Строительные и дорожные машины_ Шепелина_учебное пособие

где Gг – вес грунта в полностью загруженном ковше, кН; kP – коэффициент разрыхления;

kн – расчетный коэффициент заполнения ковша (при заполнении с толкачом на тяжелых суглинках и глине kн = 0,9 – 1,1, на легких суглинках kн =1,1 – 1,2, на несвязных грунтах kн =0,8 – 1,0);

– удельный вес грунта ненарушенной структуры, кН/м3.

Размеры ковша выбирают так, чтобы его продольный профиль соответствовал продольному профилю грунта, заполняющего ковш.

Высота задней стенки

где hг – высота наполнения ковша (по вертикали от линии стыка ножа с днищем; при Vк = 3, 6, 10, 15 м3 соответственно hг – 1,0 – 1,13; 1,25 – 1,50; 1,8 – 2,0; 2,3 – 2,4 м.

Отношение длины ковша lк к его высоте hк зависит от его вместимости

Vк. Для Vк= 4 – 6, 6 – 8, 10 – 12, 15 – 18 м3, lк/hк = x = 1,0 – 0,8; 0,9 – 0,8; 0,96

– 0,85; 1,0.

Длину и высоту ковша можно определять приближенно:

где bк – внутренняя ширина ковша, м; рекомендуется bк = b1 + b2 + b3;

b1, b2, b3 – ширина соответственно колеи тягача, его шины и зазора между внутренними стенками ковша и шины, м; b3 = 0,03 – 0,06 м; b – суммарная толщина боковых стенок ковша с накладками жесткости, боковых тяг и зазоров, необходимых для взаимного

перемещения тяговой рамы и ковша, м; b=0,35 – 0,53 м.

Для снижения удельных сопротивлений следует при Vк = 3, 6, 10, 15м3 принимать соотношения соответственно bк/hк=1,7;1,9; 2,2; 2,5.

По данным И.П. Керова, для самоходных скреперов с одноосным тягачом (линейные размеры – м, Gc – кН, Vк – м3):

габаритная длина и ширина ковша

Для груженого скрепера нагрузка на его заднюю ось составляет 50

–55% и на ось тягача – 50 – 45%, порожнего – соответственно 40 – 30 и 60

–70%.

3.4Тяговый расчет скрепера с загрузкой тягачом

Этот расчет проводят двумя способами: по заданной вместимости определяют тяговые сопротивления и потребную силу тяги, по которой подбирают тягач; по заданному типу тягача и его мощности рассчитывают вместимость ковша скрепера. Для прицепного скрепера вычисляют по опытным данным ориентировочную вместимость и проводят проверочный расчет, определяя возможность применения заданного тягача. Полное тяговое сопротивление, возникающее при наполнении ковша скрепера:

F = F1 + F2 + F3 + F4 + F5, (3.15)

где F1, F2, F3, F4, F5 – сопротивления соответственно перемещению груженого скрепера, резанию грунта, трению ножа о грунт, наполнению ковша, перемещению призмы волочения, Н.

Сопротивление перемещению груженого скрепера

где SC – площадь проекции стружки в плоскости, перпендикулярной к направлению движения скрепера, м2;

при Vк=6, 10 и 15 м3 рекомендуемая толщина стружки составляет соответственно 0,04 – 0,06; 0,08 – 0,10 в 0,12 – 0,14 м (суглинок) и 0,06 – 0,08; 0,10 – 0,14 и 0,16 – 0,18 м (супесь);

kрез – коэффициент удельного сопротивления резанию, Н/м2. Сопротивление трению ножа о грунт

где fс – коэффициент трения скольжения стали о грунт;

51

RB и F2 Rг – вертикальная и горизонтальная составляющие реакции грунта на нож, Н;

φ = RB/RГ = 0,4 – 0,5, что соответствует началу момента выглубления ковша в конце наполнения.

Сопротивление наполнению ковша скрепера грунтом состоит из сопротивления силе тяжести 4′ поднимаемого столба грунта и сопротивления трению 4′′ грунта в ковше, обусловленного давлением призм грунта, располагающихся по обе стороны входящей в ковш на III стадии заполнения стружки:

где hрез – толщина стружки, м;

bK , hГ – ширина ковша и высота грунта в нем, м;

– Н/м3;

х– коэффициент; х = tgφг /1+tgφг;

φг – угол внутреннего трения грунта, град.

