СКРЕПЕРЫ

1. Назначение, классификация, рабочий цикл скрепера.

2. Силы, действующие на скрепер в рабочем режиме.

3. Силы, действующие на скрепер в транспортном режиме.

4. Определение сопротивления копания грунта скреперным ковшом.

5. Силы, действующие на заслонки и разгружающие стенки скреперных ковшей.

1. Назначение, классификация, рабочий цикл скрепера.

Скреперы предназначены для послойного срезания грунта, его транспортирования на 23 км, отгрузки в месте отвала, частичной планировки и уплотнения собственными колесами.

Скрепера классифицируются:

1. По способу загрузки ковша:

1.1 С активной загрузкой. 1.2 С пассивной загрузкой

1 – ковш, 2 – загрузочное устройство.

Т_Б.М. – сила тяги базовой машины,

Т_Т. – сила тяги дополнительного толкача.

Активные скреперы отличаются пониженной на 3060% силой тяги, необходимой для загрузки ковша и поэтому могут обходится без дополнительного толкача. Вместе с тем: наличие загрузочного устройства внутри ковша снижает надежность, усложняет эксплуатацию, повышает стоимость содержания машины.

В настоящее время в качестве загрузочных устройств используют:

а) – элеваторы; б) – шнеки (винты); в) – подвижные передние заслонки

1 – базовый ковш 2 – разгрузочное окно 3 – откатное днище 4 – подвижная задняя стенка 5 – траверса загрузочного устройства 6 – привод загрузочного устройства 7 – рама элеватора 8 – тяговые цепи 9 - скребки

1 – шнек (высота навивки больше высоты ковша)

1 – базовый ковш 2 – направляющие пазы 3 – подвижная заслонка 4 – кулисный механизм качания заслонки

Элеваторные загрузочные устройства используют на любых типах грунтов (III и IV с рыхлением), но на каменистых и переувлажненных почвах их эффективность резко снижается из-за забивания межскребкового пространства.

Винтовые эффективно работают на крупнообломочных, каменистых и сыпучих грунтах.

Кроме перечисленных загрузочных устройств были попытки установки на скреперы:

1. роторных метателей;

2. газодинамических транспортеров;

3. вибротранспортеров;

4. ?

2. По способу разгрузки ковша:

2.1 Со свободной разгрузкой (весь грунт высыпается под действием собственного веса). Только в прицепных скреперах с емкостью ковша 2,55м³.

2.2 С принудительной разгрузкой, когда грунт выталкивается из ковша специальной разгрузочной стенкой.

2.3 Полупринудительная разгрузка.

3. По способу агрегатирования:

3.1 прицепные к гусеничным;

3.2 полуприцепные (распространенная схема);

3.3 самоходные;

3.4 спаренные.

4. По значению главного параметра V (объем ковша):

V_К.ГЕОМ. = 8; 10; 15; 25; 40 м³. (полуприцепные, самоходные),

V_К.ГЕОМ. = 2,5; 4; 5; 7,5 м³. (прицепные).

2. Силы, действующие на скрепер в рабочем режиме.

Наиболее тяжелым режимом работы скрепера является процесс наполнения ковша.

Расчетная схема скрепера в рабочем положении

 _{РАБ. max} = 4,56 км/ч.

Сила тяги базового тягача определяется:

Р₀ = R₁   _СЦ.  0,7 G_  _СЦ.

В одноосных скреперах исходя из опыта на ведущие колеса распределяют

70 % общего веса.

 _СЦ. для одноосных тягачей в режиме кратковременного буксования максимум 0,65.

Реакции на ведущих и ведомых колесах R₁, R₂ определяют из уравнений статики при развесовке всей машины.

Сопротивление качению ведущих и ведомых колес.

W_{k i} = R_i f_k ;

Сопротивление копания грунта скрепером определяется двумя путями. Для ориентировочных расчетов можно считать:

W_{КОП. Г.} = k_УД  F_C;

W_{КОП. В.} = 0,5  R_Г;

k_УД – зависит от емкости ковша;

F_C – площадь стружки.

Точный расчет: см. вопрос 3.

.

Горизонтальная составляющая Т от толкача определяется зависимостью:

;

При работе толкача и скрепера толкающее усилие первого передается на скрепер не полностью из-за рассогласования работы машин.

k_C – коэффициент согласования работы толкача и скрепера,

k_C = 0,60.8,

G^ТР_ - сила тяжести трактора.

Угол  при плавающем положении отвала бульдозера и полном подъеме отвала принимают равным =12.

Р_Т.В. = Р_Т.Г.  tg .

3. Силы, действующие на скрепер в транспортном режиме.

В ряде случаев (особенно при больших транспортных скоростях и при преодолении скрепером дорожных препятствий) нагрузки, действующие на тягово-сцепное устройство и на рабочую раму скрепера могут превышать значения нагрузок, рассчитанных при рабочем режиме. Поэтому для скреперов с емкостью ковша  15м³, имеющих большую базу, проводится проверка нагрузок в тягово-сцепном устройстве, шарнирах оси рамы и гидроцилиндре подъема-опускания. В 2-ух транспортных положениях:

1). Скрепер движется с максимальной транспортной скоростью (45 км/ч). Ковш максимально поднят, зафиксирован подъемным гидроцилиндром и заполнен грунтом с шапкой. В связи с неровностями дороги металлоконструкция скрепера входит в резонансные автоколебания. Поэтому общая масса скрепера, приложенная, как правило, в районе рабочей рамы, увеличивается по зависимости:

;

Значение коэффициента динамичности можно определить теоретически (сложно). На практике принимают k_Д=2. В этом случае расчеты всех нагрузок производятся как в рабочем положении, но при отброшенных усилиях копания грунта.

2). Скрепер-тягач повернут к оси поворота на 90, задние колеса попадают в яму глубиной h=0,5 r_К.

Сила тяги Р₀, необходимая для преодоления препятствия определяется по схеме б):

М_О = 0, Р₀(А+r_K) = P₃В | ;

Данное усилие определяет нагрузки в рабочей раме и шарнирах ее крепления к ковшу в горизонтальной плоскости.

4. Определение сопротивления копания грунта скреперным ковшом.

В рабочем режиме основной силой сопротивления перемещению скрепера является сопротивление копанию грунта, определяемое уравнением:

W_K=W_Р+W_Н+W_ТР+W_ПР,

W_Р – сопротивление резанию грунта ножом скрепера;

W_Н – сопротивление наполнению ковша;

W _ТР – сопротивление от трения затупленного ножа о грунт;

W_ПР – сопротивление от перемещения призмы волочения.

Сопротивление резанию:

W_Р = k_p  B_K  h_C,

k_p – сопротивление резанию прямым ножом (65 кПа – I кат., 130 кПа – II кат., 200 кПа – III кат..),

B_K – ширина ножа (ковша),

h_C0,25м – максимальная толщина срезаемой стружки.

Сопротивление наполнению ковша определяется:

W_Н=W_Н1+W_Н2,

Идеализированная расчетная схема процесса наполнения ковша грунтом по Петерсу.

 - угол естественного откоса.

Данная расчетная схема имеет следующие допущения:

1. поступающая в ковш стружка всегда имеет цельную структуру и способна передавать возникающие в ней напряжения сжатия под углом изгиба 90 без потерь.

2. грунт в ковше скалывается к наполняющей его стружке под углом естественного откоса .

В соответствии с данной схемой сопротивление от веса поступающей в ковш стружки:

W_H1= H_K  B_K  h_C  k_P  

Сопротивление от трения стружки о грунт с весом G₁ :

W²_H.G1 = G₁  sin²    f_ГР.ГР.

 - угол естественного откоса грунта, 45,

 - коэффициент бокового давления,

;

 - угол внутреннего трения.

f_ГР.ГР. – коэффициент трения грунта о грунт.

Сопротивление от трения стружки о призму волочения весом G₂ :

W²_H.G2 = G₂  sin²    f_ГР.ГР.

Сумма составляющих трения выражается уравнением:

W²_H = (G₁+G₂)  sin²    f_ГР.ГР.= V_Г  k_H  _ГР  sin²    f_ГР.ГР.

Сопротивление от трения затупленного ножа о грунт:

W_ТР = (G_К+G_ГР.К.)  f_ГР.СТ.

G_К – вес ковша,

G_ГР.К. – вес грунта в ковше.

Сопротивление от перемещения призмы волочения:

W_ПР = G_ПР  f_ГР.ГР.= V_ПР  _ГР  f_ГР.ГР.

G_ПР – вес призмы волочения,

V_ПР – объем призмы волочения.

V_ПР по экспериментальным данным берут из таблицы (зависит от емкости ковша).

VГ, м3	VПР, м3 для грунта
	песок	супесь	суглинок	глина
6	26%	22%	10%	10%
10	28%	17%	10%	5%
15	32%	10%	9%	4%

5. Силы, действующие на заслонки и разгружающие стенки скреперных ковшей.

Для определения параметров управления передней заслонкой и задней стенкой применяют следующие расчетные схемы:

Схема работы передней заслонкой	Схема работы задней стенки

М₀=0 

G₃ - вес грунта в призме ABCD. Нахождение центра тяжести призмы производится теоретически (определяется Х и Y).

Х=0 

W_дн - сопротивление трения грунта о днище:

W_Б.С. - сопротивление трения о бок стенки:

W_P - сопротивление качению роликов: