книги / Скреперы
..pdfg — ускорение свободного падения.
= Pразг υ ст
Nразг 270 η м .
Трение грунта по плоскости А—В (см. рис. 27) не учитываем, так как при повороте заслонки ее лобовая часть отходит от ковша и связь между грунтом в заслонке и грунтом в ковше нарушается.
При определении усилия, потребного для принудительной разгрузки ковша скрепера Рразг, за расчетное положение принимаем начало передвижения задней стенки при полной загрузке ковша грунтом и открытой заслонке (см. рис. 27).
Силу Рразг, необходимую для выталкивания грунта из ковша, определяем по формуле
Pразг = Ртр.д + Рб.ст + Рк + Рj .
Здесь сила трения грунта о днище ковша
Ртр.д = Gгр µ1 = µ1 qк γ г g ,
kp
где qк — геометрическая емкость ковша; kp — коэффициент разрыхления грунта;
µ1 — коэффициент трения грунта по металлу. Сила трения о боковые стенки ковша
Pб.ст = 2µ1 Еа,
где Еа — активное давление грунта на боковую стенку (см. рис. 27),
Еа = 0,5 Hст2 γ Г kб L g,
где Hст — высота боковой стенки;
L — длина боковой стенки;
kб — коэффициент бокового давления, зависящий от физикомеханических свойств грунта, kб = 0,6…0,8.
51
Сила сопротивления качению роликов задней стенки по днищу ковша
Pк = Gp fк,
где Gp — суммарная нагрузка, действующая на все ролики;
fк — коэффициент |
сопротивления |
|
качению роликов, fк = |
|||||||
=0,10…0,15; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pj — сила инерции, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
γ |
г |
k |
н |
|
υ |
ст |
|
|
P = |
к |
|
|
+ G |
|
, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
j |
|
kp |
|
|
р |
|
|
|
||
|
|
|
|
g t |
где υ ст — скорость движения задней стенки; t — время разгона;
qк — геометрическая емкость ковша, м3; γ г — объемный вес грунта, кгс/м3.
Мощность (л.с.), необходимая для разгрузки ковша скрепера
= Pразг υ ст
Nразг 270 η м .
12. РЕЖИМ РАБОТЫ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СКРЕПЕРА
При работе скрепера степень наполнения ковша, характеризуемая коэффициентом наполнения kн, зависит от способа врезания: при прямом врезании kн равен 0,8, при ступенчатом — 0,9, при гребенчатом — 1,0, при шахматно-гребенчатом — 1,1.
Производительность скрепера (м3/ч) в плотном теле П = 3600 qк kн kв ,
где qк — геометрическая емкость ковша скрепера, м3;
52
kв — коэффициент использования рабочего времени, kв =
=0,85…0,90;
kp — коэффициент разрыхления талого грунта, kp = 1,08…1,32; Tц — продолжительность цикла, с,
Тц = |
l1 |
+ |
l2 |
+ |
l3 |
+ |
l4 |
+ tпер + 2tпов, |
υ 1 |
|
|
|
|||||
|
υ 2 |
υ |
3 υ |
4 |
|
где l1 — длина пути заполнения, м;
υ 1 — скорость движения при заполнении ковша, м/с; l2 — длина пути транспортирования грунта, м;
υ 2 — скорость движения груженого скрепера, м/с; l3 — длина пути разгрузки, l3 = 3…10 м;
υ 3 — скорость движения скрепера при разгрузке, м/с; l4 — длина пути порожнего скрепера, м;
υ 4 — скорость движения порожнего скрепера, м/с;
tпер — время на один поворот, tпеp = 15…20 с; tпов — время на переключение передачи, tпов = 6 с.
Длина пути заполнения ковша скрепера
l1 |
= |
qк kн kп |
+ 0,5 (м), |
||
0,7 |
B hср kp |
||||
|
|
|
где kп — коэффициент, учитывающий потери грунта при образовании призмы волочения и боковых валиков, kп = 1,2… 1,5;
0,7 — коэффициент, учитывающий неравномерность толщины стружки;
В — ширина захвата ковша (резания), м;
hср — средняя толщина срезаемой стружки, м.
Полная длина пути, проходимого скрепером при наборе грунта,
Lн = l1 + Lск,
где Lск — длина агрегата (длина трактора со скрепером), м.