По опытным данным, объем призмы волочения перед заслонкой (в процентах от вместимости ковша) составляет при вместимости ковша соответственно 6, 10 и 15 м3:

26, 28 и 32 для песка; 22, 17 и 16 для супеси:

10, 10 и 9 для влажных суглинков; 10, 5 и 4 для глин.

Сопротивление перемещению призмы волочения (Н)

где Fк – максимальная окружная сила на шинах ведущих колес, Н (рис

3.2,a);

F – суммарное тяговое сопротивление, Н; Fкр – максимальная сила на крюке тягача, Н;

Gсц, Gтр – сцепной вес соответственно колесного и гусеничного тягачей, Н; φсц – коэффициент сцепления;

fо – коэффициент сопротивления передвижению движителя тягача. При использовании толкачей на загрузке с максимальным

толкающим усилием Fтолк

где kод – коэффициент одновременности работы толкача и тягача; kод = 0,85 – 0,90.

3.5 Тяговый расчет самоходно-моторных скреперов.

Допустимый вес груженого скрепера:

где Gc, Gr – соответственно вес порожнего скрепера и грунта в ковше, Н;– механический КПД трансмиссии;

ko – коэффициент, учитывающий отбор мощности на привод вспомогательных механизмов;

kвых – коэффициент выходной мощности; kвых = 0,9; Nдв – максимальная мощность двигателя, кВт;

kоб – коэффициент обтекаемости, Hc2 / m4 ; kоб = 0,6 – 0,7 Hc2 / m4 ;

S – лобовая площадь одноосного тягача, м2 (ориентировочно произведение ширины колес на максимальную высоту тягача);

Vтр max – максимальная транспортная скорость, км/ч; =45 – 55 км/ч; f / 0 = 0,025 – 0,035 при движении по дороге. Vтрmax

F'к – тяговое усилие для скрепера со всеми ведущими колесами Силовой радиус колесного движителя:

где r0 – радиус недеформируемой шины, м;' – коэффициент деформации шины;

на плотном грунте '= 0,12 – 0,15; на рыхлом – '=0,08 – 0,10; b2 – ширина профиля шины, м.

Толкач выбирается таким, чтобы в конце заполнения ковша полностью использовались тяговые качества тягача и толкача.

При кратковременных нагрузках максимально допустимые коэффициенты буксования составляют

для колесного движителя 0 = 30%, для гусеничного 0 = 10%.

53

Рисунок 3.2. Схемы к расчету самоходного скрепера:

а – заполнение с толкачом; б, в – с элеваторной загрузкой; г – скребковый элеватор

С учетом указанных коэффициентов буксования суммарная максимальная сила тяги скрепера с гусеничным толкачом по сцеплению:

где Fк – максимальная сила тяги тягача по сцеплению, Н;

R1 – нормальная реакция грунта на колеса одноосного тягача в

заключительной стадии заполнения ковша скрепера, Н.

По тяговому усилию можно выбрать толкач. Действительные скорости (vд) тягача и гусеничного толкача в момент набора грунта должны быть одинаковыми с учетом принятых в формуле коэффициентов буксования (30 и 10%).

Используя тяговые характеристики тягача и гусеничного толкача, можно определить рабочую скорость тягача на первой рабочей передаче и общее передаточное число трансмиссии (по регулярной характеристике двигателя тягача и силовому радиусу колесного движителя).

54

Мощность двигателя тягача самоходного скрепера при

V Д – км/ч; – механический КПД трансмиссии тягача; 0 = 30%.

По регулярной характеристике двигателя тягача определяется частота вращения коленчатого вала ne ( c 1 ), соответствующая мощности N.

Передаточное число трансмиссии на I передаче

3.6 Тяговый расчет скрепера с элеваторной загрузкой

Его проводят при условии, что известны мощность двигателя одноосного тягача, его основные параметры: вес Gc, расчетные скорости на всех передачах, размеры шин и нагрузка R1 на ось тягача. Все эти параметры определяются тяговым расчетом скрепера с загрузкой под действием тягового усилия (рис. 3.2, б, в).

Сила тяги (соответствующая режиму максимальной тяги):

где R1 – суммарная вертикальная реакция на колеса тягача, Н; R1 Gсц

(сцепной вес определяется ниже при расчете реакций, действующих на скрепер).

При расчете скрепера с элеваторной загрузкой считают, что сопротивление грунта копанию:

составляющих реакций грунта на нож; = 0,1 – 0,5 и растет с увеличением

55

степени наполнения, ковша; при расчете скрепера с элеваторной загрузкой для плотных связных грунтов можно принимать 0,4 – 0,5.

