Строительные машины и основы автоматизации

СКРЕПЕРЫ

Скрепер является самоходной или прицепной (к гусеничному или колесному трактору, колесному тягачу) землеройно-транс - портной 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 территории под застройку, планировке кварталов, возведении насыпей, разработке широких траншей и выемок под различные сооружения и искусственные водоемы и др. Наиболее эффективно скреперы работают на непереувлажненных средних грунтах (супесях, суглинках, черноземах), не содержащих круп­ных каменистых включений. При разработке скреперами тяжелых грунтов их предварительно рыхлят на толщину срезаемой струж­ки. Главным параметром скреперов является геометрическая вме­стимость ковша (м3), которая лежит в основе 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 движущим усилием срезаемого слоя грунта, с принудительной загрузкой с помощью скребкового элеватора;

• по способу разгрузки ковша — с принудительной разгрузкой при выдвижении стенки ковша вперед (основной спо­соб), со свободной (самосвальной) разгрузкой опрокидыванием ков­ша вперед по ходу машины;

• по способу агрегатирования с тяговыми средствами — прицепные к гусеничным тракторам и двухос­ным колесным тягачам; самоходные, агрегатируемые с одноосными и двухосными колесными тягачами;

• по способу управления рабочим — с канат­но-блочным (механическим), гидравлическим и электрогидравличе - ским управлением.

Выпускаемые в настоящее время скреперы имеют гидравлическую или электрогидравлическую систему управления рабочим органом, ко­торая обеспечивает принудительное опускание, подъем и разгрузку ковша, изменение глубины резания, подъем и опускание передней за­слонки ковша с помощью гидроцилиндров двойного действия. Прину­дительное заглубление ножей ковша в грунт позволяет довольно точно регулировать толщину срезаемой стружки, сокращать время набора грунта и эффективно разрабатывать плотные грунты.

Рабочий процесс скрепера состоит из следующих последова­тельно выполняемых опера­ций: резание грунта и наполне­ние ковша, транспортирова­ние грунта в ковше к месту ук­ладки, выгрузка и укладка грунта, обратный (холостой) ход машины в забой. При на­боре грунта (рис. 4.10, а) ножи опущенного на грунт ковша 2 срезают слой грунта толщиной h, который поступает в ковш при поднятой подвижной за­слонке 3. Наполненный грун­том ковш на ходу поднимается в транспортное положение (рис. 4.10, б), а заслонка 3 опускается, препятствуя высы­панию грунта из ковша. При разгрузке ковша (рис. 4.10, в) заслонка 3 поднята, а грунт вытесняется принудительно из приспущенного ковша вьщви-
гаемой вперед задней стенкой 5 ковша, причем регулируемый зазор между режущей кромкой ковша и поверхностью земли определяет толщину с укладываемого слоя грунта 4, который разравнивается (планируется) ножами ковша и частично уплотняется колесами скрепера. При холостом ходе порожний ковш поднят в транспорт­ное положение, а заслонка опущена. Для увеличения тягового уси­лия скрепера при наполнении ковша в плотных грунтах обычно ис­пользуют бульдозер-толкач 1 (см. рис. 4.10, а). При наполнении ков­ша скорость движения скреперов составляет 2...4 км/ч, при транс­портном передвижении — 0,5...0,8 максимальной скорости трактора или тягача.

У некоторых моделей скреперов для уменьшения сопротивлений при работе в ковше устанавливают наклонный скребковый конвей­ер (элеватор), осуществляющий принудительную загрузку срезанно­го ножом слоя грунта в ковш и его выгрузку. Скреперы с элеватор­ной загрузкой наиболее рационально используются на сыпучих грунтах при выполнении небольших объемов работ.

В зависимости от вида и объема выполняемых земляных работ применяют различные схемы движений скрепера в плане — по эл­липсу, восьмеркой, челночно-поперечное и др. Схему движения по эллипсу применяют при разработке выемок и широких траншей, челночно-поперечное и восьмеркой — при копании неглубоких, но больших по площади котлованов.

Прицепные скреперы к гусеничным тракторам, обладающие вы­сокой проходимостью, способны работать в плохих дорожных усло­виях. Низкие транспортные скорости этих машин (не более

10.. .15 км/ч) ограничивают экономически целесообразную даль­ность транспортировки грунта 500...800 м. Самоходные скреперы характеризуются более высокими мобильностью, маневренностью, транспортными скоростями (до 50 км/ч) и производительностью (в 1,5...2,5 раза) по сравнению с прицепными машинами той же вме­стимости.

Дальность транспортировки грунта самоходными скреперами экономически эффективна на расстояние до 5000 м.

В строительстве используют самоходные скреперы с ковшами вместимостью 4,5, 8,3, 15, 16 и 25 м3.

На скреперах с ковшами вместимостью 16 и 25 м3 установлен второй дополнительный задний двигатель для привода задних колес через гидромеханическую трансмиссию, что позволяет выполнить все колеса машины ведущими. Управление дополнительным двига­телем и гидромеханической трансмиссией синхронизировано с управлением тягачом и ведется из кабины машиниста. Одновремен­ную работу обоих двигателей используют при заполнении ковша и транспортировании грунта к месту разгрузки: при выгрузке ковша и обратном ходе используется один двигатель тягача.

Самоходный скрепер (рис. 4.11) представляет собой двухосную пневмоколесную машину, состоящую из одноосного тягача 15 и по - луприцепного одноосного скреперного оборудования, соединенных между собой универсальным седельно-сцепным устройством 14. На тягаче смонтированы два гидроцилиндра 1 для его поворота отно­сительно рабочего органа в плане. Седельно-сцепное устройство обеспечивает возможность относительного поворота тягача и скре­пера в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для толкания скрепера бульдозером-толкачом в процессе набора грунта имеется буферное устройство 8.

