Тяговые расчеты и производительность прицепного скрепера

 

Цель: изучение конструкции и основных технико-эксплуатационных параметровприцепных скреперов;освоение методики подбора тягача;определение производительности для заданных технологических условий.

Теоретическая часть

Скрепер является самоходной или прицепной (к гусеничномуили колесному трактору, колесному тягачу) землеройно-транспортной машиной, рабочим органом которой служит ковш на пневмоколесах, снабженный в нижней части ножами для срезания слоя грунта. Скреперы предназначены для послойного копания, транспортирования, послойной отсыпки, разравнивания и частичного уплотнения грунтов I—IV категорий при инженерной подготовке территориипод застройку, планировке кварталов, возведении насыпей, разработке широких траншей и выемке под различные сооружения и искусственные водоемы и др. Наиболее эффективно скреперы работают на непереувлажненных средних грунтах (супесях, суглинках,черноземах), не содержащих крупных каменистых включений. Приразработке скреперами тяжелых грунтов их предварительно рыхлятна толщину срезаемой стружки. Главным параметром скреперовявляется геометрическая вместимость ковша (м³), которая лежит воснове типоразмерного ряда этих машин.

Скреперы классифицируют:

-   по вместимости ковша: машины малой (до 5 м³), средней(5-15 м³) и большой (свыше 15 м³) вместимости;

-   по способу загрузки ковша: с пассивной загрузкой движущимусилием срезаемого слоя грунта, с принудительной загрузкой с помощью скребкового элеватора.

-   по способу разгрузки ковша: с принудительной разгрузкой привыдвижении стенки ковша вперед (основной способ),со свободной (самосвальной) разгрузкой опрокидыванием ковшавперед по ходу машины.

-   по способу агрегатирования с тяговыми средствами: прицепные к гусеничным тракторам и двухосным колесным тягачам; полуприцепные и самоходные,агрегатируемые с одноосными и двухоснымиколесными тягачами.

Прицепные скреперы в агрегате с базовыми гусеничными тракторами используют при дальности транспортирования от 150 м до 1 км.

Полуприцепные и самоходные скреперы, агрегатируемые с базовыми быстроходными колесными тягачами применяют при дальности транспортирования от 300 м до 3 км и более (в условиях бездорожья их использование рентабельнее автосамосвалов). При дальности транспортирования на расстояние более 3 км при наличии
хороших дорог обычно применяются автосамосвалы, груженые экскаватором.

При наполнении ковша скорость движения скреперов составляет2…4 км/ч, при транспортном передвижении - 0,5…0,8 от максимальнойскорости трактора или тягача;

-   по способу управления рабочим органом: с канатно-блочным(механическим) - сейчас не используются, гидравлическим и электрогидравлическим управлением.

Рабочий процесс скрепера состоит из следующих операций: набора грунта, транспортирования груженого скрепера, разгрузки, транспортирования пустого скрепера к забою.

Последовательность выполнения задания

1. Ознакомиться с устройством скреперов.

2. Заполнить в журнале таблицы исходных данных для расчета.

3. Провести тяговый расчет заданного скрепера.

4. Рассчитать техническую и сменную эксплуатационную производительность скрепера.

5. Выполнить контрольные задания и ответить на вопросы.

 

Исходные данные для выполнения работы взять в соответствии с вариантом задания (табл. вариантов 5 и табл. 1…4).

 

Методические указания

Скреперы являются землеройно-транспортными машинами цикличного действия, предназначенными для послойной разработки и транспортирования грунта на расстояния от 0,1 до 5 км, а также его послойной отсыпки и частичного уплотнения.

Рабочий процесс скреперов (рис.1) включает операции набора l _н, во время которой происходит заполнение ковша грунтом, транспортирования груженого скрепера L, (перед этой операцией ковш поднимается в транспортное положение), разгрузки грунта l _р и возвращения порожнего скрепера в забой (холостой ход l _х). Кроме этих операций при работе скрепера попутно совершаются операции разравнивания и частичного уплотнения грунта ходовым оборудованием тягача и скрепера.

Рис. 1. Схема движения скрепера

Тяговый расчет

Возникающие при работе скрепера сопротивления зависят от со­вершаемой операции цикла. Максимальные сопротивления W имеют место в конечной стадии операции набора, поэтому подбор тягача к прицепному скреперу производят при рассмотрении этой операции. Как правило, набор осуществляют на 1-ой передаче тягача (и толкача, если он применяется).

При подборе тягача пользуются общим уравнением тяговых расчетов:

в нашем случае необходимо, чтобы:

                                          (1)

Верхнее неравенство 1 определяет условие движения без буксования;нижнее - условие движения скреперного поезда по тяговому усилию тягача.

Таблица 1 Физико-механические свойства грунтов

Вид грунта	Коэффициенты
	наполнения ковша кн	разрыхления грунта кр	сопротивления движению скрепера f	объема призмы волочения ψ	внутреннего трения грунта μ	вида грунта x	сцепления трактора с грунтом φ
Песок	0,6	1,1	0,15	0,4	0,6	0,46	0,85
Супесь	0,75	1,15	0,14	0,35	0,5	0,4	0,9
Суглинок	0,8	1,25	0,12	0,3	0,45	0,35	0,9
Глина	0,8	1,25	0,1	0,2	0,4	0,26	0,95

 

Таблица 2 Минимальная толщина грунтовой стружки, срезаемой скрепером, h _min, м

Емкость ковша q, м3	h min, м
	Песок	Супесь	Суглинок	Глина
2…4,5	0,15	0,12	0,1	0,08
5…7	0,2	0,15	0,12	0,10
8…10	0,25	0,2	0,18	0,15
15…25	0,35	0,25	0,2	0,20

 

1. Определение сопротивлений набору грунта.

Набор грунта осуществляют на горизонтальном участке, при этом возникают следующие сопротивления:

 , кН                                      (2)

где: - сопротивление передвижению груженого скрепера как тележки, кН;

, кН                                                       (3)

здесь:

- вес грунта в ковше скрепера, кН;

, кН                                                    (4)

- сопротивление грунта резанию затупленной режущей кромкой ножа; складывается из сопротивлений резанию  и смятию , кН;

, кН          (5)

- сопротивление грунта заполнению ковша; складывается из сопротивлений веса столба грунта в ковше  и трения  столба грунта об остальную массу грунта в ковше, кН;

, кН         (6)

- сопротивление призмы волочения, кН.

, кН                                           (7)

Подбор тягача по тяговому усилию и условию сцепления с грунтом

                                                   (8)

где - тяговое усилие тягача на i-ой передаче (обычно – на первой).

Для тракторов с бесступенчатым регулированием скоростей  выбирается по графику рис.2. Минимальные и максимальные значения  указаны в табл.5.

В случае, если ни один из двух предложенных тракторовне обладает весом или тяговым усилием, достаточным для выполнения условия (8), то в дополнение к нему необходимо подобрать трактор-толкач из той же таблицы. В этом случае - суммарный вес двух тракторов, - суммарное тяговое усилие двух тракторов (это относится только к выражению 8).

 

2. Определение сопротивлений возникающих при других операциях цикла.

2.1. Сопротивление груженого хода на подъем.

, кН                               (9)

2.2. Сопротивление груженого хода на горизонтальном участке определяется по выражению 3.

 

2.3. Сопротивление на начальном этапе разгрузки, когда ковш полностью заполнен грунтом, равняется сопротивлению груженого хода на горизонтальном участке и определяется по выражению 3.

 

2.4. Сопротивление холостого хода определяется аналогично выражению 3. Однако при этом . Кроме того, согласно эллиптической схеме, если груженый скрепер двигается на подъем, то холостой ход должен осуществляться на спуск. Но на протяжении холостого хода могут оказаться и горизонтальные участки. Поэтому принимаем i =0. В итоге имеем:

, кН                                            (10)

Передачи для каждой операции определяется по тяговому усилию, создаваемому тягачом на данной передаче (табл.5). Скрепер должен ехать как можно быстрее, но при этом тяговое усилие должно быть не меньше расчетного сопротивления на данной операции. Если трактор имеет бесступенчатую трансмиссию, то скорости движения и тяговые усилия определяются по рис.2.

Если при наборе грунта тягачу не хватает тягового усилия, то необходимо в дополнение к нему подобрать еще один трактор (толкач).

На участке разгрузки скорость не должна превышать 5 км/ч.