Cat?(卡特)土石方設(shè)備在水利建設(shè)中的應(yīng)用

(卡特彼勒(中國)投資有限公司， 北京 100102)

Cat?(卡特)土石方設(shè)備在水利建設(shè)中的應(yīng)用

王炳杰

(卡特彼勒(中國)投資有限公司， 北京 100102)

本文簡要介紹了Cat?(卡特)土石方挖運設(shè)備的選擇，設(shè)備在現(xiàn)場的應(yīng)用布置，以及應(yīng)用機(jī)械設(shè)備提高工效的方法。

土石方挖運設(shè)備； 設(shè)備現(xiàn)場布置； 提高功效

卡特彼勒是世界上最大的工程機(jī)械公司，近九十年來致力于服務(wù)水利水電建設(shè)工程，積累了豐富的設(shè)備應(yīng)用經(jīng)驗。水利水電建設(shè)因為汛期工期緊，又有可能在偏遠(yuǎn)地區(qū)，對土石方開挖強(qiáng)度要求高?？ㄌ乇死赵O(shè)備因為過硬的質(zhì)量、優(yōu)良的性能，被選擇參與了國內(nèi)外很多大型水利工程建設(shè)，包括1948年在印度100多臺Cat?(卡特)機(jī)器參與Bhakra大壩的建設(shè)，1963年在美國俄勒岡475臺Cat?(卡特)機(jī)器參與了John Day大壩建設(shè)(見圖1)。1962—1977年在印度和巴基斯坦450臺機(jī)器參與印度河流域Mangla和Tarbela大壩工程，2003年在馬來西亞100多臺的Cat?(卡特)設(shè)備參與Bakun大壩的建設(shè)，1993—2008在中國大約300臺Cat?(卡特)設(shè)備參與三峽大壩的建設(shè)(見圖2)，2004年以來參與溪洛渡、向家壩水電站建設(shè)等。本文將重點簡介土石方挖運設(shè)備的選擇、設(shè)備在現(xiàn)場的應(yīng)用布置、機(jī)械設(shè)備提高工效的應(yīng)用方法。

圖1 John Day大壩建筑

圖2 三峽大壩建設(shè)

1 土方石挖運設(shè)備的選擇

正確的機(jī)隊選擇對土石方搬運提高效率降低成本至關(guān)重要，應(yīng)根據(jù)工期及物料選擇合適大小的裝載設(shè)備和運輸設(shè)備，保證產(chǎn)量及降低油耗。二次搬運會大幅提升成本，合理安排工序、減少二次裝運是降低成本的關(guān)鍵。如圖3所示，不同的裝載設(shè)備應(yīng)設(shè)置的合理工作面高度不同。正鏟挖掘機(jī)和反鏟挖掘機(jī)因為挖掘力大，可適用各種地面條件，而被廣泛選擇應(yīng)用于水利建設(shè)開挖及裝車。正鏟的挖掘力最大，工作面高，但靈活性不如反鏟。大型礦用裝載機(jī)，因為機(jī)動靈活轉(zhuǎn)場快，也可被選擇用于石料的裝車。其最大優(yōu)點為省油，因為工作時不用全油門滿負(fù)荷連續(xù)工作來驅(qū)動液壓系統(tǒng)，在爆破良好的條件下，它能在裝載石料時大幅提升燃油效率。其通常的噸油耗能比挖掘機(jī)低一半，盡管輪胎成本有所增加，但費用相比節(jié)省的燃油費不到1/5。

圖3 裝載設(shè)備的選擇

選擇合理的運輸設(shè)備，應(yīng)該根據(jù)路面條件和運距，滿足工期及降低成本的要求，見圖4。最常用的運輸設(shè)備為非公路剛性卡車，如：卡特在三峽工程中批量使用的777C型— 90t卡車。但在某些短距離的搬運工況，推土機(jī)和裝載機(jī)也是一種高效的搬運工具。推土機(jī)的經(jīng)濟(jì)運距為50m，但距離過長則會因為撒料工效降低。裝載機(jī)可以有效搬運100m左右的物料?？ㄌ乇死兆孕惺界P運機(jī)由于自裝自卸，在1000m左右的經(jīng)濟(jì)運距內(nèi)，是一個最佳的選擇。它尤其適用于土石壩的填筑，可以自己取土，卸料后可以均勻地撒料，由于機(jī)身較重還可以完成初步的碾壓工作。鉸接式卡車特別適用于路面坎坷、坑洼積水、坡度較大(>15%)的工地條件，因為它自身為6輪驅(qū)動，動力強(qiáng)勁并且能鉸接轉(zhuǎn)向。但因為造價高，鉸卡載重通常低于40t。

圖4 運輸設(shè)備選擇原則

合理的裝載和運輸設(shè)備匹配也至關(guān)重要，配備合理的卡車數(shù)量，應(yīng)盡量減少裝載設(shè)備和運輸設(shè)備的等候時間?？ㄌ乇死照J(rèn)為，高效低成本的裝車匹配斗數(shù)是 4～6斗，裝車時間不超過2～3min，否則會影響到機(jī)隊系統(tǒng)效率的發(fā)揮和成本的降低。

