Cat®(卡特)土石方设备在水利建设中的应用

(卡特彼勒(中国)投资有限公司， 北京 100102)

Cat®(卡特)土石方设备在水利建设中的应用

王炳杰

(卡特彼勒(中国)投资有限公司， 北京 100102)

本文简要介绍了Cat®(卡特)土石方挖运设备的选择，设备在现场的应用布置，以及应用机械设备提高工效的方法。

土石方挖运设备； 设备现场布置； 提高功效

卡特彼勒是世界上最大的工程机械公司，近九十年来致力于服务水利水电建设工程，积累了丰富的设备应用经验。水利水电建设因为汛期工期紧，又有可能在偏远地区，对土石方开挖强度要求高。卡特彼勒设备因为过硬的质量、优良的性能，被选择参与了国内外很多大型水利工程建设，包括1948年在印度100多台Cat®(卡特)机器参与Bhakra大坝的建设，1963年在美国俄勒冈475台Cat®(卡特)机器参与了John Day大坝建设(见图1)。1962—1977年在印度和巴基斯坦450台机器参与印度河流域Mangla和Tarbela大坝工程，2003年在马来西亚100多台的Cat®(卡特)设备参与Bakun大坝的建设，1993—2008在中国大约300台Cat®(卡特)设备参与三峡大坝的建设(见图2)，2004年以来参与溪洛渡、向家坝水电站建设等。本文将重点简介土石方挖运设备的选择、设备在现场的应用布置、机械设备提高工效的应用方法。

图1 John Day大坝建筑

图2 三峡大坝建设

1 土方石挖运设备的选择

正确的机队选择对土石方搬运提高效率降低成本至关重要，应根据工期及物料选择合适大小的装载设备和运输设备，保证产量及降低油耗。二次搬运会大幅提升成本，合理安排工序、减少二次装运是降低成本的关键。如图3所示，不同的装载设备应设置的合理工作面高度不同。正铲挖掘机和反铲挖掘机因为挖掘力大，可适用各种地面条件，而被广泛选择应用于水利建设开挖及装车。正铲的挖掘力最大，工作面高，但灵活性不如反铲。大型矿用装载机，因为机动灵活转场快，也可被选择用于石料的装车。其最大优点为省油，因为工作时不用全油门满负荷连续工作来驱动液压系统，在爆破良好的条件下，它能在装载石料时大幅提升燃油效率。其通常的吨油耗能比挖掘机低一半，尽管轮胎成本有所增加，但费用相比节省的燃油费不到1/5。

图3 装载设备的选择

选择合理的运输设备，应该根据路面条件和运距，满足工期及降低成本的要求，见图4。最常用的运输设备为非公路刚性卡车，如：卡特在三峡工程中批量使用的777C型— 90t卡车。但在某些短距离的搬运工况，推土机和装载机也是一种高效的搬运工具。推土机的经济运距为50m，但距离过长则会因为撒料工效降低。装载机可以有效搬运100m左右的物料。卡特彼勒自行式铲运机由于自装自卸，在1000m左右的经济运距内，是一个最佳的选择。它尤其适用于土石坝的填筑，可以自己取土，卸料后可以均匀地撒料，由于机身较重还可以完成初步的碾压工作。铰接式卡车特别适用于路面坎坷、坑洼积水、坡度较大(>15%)的工地条件，因为它自身为6轮驱动，动力强劲并且能铰接转向。但因为造价高，铰卡载重通常低于40t。

图4 运输设备选择原则

合理的装载和运输设备匹配也至关重要，配备合理的卡车数量，应尽量减少装载设备和运输设备的等候时间。卡特彼勒认为，高效低成本的装车匹配斗数是 4～6斗，装车时间不超过2～3min，否则会影响到机队系统效率的发挥和成本的降低。

2 设备在现场的应用布置

在设备现场应用布置方面，卡特彼勒也积累了丰富的经验。挖掘机应尽量搭建台阶，台阶装车的效率高于平地装车的20%(见图5)；卡车的布置应尽量靠近挖掘机，使其回转角度最好在60°以内(见图6)；卡车的换车时间应控制在0.7min之内；挖掘机从右向左回转装车视野较好，分层依次开挖效率会更高。挖掘机在履带的纵向范围内挖掘，并将引导轮放到前方，能充分发挥机器的稳定性。

图5 台阶装车

图6 卡车与挖掘机布置

3 机械设备提高工效的应用方法

履带式推土机的最佳应用：应使用低速度高负荷的推运，减少推土次数。速度快及长距离会降低推土机的工作效率。推土时要保持物料在推铲内，不要让物料在铲内不停地翻滚，这样会耗费燃油及增加磨损。有条件应尽量使用下坡推土以利用机器重量；使用沟槽推土法，利用沟槽保持物料不外溢，能有效提高推土机的工效(见图7)。对于风化程度好的岩石，推土机后面还可安装单钩裂土器，进行裂土作业，减少炸药的使用(见图8)。推土机裂土应控制裂土器的入土角度。正确的切入角度可以使阻力最小，具有更大的穿透力，并帮助操作手发现最好的松土效果。

图7 下坡推土

图8 裂土器裂土作业

装载机的最佳应用：应使用一档正直取料，用第一斗定位卡车，让卡车成45°角倒车接近料堆(见图9)。装载机应就近装车，从工作面到卡车，装载机进出时轮子都应转动1.5圈以内。装载机铲斗应减少剐蹭地面，尽量在低位装满铲斗，并控制牵引力防止轮胎打滑，及不让轮胎驶上料堆。卸料到卡车车厢里，应使物料尽量居中，这样能保证卡车底盘部件的长寿命。

图9 卡车45°角倒车接近料堆

关于土石方大坝的填筑，卡特彼勒平地机动力强劲，可以用于摊平布料，压实机用于震动碾压。

关于施工道路，一些水利大坝的施工道路会用水泥修筑，以保证稳定的速度及低滚动阻力。道路修建时，应考虑良好的视野和一定的宽度以保证卡车无需停顿或减速，最好能有3个半的车身宽度。道路应有横向坡度2%以利于排水，上坡道路坡度最好能连续一致以免卡车换挡费油，最好坡度低于10%，这样能保证运输车辆的效率和降低油耗。

卡特彼勒的很多应用知识都包含在《卡特彼勒性能手册》中，该手册积累80多年的数据，厚度达到了2000多页。不仅包括多种设备的性能参数，也涵盖了许多施工经验算法。基于《卡特彼勒性能手册》的FPC软件(机队产量与成本分析)见图10，能实现非现场设备的产量预估、机队成本比较，能帮助建设单位规划和选择适当的土石方设备(见图11)。

4 结 语

综上所述，卡特彼勒能提供目前市场上最全面的系列产品，并结合多年的行业应用经验，助力于水利工程施工建设。随着卡特彼勒研发新产品及制造工艺技术的发展，将有更丰富的产品和功能集成到机队的性能中，卡特彼勒将为用户提供更加先进的施工建设机队和解决方案， 为中国的水利水电发展做出一份贡献！

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

图10 FPC软件

图11 软件机队成本比较界面