Скреперы
Скрепером (рис. 7.9) называют землеройно-транспортную машину с рабочим органом в виде ковша, которая может производить послойное копание с набором грунта в ковш и грубым планированием разрабатываемой поверхности, транспортирование набранного грунта, его выгрузку с разравниванием и частичным уплотнением ходовыми колесами и возврат в забой в исходное положение.
Скреперы используют на земляных работах различных видов строительства для разработки грунтов I—IV категории (III—IV категории чаще всего в разрыхленном состоянии). Часто, особенно при работе на прочных грунтах, загрузка скреперов производится погрузчиком или экскаватором.
Скреперы выполняют в виде прицепных и полуприцепных конструкций к гусеничным и колесным тракторам или в виде самоходных
машин. Прицепные скреперы могут иметь двух — или одноосную конструкцию. У них масса скрепера и грунта передается на опорную поверхность почти целиком через колеса скрепера. У полуприцепных скреперов масса воспринимается колесами как скрепера, так и тягача. Целесообразная дальность транспортирования грунта зависит от подъездных путей и скоростных характеристик базовых тракторов. Обычно она не превышает 500-700 м для прицепных скреперов, 1000-2500 м для полуприцепных и 2500 м — для самоходных.
|
Рис. 7.9. Общий вид скрепера: / — кабина; 2 — колесо; 3 — седельно-сцепное устройство; 4 — гидроцилиндры поворота; 5 — гидроцилиндры подъема ковша; 6 — поперечная балка; 7 — упряжные тяги; 8 — заслонка; 9 — ковш; 10 — задняя стенка; 11 — заднее колесо; 12 — задняя рама; 13 — нож. |
Самоходные скреперы выполняют на базе одно — или двухосных колесных тягачей или в виде специализированных конструкций, например с дизель-электрическим приводом и мотор-колесами. Известны конструкции гусеничных самоходных скреперов, у которых ковш встроен между
гусеницами, а передняя заслонка может использоваться как бульдозерный отвал. Такие скреперы применяют в тяжелых условиях на грунтах с низкой несущей способностью. На базе одно — и двухосных тягачей создают также двухмоторные скреперы, у которых на задней скреперной оси установлен второй двигатель и трансмиссия (для привода задних колес), управление ими осуществляется из кабины тягача. Такие скреперы применяют для работы в тяжелых грунтовых и эксплуатационных условиях, например, при длительных подъемах в груженом состоянии, больших уклонах, слабой несущей способности грунта и т. д. Скреперы с ковшом большого объема снабжают спереди гидроуправляемыми сцепными устройствами и толкающей плитой, обеспечивающими быстрое соединение двух скреперов для их поочередной загрузки и разъединение для раздельной доставки грунта к месту выгрузки. Известны, кроме того, большегрузные скреперные поезда с двумя-тремя ковшами и всеми ведущими колесами, которые обычно создают на базе двухмоторных скреперов.
При обычной системе загрузки грунтом скреперы всех видов (прицепные, полуприцепные, двухмоторные самоходные и с дизель-электричес — ким приводом и всеми ведущими колесами), кроме скреперов со сцепкой для спаренной работы и скреперных поездов, обеспечивают самозагрузку только в легких грунтовых условиях. В остальных случаях для эффективной работы при загрузке надо применять толкач в виде бульдозера с усиленным отвалом, специальный бульдозер-толкач с отвалом укороченной длины, снабженным амортизаторами, или трактор — толкач с толкающими плитами, оборудованными амортизаторами. Одномоторные скреперы с обычной загрузкой используют только с толкачами, которые обычно работают в комплекте из четырех-пяти скреперов. Скреперы с принудительной загрузкой, обычно элеваторной, обеспечивают самозагрузку, но не могут работать при наличии в грунте больших камней и каменных включений.
Для прицепных и полуприцепных скреперов к гусеничным тракторам максимальные транспортные скорости обычно не превышают 10-15 км/ч, полуприцепных — 30-40 км/ч, самоходных — 50-60 км/ч. Практически достигаемые транспортные скорости движения скреперов часто не превышают 20-25 км/ч, даже для самоходных скреперов с рессорной подвеской колес. Только при тщательной подготовке транспортных путей и наличии подвески колес получают скорости выше указанных.