2 設(shè)備在現(xiàn)場的應(yīng)用布置

在設(shè)備現(xiàn)場應(yīng)用布置方面，卡特彼勒也積累了豐富的經(jīng)驗。挖掘機(jī)應(yīng)盡量搭建臺階，臺階裝車的效率高于平地裝車的20%(見圖5)；卡車的布置應(yīng)盡量靠近挖掘機(jī)，使其回轉(zhuǎn)角度最好在60°以內(nèi)(見圖6)；卡車的換車時間應(yīng)控制在0.7min之內(nèi)；挖掘機(jī)從右向左回轉(zhuǎn)裝車視野較好，分層依次開挖效率會更高。挖掘機(jī)在履帶的縱向范圍內(nèi)挖掘，并將引導(dǎo)輪放到前方，能充分發(fā)揮機(jī)器的穩(wěn)定性。

圖5 臺階裝車

圖6 卡車與挖掘機(jī)布置

3 機(jī)械設(shè)備提高工效的應(yīng)用方法

履帶式推土機(jī)的最佳應(yīng)用：應(yīng)使用低速度高負(fù)荷的推運，減少推土次數(shù)。速度快及長距離會降低推土機(jī)的工作效率。推土?xí)r要保持物料在推鏟內(nèi)，不要讓物料在鏟內(nèi)不停地翻滾，這樣會耗費燃油及增加磨損。有條件應(yīng)盡量使用下坡推土以利用機(jī)器重量；使用溝槽推土法，利用溝槽保持物料不外溢，能有效提高推土機(jī)的工效(見圖7)。對于風(fēng)化程度好的巖石，推土機(jī)后面還可安裝單鉤裂土器，進(jìn)行裂土作業(yè)，減少炸藥的使用(見圖8)。推土機(jī)裂土應(yīng)控制裂土器的入土角度。正確的切入角度可以使阻力最小，具有更大的穿透力，并幫助操作手發(fā)現(xiàn)最好的松土效果。

圖7 下坡推土

圖8 裂土器裂土作業(yè)

裝載機(jī)的最佳應(yīng)用：應(yīng)使用一檔正直取料，用第一斗定位卡車，讓卡車成45°角倒車接近料堆(見圖9)。裝載機(jī)應(yīng)就近裝車，從工作面到卡車，裝載機(jī)進(jìn)出時輪子都應(yīng)轉(zhuǎn)動1.5圈以內(nèi)。裝載機(jī)鏟斗應(yīng)減少剮蹭地面，盡量在低位裝滿鏟斗，并控制牽引力防止輪胎打滑，及不讓輪胎駛上料堆。卸料到卡車車廂里，應(yīng)使物料盡量居中，這樣能保證卡車底盤部件的長壽命。

圖9 卡車45°角倒車接近料堆

關(guān)于土石方大壩的填筑，卡特彼勒平地機(jī)動力強(qiáng)勁，可以用于攤平布料，壓實機(jī)用于震動碾壓。

關(guān)于施工道路，一些水利大壩的施工道路會用水泥修筑，以保證穩(wěn)定的速度及低滾動阻力。道路修建時，應(yīng)考慮良好的視野和一定的寬度以保證卡車無需停頓或減速，最好能有3個半的車身寬度。道路應(yīng)有橫向坡度2%以利于排水，上坡道路坡度最好能連續(xù)一致以免卡車換擋費油，最好坡度低于10%，這樣能保證運輸車輛的效率和降低油耗。

卡特彼勒的很多應(yīng)用知識都包含在《卡特彼勒性能手冊》中，該手冊積累80多年的數(shù)據(jù)，厚度達(dá)到了2000多頁。不僅包括多種設(shè)備的性能參數(shù)，也涵蓋了許多施工經(jīng)驗算法?；凇犊ㄌ乇死招阅苁謨浴返腇PC軟件(機(jī)隊產(chǎn)量與成本分析)見圖10，能實現(xiàn)非現(xiàn)場設(shè)備的產(chǎn)量預(yù)估、機(jī)隊成本比較，能幫助建設(shè)單位規(guī)劃和選擇適當(dāng)?shù)耐潦皆O(shè)備(見圖11)。

4 結(jié) 語

綜上所述，卡特彼勒能提供目前市場上最全面的系列產(chǎn)品，并結(jié)合多年的行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗，助力于水利工程施工建設(shè)。隨著卡特彼勒研發(fā)新產(chǎn)品及制造工藝技術(shù)的發(fā)展，將有更豐富的產(chǎn)品和功能集成到機(jī)隊的性能中，卡特彼勒將為用戶提供更加先進(jìn)的施工建設(shè)機(jī)隊和解決方案， 為中國的水利水電發(fā)展做出一份貢獻(xiàn)！

Application of Cat?Earth-moving Equipment in Water Conservancy Construction

WANG Bing-jie

(Caterpillar(China)InvestmentCo.,Ltd.,Beijing100102,China)

In the paper, the selection of Cat?earth-moving loading & hauling equipment, application and layout of equipment in the job site, and methods of operating equipment to improve working efficiency are briefly introduced.

earth-moving loading & hauling equipment; equipment application and job site layout; improvement of efficiency

TV52

A

1005-4774(2014)07-0081-04

圖10 FPC軟件

圖11 軟件機(jī)隊成本比較界面