Рис. 19. Скрепер Д-147 с трактором С-80

Поэтому для того, чтобы ознакомиться с применением рациональной работы скреперов Д-106 и Д-147, следует сначала разобраться в способах производства этими машинами элементарных рабочих операций, из которых складывается технологический процесс их работы, и только после этого перейти к применению схем работы скреперов, действующих отдельно и в комплексе с другими машинами.

Технологический процесс работы скреперов состоит из следующих операций:
1. Зарезание грунта с наполнением ковша.
2. Перемещение грунта к месту разгрузки.
3. Разгрузка ковша с укладкой грунта в насыпь.
4. Обратный ход (порожняком).

Производительность скрепера зависит от степени заполнения ковша грунтом, пути и скорости зарезания, а также от рабочих скоростей в процессе груженого и порожнего хода и времени, затрачиваемого на развороты. Главнейшей операцией в рабочем цикле скрепера является зарезание с наполнением ковша, которое должно быть выполнено с наибольшим коэфициентом использования геометрической емкости ковша при наименьшем пути и наибольшей скорости зарезания. Наполнение ковша происходит в результате зарезания ножа в грунт при движении машины вперед. Эффективность этой операции зависит от положения рабочих органов скрепера и формы срезаемой в различные периоды зарезания стружки грунта, влияющей на сопротивление грунта резаниЮ и на скорость движения скрепера. Наполнение ковша с передней подвижной стенкой (заслонкой) в первый период зарезания происходит путем свободного проталкивания грунта по днищу ковша к задней его стенке, причем у скреперов Д-147 в этот период зарезания передняя стенка может быть поднята высоко, чтобы не препятствовать свободному перемещению грунта; у скреперов Д-106 —переднюю стенку следует поднимать всего на 20—30 см.

Во второй период зарезания наполнение ковша грунтом происходит под действием напора грунта через щель (зазор) между передней заслонкой и днищем ковша. В этот период положение рабочих органов машины имеет очень большое значение и управление ими должно осуществляться оператором путем регулирования положения передней стенки посредством рычага управления (у Д-147), а у Д-106 (движение передней стенки у них происходит автоматически) путем соответствующей установки ограничителя перед началом работ.

Наблюдения показали, что наполнение ковша скрепера Д-147 разбивается на три стадии, в соответствии с положением передней заслонки. На первой стадии наполнения, когда происходит свободное перемещение грунта по днищу ковша от ножа к задней стенке, положение заслонки должно быть таким, при котором грунт наиболее свободно и в большом количестве может пройти к задней стенке. Для этого переднюю стенку надо приподнять на 60—70 см (а не на 20—30 см, как рекомендуют некоторые авторы), чтобы не мешать перемещению грунта в ковш. В этот период наполнение ковша может составить до 65% его геометрической емкости.

Второй период наполнения ковша характеризуется отложением грунта у передней стенки. В этот период зарезания объем грунта в ковше может быть доведен до 85% его геометрической емкости. Передняя стенка при этом должна быть опущена в такое положение, чтобы зазор между, нею и ножом скрепера не превышал 20 см при несвязных или рыхлых грунтах и 40 см при связных. Размер оставляемой щели может при этом . назначаться в зависимости от призмы волочения, образующей-с я в этот период перед ножом скрепера. Чем больше эта приема (в несвязных грунтах она больше!), тем меньше должна быть щель в указанных выше пределах.

В третий период зарезания происходит полное запол: ненйе ковша, причем при благоприятных условиях коэфициент заполнения может быть доведен до 1,1. В это.г период грунт должен поступать в ковш под сильным напором, для того чтобы отодвинуть часть грунта- в ковше к задней стенке и пробить грунт, лежащий у передней стенки. В этот период для увеличения напора грунта важно сократить периметр резания. Глубину резания при неполном использовании длины ножа можно значительно величить и зазор между передней стенкой и ножом довести до 50 см.

Схема наполнения ковша у машин Д-106 характеризуется действием ограничителя при автоматическом движении передней заслонки. Ограничители представляют собой зубчатые упоры, прикрепленные к раме ? скрепера с внутренней стороны. Они упираются в рычаг-i подъема передней заслонки при опускании ковша,’ послё чего заслонка, вращаясь вокруг горизонтальной оси, начинает подниматься. При перестановке ограничителя выше заслонка поднимается раньше и зазор между нею и ножом увеличивается.