Теоретическая производительность скрепера по объему вырезаемого грунта:

максимальной тяговой мощности, соответствующей коэффициенту буксования o =18 – 20%), км/ч; VР – расчетная скорость на 1-й передаче,

км/ч.

Так как скребковый элеватор должен переместить в ковш вырезанный грунт, то его теоретическая производительность Поэ ≥ По·kр.

Теоретическая производительность скребкового элеватора

hc – высота скребка, м; Vц – скорость цепи, м/с.

Необходимая скорость цепи скребкового элеватора, если принять Птэ = По:

Значения kn = 0,74; 0,58; 0,32 соответственно при углах наклона рабочей цепи к горизонту α= 25, 38, 52°; VЦ = 0,8 – 1,5 м/с.

Длина скребкового элеватора, обеспечивающая загрузку ковша с «шапкой», назначается исходя из угла наклонаαрабочей цепи к горизонту и необходимых технологических зазоров между скребком и днищем ковша

(0,05 – 0,10 м).

Мощность привода скребкового элеватора

где N п , N тр – мощность для подъема грунта и преодоления трения грунта, находящегося между скребками, о грунт, кВт;

56

3.7 Баланс мощности

Необходимая мощность двигателя тягача для прицепного скрепера при наборе грунта без толкача:

где GT – вес тягача, Н;

fо – коэффициент сопротивления передвижению движителя тягача;

F – Н;

VP – рабочая скорость, км/ч;

– общий КПД трансмиссии тягача.

Для самоходного скрепера со всеми ведущими колесами мощность двигателя

где F – Н; VP – км/ч.

Баланс мощности скрепера с элеваторной загрузкой

где Nк ,Nвсп – мощность соответственно для привода колесного движителя и вспомогательных механизмов, кВт.

3.8 Внешние силы и реакции

На самоходный скрепер действуют активные силы: суммарные силы тяжести скрепера и грунта в ковше Gc и Gr (рис. 3.2,а), тяговое усилие

тягача FK и толкача Fтолк , которое может быть приложено под некоторым углом β´<0 и β´>0, или в частном случае β´=0.

57

К действующим реактивным силам относятся:

R1 и R2 – суммарные нормальные составляющие реакции грунта

на колеса соответственно тягача и скрепера;1´ и 2´ – горизонтальные составляющие тех же реакций;

RГ и RB – горизонтальная и вертикальная составляющие

суммарной реакции стружки грунта.

Реакция RГ всегда направлена обратно движению скрепера;

реакция RB может менять знак в зависимости от расчетного положения: при направлении вверх (рис. 3.2,а) меняется реакция R1 , то есть ухудшаются

тягово-сцепные качества скрепера. При выглублении ковша реакция RB всегда направлена вниз.

учитывать дополнительные моменты сопротивления от деформации шин. Тяговое усилие для самоходного одномоторного скрепера

где kт – коэффициент, учитывающий степень использования максимальной силы тяги одноосного колесного тягача по условию сцепления шин с грунтом; при режиме максимальной тяги ( 0 30 %) kT =

0,73 – 0,75; на режиме максимальной тяговой мощности ( 0 20 %) kT = 0,70

– 0,73; при 100%-ном буксовании тягач развивает максимальную силу тяги и kT = 1,0;

R1 – Н; сц – коэффициент сцепления.

Опорные реакции скрепера в рассматриваемом расчетном положении можно определить из уравнения равновесия:

M 0 R1 l3 Fк hс GC (l3 l1 ) GГ (l4 l2 ) R2 l4 Fтолк sin β' l5

Fтолк cosβ' h1 0;

X FK F'1 RГ F'2 Fтолк cos β' 0 ;

У R1 R2 RB Fтолк sin β' GC GГ 0 .

Для гусеничного толкача Fтолк вычисляют из формулы (3.23);

F'2 R2 fо ;

можно без значительной ошибки принимать β´=0. Решая совместно

наполнения ковша. Реакции R1 и R 2 не будут максимальными в момент

конца наполнения, так как в момент начала выглубления ковша при продолжающемся наборе грунта нагрузка на колеса возрастает так же, как в момент преодоления колесом неподвижного препятствия или движения по рыхлому грунту.

3.9 Практическая работа №3

Тема: Тяговый расчёт скрепера и расчёт его производительности.

Цель работы: проверить возможность скрепера при работе двигаться без буксования; определить эксплуатационную производительность.

Таблица 3.3

Исходные данные

59