Применение
элеваторной загрузки обеспечивает высокий
коэффициент загрузки ковша и снижение
тягового усилия при заполнении скрепера
на 20 – 25%.
Автоматизация
работы скрепера значительно облегчает
условия работы и повышает производительность.
С помощью автоматического регулирования
можно поддерживать оптимальный режим
работы двигателя, а также тяговое усилие
машины на постоянном уровне регулированием
толщины стружки грунта.
Для
повышения точности планировочных работ
при отделке дорожных насыпей и выемок
применяют систему автоматического управления
«Стабилоплан», которая обеспечивает
автоматическую стабилизацию продольного
углового положения ковша скрепера при
выполнении планировочных работ.
Рис. 6 - Принципиальные
схемы скреперов со скребковым конвейером:
а - набор грунта;
б - выгрузка грунта
На тракторе
в кабине водителя смонтирован блок и
пульт дистанционного управления, а за
кабиной размещен электрозолотник управления.
На буфере скрепера установлен датчик
углового положения, который включен в
электросхему управления и регулирует
толщину срезаемой стружки грунта.
Технологические
схемы работы. Для разработки грунта заранее
составляют схему, по которой будет работать
скрепер. Производительность скрепера
зависит от того, насколько полно используется
емкость ковша и рационально выбирается
схема резания и набора грунта. Рекомендуется
набирать грунт на передаче базовой машины
при скорости 2 - 3 км/ч, при толщине срезаемой
стружки от 7 до 35 см, что в свою очередь
определяется категорией грунта и мощностью
базового тягача и толкача. Трактор-толкач
обеспечивает полную загрузку ковша скрепера
в плотных грунтах. Наполнение ковша с
постепенным выглублением ножа производят
при постоянной толщине стружки и ширине
резания. Этот способ используют при планировке
грунта. Для сокращения времени набора
грунта используют ступенчатый способ
наполнения ковша. Зарезание грунта при
устройстве выемок и разработке резервов
ведут по ребристо-шахматной схеме, по
которой разработка грунта ведется последовательными
рядами проходок, одинаковыми по длине
и расположению. При работе скрепера по
этой схеме между проходами первого ряда
оставляют полосы неразработанного грунта
шириной не более 1,3 м. Второй ряд разработок
ведется на расстоянии половины длины
проходки от первого и расположен по оси
оставленных полос грунта. Работа по этой
схеме увеличивает заполнение ковша до
110% его геометрической емкости, сокращая
при этом на 10 - 15% путь и время набора грунта.
По этой схеме скрепер может работать
без трактора-толкача. При работе в рыхлых
сыпучих грунтах применяют способ, называемый
«клевок». По этому способу величина заглубления
ковша в 2 раза больше той, которая соответствует
устойчивой работе двигателя с полной
нагрузкой. При работе базового тягача
на неустойчивой характеристике двигателя
ковш выглубляется, в это время двигатель
снова набирает нужные обороты, и так повторяется
до тех пор, пока ковш будет полным.
В зависимости
от расположения забоев относительно
мест отсыпки грунта движение скреперов
может быть организовано по различным
схемам. Рациональную схему движения скреперов
инженерно-технические работники выбирают
заранее в проектах производства работ
на основании технико-экономических расчетов,
а также с учетом следующих требований:
– путь
транспортирования грунта должен быть
кратчайшим;
– забой
должен быть такой длины, чтобы ковш скрепера
загружался полностью;
– длина
участка разгрузки должна обеспечивать
полную разгрузку ковша;
– при
возведении полотна должны быть въезды
и съезды.
Наиболее
распространенными схемами движения скреперов
являются: эллиптическая, восьмеркой и
зигзагообразная. Кроме этих схем применяют
следующие: схему «спираль», поперечно-челночную,
продольно-челночную.
Схема
гидросистемы скрепера ДЗ-20В показана
на рис. 7. Она включает гидрооборудование
базового трактора и гидрооборудование
прицепного скрепера. В гидрооборудование
трактора входит бак для рабочей жидкости,
фильтр, гидронасосы, гидрораспределитель
с ручным управлением и соединительные
трубопроводы. В гидрооборудование скрепера
входят два гидроцилиндра двойного действия
для подъема и опускания заслонки, два
гидроцилиндра для подъема и опускания
ковша, одного гидроцилиндра управления
задней стенкой, а также оборудование,
обеспечивающее управление ковшом при
работе системы автоматической стабилизации,
реверсивный золотник, предохранительный
клапан, обратный клапан и обратный клапан
с дросселем.