Таким образом на ходу зазор регулируется автоматически, увеличиваясь при заглублении ножа и уменьшаясь при его выглублении. При этом ширина образующейся щели позволяет беспрепятственно проходить в ковш срезаемому плотному грунту, а образующаяся призма волочения способствует нормальному протеканию этого процесса. Следует отметить, что указанное выше автоматическое’ регулирование зазора между кромкой передней стенки и ножом неблагоприятно отражается на ходе операции заполнения ковша при рыхлых несвязных грунтах; заполнение ковша скрепера Д-106 этими грунтами всегда хуже, чем грунтами связными.

В среднем коэфициент наполнения скрепера Д-106 нельзя принимать большим 0,95—0,97. В остальном заполнение его ковша происходит по такой же схеме как и У Д-147.

Образование призм волочения в песчаных, а у скрепера Д-106 и в других малосвязных грунтах, является неизбежным. При наборе грунта под уклон образование призмы волочения начинается раньше и общий объем ее увеличивается. При загрузке ковша на подъеме призма волочения уменьшается. Есть некоторые данные (нуждающиеся пока еще в проверке), что при загрузке ковша на подъеме можно добиться несколько большего его наполнения, но насколько это увеличение эффективно, в связи с замедлением скорости зарезания, утверждать трудно до получения результатов специальных исследований.

Наблюдения показали, что форма сечения стружки, особенно в последний период зарезания, имеет значительное влияние на скорость и объем наполнения ковша. Соответствующие теоретические работы проф. Домбров-ского и доктора техн. наук Зеленина подтверждают, что, придавая стружке ту или иную форму, можно добиться уменьшения сопротивления грунта реаанию и, следовательно, улучшить условия производства этой операции. На опытных работах ДОРНИИ 1948 г., чтобы проверить это положение и получить соответствующие цифровые показатели, были испробованы различные схемы зарезания скреперами Д-147. Наблюдения показали эффективность зарезания стружкой, имеющей форму перевернутой буквы Т, при которой периметр резания, при сохранении одинаковой площади сечения стружки, уменьшается. Поэтому схемы зарезания рекомендуются в дальнейшем для применения во 2 периоде резания именно такой формы. Практически это достигается при помощи так называемой шахматной схемы зарезания, при которой разработка каждого слоя резерва или выемки ведется следующим образом (рис. 20). На поверхности выемки или резерва производится ряд зарезаний с зазорами между отдельными зарезаниями шириной около 1,3 м. Следующий ряд зарезаний производится так, чтобы центры ножа скрепера приходились по оси оставленных зазоров, причем зарезания начинаются, отступя назад от первого ряда примерно на половину нормального пути зарезания и т. д. При этом в первый период зарезания по второму ряду стружка будет иметь нормальное прямоугольное сечение, а во второй период х-образную форму, причем периметр резания уменьшается за счет сокращения высоты широкой части стружки. В третий же период заре-зания периметр резания- уменьшается почти вдвое, что создает условия, благоприятствующие увеличению напора срезаемого грунта’ при проталкивании его в ковш.

Рис. 20. Схемы зарезаний скрепера в плане: а — гребенчато-ребри-’ стое зарезание полосами, б — ребристо-шахматное зарезание

Зарезание по указанной шахматной схеме увеличило коэфициент наполнения ковша на 10—15% при сокращении времени и пути зарезания примерно на такое же количество процентов.

Для достижения большего заполнения ковша имеет большое значение ход опускания и подъема ножа скрепера. Так же как и при заполнении отвала бульдозера Грунтом при зарезании, нож скрепера в продольном профиле должен делать несколько подъемов в процессе заполнения ковша. Стружка, имеющая в продольном разрезе форму прямоугольника, является самой невыгодной с практической точки зрения, потому что при равномерной глубине зарезания от начала до конца этой операции в первый период зарезания не используетея достаточно полно мощность трактора. Схема зарезания, при конторой сначала дается максимум заглубления с постепенным выглублением ножа, дает, как и при работе бульдозеров, гораздо лучшие результаты, но еще лучше производить зарезание гребенкой с волнами различной длины, начиная от 6 м в первом и кончая 1,5 м в третьем периоде зарезания в зависимости от качества грунтов.

Таким образом, из трех схем построения продольного профиля зарезания следует принять за основную схему гребенчатого зарезания.

Однако, как видно из сказанного выше, наилучший эффект от зарезания получается при соблюдении последовательности проходов в шахматном порядке с пере: крытием проходов, при котором получается уменьшение периметра резания и создается возможность облегчения проталкивания грунта в ковш. В табл. 17 показаны сравнительные показатели зарезания, полученные при различных схемах как средние из 62 наблюдений.

Данные этой таблицы показывают, что в результате применения рациональной схемы зарезания можно увеличить коэфициент наполнения в 1,37 раза при сокращении времени, потребного на эту операцию, в 1,5—1,7 раза.

