книги / Скреперы
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»
Л. Б. Белоногов, В. И. Кычкин
СКРЕПЕРЫ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебно-методического пособия
Издательство Пермского государственного технического университета
2010
1
УДК 621.878 (075.8) Б43
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент Л. В. Янковский (Пермский государственный технический университет);
канд. техн. наук, доцент А. В. Эдельман (ОАО «Пермавтодор»)
Белоногов, Л. Б.
Б43 Скреперы: учеб.-метод. пособие / Л. Б. Белоногов, В. И. Кычкин. — Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. —
90 с.
ISBN 978-5-398-00533-2
Даны краткие сведения о скреперах, приведены расчеты их параметров. Определены основные расчетные положения и внешние нагрузки, необходимые для расчета на прочность. Дан приближенный прочностной расчет рамы скрепера.
Предназначено для студентов специальности 190205.
УДК 621.878 (075.8)
ISBN 978-5-398-00533-2 |
© ГОУ ВПО |
|
«Пермский государственный |
|
технический университет», 2010 |
2
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
1. |
Классификация скреперов.................................................................. |
5 |
2. |
Особенности технологического цикла |
|
и организации скреперных работ .......................................................... |
8 |
|
3. |
Основы расчета скрепера................................................................. |
10 |
|
3.1. Выбор параметров ковша скрепера....................................... |
11 |
|
3.2. Тяговый расчет скрепера........................................................ |
12 |
4. |
Расчет нагрузок, действующих на скрепер..................................... |
18 |
|
4.1. Выбор расчетных положений ................................................ |
18 |
|
4.2. Первое расчетное положение |
|
|
(конец заполнения ковша) ............................................................. |
18 |
|
4.3. Второе расчетное положение (режим копания |
|
|
с вывешенными задними колесами скрепера)............................. |
21 |
|
4.4. Третьерасчетноеположение(транспортныйрежим— |
|
|
прямолинейноедвижениегруженогоскрепера) ................................ |
23 |
5. |
Расчет нагрузок, действующих от ковша |
|
на тяговую раму скрепера.................................................................... |
25 |
|
6. |
Расчет на прочность элементов тяговой рамы ............................... |
27 |
|
6.1. Определение реакций в упряжных шарнирах ...................... |
28 |
|
6.2. Расчет на прочность упряжных тяг....................................... |
35 |
|
6.3. Расчет на прочность поперечной балки |
|
|
тяговой рамы.................................................................................. |
36 |
|
6.4. Расчет хобота........................................................................... |
38 |
7. |
Расчет на прочность гидроцилиндра подъема |
|
и опускания ковша................................................................................ |
41 |
|
8. |
Расчет на прочность элементов седельно-сцепного устройства |
|
скрепера................................................................................................. |
43 |
|
9. |
Расчет на прочностьпальцадля крепления тяговой рамы................ |
44 |
10. Устойчивость землеройно-транспортных машин........................ |
45 |
|
11. Определение усилий в механизме подъема заслонки |
|
|
и разгрузки ковша скрепера................................................................. |
50 |
|
12. Режим работы и производительность скрепера ........................... |
52 |
|
13. Скреперы с механизированной загрузкой ковша......................... |
54 |
|
|
13.1. Расчет скрепера с элеваторной загрузкой........................... |
56 |
|
13.2. Скрепер со шнековым загрузочным устройством. Расчет |
|
|
мощности шнека ............................................................................ |
60 |
|
|
3 |
13.3. Скрепер с винтовым загрузочным устройством ................ |
63 |
14. Скреперы, снабженные системами газовой смазки |
|
рабочих органов.................................................................................... |
69 |
Список литературы............................................................................... |
75 |
Приложение I ........................................................................................ |
77 |
Приложение II ....................................................................................... |
81 |
4
1. КЛАССИФИКАЦИЯ СКРЕПЕРОВ
Скрепер — это универсальная машина (рис. 1), в которой совмещены свойства землеройной, транспортирующей, планировочной и частично уплотняющей машин. Скреперы имеют минимальную удельную материалоемкость и энергоемкость по сравнению с многими землеройными машинами, просты по конструкции и в уходе, надежны в работе [2].
Рис. 1. Схема скрепера: 1 — тягач; 2 — седельно-сцепное устройство; 3 — арка-хобот; 4 — упряжная тяга рамы; 5 — гидроцилиндр подъема ковша; 6 — ковш; 7 — заслонка; 8 — задняя стенка; 9 — буферное устройство
5
Скреперы применяются в дорожном, гидротехническом и аэродромном строительстве. Дальность транспортировки грунта от 100 м до 3—5 км, отсыпка грунта производится спланированными слоями. Скреперы классифицируют по способам заполнения и разгрузки ковша, емкости ковша, способу управления, конструкции ходовой части, способу передачи тягового усилия.
По способу наполнения ковша существуют скреперы:
1)с загрузкой тяговым усилием трактора-тягача (и толкача);
2)с принудительной загрузкой.
Ускреперов первой разновидности срезание слоя грунта (стружки) и поступление грунта в ковш осуществляются за счет тягового усилия трактора-тягача (и толкача), если последний применяется. Поступает грунт в движущийся ковш и наполняет его в результате противодавления, развивающегося в стружке и ранее срезанном разрыхленном грунте, накопившемся перед ножами в так называемой «призме волочения».
Ускреперов второй разновидности срезание стружки грунта ножами осуществляется также за счет тягового усилия тракторатягача (толкач для загрузки этих машин, как правило, не применяется), а принудительная подача срезанного грунта в ковш производится скребками цепного элеватора. Скребки захватывают порции грунта, поднимают их либо по стальному наклонному листу, либо по переднему откосу уже имеющегося в ковше грунта и отбрасывают его
вковш назад по ходу машины.
По типу ходовой части скреперы подразделяются на прицепные, полуприцепные и самоходные.
У прицепных скреперов весь вес конструкции и вес содержащегося в ковше грунта передаются на ходовые колеса скрепера, кроме незначительной части веса дышла, передаваемой на буксирную скобу трактора. У полуприцепных и самоходных скреперов от половины до полного веса конструкции и полезного груза используется в качестве активного сцепного веса на ведущих колесах.
Прицепные и полуприцепные скреперы просто и относительно быстро можно отцепить от трактора (тягача). После этого трактор
6
(тягач) может автономно двигаться или использоваться в агрегате (сцепе) с другой прицепной или полуприцепной машиной.
Самоходными скреперами называют такие скреперы, у которых тягач после отсоединения от скрепера не может самостоятельно двигаться, так как является составной частью агрегата, вне которого он не может работать.
По типу привода ходовой части скреперы разделяются на одно-,
двух- и многодвигательные, дизельные, электрические. У дизельных и электрических скреперов узел колеса с шиной, приводным электродвигателем и редуктором называется мотор-колесом. Кроме того, имеются самоходные скреперы одноковшовые и скреперные поезда двух- и трехковшовые.
По типу разгрузочного механизма скреперы с загрузкой тяго-
вым усилием подразделяются на скреперы со свободной (самосвальной) разгрузкой опрокидыванием ковша вперед и назад, скреперы с принудительной разгрузкой прямолинейным движением задней стенки ковша или заслонки назад, скреперы с полупринудительной разгрузкой опрокидыванием задней стенки и днища ковша — опрокидывания вокруг шарнира подножевой плиты и вокруг шарниров боковых стенок.
По типу разгрузочного механизма скреперы с принудительной загрузкой подразделяются на скреперы с принудительной разгрузкой прямолинейным движением назад передней части днища и выдвижением вперед задней стенки ковша и скреперы с полупринудительной разгрузкой опрокидыванием вперед задней стенки и днища ковша вокруг шарниров его боковых стенок.
По типу привода рабочих органов скреперы с принудительной загрузкой подразделяются на скреперы с гидравлическим управлением и скреперы с электромеханическим управлением посредством электродвигателей с редукторами и исполнительными механизмами.
Потипутягачаскреперыподразделяютсянаколесныеигусеничные. Самоходные скреперы, как правило, выполняются на пневмоколесном ходу, прицепные и полуприцепные — как на гусеничном,
так и на пневмоколесном.
7
По емкости ковша скреперы подразделяются на ковши с малой вместимостью (до 5 м3), средней вместимостью (5–15 м3) и большой (более 15 м3).
2.ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА
ИОРГАНИЗАЦИИ СКРЕПЕРНЫХ РАБОТ
Полный цикл работы скрепера состоит из набора грунта, его транспортирования, разгрузки ковша, обратного хода.
Операция набора грунта включает в себя резание грунта и наполнение ковша и характеризуется необходимостью значительной силы тяги. Ковш наполняется грунтом при движении скрепера по свежесрезанной грунтовой поверхности.