Скреперы классифицируют по объему ковша, способам загрузки и разгрузки, типу управления и другим конструктивным признакам. Прицепные скреперы имеют ковш с геометрической вместительностью 3-25 м3, полуприцепные — 4,5-25 м3, самоходные — 8-40 м3.
По способу загрузки разделяют скреперы с принудительной (транспортером — элеватором) и свободной (тяговым усилием) загрузкой.
По способу разгрузки разделяют скреперы со свободной разгрузкой вперед или назад, принудительной разгрузкой (обычно вперед) и полупринудительной вперед, назад или в середине, через щель. На скреперах с элеваторной загрузкой применяют принудительную разгрузку через сдвигаемое днище ковша путем выдвижения задней стенки. Наиболее распространена принудительная разгрузка, обеспечивающая возможность работы на влажных и липких грунтах.
Передние заслонки в скреперах гидравлически управляемые, с помощью которых можно регулировать зев между заслонкой и ножами. Для скреперов применяют гидравлическое управление.
Ножи на скреперах устанавливают по одной линии для проведения планировочных операций и с выступающей средней частью — для земляных работ, где такая установка обеспечивает лучшее заполнение, особенно в конце набора ковша.
Схема самоходного скрепера, представляющего собой комбинацию одноосного тягача с одноосным ковшовым прицепом, показана на рис. 7.9. Рабочим органом машины является ковш. Боковым стенкам и днищу ковша для усиления жесткости обычно придают коробчатую форму. Передняя балка обеспечивает жесткость всей конструкции, к ней присоединяют гидроцилиндры подъема и опускания ковша.
Ковши всех скреперов снабжают буферами — пространственными фермами коробчатого сечения, на которые воздействуют толкачи. К балкам фермы приваривают кронштейны для крепления оси задних колес. В буферах устанавливают направляющие балки, по которым на роликах передвигается задняя стенка. Ножи ковша изготавливают составными, что обеспечивает смену только одной части при затуплении и поломке. Режущую часть ножа наплавляют твердыми сплавами для повышения ее износостойкости. Для уменьшения сопротивления при разработке тяжелых грунтов ковши снабжают зубьями. Тяговый расчет скрепера
Сопротивление, возникающее в конце наполнения, равняется сумме четырех сопротивлений:
W = Wm+Wp+WH+W’, (7.27)
где Wm — сопротивление перемещению груженого скрепера; W — сопротивление резанию; Wh — сопротивление наполнение;^ — сопротивление перемещению призмы волочения.
Wm={Gc+GXf±i), кН, (7.28)
где G — вес скрепера в кН; — вес грунта в ковше в кН; / — коэффициент сопротивления передвижению; і — уклон поверхности движения.
Таблица 7.7
|
Значения коэффициента наполнения ковша скрепера kH для различных грунтов
|
|
(7.29) |
Вес грунта в ковше скрепера Gz =
где q — геометрическая вместимость ковша в м3; уг — плотность грунта в естественном залегании в кг/м3; kH — коэффициент наполнения ковша грунтом (табл.7.7); g — ускорение свободного падения; kp — коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера (табл. 7.8).
Таблица 7.8.
Значения коэффициента разрыхления грунта в ковше скрепера kp для различных грунтов
|
Грунт |
Влажность в % |
Плотность грунта в естественном залегании в т/м3 |
кР |
|
Сухой песок |
— |
1,5-1,6 |
1,0-1,2 |
|
Влажный песок |
12-15 |
1,6-1,7 |
1,1-1,2 |
|
Легкая супесь |
7-10 |
1,5-1,7 |
1,1-1,2 |
|
Супеси и суглинки |
4-6 |
1,6-1,8 |
1,2-1,4 |
|
Средний суглинок |
15-18 |
1,6-1,8 |
1,2-1,3 |
|
Сухой пылеватый суглинок |
8-12 |
1,6-1,8 |
1,2-1,3 |
|
Тяжелый суглинок |
17-19 |
1,65-1,8 |
1,2-1,3 |
|
Сухая глина |
— |
1,7-1,8 |
1,2-1,3 |
W = kbh, кН, (7.30)
где к — удельное сопротивление резанию в кН/м2, имеет следующие значения:
пески и слабые песчаные грунты 50-70
супеси и суглинки 80-100
тяжелые суглинки и глины До 120
Принимать значения к свыше 100-120 кН/m2 не рекомендуется,
так как более плотные грунты необходимо предварительно разрыхлять.
При выборе величины h можно руководствоваться следующими данными:
q в м3 6 10 15
h в см:
для суглинка 4-6 8-10 12-14
для супеси 6-8 10-12 14-16
Полное сопротивление наполнению W складывается из сопротивления силы тяжести поступающего в ковш грунта Wн и сопротивления трению грунта в ковше W.
Сопротивление силы тяжести поднимаемого столба грунта определяется по формуле:
Wu = bhHy^g, кН, (7.31)
где b — ширина резания в м; h — толщина стружки в м; уг — плотность грунта в кг/м3; Н — высота наполнения ковша в м.
Ориентировочные значения Н следующие:
Вместимость ковша в м3 <3 6 10 15
Высота наполнения ковша Н в м 1,00-1,13 1,25-1,5 1,8-2,0 2,3
Сопротивление трению W грунта по грунту в ковше возникает в
результате давления боковых призм, располагающихся по обе стороны
столба грунта при его перемещении в вертикальном направлении внутри ковша:
W[ = 2Рц2 = xbH2ysg, кН, (7.32)
где
|
х = ■ |
|
1 + tg-(p2 Ф2 — угол внутреннего трения грунта. 166 |
tg(p2 _sin (р2
Значения х и угла внутреннего трения для различных грунтов приведены в табл.7.9.
Таблица 7.9.
Значения х и угла внутреннего трения для различных грунтов
|
Грунт |
Угол внутреннего трения ф2 в град. |
X |
|
Глина |
14-19 |
0,24-0,31 |
|
Суглинок |
24-30 |
0,37-0,44 |
|
Песок |
35-45 |
0,46-0,50 |
Сопротивление перемещению призмы волочения равно
Wn = уЬН1угц28 > КН (7.34)
где у — коэффициент объема призмы волочения перед заслонкой и ножами ковша, у = 0,5-0,7 , наибольшее значение относится к сыпучим грунтам; Н — высота наполнения, м; b — ширина резания, м; у — плотность грунта в кг/м3; (р2 = 0,3-0,5 — коэффициент трения грунта по грунту (суглинки, пески).
Производительность скрепера как машины периодического (циклического) действия равна отношению среднего объема грунта, разрабатываемого за один рабочий цикл, к средней длительности цикла.
Продолжительность рабочего цикла t слагается из времени копания tKon, движения с грунтом 1Йг, разгрузки t, движения с порожним ковшом tdn, переключения передач nnetnep (ппер ~ число переключений передач), поворотов п tnoe (ппов — число поворотов) и времени подхода толкача t :
тол
t = t +/.. + /+/, . + /1 t + п t + t. (7.35)
ц коп д. г р о. п пер пер пов пов тол
Интервалы времени tKon, ідг, t, tdn вычисляют подлине соответствующих участков пути и скорости движения скрепера. Часть интервалов времени рабочего цикла принимают на основании опытных данных.
По мере увеличения объема перевозимого грунта удельная стоимость транспортирования уменьшается, поэтому затраты времени на набор в ковш дополнительного количества грунта могут быть оправданы при необходимости транспортировать его на большое расстояние. При перевозке грунта на небольшие расстояния (200-300 м) более экономичным может быть наполнение ковша всего на 80-90% номинальной вместимости.
Большое значение имеет вопрос взаимодействия скрепера с толкачом. Эффективность самозагружающихся скреперов снижается по мере удлинения пути транспортирования грунта, когда уменьшается влияние простоев из-за ожидания толкача. При больших расстояниях транспортирования целесообразно использовать самоходные скреперы, обладающие высокой маневренностью, способностью преодолевать крутые подъемы и двигаться с большой скоростью по дорогам с плохой проходимостью. Но для ускорения набора грунта в этом случае нужны и мощные толкачи (гусеничные тракторы с бульдозерным отвалом или специальной буферной плитой, колесные толкачи).
Толкачи должны иметь бесступенчатую трансмиссию для плавного подъезда к скреперу и предотвращения отрыва от него во время набора грунта.
На тяжелых грунтах и при больших расстояниях транспортирования грунта применяют два последовательно движущихся толкача.