Сравнивая показатели простого гребенчатого и шах-магно-гребенчатого зарезания, можно заметить, что несмотря на то, что при обычном гребенчатом зарезании время на эту операцию сокращается в 1,17 ра?,а, объем грунта в ковше уменьшается в 1,25 раза по сравнению с шахматно-гребенчатой схемой, которую и следует возможно чаще применять на производстве. Перемещение грунта следует производить с наиболее высокой скоростью, которая при тракторе С-80 может доходить до 8—10 км/час. Однако использование высоких скоростей трактора при скреперных работах возможно только при соблюдении следующих условий:
а) достаточной дальности перемещения (не менее 100—150 м),
б) уклона в грузовом направлении не больше 6—7%,
в) гладкого и ровного пути перемещения.

При работах скреперами типа Д-147 пути следования машин легко поддерживать в хорошем состоянии, пользуясь в необходимых случаях ножом скрепера, который при порожнем (обратном) ходе машины легко может выровнять имеющиеся на дороге выбоины и неровности. Нужно также отметить, что при уклоне в грузовом направлении более 6—7% не следует производить перемещение на максимальной скорости во избежание сильной раструски грунта и расшатывания креплений машин. В течение одного цикла работы переключение скоростей производится несколько раз, причем путь и время, в течение которого трактор работает на одной передаче, при коротком расстоянии перемещения настолько малы, что трактор не успевает развить максимально возможной скорости на перевозке груженого скрепера и при возвращении его к месту зарезания от места разгрузки. Поэтому работа больших скреперов на коротких расстояниях перемещения становится менее эффективной. Заметное уменьшение эффективности наступает при дальности перемещения у скрепера Д-147 менее 100 м, а у скрепера Д-106 менее 50 м.

Возведение насыпей из боковых резервов, при котором требуется перемещение грунта на 10—12 м, может быть произведено как Д-106, так и Д-147, но со значительным снижением эффективности их использования, так как минимальная длина полного цикла скрепера Д-147 составляет около 70 м (18—20 м зарезание, 35—40 м развороты, 25—30 м груженый и холостой ход).

Таким образом, при потребности перемещения в 10— 12 м скрепер емк. 4—6 м3 фактически перемещает грунт на 35 м, причем и это перемещение происходит на замедленной скорости.

Рис. 21. Скрепер Д-106 с трактором С-80 (разгрузка)

Разгрузка и укладка грунта в насыпь представляет при скреперных работах операцию, способ выполнения которой значительно влияет на качество работ и на количество потребных отделочных операций. При выполнении этой операции надлежащим образом можно возвести любую насыпь послойно с уплотнением каждого слоя в процессе работ самими работающими машинами. Возможны следующие способы укладки грунта в насыпь.

а) Разгрузка кучами, путем быстрой выгрузки всего содержимого ковша для засыпки ям, оврагов и т. д., без разравнивания (рис. 21). Такая работа более свойственна скреперам Д-106, производящим разгрузку грунта назад. Этот способ работ в особенности важен при возведении насыпей «с головы» на болотах и подсьипках у искусственных сооружений. Скреперами Д-147 также возможно произвести разгрузку без разравнивания, но последующее передвижение грунта на место окончательной укладки должно быть произведено дополнительно бульдозером, так как выгрузку грунта машина Д-147 производит под себя.

б) Разгрузка пластами поперек насыпи. Этот способ разгрузки удобен при засыпке пологих низин, у мелких искусственных сооружений и в случаях, когда сквозной проезд по всей насыпи чем-либо затруднен. Поперечную укладку грунта следует производить послойно «на себя», т. е. от дальнего конца засыпаемого участка насыпи при работе из одной выемки и невозможности сквозного проезда по всей насыпи (например, в случае наличия на середине ее искусственного сооружения). При работе на насыпи со свободным проездом по ней и одновременной разработке двух выемок для создания этой насыпи укладку грунта поперечными пластами начинают от середины насыпи «на себя» к концам ее из каждой выемки. Полосы (пласты) грунта укладываются без зазора впритык. При укладке каждого последующего слоя необходимо учитывать заложение откоса насыпи и укладку полос грунта верхних слоев начинать несколько отступя от краев нижнего слоя.

