Назначение, устройство и классификация скреперов

Скрепер является землеройно-транспортной машиной цикличного действия, выполняющей в процессе ее движения резание грунта, накопление его в ковше, транспортирование и выгрузку, иногда с разравниванием и уплотнением, в грунтовый отвал или сооружение. Эти машины широко применяют в дорожном строительстве для возведения насыпей и разработки выемок, в гидротехническом строительстве для рытья котлованов и сооружения дамб и плотин, в промышленном и гражданском строительстве для разработки котлованов, траншей и площадок, на вскрышных работах для срезки и рекультивации верхнего слоя грунта при добыче полезных ископаемых, а также на различных вспомогательных работах.

Скреперы используют чаще всего при разработке грунтов 1-ой и 2-ой категорий. При предварительном рыхлении они могут разрабатывать и грунты 3-ей и 4-ой категорий. Для ускорения заполнения ковша и увеличения производительности скреперы иногда работают вместе с толкачом.

Скреперы (Рис. 2.1) представляют собой комбинацию тягача 1 с тележкой 2, оснащенной ковшом 3, имеющим форму ящика, открытого спереди и сверху. Резание грунта осуществляется ножом 5, закрепленным на передней части днища. Толщина стружки изменяется в пределах 0, 12...О, 5 м в зависимости от размеров скрепера. Передняя часть ковша имеет шарнирно прикрепленную заслонку 6. Скреперы различают по виду соединения тягача с тележкой, по вместимости ковша, схеме соединения ковша с рамой, способу загрузки ковша.

Рис. 2.1. Самоходный скрепер.

По виду соединения тягача с тележкой скреперы бывают прицепные, полуприцепные и самоходные.

Прицепные скреперы имеют одно- или двухосную тележку (Рис. 2.2, а, б). Их применяют обычно с гусеничными тягачами при работе на сильно пересеченной местности с дальностью транспортирования до 0, 6 км и подъемах не более 10°. Масса скрепера и грунта в ковше у этих машин в основном передается на ходовую часть тележки скрепера.

У полуприцепных скреперов (Рис. 2.2, в, г), как и у самоходных, масса машины и грунта в ковше передается примерно поровну на колеса и тележки. Эти машины применяют при подъемах до 15° и значительной дальности транспортирования. Обычно для полуприцепных машин последнюю принимают не более 1, 5км и самоходных - не более 2 км. Однако в ряде случаев дальность транспортирования может быть экономически целесообразной и до 5...8 км.

Самоходные скреперы обычно изготовляют на базе одно -или двухосных тягачей. Для увеличения сцепного веса, что позволяет машине преодолевать большие подъемы и развивать

Рис. 2.2. Прицепной и полуприцепной скреперы.

более высокие скорости, у этих машин часто устанавливают двигатель как на передней, так и на задней осях. Синхронность вращения колес на всех ведущих осях в этом случае достигается применением гидромеханических трансмиссий, имеющих гидротрансформаторы на каждом двигателе. На машинах с ковшом вместимостью 25 м³ и более в дополнение к этому привод всех колес выполнен также дизель-электрическим или дизель-гидравлическим с мотор-колесами.

По вместимости ковшей скреперы делят на малые с ковшом вмес­тимостью до 4м³, средние - до 5...12 м³ и большие - более 12 м³.

По схеме соединения ковша с рамой машины скреперы делят на рамные (Рис. 2.1) и безрамные. В первом случае ковш с рамой соединен шарнирно. Передача тягового усилия тягача здесь в основном осуществляется через раму. При безрамной конструкции тяговое усилие воспринимается ковшом. Прочность и пространственная жесткость у него • обеспечиваются благодаря продольным и поперечным ребрам.

- 34 -

Загрузка ковшей может быть свободной и принудительной. В первом случае срезанная стружка грунта поступает в ковш за счет приложения тягового усилия. Это имеет место в процессе всего заполнения ковша. Во втором случае ковш наполняется с помощью скребкового элеватора (Рис. 2.3, а, б) или шнеков (Рис. 2.3, в-д).

В зависимости от схемы загрузки ковша различаются скреперы со свободной, полупринудительной, принудительной и щелевой загрузкой. При свободной загрузке грунт выгружается из ковша самотеком после открытия заслонки и наклона ковша в сторону режущей кромки или в обратном направлении. Во втором случае загрузка грунта достигается наклоном днища ковша вместе с задней стенкой относительно боковых стенок. При принудительной выгрузке грунт выталкивается из ковша перемещением его задней стенки по направлению заслонки. При щелевой загрузке грунт выгружается из ковша путем раздвижки его днища. В некоторых конструкциях раздвижка днища сопровождается и наклоном смещающейся его части.

- 35 -

2.2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СКРЕПЕРОВ И ИХ РАСЧЁТ

В качестве главного параметра скрепера условно принята геометрическая вместимость (емкость) ковша.

Основными параметрами являются мощность двигателя, масса машины, её габаритные размеры, ширина и максимальная толщина срезаемого слоя грунта, колёсная база скрепера, рабочая и транспортная скорости, распределение силы тяжести по осям скрепера и др.

У прицепного скрепера как порожнего, так и загруженного на переднюю ось приходится в среднем 45 % общей массы, а на заднюю ось - около 55 %.

У самоходного порожнего скрепера на переднюю ось падает около 70 % общей силы тяжести, а на заднюю ось - около 30 %; у загруженного - общая сила тяжести распределяется на переднюю и заднюю оси примерно поровну.

