Строительные и дорожные машины_ Шепелина_учебное пособие

∑Rв – вертикальная реакция со стороны грунта на рабочий орган, Н; Rнож в – вертикальная реакция со стороны грунта на зачистной нож, Н;

когда нож отсутствует, Rнож в= 0; fо – сопротивление передвижению, Н;

i – уклон поверхности движения;

F2 – суммарная реакция со стороны внешней среды на рабочее

∑Rг – горизонтальная реакция со стороны грунта на рабочий орган, Н; Rнож г – горизонтальная реакция со стороны грунта на зачистной нож, Н.

Силы F1 и F2 определены из условия выполнения экскаватора по навесной системе; когда в конструкции имеются дополнительные опорные устройства (опорные колеса, лыжи и др.), то в формуле (2.12) необходимо учитывать дополнительные сопротивления от работы этих устройств.

Реакции

Rножг kкоп bт c1 и Rножг ψ Rножг , (2.15)

где kкоп – удельное сопротивление грунта копанию зачистным ножом, Н/м2;

bт – ширина траншеи, м;

с1 – толщина неровностей на дне траншеи, образуемых вследствие особенностей кинематики движения рабочих органов; c1= 0,02 – 0,04 м;

ψ– коэффициент; ψ = 0,2 – 0,4.

Вслучае если зачистной нож на дне траншеи одновременно прорезает лунку под укладку подземных коммуникаций, то реакцию Rнож.г определяют с учетом площади разрабатываемого сечения. Вертикальные и горизонтальные реакции со стороны грунта на рабочий орган:

RB Rк sin RН cos Rк (sin cos ) ; (2.16)

RГ Rк cos RН sin Rк (cos sin ) , (2.17)

где ∑Rк – суммарная касательная реакция со стороны грунта на рабочий орган, Н;

ψ – коэффициент; ψ=0,15 – 0,45 для ковшей цепных экскаваторов;

ψ = 0,8 – 1,0 для скребковых и дискофрезерных рабочих органов;

40

ψ = 0,4 – 1 для ковшей роторных экскаваторов.

Суммарная касательная реакция со стороны грунта на рабочий

орган:

ковшовый

где Nкоп, кВт; Vц, м/с.

Мощность на привод отвальных конвейеров определяют по

где Пт – в м3/ч;

k1 – удельная мощность, расходуемая на единицу объема транспортируемого грунта, кВтч/м3;

k1 = 0,03 кВтч/м3 для ленточных отвальных конвейеров при их длине L = 3

– 5 м; k1=0,012 кВтч/м3 для двухсторонних шнековых отвалообразователей. Мощность на привод системы управления

где Fr – усилие в штоке подъемного гидроцилиндра, Н; (I – копание грунта на расчетной глубине, II – подъем рабочего оборудования, III – рабочий орган в горизонтальном положении);

Vшт – скорость штока рабочего силового цилиндра; Vшт = 0,05 – 0,10 м/с; ηсум – суммарный КПД.

Для роторных траншейных экскаваторов мощность,

расходуемая на привод ротора:

vокр – м/с, скорость резания vокр = 1,6 – 2,7 м/с; g = 9,8 м/с2;

ηр – КПД ротора, ηр = 0,7 – 0,8.

41

2.4 Пример расчета

Исходные данные: экскаватор цепной с ковшовым рабочим органом, q=0.01м3, грунт I категории, hт=3,5 м

где n = 0,33 ÷ 0,66 c-1, для многоковшовых цепных экскаваторов; kв – коэффициент использования по времени машины

непрерывного действия kв = 0,85 ÷ 0,9;

коэффициенты kн и kр выбираются из таблицы 2.1 Техническая производительность (м3/ч)

ПТ ПЭ / k В 9,72 / 0,9 10,8

Баланс мощности экскаваторов непрерывного действия.

Для цепных траншеекопателей

Nдвиг = Nцепи + Nпер + NTР +N НАС

где Nдвиг, Nцепи, Nпep, NTР, Nнаc - мощности, расходуемые соответственно двигателем, на привод цепного рабочего органа,

передвижение экскаватора с рабочей скоростью, привод отвальных конвейеров и системы управления экскаватором (гидронасосы, механические лебедки), кВт.