Рис. 7 - Гидравлическая схема
прицепного скрепера
1 - Сак; 2 - гидронасос; 3 - фильтр; 4 - обратный
клапан; 5 - обратный клапан с дросселем;
6 - предохранительный клапан;
7 - гидрораспределитель; 8, 9, 10 - гидроцилиндры;
- - реверсивный
золотник
Расчет скрепера
Исходные данные:
Емкость ковша – q = 8 м3
Категория грунта – 2
Вес скрепера без грунта – G
= 4500 кг
Скорость движения во время
загрузки – vр = 2 км/ч = 33
м/мин
Толщина стружки h = 14 см
Длина скребка элеватора lэ = 2.3 м
Тяговое усилие – 4900 кгс
Мощность двигателя тягача
– N = 110 л.с.
Ширина ковша
l =
м
Путь наполнения скрепера
м
Время наполнения
мин
Производительность элеватора
м3/мин = 0.25 м3/с
Из конструктивных возможностей,
связанных с внутренним размером ковша,
назначаем высоту скребка равной hэ = 0.2 м. Принимая
коэффициент заполнения пространства
между скребками в среднем Кэ = 0.4, получим
скорость движения скребков
м/с = 136 см/с.
Принимаем с запасом vэ = 150 см/с, тогда
Пэ = 1.5∙2.3∙0.2∙0.4∙1.5 = 0.4 т/с
Отсюда необходимая мощность
для загрузки скрепера срезанным грунтом
при помощи элеватора
л.с.,
где:
η – к.п.д.;
Lг – горизонтальная составляющая
пути перемещения грунта элеватором;
Н – высота подъема грунта;
К – коэффициент
Величина сопротивления грунта
разработке скрепером данной емкости
без элеватора
= 11761 кгс,
где
W1 = l∙h∙Kp = 240∙14∙1.15
= 3860 кгс
W2 = W1∙l∙H∙(h+0.44∙H)
= 3860∙2,4∙1,25∙(0,14+0,4∙1.25) = 7411 кгс
W2 = 1350∙qп= 400 кгс
Расчеты показывают, что загружать
скрепер со свободной загрузкой следует
при помощи толкача, т.к. тягового усилия
и мощности тягача достаточно только для
резания грунта.
Вес грунта в скрепере
т
Сопротивление перемещению
машины
Wп = (G+Gг)∙f = (4500+13200)∙0.06 = 1062 кгс
Величина требуемой мощности
л.с.
Суммарная тяговая мощность
л.с.
Мощность, затрачиваемая на
резание
л.с.
Тогда NΣ – N1 = 28 л.с.,
значит в ряде случаев при использовании
элеваторной нагрузки возможна работа
проектируемого скрепера без толкача,
что значительно повышает технико-экономические
показатели работы скрепера.
Величина статически полезного
окружного усилия на звездочке
кгс
Принимаем жесткость препятствия
ориентировочно с1 = 800 кгс/см.
Жесткость цепи значительно больше этой
величины, поэтому в расчет вводим жесткость
препятствия. Ориентировочно вес погонного
метра цепи равен 7 кг, общий вес цепи lц = 28 м.
Сила инерции
кгс
Суммарная сила на цепи (с запасом
на одну цепь)
кгс
Наибольший рекомендуемый запас
прочности – до 20. Разрушающая нагрузка:
Рр = 20∙1459 = 29180 кгс
Выбираем цепь пластинчатую
по ГОСТ 588-81 с разрушающим усилием 31.5 кгс
и шагом 100 мм. Диаметр звездочки при количестве
зубьев z = 16 будет равен
мм
Момент на валу звездочки при
спокойной работе
кгс∙см
На тракторе установлен насос
НШ-46, ему соответствует по удельной производительности
гидромотор МНШ-46, развивающий наибольший
крутящий момент 690 кгс∙см.
Необходимое передаточное отношение
редуктора равно
Усилия по штокам цилиндров
механизма разгрузки ковша
- ковш в нижнем положении
полностью загружен
кгс,
где Gк = 500 кг
– вес ковша
- ковш в крайнем верхнем положении,
липкий влажный грунт полностью завис
в ковше
кгс
По данным справочника выбираем
два цилиндра D = 140 мм, Рц. макс = 15390 кгс.
Проверка скрепера на устойчивость
В значительной степени безопасность
скрепера зависит от его устойчивости.
Скрепер при работе испытывает ассиметрично
приложенные нагрузки, преодолевает значительные
и поперечные уклоны, работает в тяжелых
грунтовых условиях. Действие перечисленных
факторов может привести к опрокидыванию
скрепера либо к его остановке из-за недостаточного
сцепления ведущих колес с грунтом ввиду
перераспределения нагрузок между осями.