Основным узлом скрепера является ковш 5 с двумя боковыми стен­ками и днищем, опирающийся на колеса 7. К подножевой плите ковша крепят сменные двухлезвийные ножи 2 — два боковых и средние. Ковш снабжен выдвижной задней стенкой 10 для принудительной раз­грузки, а в передней части — заслонкой 11, поднимающейся при набо­ре и выгрузке грунта. Заслонка служит для регулирования щели при загрузке ковша и закрывает ковш при транспортировании грунта. Ковш двумя шарнирами 4 соединен стяговой П-образной рамой }, же­стко соединенной с хоботом 13. Гидравлическая система управления рабочим оборудованием обеспечивает подъем и опускание ковша 5, заслонки 11, выдвижение задней стенки 10 и возврат ее в исходное по­ложение с помощью трех пар гидроцилиндров 6, 9 и 12. Насосы гидро­системы рабочего оборудования приводятся в действие от коробки отбора мощности базового тягача. Раздельное управление гидроци­линдрами осуществляется золотниковым распределителем, установ­ленным в кабине машиниста.

Рабочее оборудование самоходных и прицепных скреперов оди­наково по конструкции и максимально унифицировано. Эксплуата­ционная производительность скрепера (м3/ч) в плотном теле

где п — число циклов в час (п - 3600/Ти); q — вместимость ковша скрепера, м3; Кн — коэффициент наполнения ковша грунтом (Ка = 0,6...1,2); Ка - qlqi (qі — объем рыхлого грунта в ковше скре­пера); Къ — коэффициент использования машины по времени (Кв - 0,8...0,9); Кр — коэффициент разрыхления грунта в ковше скре­пера (Кр = 1,1...1,3).

Тц — UVj "Ь Ij/Vt "t" IpJVp-i "t" /n. x/Vn. x tu 2/пов, (4.18)

где /з, /т, /рз, /п. х — длины участков соответственно набора грунта (за­полнения ковша), транспортировки грунта, разгрузки ковша, порож­него хода скрепера, м; v3, vT, vp3, vn. x — скорости скрепера соответственно при заполнении ковша, транспортировке грунта, раз­грузке и порожнем ходе, м/с; tn — время на переключение передач тя­гача; t„0B — время на один поворот (tnoa = 15...20 с).

Длина участка набора грунта

U = qKJ(Kpbh), (4.19)

где b — ширина срезаемой полосы, м; h — толщина срезаемого слоя грунта, м.

Набор грунта скрепером производится на участках длиной

12.. .30 м. Разгружаются скреперы на участках длиной 5...15 м.

При работе скрепера наиболее неблагоприятным является мо­мент, когда ковш скрепера почти полностью загружен грунтом при продолжающемся процессе резания грунта.

Подбор тягача производят по максимальному сопротивлению движению скрепера.

Полное сопротивление движению скрепера при загрузке (кН)

Fz — F + Fi + + Fa + Fs, (4-20)

где F — сопротивление движению скрепера, кН:

-Fi - (Gq + Grp)(f ± і), (4.21)

Gc — вес скрепера, кН,; Grp — вес грунта в ковше, кН;/ — коэффици­ент сопротивления качению колес скрепера по грунту (f= 0,1...0,15 — для плотных грунтов;/ = 0,15...0,2 — для разрыхленных грунтов; / = 0,2...0,25 — для сыпучих песков); і - tga — уклон пути; a — угол наклона пути движения скрепера к горизонту, град; знак «+» прини­мается при работе на подъем; «-» — при работе под уклон;

F2 — сопротивление грунта резанию, кН:

Fi = КрЫг, (4.22)

Кр — удельное сопротивление грунта резанию (Кр = 80... 120 кПа); b и h — ширина и толщина срезаемого слоя грунта, м (h - 0,13...0,4 м);

F? — сопротивление движению призмы волочения впереди ков­ша скрепера, кН:

F3 = ybFT-pg(i ± і), (4.23)

у — отношение высоты призмы волочения к высоте грунта в ковше О' - 0,5...0,65, причем большие значения для сыпучих грунтов); Я— высота слоя грунта в ковше, м (при вместимости ковша q = 4,5 м3 Я - 1... 1,18 м, при q - 6 м3 Я - 1,25... 1,5 м, при q = 10 м3 Я - 1,8...2 м, при q = 15м3 Я = 2,3—2,5 м); р — плотность грунта, т/м3 (для сухого песка р = 1,2...1,5 т/м3, для супесей и суглинков р = 1,6...1,8 т/м3); ц — коэффициент трения грунта по грунту (ц = 0,3...0,5. причем большие значения для песчаных грунтов); g — ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с-);

Fa — сопротивление от веса срезаемого слоя грунта, движущего­ся в ковше, кН:

Fa - bhHpg, (4-24)

F5 — сопротивление от внутреннего трения грунта в ковше, кН:

F5 = bfppxg, (4-25)

л - — коэффициент, учитывающий влияние категории грунта (для глин л - = 0,24...0,31, для суглинков и супесей х = 0,37...0,42, для песков Л - = 0,45...0,5).

При загрузке скрепера одним тягачом без трактора-толкача /•V < FTar (F™г — тяговое усилие тягача скрепера, кН); при загрузке с помощью толкача Ft < FTSlT + F-гол (F-гол — тяговое усилие толка­ча, кН).