Мощность (кВт), расходуемая на привод цепного рабочего органа,

Nцепи = (Nкоп + Nпод) /ηприв= (0,5 0,14) / 0,9 0,71 (кВт)

где Nкоп, Nпод - мощность, расходуемая соответственно на копание грунта и его подъем из забоя до высоты выгрузки, кВт;

ηприв - механический КПД привода от двигателя до турасного вала включительно (0,8-0,9)

Мощность, расходуемая на копание грунта,

Nкоп = kкопПт/ (3600 · 103ηЦ)=100000·10,8/(3600·1030,6)=0,5 кВт где kКОП = 100 000Н/м2 удельное сопротивление копанию для грунтов I категории;

ηЦ = 0,60... 0,65 - КПД для свободно провисающей ковшовой цепи. Мощность, затрачиваемая на подъем грунта ковшовым рабочим органом,

Nпод = γПт(Н'0+0,5hт)/(3600·103ηЦ) =104·10,8(1+0,5·3,5)/(3600·103·0,6)≈0,14кВт

где γ - (=0,8…2·104) удельный вес грунта ненарушенной структуры, Н/м3; Н'О - высота подъема грунта, м (принимается Н'О=30-50% hТ);

hТ - глубина копания, в м. (Н'О=0,3·3,5≈1)

Мощность, расходуемая на передвижение экскаватора с рабочей скоростью,

Nпер=Fvр/(103ηпер) =3093·0,01/(103·0,7)=0,05 кВт

42

Суммарная касательная реакция со стороны грунта на ковшовый рабочий орган:

∑Rк =103NКОП/vЦ 10 3 0,5 / 2 250 Н

где Nкоп - в кВт;

vЦ =1,5…2,5 м/с.

Мощность (кВт) на привод отвальных конвейеров

NTP=ПTk1 10,8 0,03 0,324 (кВт)

где k1 - удельная мощность, расходуемая на единицу объема транспортируемого грунта

k1=0,03 кВт-ч/м3 для ленточных отвальных конвейеров при длине L=3 ... 5 м.

Мощность на привод системы управления

Nнас =FгVшт/(103ηсум) 3000 0,05 /(10 3 0,7) 0,21 (кВт)

где Fr - усилие в штоке подъемного гидроцилиндра конструктивно принимаем 3000Н;

Vшт - скорость штока рабочего силового цилиндра; Vшт = 0,05...0,10

м/с;

ηсум (=0,6…0,85) - суммарный КПД привода.

Для цепных траншеекопателей

Nдвиг = Nцепи + Nпер + NTР +NНАС = 0,71+0,05+0,324+0,21≈1,3(кВт)

Рекомендуемая литература

[1] стр.271-327, [4] стр.235-263, [14], [27], [35]

2.5Контрольные задания:

1.Дайте понятие экскаватора непрерывного действия.

2.Какие принципиальные отличия от одноковшового экскаватора?

3.Как рассчитывается эксплуатационная производительность ЭНД?

4.Каково число разгрузок ковшей в ед. времени для ЭНД?

5.От каких параметров зависит техническая производительность?

6.Для чего и как определяют баланс мощности экскаваторов непрерывного действия?

7.Как определяется вертикальные и горизонтальные реакции со стороны грунта?

8.Как рассчитывается мощность на привод отвальных конвейеров?

9.Определить основные параметры оборудования и мощности по исходным данным табл.2.2.

44

45

3.СКРЕПЕРЫ

3.1. Классификация и основные части скреперов

Скреперы являются землеройно-транспортными машинами с ковшовым рабочим органом, предназначенными для послойного (горизонтальными слоями) копания грунтов, транспортирования и отсыпки их в земляные сооружения слоями заданной толщины. Кроме того, при движении по насыпи скреперы своими колесами уплотняют отсыпанные слои грунта, благодаря чему сокращается потребность в специальных грузоуплотняющих машинах.

Скреперы используют для разработки разнообразных грунтов I-III категорий от чернозема до тяжелых глин. Очень плотные грунты предварительно разрабатывают рыхлителями.

Применение скреперов определяется дальностью возки грунта.