Толщина срезаемой стружки зависит от вида грунта, а для скреперов с тяговой загрузкой — также от силы тяги толкача.
В зависимости от вида работы, типа и состояния грунта применяют различные способы резания грунта и разработки забоя.
При планировочных работах, когда снимают небольшой слой грунта, ковш наполняют стружкой постоянной толщины. Для скреперов с тяговой загрузкой этот способ нецелесообразен, так как не позволяет полностью использовать силу тяги скрепера и толкача. Он применим для скреперов с механизированной загрузкой ковша.
Более распространен способ наполнения ковша стружкой переменного сечения, начиная от возможно толстой с постепенным уменьшением ее к концу пути набора. Это обусловливает постоянную загрузку двигателей скрепера и толкача в течение всего времени набора и позволяет наполнять ковш за более короткое время. Такой способ эффективен при работе на глинистых грунтах.
Количество набираемого грунта скрепером зависит от состояния разрабатываемого грунта, условий и способов наполнения. Лучше
8
наполняется ковш при разработке грунтов влажностью до 25 %. Чрезмерно сухие грунты предварительно увлажняют.
Тяжелые грунты категорий 3 и 4 перед началом разработки скреперами рыхлят продольными полосами с помощью бульдо- зеров-рыхлителей параллельными их проходами со сдвигом, равным заданному измельчению грунта. Рыхлить грунт рекомендуют на комья размером 10–15 см, наибольший размер комьев разрыхленного грунта не должен превышать 2/3 глубины резания скрепера.
В связных грунтах ковш хорошо наполняется при разработке забоя под уклон 6–13 %, что повышает силу тяги скрепера и толкача за счет использования их массы и улучшает наполнение ковша. Сухими несвязными грунтами ковш наполняют на подъеме до 6 % после их предварительного увлажнения.
Поперечный уклон площадки забоя по отношению к направлению скрепера не должен превышать 8 %.
Работа в транспортном режиме занимает основное время цикла (до 80–90 %). Продолжительность операции определяется скоростью движения машины по трассе. Скорость перемещения как груженого, так и порожнего скрепера зависит от дальности перемещения грунта, состояния землевозных дорог и реально может достигать 30–40 км/ч. Характерной поверхностью движения скреперов в транспортном режиме является плотная грунтовая дорога, свежесрезанный грунт, насыпной, уплотненный проездами грунт.
Предельная рекомендуемая дальность перемещения грунта зависит от объема ковша и составляет для скрепера с объемом ковша
q = 10 м3 400–2500 м.
Скрепер разгружают при прямолинейном движении со скоростью 6–8 км/ч. Характерной поверхностью движения скрепера является рыхлый насыпной грунт, обусловливающий значительное сопротивление качению [3, 4].
9
3. ОСНОВЫ РАСЧЕТА СКРЕПЕРА
Задачами расчета скрепера являются: определение параметров ковша, определение тягового усилия при рабочем режиме, определение нагрузок, действующих на скрепер, выполнение прочностных расчетов, проверка устойчивости скрепера.
При этом могут быть поставлены две задачи:
1)по данной вместимости ковша найти потребную силу тяги
иподобрать параметры тягача;
2)по заданным параметрам тягача определить вместимость ковша скрепера.
В том и другом случае рассматривается заключительная стадия наполнения ковша скрепера.
При расчете скрепера необходимо задать параметры грунта, конструктивную схему скрепера и эксплуатационный вес скрепера.
При расчете универсальных землеройных машин технические параметры следует оптимизировать для условий разработки суглинистого
грунта категорий 2–3 при влажности 17–20 %, углах внутреннего ивнешнего тренияρ = 25…27° и ρ= 22…25° иплотности Суд = 8…12.
При предварительных расчетах конструктивный вес скрепера [12]
Gск = a g qк ,
гдеа— коэффициентудельнойматериалоемкости, т/м3 (табл. 1 прил. I); g — ускорение свободного падения;
qк — геометрическая вместимость ковша,
qк = Bк Hк Lк ;
где Bк, Hк, Lк — ширина, высота и длина ковша, м. Эксплуатационный вес скрепера
Gэ = Gск + Gм + Gо ,
где Gм — вес эксплуатационных материалов (топливо, смазка, вода); Gо — вес оператора.
При общем расчете скрепера необходимо также определить производительность скрепера. Основные параметры должны соответствовать ГОСТ 5738—73 и ГОСТ 10055—75, ГОСТ 13262—79 [5–7] (см. табл. 1, 2 прил. I).
10