Глава 18. Скреперы

18.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ

Скрепер является землеройно-транспортной машиной цикличного действия, выполняющей в процессе ее движения реза­ние грунта, накопление его в ковше, транспортирование и вы­грузку, иногда с разравниванием и уплотнением, в грунтовый отвал или сооружение. Эти машины широко применяют в дорож­ном строительстве для возведения насыпей и разработки выемок; в гидротехническом строительстве для рытья котлованов и соору­жения дамб и плотин; в промышленном и гражданском строитель­стве для разработки котлованов, траншей и площадок; на вскрыш­ных работах для срезки и рекультивации верхнего слоя грунта при добыче полезных ископаемых, а также на различных вспо-

могательных работах.

Скреперы используют чаще всего при разработке грунтов ка­тегорий I и П. При предварительном рыхлении они могут раз­рабатывать и грунты категорий III и IV. Для ускорения заполне-

ния ковша и увеличения производительности скреперы иногда

работают вместе с толкачом.

Скреперы (рис. 18.1) представляют собой комбинацию тягача / с тележкой 2, оснащенной ковшом 3, имеющим форму ящика, открытого спереди и сверху. Резание грунта осуществляется ножом 5, закрепленным на передней части днища. Толщина стружки изменяется в пределах 0,12—0,5 м в зависимости от размеров скрепера. Передняя часть ковша имеет шарнирно при-

Рис. 18.1. Самоходный скрепер

крепленную заслонку 6. Скреперы различают по виду соединения тягача с тележкой, по вместимости ковша, схеме соединения ковша с рамой, способу загрузки ковша. По виду соединения тягача с тележкой скреперы бывают прицепные, полуприцепные и само­ходные. Прицепные скреперы имеют одно- или двухосную тележку (см. рис. 16.1, поз. 4, 6). Их применяют обычно с гусеничными тягачами при работе на сильно пересеченной местности с даль­ностью транспортирования до 0,6 км и подъемах не более 10°. Масса скрепера и грунта в ковше у этих машин в основном пере­дается на ходовую часть тележки скрепера.

У полуприцепных скреперов (см. рис. 16.1, поз. 5, 7, 8), как и самоходных (см. рис. 16.1, поз. 9, 10), масса машины и грунта в ковше передается примерно поровну на колеса и тележки. Эти машины применяют при подъемах до 15° и значительной даль­ности транспортирования. Обычно для полуприцепных машин последнюю принимают не более 1,5 км и самоходных — не более 2 км. Однако в ряде случаев дальность транспортирования может быть экономически целесообразной и до 5—8 км. Самоходные скреперы обычно изготовляют на базе одно- или двухосных тяга­чей. Для увеличения сцепного веса, что позволяет машине преодо­левать большие подъемы и развивать более высокие скорости, у этих машин часто устанавливают двигатель как на передней, так и задней осях (см. рис. 16.1, поз. 9). Синхронность вращения

Рис. 18.2. Скреперы с принудительной загрузкой ковшей

колес на всех ведущих осях в этом случае достигается применением гидромеханических трансмиссий, имеющих гидротрансформаторы на каждом двигателе. На машинах с ковшом вместимостью 25 м³ и более в дополнение к этому привод всех колес выполнен также дизель-электрическим или дизель-гидравлическим с мотор-коле­сами.

По вместимости ковшей скреперы делят на малые с ковшом вместимостью до 4 м³, средние — до 5—12 м³ и большие — бо­лее 12 м³.

По схеме соединения ковша с рамой машины скреперы делят на рамные (см. рис. 18.1) и безрамные. В первом случае ковш с рамой соединен шарнирно. Передача тягового усилия тягача здесь в основном осуществляется через раму. При безрамной кон­струкции тяговое усилие воспринимается ковшом. Прочность и пространственная жесткость у него обеспечиваются благодаря продольным и поперечным ребрам.

Загрузка ковшей может быть свободной и принудительной. В первом случае срезанная стружка грунта поступает в ковш за счет приложения тягового усилия. Это имеет место в процессе всего заполнения ковша. Во втором случае ковш наполняется с помощью скребкового элеватора (рис. 18.2, а, б) или шнеков (рис. 18.2. в—д).

В зависимости от схемы разгрузки ковша различаются скре­перы со свободной, полупринудительной, принудительной и ше-левой разгрузкой (рис. 18.3, α—г). При свободной разгрузке грунт выгружается из ковша самотеком после открытия заслонки и наклона ковша в сторону режущей кромки или в обратном на­правлении. Во втором случае разгрузка грунта достигается на­клоном днища ковша вместе с задней стенкой относительно боко-

Рис. 18.3. Основные способы разгрузки ковшей

вых стенок. При принудительной выгрузке грунт выталкивается из ковша перемещением его задней стенки 4 по направлению за­слонки (см. рис. 18.1). При щелевой разгрузке грунт выгружается из ковша путем раздвижки его днища. В некоторых конструк­циях раздвижка днища сопровождается и наклоном смещающейся его части.