Рисунок 3.1. Самоходный скрепер (а), схемы соединения с тягачом (б...д), скрепер с принудительной загрузкой ковша скребковым элеватором (е):

1− нож; 2− боковая балка; 3− упряжный шарнир; 4− ковш; 5, 9− гидроцилиндры; 6− заднее колесо; 7−задняя стенка ковша; 8− заслонка; 10− передняя балка; 11− универсальный шарнир;

12− тягач; 13− тележка; 14− скребковый элеватор

46

Прицепные скреперы в агрегате с базовыми гусеничными тракторами используют при дальности транспортирования от 100 до 800 и максимально до 1000 м. Чем больше вместимость скрепера, чем быстроходнее его базовый трактор, тем на большей дальности транспортирования целесообразно применят агрегат. Однако уже при дальности транспортирования 1 км прицепные скреперы уступают в рентабельности автомобилям – самосвалам, загружаемым одноковшовыми экскаваторами. Если дальность транспортирования грунта менее 100 м, выгоднее применять более простые и дешевые землеройные машины, такие как бульдозеры на базе гусеничных тракторов.

Самоходные скреперы, агрегатируемые с базовыми, быстроходными колесными тягачами применяют в благоприятных условиях при дальности транспортирования от 300 до 3000 м и более. При дальности транспортирования более 3000м по бездорожью скреперы рентабельнее самосвалов, загружаемых экскаватором.

По типу ходовой части базовой машины различают скреперы на гусеничном и колесном ходу.

По способу загрузки ковша грунтом различают скреперы с загрузкой движущим усилием, т. е. тягой базовой машины и тягача (в случае применения последнего) и скреперы с принудительной загрузкой скребковым элеватором, установленным на самом скрепере.

Таблица 3.1 Область эффективного применения скреперов в зависимости от

дальности транспортирования и вместимости ковша

Увеличению производительности и эффективности работы скреперов способствует создание самоходных машин повышенной вместимости с двумя двигателями, (дополнительный двигатель служит для привода задних колес скрепера), а также применение самоходных скреперных поездов из двух или трех скреперов, загружаемых поочередно.

Некоторые модели скреперов с гидравлическим управлением оснащаются системой “Стабилоплан” для автоматической стабилизации положения ковша при планировочных работах. Эта система дает

47

возможность автоматически выдерживать заданный уклон продольного профиля планируемой поверхности.

3.2 Производительность скрепера.

Эксплуатационная производительность скрепера, м3/ч, в плотном теле

q1 – объем рыхлого грунта в ковше скрепера;

Кр – коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера, равный

1,1…1,3;

КВ – коэффициент использования машины по времени, равный

0,8…0,9;

п – число циклов в час; п=3600/tц;

tц – продолжительность одного рабочего цикла скрепера, с;

48

lЗ lТ, lрз, lпх – длины участков заполнения ковша, транспортировки грунта, разгрузки ковша, порожнего хода скрепера, м;

* v1 – скорость движения на 1 передаче, равная 2-4 км/ч.

vз, vТ, vрз, vпх – скорости скрепера при заполнении ковша, транспортировке грунта, разгрузке и порожнем ходе, м/с;

tП – время на переключение передач тягача; tпов – время на один поворот.

nп, nпов – число соответственно переключений передач и поворотов в зависимости от схемы движения скрепера;

где Vк – в м3;

kн – коэффициент наполнения;

kп – коэффициент, учитывающий потери грунта при образовании призмы волочения и боковых валиков; kп =1,2 – 1,5;

kс – коэффициент, учитывающий неравномерность толщины стружки на длине пути копания и существенно зависящий от способа копания грунта; при постоянной толщине стружки и гребенчатом зарезании kс = 0,7;

kр – коэффициент разрыхления;

Sс – площадь проекции стружки на плоскость, перпендикулярную к движению, м2;

где hотс – средняя толщина отсыпаемого слоя, м;

bк – ширина отсыпки, равная ширине ковша, м.

3.3 Выбор параметров скрепера

Главный параметр одноосного или другого тягача – максимальная мощность двигателя, а скрепера – вместимость ковша. Основные параметры самоходного колесного скрепера – максимальная расчетная транспортная скорость, вес груженого скрепера, его грузоподъемность, развеска по осям, размеры шин, первая расчетная рабочая скорость, число передач трансмиссии.

Вместимость ковша: