книги / Определение производительности и тяговый расчет прицепного скрепера

В самом конце процесса загрузки ковша скрепера, когда ковш почти полностью заполнен грунтом, а процесс срезания слоя грунта продолжается, тягового усилия базовой машины может быть недостаточно. Для завершения процесса заполнения ковша грунтом может использоваться дополнительный толкающий трактор (рис. 6), который своим отвалом упирается в буфер скрепера и передает ему дополнительное тяговое усилие, необходимое для полной загрузки ковша грунтом.

Рис. 6. Схема совместной работы самоходного скрепера с трактором-толкачом: 1 – заслонка; 2 – ковш; 3 – задняя стенка;

4 – нож; 5 – трактор-толкач

Из скреперов с механизированной загрузкой ковша наибольшее распространение получили скреперы с загрузочным устройством в виде скребкового элеватора (такие скреперы условно называют элеваторными) (рис. 7). У скреперов этого типа за счет силы тяги ведущих колес осуществляется только срезание грунта и передвижение машины. Наиболее трудоемкий процесс – заполнение ковша грунтом – осуществляется элеватором, размещенным в передней части ковша над ножами. При этом пласт грунта, поступающий с ножа, подхватывается скребками элеватора и отбрасывается в ковш. Это обеспечивает возможность самостоятельной полной загрузки ковша элеваторного скрепера без толкача. Использование элеваторов для заполнения ковшей скрепера позволяет снизить себестоимость разработки грунта на 10...20 %. При этом стоимость машины возрастает на 25 %, эксплутационные расходы повышаются на 13 %, а время копания грунта увеличивается на 30 %. Применение таких машин целесообразно на однородных

11

грунтах без каменистых включений. Попадание камней вызывает поломки элеватора, поэтому допускаемые размеры камней составляют 100...150 мм, а для крупных машин 200...250 мм. Влажные глинистые грунты налипают на скребки, и загрузка прекращается. При больших скоростях грунт забрасывается цепями элеватора за ковш, в связи с чем скорость цепи не должна превышать 1,4 м/с, соответственно скорость машины при копании ограничивается величиной 1,8 км/ч, а толщина стружки – величиной 150 мм.

Рис. 7. Скрепер с элеваторной загрузкой

В последнее время появились скреперы с другой разновидностью механизированной загрузки – загрузкой шнековым элеватором (их условно называют шнековыми) (рис. 8). У таких скреперов, как и у элеваторных, благодаря силе тяги ведущих колес срезается стружка грунта, а ковш заполняется с помощью одного или двух вертикальных шнеков, расположенных вдоль ножей на днище и имеющих высоту, равную необходимой высоте заполнения грунта с «шапкой». Срезаемый ножами пласт грунта поступает на винтовую лопасть шнека и транспортируется ею вертикально вверх. Грунт, осыпаясь с лопасти на днище и затем на ранее набранный грунт в ковше, постепенно заполняет ковш на всю высоту шнека.

Рис. 8. Скрепер со шнековой загрузкой

12

2.1. Проверка условия движения скрепера

Проверяем выполнение следующих условий движения прицепного скрепера в процессе загрузки ковша (при условии движения без буксования):

где Рт – тяговое усилие, развиваемое двигателем трактора, Н; Рсц – сила тяги по сцеплению трактора (тяговый класс) (табл. 2), Н; ΣРi – сумма сопротивлений передвижению скрепера, возникающих в случае лобового резания и заполнения ковша грунтом, Н.

14

Таблица 2

Технические характеристики базовых тракторов

15

15

Сила тяги, развиваемая базовым трактором во время срезания грунта и загрузки ковша при движении трактора на первой передаче, Н,

где N – эффективная мощность двигателя трактора, кВт (табл. 2); v – скорость машины на низшей (первой) передаче, км/ч (табл. 2); η – КПД привода машины, η = 0,75...0,85.

Наибольшее усилие, необходимое для перемещения скрепера, возникает в период завершения копания. Оно необходимо для преодоления общего сопротивления передвижению скрепера, Н:

где Р1 – сопротивление грунта резанию, Н; Р2 – сопротивление движению призмы волочения грунта впереди скрепера, Н; Р3 – сопротивление от массы грунта, движущегося внутри ковша, Н; Р4 – сопротивление от внутреннего трения грунта в ковше, Н; Р5 – сопротивление перемещению скрепера, Н.

где В – ширина ножа скрепера, м (см. табл. 1); h – толщина срезаемого слоя, м (см. табл. 1); fр – удельное сопротивление грунта резанию, МПа (табл. 3).

Сопротивление движению призмы волочения грунта впереди скрепера, Н,

где k0 – коэффициент объема призмы волочения грунта (табл. 4); hк – высота слоя грунта в ковше, м (см. табл. 4); – плотность

16

грунта, т/м3 (см. табл. 3); μ – коэффициент трения грунта о грунт (μ = 0,3...0,5); i – уклон местности, рад (см. табл. 1).

Сопротивлениеотмассыгрунта, движущегося внутриковша, Н,

Таблица 4

Коэффициент объема призмы волочения и высота слоя грунта в ковше

17

где χ – коэффициент, учитывающий влияние рода грунта (для глины

χ = 0,24...0,3; для суглинкаχ = 0,37...0,44; для пескаχ= 0,46...0,5).

где mc – масса скрепера без тягача, кг (см. табл. 1); тгр – масса грунта в ковше, кг; mт – масса трактора, кг (см. табл. 2); fк – удельное сопротивление колес скрепера качению (для плотных грунтов fк = 0,15...0,2; для песков fк = 0,25...0,3); i – уклон местности, рад (см. табл. 1).

В случае, если условие (1) не выполняется, необходимо для увеличения тягового усилия использовать трактор-толкач, обеспечивающий эффективное наполнение ковша скрепера. Толкающий трактор можно подобрать по табл. 2 и вновь сделать расчет. При этом сцепной вес и тяговое усилие увеличиваются с учетом технических характеристик толкающего трактора. Правильность подбора трактора оценивается выполнением условия (1).

Результаты расчетов занесите в табл. 7.

3. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СКРЕПЕРА

Рассчитайте производительность прицепного скрепера и время рабочего цикла в соответствии со своим вариантом (см. табл. 1).

3.1. Расчет эксплуатационной производительности

Эксплуатационная сменная производительность скрепера,

м3/смены, определяется из следующего выражения:

где q – геометрический объем ковша, м3; Тц – время рабочего цикла, с; kн – коэффициент наполнения ковша; kр – коэффициент раз-

18

рыхления грунта (см. табл. 3); kэ – коэффициент эксплуатационных потерь времени (kэ = 0,75...0,8); пч.р – количество часов работы скрепера в смену.

Коэффициент наполнения ковша грунтом принимается следующим: для песчаных грунтов и гравия kн = 0,7...0,9; для супесей и суглинков kн = 1,1... 1,2; для чернозема и глины kн = 1,1... 1,25.

где t1, t2, t3, t4 – соответственно время операций наполнения ковша (копание), перевозки грунта (транспортирование), разгрузки ковша и холостого хода, с; t5 – продолжительность поворота, переключения скоростей и другие затраты времени на один цикл, с.

Продолжительность каждой операции цикла, с, определяется по формуле

где vi – скорость передвижения скрепера на данном участке, м/с; li – длина соответствующего участка, м,

где В – ширина ножа скрепера, м (см. табл. 1); h – толщина срезаемого слоя, м (см. табл. 1).

Время холостого хода скрепера, с,

где l1, l2, l3 – длины участков копания, транспортирования и разгрузки грунта соответственно, м; vх.х – скоростьхолостогохода, м/с.

19

Длина пути разгрузки l3 назначается для скреперов согласно табл. 5.

Время t5, затрачиваемое на повороты (в основном два поворота), принимается по табл. 6.

При определении продолжительности отдельных операций принимается, что копание грунта скрепером производится на первой передаче; передвижения с грунтом к месту разгрузки – на чет- вертой–пятой передачах; разгрузка ковша – на второй–третьей передачах, холостой ход скрепера к месту следующей загрузки – на пятой передаче.

Результаты расчетов занесите в табл. 7.

1Сила тяги по сцеплению Рсц, Н

2Сила тяги, развиваемая двигателем трактора, Рт, Н

3Общее сопротивление передвижению скрепера Рi, Н

20