Cat?(卡特)土石方設備在水利建設中的應用

(卡特彼勒(中國)投資有限公司， 北京 100102)

Cat?(卡特)土石方設備在水利建設中的應用

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)土石方挖運設備的選擇，設備在現場的應用布置，以及應用機械設備提高工效的方法。

土石方挖運設備； 設備現場布置； 提高功效

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

圖1 John Day大壩建筑

圖2 三峽大壩建設

1 土方石挖運設備的選擇

正確的機隊選擇對土石方搬運提高效率降低成本至關重要，應根據工期及物料選擇合適大小的裝載設備和運輸設備，保證產量及降低油耗。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鍵。如圖3所示，不同的裝載設備應設置的合理工作面高度不同。正鏟挖掘機和反鏟挖掘機因為挖掘力大，可適用各種地面條件，而被廣泛選擇應用于水利建設開挖及裝車。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，因為機動靈活轉場快，也可被選擇用于石料的裝車。其最大優點為省油，因為工作時不用全油門滿負荷連續工作來驅動液壓系統，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低一半，盡管輪胎成本有所增加，但費用相比節省的燃油費不到1/5。

圖3 裝載設備的選擇

選擇合理的運輸設備，應該根據路面條件和運距，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，推土機和裝載機也是一種高效的搬運工具。推土機的經濟運距為50m，但距離過長則會因為撒料工效降低。裝載機可以有效搬運100m左右的物料。卡特彼勒自行式鏟運機由于自裝自卸，在1000m左右的經濟運距內，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輪驅動，動力強勁并且能鉸接轉向。但因為造價高，鉸卡載重通常低于40t。

圖4 運輸設備選擇原則

合理的裝載和運輸設備匹配也至關重要，配備合理的卡車數量，應盡量減少裝載設備和運輸設備的等候時間。卡特彼勒認為，高效低成本的裝車匹配斗數是 4～6斗，裝車時間不超過2～3min，否則會影響到機隊系統效率的發揮和成本的降低。

2 設備在現場的應用布置

在設備現場應用布置方面，卡特彼勒也積累了豐富的經驗。挖掘機應盡量搭建臺階，臺階裝車的效率高于平地裝車的20%(見圖5)；卡車的布置應盡量靠近挖掘機，使其回轉角度最好在60°以內(見圖6)；卡車的換車時間應控制在0.7min之內；挖掘機從右向左回轉裝車視野較好，分層依次開挖效率會更高。挖掘機在履帶的縱向范圍內挖掘，并將引導輪放到前方，能充分發揮機器的穩定性。

圖5 臺階裝車

圖6 卡車與挖掘機布置

3 機械設備提高工效的應用方法

履帶式推土機的最佳應用：應使用低速度高負荷的推運，減少推土次數。速度快及長距離會降低推土機的工作效率。推土時要保持物料在推鏟內，不要讓物料在鏟內不停地翻滾，這樣會耗費燃油及增加磨損。有條件應盡量使用下坡推土以利用機器重量；使用溝槽推土法，利用溝槽保持物料不外溢，能有效提高推土機的工效(見圖7)。對于風化程度好的巖石，推土機后面還可安裝單鉤裂土器，進行裂土作業，減少炸藥的使用(見圖8)。推土機裂土應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，并幫助操作手發現最好的松土效果。

圖7 下坡推土

圖8 裂土器裂土作業

裝載機的最佳應用：應使用一檔正直取料，用第一斗定位卡車，讓卡車成45°角倒車接近料堆(見圖9)。裝載機應就近裝車，從工作面到卡車，裝載機進出時輪子都應轉動1.5圈以內。裝載機鏟斗應減少剮蹭地面，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

關于土石方大壩的填筑，卡特彼勒平地機動力強勁，可以用于攤平布料，壓實機用于震動碾壓。

關于施工道路，一些水利大壩的施工道路會用水泥修筑，以保證穩定的速度及低滾動阻力。道路修建時，應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。道路應有橫向坡度2%以利于排水，上坡道路坡度最好能連續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多年的數據，厚度達到了2000多頁。不僅包括多種設備的性能參數，也涵蓋了許多施工經驗算法。基于《卡特彼勒性能手冊》的FPC軟件(機隊產量與成本分析)見圖10，能實現非現場設備的產量預估、機隊成本比較，能幫助建設單位規劃和選擇適當的土石方設備(見圖11)。

4 結 語

綜上所述，卡特彼勒能提供目前市場上最全面的系列產品，并結合多年的行業應用經驗，助力于水利工程施工建設。隨著卡特彼勒研發新產品及制造工藝技術的發展，將有更豐富的產品和功能集成到機隊的性能中，卡特彼勒將為用戶提供更加先進的施工建設機隊和解決方案， 為中國的水利水電發展做出一份貢獻！

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 軟件機隊成本比較界面