На заполнение ковша грунтом оказывают существенное влияние свойства и состояние грунта, толщина стружки, форма и установка ножа и геометрические параметры ковша, а именно: ширина ковша, соотношение между шириной резания и шириной ковша, высота и длина и продольный профиль ковша.

Геометрическая форма ковша должна быть такой, чтобы на заключительной стадии его наполнения требовалась возможно меньшая удельная сила тяги (сила тяги, соотнесённая к 1 м³ грунта, набранного в ковш). При выборе формы ковша необходимо также учитывать требования снижения металлоёмкости и обеспечения хорошей манёвренности скрепера, так как удлинение ковша вызывает увеличение базы скрепера, и тем самым ухудшает его маневренность.

- 36 -

В основе методики определения основных параметров ковша (по К.А.Артемьеву) лежит предложение придания ковшу такого продольного профиля, который соответствовал бы контуру грунта, заполняющего ковш в условиях, когда задняя стенка не стесняет поступления грунта в ковш. Это достигается при условии, что высота задней стенки Н₃ составляет 45 % от высоты наполнения, то есть Н₃ = 0, 45 Н.

Указанное требование вызывает необходимость соблюдения определённых соотношений между основными размерами ковша - его высотой, шириной и длиной.

Максимальный объём ковша (Рис. 2.4), который может быть заполнен при данной силе тяги, определяется возможной высотой наполнения Н, положением точек контура В и С, углами б_0> v и ф под которыми откладывается грунт в ковше, внутренней шириной В, между боковыми стенками ковша.

- 37 -

За основной параметр, в зависимость от которого поставлены все элементы продольного профиля, принята высота ковша (высота наполнения). Под высотой ковша Н принимается расстояние от линии стыка ножа с днищем до наиболее высокой точки ковша, измеренной по вертикали. Для определения высоты ковша при заданной его ёмкости необходимо наметить соотношение между шириной и высотой ковша,

В

m = ----------. (2.1)

Н

Величина этого соотношения оказывает большое влияние на удельное сопротивление в конце наполнения ковша. Чем больше т, тем меньше удельное сопротивление, возникающее при наборе грунта в ковш на заключительной стадии его наполнения.

Падение удельных сопротивлений особенно интенсивно происходит по мере увеличения отношения m в пределах 1...3. При дальнейшем увеличении этого отношения снижение удельного сопротивления становится менее интенсивным.

Падение удельных сопротивлений по мере возрастания m тем больше, чем больше ёмкость ковша.

В существующих скреперах соотношение между шириной ковша В и высотой ковша Н_к составляет т= 1, 40... 1, 78.,

Таблица 2.1

Рекомендуемые отношения между шириной ковша и высотой наполнения

- 38 -

Ширина ковша в конечном счёте ограничивается допустимыми габаритами грузов для железнодорожого состава. Скреперы большой емкости перевозятся по железной дороге в разобранном виде.

Габаритная ширина скреперов В_г и внутренняя ширина ковша В связаны следующей зависимостью

В_г = В + 2А, (2.2)

где А - сумма толщины боковой стенки и её накладок жесткости

толщины несущей боковой тяги нередка и зазоров,

необходимых для взаимных перемещений узлов в работе, мм:

А = 175...265 мм.

Ширину ковша скрепера определяют в зависимости от колеи его

тягача по зависимости

В = К_т + В_ш + 26, (2.3)

где К_т - колея тягача, мм;

В_ы - ширина пневмомашины или гусеницы, мм;

5 - зазор между наружным краем шины или гусеницы и

боковой стенкой ковша, обычно б = 30...60 мм. Высоту и длину ковша обычно принимают:

Н = (0, 4 * 0, 6) В; L = (1, 4 * 1, 8) Н. (2.4)

Высоту передней и хвостовой частей ковша берут в

зависимости от Н:

высоту передней части ковша берут Я₁ > О, 7Н; высоту хвостовой части ковша берут Н₂ > О, 6Н.

- 39 -

Между ёмкостью ковша q_va, приходящейся на 1 м его ширины, и высотой наполнения ковша Н при Н₃ = 0.45Н при работе на супесях и суглинках существует следующая зависимость, полученная экспериментальным путём:

q₁ = 0, 54 + 0, 48Н + Н² в м³ на 1 пог.м ширины ковша.

При ширине ковша В = m • Н

q_K = q_t ■ В = m ■ (0, 54Н + 0, 48Н² + Н³), м³ (2.5)

Техническую производительность (м³/ч) скрепера определяют по

зависимости

П_т = 3600-q_K -K_H/(t_u-K_p), (2.6)

где q_K - геометрическая вместимость ковша, м³; К_н - коэффициент наполнения ковша; К_р - коэффициент разрыхления грунта в ковше: для песка и супеси К_р = 1, 1... 1, 2; для суглинка и глины К_р = 1, 2...1, 4. Продолжительность (с) рабочего цикла

Ц ⁼ Ц ⁺ '" п. г ⁺ ^р ⁺ Ц. П '

где t_K - время копания, зависящее от разрабатываемого грунта, размера машины, условий работы,

Ц -" -к / ^VK

где 1_к - длина пути при копании;

v_CK - скорость движения при копании;

- 40 -

Ъ_П: г> t_n.n ~ продолжительность движения с груженым и порожним ковшом,

^п. п ⁼ ^-п'^vn

где 1_п - длина пути при обратном ходе;

v_n - скорость движения при обратном ходе; t_p - время разгрузки ковша и маневрирования, t_p = lp/v_p, где 1_р - длина пути при разгрузке;

v_p - скорость движения при разгрузке.