С увеличением угла α (рис. 6) уменьшается
нагрузка на ведущие колеса. Максимальное
тяговое усилие Тmax при движении
на подъем характеризуется углом φСЦ при условии
сохранения сцепления ведущих колес с
грунтом:
где R –
реакция грунта на ведущих колесах
где LM – база
скрепера
, кН
Необходимое для движения скрепера
тяговое усилие
где
f – коэффициент сопротивления передвижению
скрепера
, кН
Предельный угол подъема определяем
следующим образом:
Предельный угол подъема αМАХ=15˚
Рис. 8 - Схема для определения
устойчивости по сцеплению
Устойчивость на
повороте проверяется при движении
по косогору (рис. 9). Появляющаяся в
этом случае сила инерции способствует
опрокидыванию скрепера:
где rп
– радиус поворота, м
ν
– скорость движения скрепера,
кН
Уравнение моментов относительно
точки А
Из этого уравнения можно найти
предельное значение либо угла при известной
скорости, либо скорости при заданном
косогоре, на которых устойчивость не
теряется
м/с
Рисунок 9 - Схема для определения
поперечной устойчивости
Расчет на прочность
Определение внешних сил и расчет
на прочность узлов и деталей проводят
для положений скрепера, соответствующих
наибольшей нагрузке при нормальной эксплуатации.
Анализ работы скрепера позволяет
установить основные положения для транспортного
режима груженого скрепера и для режима
копания.
Конец заполнения и начало подъема
ковша. При расчете
скрепера в таком положении конца резания
грунта и наполнения ковша принято, что
скрепер движется равномерно по горизонтальной
поверхности. При этом коэффициент динамики kд=1.
На рис. 8 показана схема сил, действующих
на скрепер со всеми ведущими колесами.
Рис. 10 – Схема сил, действующих
на скрепер в конце заполнения и начале
подъема ковша
На машину действуют активные
силы – суммарные окружные силы РК1 и РК2
ведущих колес по осям, сила G тяжести
скрепера с грузом. Реактивными являются
вертикальные реакции R1
и R2
грунта на оси и силы Pf1 и Pf2
сопротивления движению передних и задних
колес и вертикальная реакция RВ
грунта на ноже скрепера.
Для упрощения расчета в конце
наполнения ковша толщину стружки принимаем h =
0.
При определении окружных сил
на ведущих колесах
где φмах
– коэффициент сцепления.
Вертикальная реакция RВ
грунта на нож при подъеме груженого ковша
действует вниз. Её значение определяют
по соотношению
,
где ψ
= 0,37÷0,45.
Из уравнения суммы моментом
относительно точки О и суммы проекций
сил на оси Х и У, а также учитывая, что
,
,
,
,
,
получим значения вертикальных
реакций грунта на оси и сумму сил сопротивления
резанию и наполнению ковша:
;
кН
кН
кН
Нагрузки для расчета
отдельных узлов скрепера
Для определения нагрузок, действующих
от ковша на гидроцилиндры его подъема
и тяговую раму, рассмотрим схему сил (рис.
5). В схеме принято, что усилие в гидроцилиндрах
подъема ковша направлено вертикально.
Искомые нагрузки:
;
;
кН
Проверим на прочность пальцевое
соединение в месте крепления гидроцилиндра,
поднимающего заслонку к проушине.
В пальцевом соединении действуют
силы Ro H,
Условие прочности на срез:
где,
- касательное напряжение, МПа,
i – количество площадей среза,
Аср- площадь
среза, мм2,
- допускаемое напряжение
на срез,
Площадь среза Аср, мм2, определяется
по формуле; [1]
где d – диаметр пальца, мм.
Допускаемое напряжение на
срез
, МПа, определяем по формуле
где
- предел текучести, для стали 45 нормализованной
= 409 МПа.
, МПа
, МПа
‹
=123 МПа
Пальцевое соединение на срез
прочно.
Условие прочности на смятие:
,
где
- напряжение смятия, МПа,
Асм – площадь
смятия, мм2;
[
] - допускаемое напряжение при смятии,
МПа, для стали 45
[
] =150МПа. [3]
Площадь смятия Асм, мм2, определяется
по формуле:
Асм=d*δ
где, d – диаметр пальца, мм,
- ширина смятия, мм
Асм=50∙35=1750 мм2
МПа ‹
МПа
Пальцевое соединение на смятие прочно.
Список литературы
1. Бородачев И.П. Справочник
конструктора дорожных машин – М.: Машиностроение,
1973 – 504 с.
2. Гаркави Н.Г., Аринченков В.И.,
Карпов В.В. и др. Машины для земляных работ.
– М.: Высш.шк.,1982.-335.
3. Полосин М.Д. Машинист дорожных
и строительных машин.-М.: Издательский
центр «Академия», 2002.-288 с.
4. Методические указания
Машины для земляных работ
– Чита: ЧитГТУ, 1997 – 41 с.