18.2. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС

Скрепер при работе воздействует на грунт за счет тяго­вого усилия его движителя, а также в ряде случаев дополнитель­ного усилия от толкача. Перемещаясь на участке ведения земля­ных работ по определенному пути, скрепер совершает последова­тельно несколько операций, которые составляют его рабочий цикл (рис. 18.4).

Рабочий цикл скрепера состоит из операций отделения стружки грунта от массива (рис. 18.5, а), постепенного заполнения им ковша, перевода ковша в транспортное положение, перемещения грунта к месту выгрузки (рис. 18.5, б), выгрузки его в сооружение или отвал (рис. 18.5. в) и возвращения машины в исходное для копания положение. Для резания грунта оператор в процессе перемещения машины на малой скорости открывает заслонку и опускает переднюю часть ковша до необходимого заглубления его ножа. Толщина срезанного слоя грунта в начале копания составляет 0,12—0,53 м в зависимости от размера машины.

Рис. 18.4. Схемы движения скреперов при производстве земляных работ:

/ — по «эллипсу», б — восьмеркой, ί — зигзагом; 1 — наполнение ковша, 2 — выгрузка грунта

По мере наполнения ковша грунтом растет сопротивление дви­жению машины. Для того чтобы полное сопротивление движению оставалось примерно постоянным, оператор по мере заполнения ковша снижает толщину стружки. Для ускорения заполнения ковша грунтом и повышения производительности машины в не­которых случаях применяют копание под уклон, работу скреперов

Рис. 18.5. Операции рабочего цикла скрепера

в сцепке или с использованием толкачей (см. рис. 18.5, а). В ка­честве толкачей применяют бульдозеры с коротким усиленным отвалом или специальные тягачи, оснащенные отвалом или пли­той малой ширины с амортизаторами.

При свободной загрузке процесс заполнения ковша грунтом может быть разделен на две стадии (рис. 18.6). На первой стадии при разработке связного грунта срезанная ножом стружка идет по днищу до упора в заднюю стенку. После этого она ломается в зоне ножа и, постепенно наслаиваясь, накапливается в ковше и перед заслонкой в виде трехгранных призм (рис. 18.6, а). На второй стадии стружка заполняет переднюю часть ковша между заслонкой и призмой. Войдя в ковш, она первоначально скользит по ножу и откосу призмы, а затем как бы закатывается в сторону заслонки, образуя валик (рис. 18.6, б). С этого момента стружке приходится проталкиваться в ковш между валиком и призмой, а достигнув поверхности отсыпанного грунта, имеющего вид пологого конуса, скатывается вниз по его образующим.

Эта картина заполнения ковша грунтом не однозначна. Она зависит от вида и состояния грунта. При сыпучих грунтах стружка разрушается сразу же после отделения от массива. Накаплива­ющийся возле ножа грунт не проталкивается вверх, раздвигая отсыпанный ранее грунт, а приподнимает его, оставаясь в ниж­ней части ковша.

Рис. 18.6. Схемы заполнения ковша грунтом

При принудительной загрузке (рис. 18.7) скреперы, как пра­вило, работают самостоятельно. В этом случае они могут разра­батывать не только сыпучие малосвязные и хорошо рдзрыхленные грунты, но и связные влажные и липкие. Однако, как показала практика эксплуатации, эти скреперы не пригодны для разра­ботки грунтов с каменистыми включениями.

Рис. 18.7. Схемы прину­дительной загрузки (а) и выгрузки (б) ковша скре­пера

Процесс загрузки ковшей у скреперов с элеваторной загруз­кой на первом этапе сходен с рассмотренным. Первая стружка здесь также идет по днищу до задней стенки. Однако в последу­ющем грунт из стружки все больше захватывается скребками и поднимается вверх по скату образующейся около элеватора призмы (рис. 18.7, а). При достижении скребками верхней части призмы грунт соскальзывает со скребков и катится по скату призмы в сторону задней стенки ковша. Подобное же наблюдается и при шнековой загрузке ковша.

После заполнения ковша грунтом он переводится в транспорт­ное положение. Высота подъема ковша выбирается оператором с учетом рельефа местности. Она должна быть такой, чтобы про­свет под ножом был достаточен для преодоления машиной неров­ностей пути. Транспортная скорость движения прицепных и полу­прицепных скреперов к гусеничным тракторам обычно достигает 10—15 км/ч. У прицепных и самоходных пневмоколесных скрепе­ров по хорошим дорогам она может доходить соответственно до 30—40 и 50—60 км/ч. Практически по плохим и сложным дорогам строительных участков скреперы с пневмоколесными тягачами передвигаются со скоростью 20—30 км/ч.

В зоне разгрузки грунта ковш скрепера опускается и после открытия заслонки опорожняется. Большинство современных скреперов при разгрузке осуществляют еще и планировку высы­панного грунта. Эти функции обычно выполняет нож скрепера, для чего его устанавливают на нужной высоте над грунтом. Раз­гружаемый из ковша перед ножом грунт при движении машины разравнивается ножом, а надвигающиеся задние колеса в допол­нение к этому еще и уплотняют его.

Обратное движение машины на участок копания ведется после подъема ковша на наибольшей скорости. Эти скорости обычно близки к максимальным транспортным и определяются усло­виями дороги.

18.3. КОНСТРУКЦИИ УЗЛОВ

Основным элементом рабочего оборудования скрепера является ковш. Ширину ковша скрепера определяют в зависи-мости от колеи его тягача по зависимости

В = К_т + В_ш + 26,

где К_т — колея тягача; В_ш — ширина пневмошины или гусеницы; б — зазор между наружным краем шины или гусеницы и боковой стенкой ковша, обычно δ = 30—60 мм.

Высоту, ширину и длину ковша (рис. 18.8) обычно принимают: H = (0,4—0,6) В; L = (1,4—1,8) H.

Высоту передней и хвостовой частей ковша берут в зависи-мости от H, т. е. H1 > 0,7H; H₂ > 0,6H.

На производительность, сопротивление резанию и область при-менения скрепера существенно влияют конструкция и размеры ножа ковша. В настоящее время наибольшее применение полу­чили прямолинейные и ступенчатые ножи. В первом случае ковш обладает высоким планирующим свойством, но машина имеет меньшую производительность и требуется большее тяговое усилие тягача, чем при применении ступенчатого ножа. Однако определя­ющими в ряде случаев могут оказаться требования строительства. Ступенчатый нож чаще состоит из трех частей: средней высту­пающей и двух боковых. Первая обычно имеет ширину В_с =< =< кз —В_ш. з, где кз —колея задних колес; В_ш. ₃ —ширина шины заднего колеса. Ширина каждой боковой части ножа B_б=> => 0,5 (В - β_c).

Вылет средней части ножа относительно боковых при вмести­мости ковша 3—15 м³ принимают соответственно 40—120 мм. Минимально допустимый угол резания у ножа обычно око­ло 30°. Режущую кромку ножа выполняют заостренной с задним углом резания не менее 10°.

Заслонка 6 (см. рис. 18.1) является естественным дополнением к ковшу. Она выполняет функции передней стенки ковша и уве­личивает его объем. Чаще заслонка представляет гнутый по дуге окружности лист с щеками по бокам. Для связи с ковшом щеки имеют по рычагу с двумя проушинами каждый. Одной проушиной рычаг соединен через палец с ковшом, а другая служит для при­соединения к штоку гидроцилиндра управления заслонкой.

Рис. 188 Схема ковша скрепера

Задняя стенка ковшей имеет различную конструкцию. Это в основном зависит от принятой схемы разгрузки ковша. При свободной разгрузке задняя стенка (см. рис. 18.3, а) жестко связана с днищем и боко­выми стенками. При полу­принудительной загрузке (см. рис. 18.3, б) задняя стенка составляет одно целое с дни-

Рис. 189. Сцепное устройство скрепера

щем. В совокупности они представляют изогнутый лист, шар-нирно присоединенный к боковым стенкам. При выгрузке грунта этот лист наклоняется поворотом вокруг шарниров, обычно расположенных в районе ножа, очищая боковые стенки, и далее грунт освобождает ковш. Наклоном листа управляют с помощью двух гидроцилиндров, шарнирно связанных с боковыми и с задней стенками ковша.

При принудительной разгрузке задняя стенка 4 (см. рис. 18.1) имеет вид щита с системой горизонтальных и вертикальных ребер с тыльной стороны. Перемещается стенка вдоль ковша с помощью присоединенных к ее проушинам с тыльной стороны двух гидро­цилиндров. Вторые концы цилиндров прикреплены шарнирно на консоли задней оси скрепера.