53
13. СКРЕПЕРЫ С МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ЗАГРУЗКОЙ КОВША
Из скреперов с механизированной загрузкой ковша наибольшее распространение получили скреперы с загрузочным устройством
ввиде скребкового элеватора (такие скреперы условно называют элеваторными) (рис. 28). У скреперов этого типа за счет силы тяги ведущих колес осуществляется только срезание и передвижение машины. Наиболее трудоемкий процесс — заполнение ковша грунтом — осуществляется элеватором, размещенным в передней части ковша над ножами. При этом пласт грунта, поступающий с ножа, подхватывается скребками элеватора и отбрасывается в ковш. Это обеспечивает возможность самостоятельной полной загрузки ковша элеваторного скрепера без толкача. Использование элеваторов для заполнения ковшей скрепера позволяет снизить себестоимость разработки грунта на 10– 20 %. При этом стоимость машины возрастает на 25 %, эксплутационные расходы повышаются на 13 %, а время копания грунта увеличивается на 30 %. Применение таких машин целесообразно на однородных грунтах без каменистых включений. Попадание камней вызывает поломки элеватора, поэтому допускаемые размеры камней составляют 100–150 мм, а для крупных машин — 200–250 мм. Влажные глинистые грунты налипают на скребки, и загрузка прекращается. При больших скоростях грунт забрасывается цепями элеватора за ковш,
всвязи с чем скорость цепи не должна превышать 1,4 м/с, соответственно скорость машины при копании ограничивается 1,8 км/ч, а тол-
щина стружки 150 мм. Вместимость ковша Vк = qк Kн скрепера с эле-
ваторной загрузкой определяется из условий режима набора грунта на ровном месте и транспортирования с грунтом на подъеме [4, 13–16].
Рис. 28. Скрепер с элеваторной загрузкой
54
В последнее время появились скреперы с другой разновидностью механизированной загрузки — загрузкой шнековым элеватором (их условно называют шнековыми) (рис. 29). У таких скреперов, так же как и у элеваторных, благодаря силе тяги ведущих колес срезается стружка грунта, а ковш заполняется с помощью одного или двух вертикальных шнеков, расположенных вдоль ножей на днище и имеющих высоту, равную необходимой высоте заполнения грунта с «шапкой». Срезаемый ножами пласт грунта поступает на винтовую лопасть шнека и транспортируется ею вертикально вверх. Грунт, осыпаясь с лопасти на днище и затем на ранее набранный грунт в ковше, постепенно заполняет ковш на всю высоту шнека.
Рис. 29. Скрепер со шнековой загрузкой
Одним из видов скреперов с механизированной загрузкой также является скрепер с метателем (рис. 30). Преимущество данного вида загрузки — небольшие затраты мощности по сравнению со шнековым способом загрузки. Недостатком является неполное заполнение ковша и перекидывание грунта (из-за различных физикомеханических свойств грунтов) при больших оборотах вращения метателя.
Рис. 30. Скрепер с метателем
55
Для уменьшения внутреннего трения грунта при заполнении ковша используют газовоздушную смазку. Это ведет к снижению приведенных удельных затрат на разработку грунта на 17–22 % и росту производительности машины на 30–36 %. Этот способ интенсификации выгодно отличается от других тем, что не сужает область использования скреперов. Недостатком является загрязнение отверстий выхода сжатого воздуха грунтом и последующему их засорению.
На рис. 31 показана схема скрепера с винтовой загрузкой.
Рис. 31. Скрепер с винтовой загрузкой
13.1. Расчет скрепера с элеваторной загрузкой
При режиме копания вместимость ковша (м3):
|
|
G |
(ϕ − |
f )− |
Пэл k− V |
γ |
|
|
||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
сц |
сц |
|
υ |
|
k |
p |
п k |
p |
|
|
V |
= |
|
|
|
|
р |
|
|
, |
|||
|
|
|
γ |
|
|
|
|
|
|
|||
к |
|
(aм + |
|
) f |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при режиме транспортирования
V = |
Gсц((ϕ сц − f ) − tgα 0 ) |
, |
|||
|
|||||
к |
γ |
|
|
|
|
|
(aм + |
|
)( f + tgα 0 ) |
|
|
k |
|
|
|||
|
|
p |
|
||
|
|
|
|
где Gсц — сцепной вес скрепера с элеваторной загрузкой, кгс; ϕ сц — коэффициент сцепления;
f — коэффициент качения;
Пэл — производительность элеватора, м3/с;
k — коэффициент сопротивления резанию, кг/см2;
56
υ p — средняя скорость скрепера при наборе грунта, м/с; Vп — объем призмы волочения, м3;
γ — объемный вес грунта, кгс/м3;
kp — коэффициент разрыхления грунта;
aм — удельная металлоемкость скрепера, кг/м3.
По принятой вместимости ковша проверяется баланс мощности:
N = N1 + Nэл.
Мощность привода движителей тягача при заполнении ковша грунтом (кВт):
N1 |
= |
(W1 +W2 )υ р |
, |
|
|||
|
|
3,6 η т |
где
W1 = (Gск + G2 ) f , W2 = k B h.
Мощность привода элеватора (кВт) рассчитывается по формуле
Nэл = kк Пэл gη (Lгω 0+ H0 ),
3600
где kк — коэффициент, учитывающий затраты на сообщение грунту кинетической энергии, kк = 1,15...1,5 , большее значение соответствует более высокой скорости цепи элеватора;
Пэл — производительность скребкового элеватора, м3/ч;
η— КПД привода элеватора;
Lг — длина горизонтальной проекции элеватора, м;
ω 0 — коэффициент сопротивления движению цепи элеватора (для работы на суглинках и супеси ω 0= 3,5 );
H0 — высота подъема грунта, м. Производительность скребкового элеватора (м3/ч):
Пэл = 3600 Bск hcк ψ c Cэл υ ц,
где Bск — ширина скребка, м;
57
hcк — высота скребка, м;
ψ c — коэффициент заполнения межскребкового пространства
ψ c = 0,8...0,9;
Cэл — коэффициент, учитывающий угол наклона элеватора, ко-
торый принимается при углах наклона 30–40° соответственно для тяжелых сыпучих грунтов 0,45–0,8, для легких сыпучих грунтов 0,5;
υ ц — скорость цепи элеватора, υ ц= 1,2...1,4 м/с.
Установлено на практике, что если объем грунта, срезаемого в единицу времени ножами скрепера, равен или меньше объема грунта, транспортируемого элеватором, то элеватор работает удовлетворительно, т.е.
Пэл ≥ Пк,
Пк — производительность скрепера по копанию грунта, м3/ч,
Пк = 1000 В h υ p ,
где B — ширина ковша, м; h — глубина копания, м;
υ p — скорость скрепера при копании, км/ч.
Зная мощность Nэл и скорость движения цепи, конкретизируют параметры привода элеватора путем выбора соответствующего гидромотора.
Мощность на ведущем валу элеватора (л.с.)
Nэл = Wэл υ эл .
75
Мощность на валу отбора мощности коробки передач
N= Nэл ,
ηг.м
где η г.м — КПД гидропередачи и редуктора, η г.м= 0,7;
Wэл — тяговое сопротивление на рабочей ветви элеватора,
Wэл = Wэлс +Wэлп ,
58
где Wэлс — сопротивление, возникающее при первоначальном разрушении (сдвиге) пласта грунта скребками, кгс;
|
|
|
|
|
− hн |
|
||
|
|
|
arccos |
rc |
|
|||
|
2 |
|
|
|
||||
W с |
= |
kc Bc rc |
tgβ |
|
rc |
, |
||
|
|
|
||||||
эл |
|
rзв |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где kc — сопротивление грунта сдвигу скребками, кг/м2;
rc — расстояние от оси вращения звездочек до наружной окружности, описываемой рабочей кромкой скребков, мм;
|
− hн |
|
|
arccos |
rc |
— угол контакта скребков с пластом, град. |
|
|
|
||
|
rc |
Wэлп — сопротивление, возникающее в тяговом органе (цепи) от
трения в элементах тягового органа (шарнирах цепи при огибании цепью звездочек), перемещение грунта по грунтовому скосу и трения движущихся частей о грунт, кгс,
Wэлп = |
i γ (sinβ + µ |
cosβ |
) |
0,19h |
1,1Z |
эл |
|
|
||
|
1 |
|
|
c |
+ |
|
|
+ |
||
kp |
|
|
|
a |
|
|||||
|
|
|
|
t tgδ |
|
|
|
|||
+q0 Zэл (cosβ (2,1µ + 1,1µ2 ) + 0,1sinβ |
), |
|
|
где i — средний объем грунта, перемещаемого скребком, м3;
µ, µ, µ— коэффициенты трения элементов цепи;
1 2
a— шаг между скребками, мм;
β— угол наклона элеватора к горизонту, град;
γ — объемный вес грунта в плотном теле, кгс/м3; Zэл — количество огибаний;
q0 — масса движущихся частей элеватора, кг,
q0 = 2qц + qc ; a
где qц — масса цепи, кг; qc — масса скребка, кг.
59
Тяговое сопротивление при копании и транспортировании:
W = Wт +Wp +Wп,
где Wт — сопротивление перемещению скрепера как повозки; Wp — сопротивление грунта резанию;
Wп — сопротивление перемещению призмы волочения. После преобразования получим
|
|
|
|
γ |
|
n |
эл |
k |
|
γ |
|
W = V |
a |
м |
+ |
|
f + |
|
|
+V |
|
µ . |
|
|
|
|
|
|
|||||||
к |
|
|
|
ν p kp |
п |
kp |
1 |
||||
|
|
|
|
kp |
|
|
Необходимо, чтобы
Tт = Gсц ϕ сц ≥ W .
13.2. Скрепер со шнековым загрузочным устройством. Расчет мощности шнека
Для определения мощности привода, необходимого для транспортирования грунта, срезаемого ножом, вверх ковша, рассмотрим схему действующих сил в процессе копания (рис. 32).
В процессе копания грунт, вырезаемый из массива ножом скрепера, вытесняет находящуюся над ним стружку в направлении загрузочного устройства. Загрузочное устройство, подхватывая лопастью грунт от ножа, удаляет его и освобождает место для новой порции грунта. Таким образом снижается сопротивление движению стружки на входе в ковш. Далее грунт, поступивший на винтовую лопасть, перемещается ею внутрь ковша.
60