4.2. Производство земляных работ скреперами. Тяговые расчеты при работе скрепера

При производстве земляных работ скреперами на эффективность их использования особенно влияет правильный выбор схем движения и рациональных способов наполнения ковша скрепера при его работе в забое. В зависимости от взаимного расположения выемок и кавальеров, выемок и насыпей, насыпей и резервов разработку грунта скреперами выполняют по схемам движения: эллиптической, восьмерке, зигзагообразной и т.д. При выборе схемы движения необходимо предусмотреть наикратчайший путь при перемещении грунта. Длина забоя должна обеспечивать полную загрузку ковша.

Разработка выемок с перемещением грунта в насыпь (продольная возка) производится скреперами при любой глубине выемки и высоте насыпи.

Рис. 4.8. Технологическая схема сооружения железнодорожного земляного полотна с использованием прицепных скреперов, работающих с толкачом

Разгрузка грунта в насыпь осуществляется равномерно по ее ширине продольными полосами, начиная от бровок, по направлению к оси насыпи, что обеспечивает тщательное уплотнение грунта по ширине насыпи и необходимую безопасность движения скреперов по краю насыпи (рис. 4.8). Грунт, перемещаемый из выемки в насыпь, во избежание пересыхания или переувлажнения нужно разравнивать и уплотнять до окончания каждой смены. Послойное разравнивание грунта производится бульдозерами или автогрейдерами. Разработку выемок скреперами следует начинать от бровок выемки к середине продольными слоями. Образующиеся в поперечном сечении выемки уступы срезаются грейдерами, автогрейдерами или бульдозерами по мере разработки выемок через каждые 2 м по глубине (рис. 4.8).

Для лучшего заполнения ковша применяют рациональные схемы и способы загрузки скрепера, учитывающие влияние геометрических параметров ковша, свойств и состояния грунтов, формы ножей скрепера и глубины резания. Степень лучшего наполнения ковша характеризуется коэффициентом наполнения К_н. Обычно коэффициент наполнения К_н находится в пределах от 0,8 до 1,1. Рыхление грунтов III и IV категорий способствует увеличению наполнения ковша на 4…8%. Однако в разрыхленных грунтах уменьшается сила сцепления ходовой части трактора (тягача) с грунтом, что ограничивает силу тяги тягача или трактора.

Глубина резания и форма срезаемой стружки грунта зависят от характеристики грунтов и определяются тяговыми расчетами. Чтобы исключить перегрузку двигателя в процессе набора грунта, можно уменьшить толщину срезаемой стружки путем выглубления ковша.

В рыхлых грунтах целесообразно применять гребенчатую схему набора грунта, в более плотных – шахматно-ребристую (рис. 4.9).

При использовании гребенчатой схемы ковш заглубляется в несколько приемов. В начале набора грунта устанавливается максимально возможная глубина резания, допускаемая мощностью двигателя тягача. По мере нарастания нагрузки на двигатель и числа оборотов вала глубина уменьшается. При восстановлении нормального количества оборотов нож ковша вновь углубляется. Эта операция повторяется несколько раз. Профиль вырезанной полосы принимает гребенчатый вид. Этот способ сокращает путь набора и уменьшает время цикла скрепера. Призма волочения, образующаяся перед ковшом, подхватывается ножами при каждом их углублении, улучшая заполнение ковша и уменьшая потери грунта.

При ребристо – шахматной схеме срезка грунта по ширине забоя производится последовательными и параллельными проходками, одинаковыми по длине и расстоянию, но сдвинутыми по отношению к соседнему ряду в шахматном порядке так, чтобы полоса невыбранного грунта между проходками первого ряда (1…4) равнялась примерно половине ширины захвата ковша скрепера. Последующие ряды второй и третьей проходок должны располагаться в шахматном порядке; первую половину пути наполнения ковша производят на целине, на второй половине пути срезаются оставшиеся после разработки первого ряда проходок ребра грунта. Такой способ повышает коэффициент наполнения ковша, позволяя в конце набора, когда требуется максимальное усилие тяги, срезать более узкую и более толстую стружку грунта. Возможно использование комбинированной схемы набора грунта, которая сочетает в себе две выше приведенные схемы.

а)

б)

Рис. 4.9. Схемы набора грунта скреперами: а) гребенчатая; б) ребристо-шахматная

При использовании скреперов для регулирования средней дальности перемещения грунта устраивают съезды – въезды. При рабочих отметках до двух метров они устраиваются прямыми, при больших отметках – «косыми». Возможно устройство прислоненных въездов.

Уклоны выездов и спусков должны находиться в определенных пределах.

Работа скрепера с тягачом или в прицепе с трактором возможна при соблюдении условия, выражаемого уравнением движения

Р_к > W,

где Р_к – сила тяги тягача или трактора, н;

W – общее сопротивление грунта при работе скрепера, н.

Рис. 4.10. Схема сил сопротивления при наборе грунта скреперами

W = W_т + W_p +W_н + W_n,

где W_т – сопротивление перемещению груженого скрепера, Н;

W_р – сопротивление резанию грунта, Н;

W_н – сопротивление наполнению при подъеме и перемещении грунта внутри ковша, Н;

W_п – сопротивление перемещению призмы волочения, Н.

W_т = ( G_c + G_r )( f  i ), (7.6)

где G_c – вес скрепера, Н;

G_r – вес грунта в ковше, Н.

где q₁ – геометрическая емкость ковша, м³;

 - плотность грунта в естественном залегании, кг/м³;

К_н – коэффициент наполнения грунтом ковша скрепера;

К_р – коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера;

f – коэффициент сопротивления качению, равный при работе в уплотненных грунтах 0,1, а в рыхлых – 0,2;

g – гравитационная постоянная (g = 9,81 м/с² );

i – уклон поверхности пути (знак « + » соответствует движению на подъем, знак « - » - под уклон).

где k – удельное сопротивление грунта резанию, Н/м²;

b – ширина резания, м;

h - толщина стружки, м.

где - сопротивление от веса столба грунта, поднимающегося в ковше, Н.

где Н – высота наполнения ковша, м.

Сопротивление трению грунта по грунту :

где ₂ – угол внутреннего трения грунта, град.

где Y = 0,5…0,7 – коэффициент объема призмы волочения перед заслонкой и ножами ковша (наибольшее значение относится к сыпучим грунтам);

₂ = 0,3…0,5 – коэффициент трения грунта по грунту (для суглинков и песков).

Значение касательной силы тяги, приложенной на ободе ведущих колес или гусеницах тягача в кН, определяется по формуле

,

где N – мощность тягача, кВт;

V₁ – скорость скрепера на первой передаче, км/ч;

 - коэффициент полезного действия, принимаемый 0,85…0,95.

Если тяговых усилий скрепера недостаточно, то кроме разрыхления грунта используют также работу скрепера совместно с толкачом (рис. 4.8).

Мощность толкача обычно превышает мощность скрепера в 1,5…2 раза и как минимум может равняться мощности скрепера. Скорость при этом возрастает в 1,52 раза.

Один толкач обслуживает обычно 2…3 скрепера, а при большой дальности транспортирования их число может быть увеличено до 5 – 6.

Часовая производительность скрепера рассчитывается по формуле

где L_с – расстояние транспортирования грунта, м;

а₀ , в₀ - расчетные параметры