Боковые стенки современных скреперов выполнены плоскими из стальных листов. Жесткость стенкам обеспечивают полые ребра, расположенные по их контуру снаружи стенок и образующие в совокупности с поперечными балками — связями пространствен­ный каркас тележки скрепера. В хвостовой части к этому каркасу прикреплены консольно балки задней оси колесного хода и бу­фера. На некоторых скреперах продольные ребра боковых стенок выходят вперед перед ковшом. К концам их присоединена попе­речная балка с проушинами для штоков гидроцилиндров подъема и опускания ковша.

Связь ковша с тягачом в полуприцепных и самоходных скре­перах или с осью передних колес тележки в прицепных осуще­ствляется тяговой рамой через сцепное устройство.

Тяговая рама — сложный и ответственный элемент. Она имеет форму вилки и состоит из криволинейного коробчатого бруса — хобота, поперечной балки обычно трубчатого сечения и упряж­ных тяг. В передней части хобот заканчивается отливкой с про­ушинами для присоединения к сцепному устройству тягача.

Сцепное устройство (рис. 18.9) имеет две степени свободы и позволяет тягачу относительно прицепа совершать поворотные движения в горизонтальной плоскости и в вертикальной пло­скости, нормальной к продольной оси тягача.

Поворот в плане тягача относительно прицепа позволяет скреперу двигаться по кривой без управляемых колес. Такой по­ворот на машинах осуществляется посредством двух цилиндров 3, установленных между хоботом 2 и разведенными вбок проуши­нами у кронштейна 1. Наличие возможности поворота тягача отно­сительно прицепа в вертикальной плоскости позволяет всем коле­сам ходовой части поддерживать контакт с дорогой.

Буферное устройство применяется для подключения к работе скрепера толкача. Оно устанавливается в хвостовой части скре­пера и представляет собой специальный упор в виде подушки, в котором зачастую устанавливается амортизатор для снижения ударных нагрузок от толкача.

В скреперах с принудительной загрузкой используют скреб­ковые элеваторы. У них рабочий орган выполнен из двух цепей с прикрепленными с определенным интервалом пластинами. Рама элеватора подвешена верхней частью к боковым стенкам ковша и может совершать качательные движения вдоль ковша. Это позво­ляет менять наклон рамы элеватора и создавать стружку нужной толщины. Привод ведущего вала звездочек осуществляется от двигателя тягача или от гидродвигателя, приводимого от его насоса.

18.4. ОБЩИЙ РАСЧЕТ

Задачей общего расчета скреперов является проведение тягового расчета, проверка его устойчивости при работе и опре­деление производительности.

В настоящее время в практике проектирования скреперов наибольшее применение получил тяговый расчет, предложенный Е. Р. Петерсом. По нему определение сопротивления передвиже­нию скрепера ведется для конца наполнения ковша грунтом:

P₀₁ = Pp + P_T + ph + Pnp, (18.1)

где Pp — сопротивление резанию; P_T — сопротивление передви­жению скрепера с груженым ковшом; P_H — сопротивление напол­нению ковша; P_np — сопротивление перемещению призмы воло­чения.

Сопротивление (кН) передвижению скрепера

P_T = g(m_c + m_r)(f±i), (18.2)

где т_с — масса скрепера, т; т_г — масса грунта в ковше, т; / — коэффициент сопротивления перемещению движителя (см. гл. 5); ζ — преодолеваемый уклон. Сопротивление (кН) резанию грунта

P_p=R’₁Bc, (18.3)

где Ri — удельное сопротивление грунта резанию (см. табл. 3.1); В — ширина ковша, м; с — толщина стружки, м, для конца ко­пания с = 0,05—0,2, м, соответственно для ковшей 3 и 25 м³.

Сопротивление P_H на­полнению складывается из сопротивления Р_п си­лы тяжести поднимаемого столба грунта и сопро­тивления Р_тр трению грунта в ковше.

Сопротивление (кН) силы тяжести столба грун-

Рис. 18.10. Схемы к определению сопроти- та (рис. 18.10) вления наполнению ковша Рп = BcHpg, (18.4)

где Η — высота ковша, м; ρ — плотность грунта, т/м³.

Сопротивление (кН) трению грунта в ковше обусловлено дав­лением со стороны прилегающих к нему с боков призм

Р_ТР = XBH²pg, (18.5)

где

x=tgp/(1+tg²p)=(sin p)/2

здесь ρ — угол внутреннего трения грунта (см. 3.1)].

Сопротивление (кН) перемещению призмы волочения перед ножом ковша и заслонкой

P_np = yBH2pμ'g, (18.6)

где у — коэффициент объема призмы волочения, у — 0,5—0,7 для связных и сыпучих грунтов; μ' — коэффициент трения грунта по грунту, при аналогичных грунтах μ' = 0,3—0,5.

