные один от другого на расстоянии 20—25 м. Такую операцию производят до тех пор, пока грунт не будет уложен в насыпь.

При схеме боковой разработки бульдозер в момент набора грунта движется параллельно отвалу, затем разворачивается на отвалы, раз­гружается и возвращается задним ходом в исходное положение. Эту схему применяют при планировке площадок со срезкой бугров и засып­ке впадин и траншей.

При схеме ступенчатой разработки бульдозер набирает и транспор­тирует грунт в направлении, перпендикулярном оси земляного сооруже­ния, отдельными полосами, соответствующими ширине отвала бульдо­зера. После разгрузки бульдозер возвращается задним ходом в другое место и снова производит набор грунта в полосы, параллельные первой полосе. Так осуществляется разработка грунта на всем участке.

Схему разработки по восьмерке применяют в том случае, когда на­сыпь находится между двумя выемками или выемка между двумя на­сыпями. В этом случае движение бульдозера в течение всего цикла про­исходит передним ходом. Эту схему применяют при расстояниях переме­щения грунта свыше 50 м. Тип бульдозера выбирают в зависимости от объема работ, группы разрабатываемого грунта и рода работ. При не­больших объемах применяют бульдозеры с отвалами длиной 1,3—3,5 м, установленными на тракторе мощностью до 100 л с. Для больших объе­мов земляных работ, а также для твердых грунтов применяют тяжелые бульдозеры с отвалом длиной до 4,5 м на тракторе до 250 л. с.

Для уменьшения потерь грунта при перемещении и с целью увеличе­ния его объема к торцам отвала крепят открылки. Если открылков нет, потери грунта можно уменьшить, применив траншейный способ разра­ботки. При этом способе бульдозером разрабатывают траншею глубиной до 0,5 м, и по ней перемещается грунт.

Желательно иметь постоянную толщину стружки на всем пути копания, что обычно реализуется только при разработке слабых грунтов. С повышением прочности грунта тяговая способность бульдозера может быть исчерпана в середине пути копания или недостаточной еще в начале копания. С учетом того, что по мере накопления грунта перед отвалом растут сопро­тивления формированию призмы волочения и ее передвижению волоком по ненарушенному грунту, грунт разрабатывают клино­вым или гребенчатым способами.

При разработке весьма плотных грунтов, например, уплот­ненных транспортом или другими способами, внедрение ножа отвала в грунт оказывается практически невозможным. В этих случаях применяют отвалы с выступающим средним ножом или грунт предварительно разрыхляют. Весьма эффективно для таких условий применять навешенный в задней части базового тракто­ра рыхлитель, или специальные сменные отвалы. От­вал 13 (рис. 6.8, д) оборудован одним передним и двумя зад­ними зубьями. При движении машины задним ходом задние зубья прорезают в грунте прорези, а при последующем движении пере­дним ходом грунт дополнительно разрыхляют передним зубом и захватывают отвалом.

Для взламывания асфальтовых покрытий при ремонте дорог применяют отвалы 14, оборудованные киркой в передней части. Мерзлые грунты разрабатывают отвалами 15 с гре­бенчатыми ножами или с установленными на ножах зубьями.

По завершении операции копания отвал устанавливают ножа­ми на уровень земли и в таком положении бульдозер перемещают передним ходом на возможно большей скорости к месту отсыпки грунта. Во время транспортирования грунта часть его теряется по пути, ссыпаясь по сторонам отвала. Доля потерь зависит от вида грунта (наибольшие потери у несвязных, например, песчаных грун­тов) и от дальности транспортирования. Эти потери не сказываются на производительности бульдозера, разрабатывающего выем­ку, поскольку производительность в этом случае определяют по объему вынутого из выемки грунта. В случае сооружения насыпи ее определяют по объему доставленного в насыпь грунта. Влияние потерь грунта при его транспортировании на производительность бульдозера в этом случае ощутимо. Так, при транспортировании грунтов I - III категории (кроме сухого песка) на расстояние 40 м сменная производительность бульдозера примерно в 2,2 раза выше, чем при транспортировании тех же грунтов на расстояние 100 м.

Эффективным средством снижения потерь грунта является со­кращение дальности транспортировки. На большие расстояния грунт перемещают с устройством промежуточных валиков, тран­шейным способом или с применением нескольких бульдозеров. Способ транспортирования грунта с устройством промежуточных валиков заключается в том, что сначала грунт перемещают на 40...50 м, накапливая его в первом валике, из которого его пере­мещают во второй валик на такое же расстояние — к месту укладки.

Рис. 6.11. Схема ярусно-траншейной разработки грунта бульдозером

а - план, продольный и поперечные профили выемки и насыпи; б - последовательность разработки траншеи бульдозером

При транспортировании грунта траншейным способом на всех рабочих циклах бульдозер перемещают по одной и той же трассе. Ссыпающийся по бокам отвала грунт образует валики, которые уменьшают потери грунта при последующих проходах бульдозера. Лучший эффект достигается при незначительном заглублении от­вала в грунт вдоль трассы транспортирования и образовании та­ким образом неглубокой траншеи.

Транспортирование грунта одновременно несколькими буль­дозерами применяют при достаточно широком фронте работ. При этом способе несколько бульдозеров передвигаются рядом с ми­нимальными (до 0,5 м) зазорами между отвалами. Этот способ требует четкой координации движения всех машин с одинаковой скоростью, так как рассогласование скоростного режима равно­ценно по потерям грунта раздельной работе бульдозеров. Резервы и котлованы глубиной 2 м устраивают бульдозерами ярусно-траншейным способом (рис. 6.11), при котором выемку разбивают на ярусы высотой около 1 м. Траншеи разрабатывают с уклоном в сто­рону насыпи, равным 10—15%, оставляя грунт у будущих откосов и про­межуточных полос шириной 0,5—0,8 м (для уменьшения потерь). Эти полосы грунта удаляют после образования траншеи.