Учебное пособие 2215

лителя. Ковш скрепера расположен между гусеницами. Перед заслонкой установлен отвал бульдозера.

Относительно большой вес и нецелесообразность применения такой конструкции в качестве скрепера для транспортирования грунта на расстояние свыше 700 м сужает область её применения.

В среднем наибольшие скорости гусеничных тракторов составляют 8…11 км/ч, двухосных колесных тягачей – 35…45 км/ч, двухосных седельных тягачей – 70…80 км/ч, одноосных тягачей

– 45…60 км/ч.

По схеме подвески ковша скреперы подразделяются на скреперы рамной конструкции, у которых ковш шарнирно подвешен к основной раме, и скреперы безрамной конструкции, у которых вес ковша передается непосредственно на ось.

По способу загрузки скреперы можно подразделять на скреперы, у которых наполнение ковша происходит под давлением срезаемой стружки (этот способ связан с преодолением значительных сопротивлений наполнению (рис. 2.1)), и на скреперы с элеваторной загрузкой (рис. 2.7), когда подъем грунта в ковш производится элеватором, благодаря чему сопротивление наполнению ковша снижается.

Рис. 2.7. Скрепер с элеваторной загрузкой [http://www.almazcar.ru/dvigatel/dvigatel-skrepera.html]

31

По способу разгрузки (рис. 2.8) скреперы можно разделить на скреперы со свободной разгрузкой вперед или назад, с принудительной или полупринудительной разгрузкой и со щелевой разгрузкой – с разгрузкой вниз. На скреперах с элеваторной загрузкой применяется донная разгрузка.

Свободная разгрузка (рис. 2.8 а, б) применяется в машинах малой вместимости; недостатком свободной разгрузки является неполная разгрузка ковша при работе в вязких и влажных грунтах.

Принудительная (рис. 2.8в), полупринудительная (рис. 2.8г) и щелевая (рис. 2.8д) разгрузки применяются главным образом в машинах средней и большой вместимости. При принудительной разгрузке обеспечивается наилучшая очистка ковша.

Рис. 2.8. Схемы разгрузки прицепного скрепера: а – свободная разгрузка вперед; б – свободная раз-

грузки назад; в – принудительная разгрузка; г – полупринудительная разгрузка; д – щелевая разгрузка;

1 – заслонка; 2 – ковш; 3 – нож; 4 – задняя заслонка; 5 – задняя стенка; 6 – днище [1]

32

Недостатком полупринудительной разгрузки является неудовлетворительная очистка ковша при работе на липких и переувлажненных грунтах.

При щелевой разгрузке днище, поворачиваясь, выводится из-под грунта и в конечном положении наклоняется к горизонту под углом 72…75°, вследствие чего происходит лучшая очистка ковша.

Этот способ наименее энергоемок, так как исключает подъем грунта, имеющий место при полупринудительной разгрузке.

У скреперов с элеваторной загрузкой применяется разгрузка грунта с помощью откатного днища (рис. 2.9), которое устанавливается в задней части ковша.

Рис. 2.9. Элеваторный скрепер с откатным днищем [http://www.regdorstroy.kiev.ua/asphaltingglossary/scraper.html]

2.2.2. Ножевые системы скреперов

Наибольшее распространение в конструкции скреперов получили ступенчатые прямолинейные ножи (рис. 2.10). Они позволяют в заключительной стадии заполнения ковша разраба-

33

тывать грунт только средними выступающими ножами. Планирующие качества при этом остаются на достаточном уровне. Ножевая система обладает высокой прочностью и жесткостью. Основным недостатком ступенчатой ножевой системы является малая глубина резания в конце копания, которая затрудняет поступление грунта в ковш ввиду его малой прочности.

Рис. 2.10. Ступенчатая ножевая система скрепера: 1 – центральные ножи; 2 – боковые ножи; 3 – плита

подножевая; 4 – днище; 5 – стенка боковая; 6 – задняя стенка

Для существенного увеличения глубины резания предложена конструкция сменного режущего совкового органа (рис. 2.11). Совковый режущий орган устанавливается вместо ступенчатой ножевой системы на подножевую плиту ковша и позволяет разрабатывать грунт с большой толщиной стружки в течение всего времени набора. На рис. 2.12 показан график уменьшения сопротивления копанию в зависимости от ширины резания. При этом рациональная ширина резания составляет (0,6…0,65) Вк, а сопротивление копанию снижается на 30…35%.

34

Основным недостатком совкового режущего органа является невозможность получения ровного забоя (для его выравнивания необходимы скреперы со ступенчатой ножевой системой или дополнительные бульдозеры) и существенное уменьшение клиренса ковша.

Для исключения этих недостатков предложена конструкция ножевой системы (рис. 2.13) с подвижными боковыми режущими ножами 5, которыми управляют гидроцилиндры 12 передней заслонки 1.

Рис. 2.13. Ножевая система с подвижными ножами скрепера [А.с. № 484287 СССР, МКИ3. Е02F3/64. Ковш скрепера.

Авт. изобр. Демиденко А.И., Бачинин В.П. № 1925702/22. Заявл. 06.06.73, Опубл. 15.09.75, Бюл. № 34.]

35

Такая ножевая система позволяет существенно уменьшать ширину резания в конце копания и не увеличивает клиренс скрепера, однако, она снижает прочность ножевой системы и не обеспечивает необходимой надежности боковым ножам, поскольку они перемещаются поступательно в абразивной грунтовой среде.

Скрепер с двухножевой системой резания (рис. 2.14) позволяет распределить грунт, поступающий в ковш на два потока с разной шириной резания, однако при этом снижается прочность днища ковша и увеличивается его длина.

Рис. 2.14. Скрепер с двухножевой системой копания [https://search.rsl.ru/ru/record/01001182426]

Ковш скрепера (рис. 2.15) с криволинейной режущей кромкой имеет режущую часть, которая одновременно выступает в горизонтальной и вертикальной плоскости.

Рис. 2.15. Схема ковша скрепера с криволинейной режущей кромкой

[https://search.rsl.ru/ru/record/01001182426]

36

Для заполнения такого ковша требуется меньший (на 28%) путь заполнения за счет уменьшения удельного сопротивления копанию К1 на 32…40%. Главным недостатком такой ножевой системы является неровный забой и необходимость его зачистки (выравнивания) бульдозером или автогрейдером.

Косое резание грунта, которое характерно для автогрейдеров и универсальных бульдозеров, реализовано ножевой системой косого резания (рис. 2.16) с W – образной режущей кромкой. Такая ножевая система позволяет облегчить заполнение ковша за счет уменьшения сопротивления резанию, формированию двух уплотненных столбов грунтовой стружки и плавному началу заглубления ковша за счет наличия угла атаки γ. Недостатки конструкции заключаются в усложнении ножевой системы и особенно конструкции передней заслонки, а также в уменьшении жесткости ножевой системы.

Рис. 2.16. Ковш скрепера косого резания с W-образной ножевой системой

Комбинированная ножевая система (рис. 2.17) включает две ножевые системы, причем одна 9 из них размещена на самом ковше, а вторая 14 установлена на передней заслонке 3. Ковш 6 может разрабатывать грунт раздельно стандартной

37

ступенчатой ножевой системой 9 ковша или совковым режущим органом 14. Ковш с комбинированной ножевой системой может разрабатывать грунта сначала совковым режущим органом 15 (рис. 2.17а), а потом переходить на копание полной шириной ковша (рис. 2.17б).

Кроме того, такой ковш может разрабатывать грунт в условиях наименее энергоемкого свободного резания самостоятельно, не привлекая для этого дополнительных машин. Для этого сначала необходимо выполнить копание совковым режущим органом, затем повторить копание совковым режущим органом, но уже со смещением в сторону на ширину, меньшую ширины ковша (рис. 18, 19).

Рис. 2.17. Комбинированная ножевая система скрепера:

а– копание совковым режущим органом;

б– копание полной шириной

Завершение цикла копания можно выполнять в условиях минимальной энергоемкости без участия в резании боковых стенок ковша, т.е. в условиях свободного резания. На рис. 20 показана площадка, подготовленная для разработки грунта в условиях свободного резания.

38

Недостатком комбинированной ножевой системы можно считать уменьшение клиренса скрепера при транспортировании груженого ковша и усложнение конструкции передней заслонки за счет её усиления и установки дополнительной заслонки на совковый режущий орган.

Свободное и блокированное резание

При разработке грунта в большинстве случаев резание осуществляется горизонтальным и двумя боковыми ножами (рис. 2.20, 1). Если один из двух боковых ножей выведен из зоны резания, то говорят о полублокированном резании (рис.2.20, 2), если же резание осуществляется только горизонтальными ножами (рис. 2.20, 3), то мы имеем наименее энергоемкое свободное резание, что и характеризует Рис. 2.21.

Исследования, выполненные на кафедре СТИМ для скрепера с комбинированной ножевой системой (рис. 2.17), показали существенное уменьшение удельного коэффициента свободному резанию на 35% по сравнению с блокированным резания для одинаковых грунтовых условий.

2.2.3. Производительность скрепера

Производительность (техническая) скрепера при разработке грунта в плотном теле определяется зависимостью [5]:

где V – геометрическая вместимость ковша скрепера, м3; Кн – коэффициент наполнения ковша, Кн ≈ 0,9…1,2; Кр – коэффициент разрыхления грунта, Кр= 1,14…1,28; Тц – время цикла скрепера, мин.

Время цикла скрепера определяется по зависимости:

где l1 – длина пути набора грунта, м;

l2 – длина пути перемещения грунта, м;

l3 – длина пути обратного холостого хода, м; l4 – длина разгрузки ковша, м;

vср1 – средняя скорость движения скрепера при копании, км/ч;

vср2 – средняя скорость движения скрепера при перемещении грунта, км/ч;

vср3 – средняя скорость движения скрепера на обратном холостом ходу, км/ч;

vср4 – средняя скорость движения скрепера при разгрузки ковша, км/ч;

tр – время, затрачиваемое на поворот скрепера (tр = 0,25… 0,3 мин), мин;

40