в) Укладка грунта продольными пластами. Ее лучше вести от себя, располагая полосы грунта последовательно от краев к середине насыпи. Во избежание неустойчивого положения скреперов при отсыпке крайних полос насыпи иногда полезно первый слой отсыпать не на зсю-ширину, а только по одной полосе с каждой стороны, чтобы при засыпке следующих слоев насыпь до достижения ею проектной высоты имела уклон поверхности к середине, который будет выровнен только по достижении проектных отметок по краям. Длина отсыпаемой каждым проходом скрепера полосы (пласта) грунта может регулироваться путем подъема передней подвижной стенки в.о время разгрузки от 3 до 20 м. При поперечной разгрузке длина пласта должна точно соответствовать или быть кратной ширине насыпи на уровне отсыпаемого слоя.„В среднем длина участка разгрузки составляет 6—7. м при толщине отсыпаемого слоя в рыхлом теле до 35 см.

Чтобы избежать «пересылок» насыпи по высоте, работы следует обеспечить высотной разбивкой, вынесенной за-пределы полосы работ; при достижении насыпью отметок, близких к проектным, высота ее должна своевременно проверяться визирками.

Повороты скрепера должны осуществляться с наименьшей затратой времени и во многих случаях минимальным радиусом.

Практика.„показывает, что. разворот скрепера Д-147 на. насыпи, шириной 8 (м вполне возможен и не.вызывает никаких затруднений. Бремя на разворот колеблется от 30 до 45 секунд; Повороты следует делать только в порожнем состоянии скрепера, т. е. после разгрузки и перед зарезанием. Поворот на месте (т. е. с минимальным радиусом) осуществляется на 1 передаче трактора, а свободный поворот по плановой кривой, требующий площадки для разворота не менее 18 м шириной, — на II передаче. При работе нескольких скреперов в одном месте при коротких расстояниях возки, в целях упорядочения движения, необходимо устраивать съезды с насыпи через каждые 30—40 м, иначе могут возникнуть задержки е работе из-за того, что машины будут мешать одна другой на разворотах при. загрузке и разгрузке. Схемы круговых рейсов каждого скрепера должны быть подобраны таким образом, чтобы длина каждого рейса была наименьшей.

Рис. 22. Схема разработки бокового резерва скрепером

Как уже. было отмечено выше,, рабиг-а—сканерам!’ большой емкости гго возведению насыпи из боковых резервов (рис. 22) менее эффективна, чем работа, требующая перемещения грунта на большие расстояния. Поэтому при наличии бульдозеров или автогрейдеров, а пр.; больших протяжениях насыпей из боковых резервов вы: сотой до 1,5 м и грейдер-элеваторов, для возведения на сыпей из боковых резервов лучше не назначать скреперов, используя их на работах с продольным перемещением грунта. Также, как и рассмотренные выше машины, скреперы должны для полного окончания работ по постройке земляного полотна работать в комплексе с другими машинами.

Например, в условиях, когда при постройке земляного полотна требуется одновременное производство работ с продольным и поперечным перемещением грунта, — скреперами следует веети работы, требующие продольного перемещения грунта на расстояние не менее 50—100 м-Продольное перемещение грунта в пределах от 10 до 50 м следует производить бульдозерами, а поперечное перемещение грунта — упомянутыми выше машинами (грейдерами и пр.), специально сконструированными для поперечного перемещения грунтов, или бульдозерами, которые, как видно из сказанного выше, могут весьма успешно работать и на коротких поперечных перемещениях.

Однако, несмотря на универсальность бульдозера в отношении возможности производить перемещение грунта на короткие расстояния в продольном и поперечном направлении, в составе отряда с ведущей машиной — скрепером необходимо иметь автогрейдер. Скрепер типа Д-147 в отличие от старых машин малой емкости, работавших поездами, выбирает резервы широкими, сравнительно длинными и ровными полосами, позволяющими в грубом виде сделать даже корыто в выемке и выдержать требования водоотвода и оформление резерва. Однако ни скрепер, ни бульдозер не могут произвести окончательной доработки выемки и насыпи по срезке и планировке откосов. Выносной нож для этой цели имеет только автогрейдер, который обязательно должен быть включен в комплект отряда скреперов.

При разработке скреперами выемок, глубина которых превышает длину ножа автогрейдера, отделку откосов выемки следует вести стадийно, соблюдая особую тщательность работ. При разработке выемки на глубину 2,5 м производится первая отделка откосов (рис. 23), затем, после того как верхняя часть выемки будет приведена в полное соответствие с проектом, разрабатываются следующие слои по глубине опять-таки на 2—2,5 м, и откосы выемки снова отделываются ножом автогрейдера заподлицо с верхней частью откосов.

