9.2 Особенности взаимодействия скреперного ковша с грунтом
Скреперный ковш взаимодействует с грунтом режущей частью, заслонкой и внутренней поверхностью (рисунок 9.1).
Последовательность заполнения скреперного ковша
а – первый этап: заполнение задней части ковша (скольжение стружки по днищу ковша или по грунту в ковше); б, в – второй этап: заполнение передней части ковша (продвижение стружки сквозь грунт в ковше и фонтанирование на его поверхности).
Рисунок 9.1.
В начале загрузки ковша сопротивлений призмы волочения и заполнению нет или они незначительны; основная часть усилия копания идет на преодоление сопротивления резанию грунта. Но по мере увеличения сопротивлений призмы волочения и заполнению ковша часть усилия копания, расходуемая на преодоление сопротивления грунта резанию, уменьшается; несколько уменьшается и глубина резания.
Призма волочения, в зависимости от свойств грунта, формируется обычно на протяжении 1/3 … 1/2 пути резания. Силы для преодоления ее сопротивления вначале возрастают, а затем стабилизируются. Сопротивления же заполнению ковша увеличиваются до конца загрузки.
Исследования показывают, что период заполнения ковша можно разделить на два этапа.
На первом этапе грунт движется к задней стенке и заполняет прилегающую к ней часть ковша. Этот этап заканчивается образованием у задней стенки ковша грунтовой призмы с поверхностью, наклоненной под углом, близким к углу естественного откоса грунта (см. рисунок 9.1,а).
На втором этапе заполняется остальная часть ковша в результате своего рода фонтанирования грунта на вершине образующейся призмы и скатывания кусков грунта по ее боковым поверхностям (см. рисунок 1,б). Этот этап завершается образованием грунтового тела с откосами, идущими от стенок ковша и заслонки (см. рисунок 1,в).
В зависимости от свойств грунта характер процесса заполнения может меняться. При разработке сыпучих грунтов стружка разрушается еще до заполнения ковша, вследствие чего процесс заполнения прекращается. При вязком грунте заполнению ковша препятствует выскальзывание стружки через его заднюю стенку.
Расчетным состоянием для определения рабочей нагрузки принято считать конец заполнения ковша, когда наибольших значений достигают сопротивления призмы волочения и заполнению ковша, а сопротивления грунта резанию уменьшаются, но также значительны.
9.3 Технологические особенности рабочего процесса. Производительность скреперов
Технологические особенности рабочего процесса скреперов заключаются в воздействии на грунт за счет тягового усилия движителя и в непрерывности собственного перемещения по определенному пути как в зонах заполнения и разгрузки ковша, так и между этими зонами.
В зависимости от траектории перемещения скреперов различают технологические схемы производства земляных работ «по эллипсу», «по восьмерке», «по зигзагу» (рисунок 9.2,а,б,в). Первая из названных схем используется при условиях, когда требуется образовать одиночную выемку или насыпь ограниченных размеров, вторая и третья схемы – при возведении протяженных земляных сооружений (каналов, дамб, дорожных выемок или насыпей). Наибольшее время на выполнение транспортных операций, в том числе холостых, затрачивается при движении скрепера «по эллипсу».
Определение рациональных схем работы скреперов в конкретных производственных условиях – обязательная задача инженера-механика.
Производительность скрепера как машины периодического (циклического) действия равна отношению среднего объема грунта, разрабатываемого за один рабочий цикл, к средней длительности цикла с учетом коэффициента использования машины во времени, т.е.
;
Продолжительность рабочего цикла tц слагается из времени копания tкоп, движения с грунтом tд.г, разгрузки tp, движения с порожним ковшом tд.п, переключения передач пперtпер (ппер – число переключений передач), поворотов пповtпов (ппов – число поворотов) и времени подхода толкача tтол:
;
Схемы движения скреперов при производстве земляных работ
а – «по эллипсу»; б – «по восьмерке»; в – «по зигзагу»; 1 – места забора грунта; 2 – места укладки грунта.
Рисунок 9.2.
Интервалы времени tкоп, tд.г, tp, tд.п вычисляют по длине соответствующих участков пути и скорости движения скрепера. Часть интервалов времени рабочего цикла принимают на основании опытных данных.
Скорость передвижения скрепера в различные интервалы рабочего цикла находят по тяговым характеристикам толкача и тягача и соответствующим силам сопротивления движению.
Исходя из определения производительности скрепера, можно сказать, что эта величина тем выше, чем больше объем грунта, захватываемого ковшом, и чем меньше длительность рабочего цикла.
К технологическим мероприятиям по увеличению объема грунта, захватываемого ковшом, относится применение трактора-толкача при загрузке ковша, загрузка при движении под уклон, работа по гребенчатой системе вырезки грунта в забое. К конструктивным мероприятиям относится применение различных решений режущей части ковша и периодическое ее восстановление или замена.
Сокращение длительности цикла достигается сокращением дальности возки, увеличением скорости транспортирования, уменьшением потерь времени на излишние переключения скорости и повороты. Большое значение имеет квалификация скрепериста, его умение находить оптимальные соотношения между тяговым усилием машины и рабочими сопротивлениями.
Технология разработки грунта скреперами зависит от характера грунтов: в песчаном грунте ковш хорошо наполняется только при многократном опускании и поднимании; в связном грунте целесообразны большая глубина резания и малая длина участка забора грунта; в глинистых грунтах производительность скреперов с толкачом выше производительности скреперов с элеваторной загрузкой.