14.3.4. Тяговый расчет.

Основная задача тяговых расчетов скреперов заключается в определении силы тяги или мощности двигателя для преодоления рабочих и транспортных сопротивлений при заданной вместимости ковша и подборе соответствующего тягача или толкача (если предусмотрена работа с толкачом). Может быть решена и обратная задача: задан тягач и требуется подобрать ковш. В этом случае ориентировочно принимается вместимость скреперного ковша, а затем выполняются расчеты по определению рабочих сопротивлений, силы тяги или мощности двигателя.

Условия тягового расчета:

для самоходных машин:

; (14.54)

для прицепных скреперов:

; (14.55)

где Р_к – максимальная окружная сила на ведущих колесах скрепера;

Т_тяг, Т_тол – соответственно максимальная сила тяги на крюке тягача и толкача; К_о – коэффициент одновременности работы толкача и тягача, К_о=0,85…0,9; W – суммарное сопротивление скрепера в конце заполнения ковша складывается из четырех сопротивлений: перемещению груженого скрепера W₁, резанию W₂, перемещению призмы волочения W₃ и наполнению ковша W₄:

; (14.56)

где m_r – масса грунта в ковше, m_r= ; у – коэффициент объема призмы волочения перед заслонкой, равный 0,5…0,7; δ_р – плотность грунта в разрыхленном состоянии, т/м³; х – опытный коэффициент, для глины составляет 0,24…0,31, суглинка и супеси – 0,37…0,44, песка – 0,46…0,5; μ₂ – коэффициент трения грунта по грунту принимаемый 0,5…1,0; к – коэффициент удельного сопротивления грунта резанию (кПа); h – глубина резания, м.

При выборе величины h можно руководствоваться следующими данными: при разработке суглинков для скреперов вместимостью 6, 10, 15 м³ принимается минимальная глубина 0,04…0,06, 0,08…0,1, 0,12…0,14 м. При копании супесей следует брать 0,06…0,08, 0,1…0,12, 0,14…0,16 м.

Проверка расчета производится по условию сцепления машины с грунтом:

; (14.57)

или

; (14.58)

где G_сц – сцепной вес скрепера; φ_сц – коэффициент сцепления.

Необходимая мощность двигателя тягача для прицепного скрепера, работающего без толкача:

; (14.59)

где m_m – масса тягача; V – скорость движения.

Для самоходного скрепера при работе без толкача:

; (14.60)

14.3.5. Определение усилий в рабочих механизмах.

Усилие в механизме подъема ковша прицепного скрепера определяется из условия равновесия передней части скрепера при подъеме груженого ковша в транспортное положение (рис. 14.16).

Рис.14.16 Схема для определения усилия подъема ковша скрепера

Влияние задней части скрепера при этом учитывается неизвестной по значению и направлению силой.

Искомое усилие S_n находится из уравнения моментов действующих сил относительно шарнира крепления тяговой рамы к ковшу (точка 0).

; (14.61)

где Т – максимальное тяговое усилие тягача. Силу тяжести передней части прицепного скрепера G_n принимают равной 35…40% общей силы тяжести скрепера с грунтом. Реакцию на переднюю часть ось скрепера N₁ определяют из уравнений равновесия всех сил, действующих на скрепер при копании грунта. Усилие в механизме подъема подъема Р_ц самоходного скрепера можно определить рассматривая силы, действующие на заднюю часть скрепера (см. рис. 14.20).

; (14.62)

Усилие в механизме подъема передней заслонки вычисляется следующим образом. В случае, когда r_n>r₃ (рис. 14.17) механизм управления заслонкой должен развивать усилие S₃, которого достаточно для преодоления моментов сопротивлений сил тяжести заслонки G₃ и грунта G_г, заключенного между внутренней поверхностью заслонки и плоскостью, проходящей через нижнюю и верхнюю кромки заслонки, а также силы трения F между грунтом, поднимаемым заслонкой и остающимся в ковше, и силы давления Е грунта, остающегося в ковше.

Тогда:

; (14.63)

Сила тяжести грунта, поднимаемого с заслонкой:

; (14.64)

где F_гр – площадь сегмента, заштрихованная на рис. 14.17.

Масса заслонки для ковшей вместимостью 3, 6, 10, 15 м³ ориентировочно принимается 250…300, 400…500, 600…700, 800…900 кг соответственно.

Сила трения F грунта по грунту:

; (14.65)

Сила давления грунта:

; (14.66)

где ρ – угол внутреннего трения грунта, принимаемый для расчетного грунта равным 40⁰; β- угол определяется по чертежу, аналогичному на рис. 14.17. в случае, если r_n≤r₃, в расчетах принимают F=E=0.

Усилие в механизме выдвижения задней стенки:

; (14.67)

где F_д – сопротивление трения грунта о днище ковша; F_δ – сопротивление трения грунта о боковые стенки; F_p – сопротивление качения роликов задней стенки по направляющим;

; (14.68)

; (14.69)

; (14.70)

где μ₁ – коэффициент трения грунта по металлу – 0,35…0,8; к_н – коэффициент наполнения ковша – 1,0…1,2; Е_а – активное давление грунта на боковую стенку ковша; f – коэффициент сопротивления качению роликов f=0,10…0,15; G_зс – сила тяжести задней стенки, G_зс=1,2·G_з.

Рис. 14.17 Схема для определения усилия подъема заслонки