При возведении высоких насыпей чистая отделка их откосов возможна только при правильном послойном че-этом случае верхняя часть откоса насыпи оформляется путем естественного осыпания грунта насыпи под откос при наращивании его по высоте, которое должно производиться на ширину в строгом соответствии с проектом

При разработке выемок в насыпь, в теле которой находится железобетонная труба или иное искусственное сооружение, не следует начинать производство работ сразу скреперами. Целесообразнее сначала произвести подсыпку трубы бульдозерами, а также подготовить фронт работы для скреперов путем смягчения, уклонов и планировки пути, по которому впоследствии они будут двигаться. Следует иметь в виду при этом, что работа скреперов на уклонах свыше 15% является весьма нежелательной.

При разработке небольших косогоров, часто встречающихся в пересеченной и даже равнинной местности, также требуется совместная работа машин, в том числе и скреперов. Бульдозеры в этом случае разрабатывают косогор вчерне, с поперечным перемещением грунта, скреперы производят доделки по продольному перемещению грунта вдоль косогора и могут при недостатке земли в полувыемке разработать ее в виде уширенного кювета с нагорной стороны (рис. 24-а и б), который впоследствии должен быть отделан автогрейдером. Ширина такого кювета при работе скреперами Д-147 составляет 2—6 м.

Вопрос о целесообразности применения толкачей при работе скреперов Д-106 и Д-147 в настоящее время не может еще считаться окончательно разрешенным. Дело в том, что машины Д-106 в машинно-дорожных станциях Главных дорожных управлений союзных республик работают почти повсеместно с тракторами С-80, обладающими избытком мощности для скреперов этого типа, а применение толкачей для Д-106 не требуется. При работе -скреперов Д-147 с тракторами С-80 применение толкачей дает некоторый эффект, поскольку наблюдение за работой этих машин с толкачами показало, что объем грунта в ковше скрепера может быть повышен на 10—20%, а оборачиваемость его на 10%. Чтобы применение толкача в этом случае было рентабельным, один толкач должен -обслуживать не менее 4—5 скреперов, что при коротком расстоянии возки нецелесообразно по двум причинам: чередовании ее слоев, при доведении насыпи до высоты, при которой, согласно проекту, крутизна откосов меняется,, отделка откосов производится автогрейдером снизу. В во-первых, потому, что при работе на коротких перемещениях 4—5 скреперов создаются неудобства в работе вследствие тесноты площадки, во-вторых, потому, что один толкач не успевает обслуживать такое количество скреперов при работе на коротком расстоянии. По мнению многих работников производства, в подобных случаях целесообразнее бульдозер, назначаемый для работы в качестве толкача, использовать на прямой кубатурной работе, где он дает больший производственный и экономический эффект. В настоящее время проектируется скрепер емкостью 10—13 м3 для работы с трактором С-80. Есть основания полагать, что ковш этого скрепера будет удовлетворительно заполняться только при работе толкачом, так к-ак мощности одного трактора С-80 нехватит для полного заполнения геометрической емкости ковша этих машин. Применение толкача в данном случае вызовет увеличение производительности каждого скрепера на 30—35%.

Рис. 23. Отделка выемки

Рис. 24. Схемы разработки: а — разработка выемки в насыпь, 6 — разработка косогора в полунасыпь и насыпь

Необходимо еще остановиться на том, какое и в каких случаях требуется предварительное разрыхление грунта.

Как известно, старые скреперы БМ и СД даже при работе в грунтах II категории требовали предварительного рыхления грунтов, так как без него наполнение их ковшей было весьма неудовлетворительным. Наблюдения показали, что наполнение ковшей машин Д-106 и Д-147 вполне удовлетворительно происходит без предварительного разрыхления в грунтах II и большей части III категории (за исключением сильно пересохших).

Предварительное разрыхление требуется только для работы в тяжелых грунтах IV категории. Однако при разрыхлении не следует допускать образования сильно разрыхленной и мелко измельченной массы грунтов, так как при этом наполнение ковша уменьшается. Рыхление луч-ше производить рыхлителями Д-162, сняв с них два зуба. Такое частичное рыхление, разделяя массу грунта . на продольные полосы, облегчает зарезание ножа скрепера а создает условия, при которых грунт поступает в ковш пластами, дающими наиболее полное заполнение ковша. Работа скреперов в песках всегда менее эффективна и коэфициент их ковшей в песчаных сухих грунтах обычно не поднимается выше 0,8, хотя в отдельных- случаях, искусно управляя третьей стенкой и ножом, удавалось’ и на песках получить высокий коэфициент наполнения. Практика’ показала, что оптимальное количество скреперов, работающих в одном звене на сравнительно коротких участках возки, не должно быть более 4, поскольку боль’: шее количество создает стеснение и неудобства в процессе производства работ.