В данной методике расчета так же, как и в аналогичной у буль­дозера, неоднозначно может быть выражено сопротивление P_TP трению грунта в ковше. Приведенная зависимость (18.5) свой­ственна поведению сыпучей среды. Рассмотренное же поведение грунта в ковше характерно для связных грунтов. На рис. 18.11 представлена картина наиболее вероятного взаимодействия ковша с малосвязным и несвязным — сыпучим грунтом. Применительно к этому случаю сопротивление трению грунта в ковше может быть представлено выражением

P'tp = (μ cos α + sin α) G_л cos α + G_n cos ρ (μ'cos ρ + sln p)· (18.7)

В соответствии с полученным сопротивлением передвижению скрепера P₀₁ ведется подбор тягача.

Для самоходных скреперов без толкачей необходимо, чтобы максимальное окружное усилие P_K на ведущих его колесах было согласовано с P₀₁, т. е.

p_k => P₀₁ <=P_φ

При использовании толкача с тяговым усилием P_T

(P_K + P_T)K₀>=P₀₁,

где Ко — коэффициент одновременности работы тягача и толкача,

принимаем при расчетах К₀ = 0,85—0,9.

Завершается тяговый расчет скрепера проверкой условия (сцепления движителей машины с основанием. При нормальной нагрузке на ведущие колеса или гусеницы машины и коэффициенте их сцепления с грунтом φ_сц это условие имеет вид (см. гл. 5)

С_СЦφ>=Р₀₁·

Значение G_сц зависит от распределения веса машины на оси ходового устройства. У прицепных скреперов при загруженном ковше на передние колеса приходится примерно 40%, а на зад­ние — 60% общего веса машины. У полуприцепных машин на задние колеса передается около 60—70% веса скрепера. Осталь­ной вес машины передается на сцепное устройство тягача. В само­ходных скреперах вес машины распределяется по осям примерно поровну.

На стадии проектирования скрепера, когда вес его неизвестен, его ориентировочно принимают в зависимости от вместимости ковша q (м³).

В прицепных скреперах

G_c = (1,0-1,2)q; в полуприцепных скреперах

G_c =(0,9-1,3) q; в самоходных скреперах

G_c = (2,2—2,6) q.

Рис. 18.11. Схема к определению сопротивления трению грунта в ковше

Вес скрепера с элеваторной или шнековой загрузкой больше соответствующего из рассмотренных случаев на 10—15%.

Рис 18 12. Схема к определению ус­тойчивости скрепера на косогоре

Устойчивость скреперов про­веряется при движении их под уклон, на подъем, по кри­волинейным участкам пути и по косогору. Запас устойчиво­сти машины во всех этих слу­чаях должен быть не менее 1,2 Проверяют устойчивость в этих случаях так же, как это было выполнено применительно к бульдозерам.

При движении скрепера по косогору возможно опрокидыва­ние всей машины относительно ребра опрокидывания, проходящего через опорные точки О—О (рис. 18.12 и рис. 17.13, в) ходовой части машины с одной из ее сторон, или только части машины, вероятнее прицепной, относительно оси О₁—O₁ проходящей через шарнир сцепного устройства тягача и опорную точку одного из задних колес.

В первом случае допустимый угол поперечного уклона

tga = (0,5В-а)/(1,2h_ц). (18.8)

Во втором — предельный угол наклона косогора

tga =lц/(1,2h_ц). (18.9)

Техническую производительность (м^э/ч) скрепера определяют по зависимости

П_т =3600q_KK_H/(t_цК_р), (18.10)

где q_к — геометрическая вместимость ковша, м³; К_н — коэффи­циент наполнения ковша; К_р — коэффициент разрыхления грунта в ковше, для песка и супеси К_р = 1,1 — 1,2; для суглинка и глины Кр = 1,2—1,4.

Продолжительность (с) рабочего цикла

t_ц ⁼t_к +t_{п. г} +t_ρ + t_{п. п},

где t_K — время копания, зависящее от разрабатываемого грунта, размера машины, условий работы, t_к = l_к/v_к (l_К — длина пути при копании; V_ск — скорость движения при копании); t_n. _г, t_п.п — продолжительность движения с груженым и порожним ковшом, t_π._π = l_п/v_п lп —длина пути при обратном ходе; ν_π — скорость движения при обратном ходе); t_p — время раз­грузки ковша и маневрирования, t_v =l_ρ/υ_ρ (l_ρ — длина пути при разгрузке; v_р — скорость движения при разгрузке).

18.5. РАСЧЕТ УЗЛОВ КОНСТРУКЦИИ СКРЕПЕРОВ

Металлоконструкции скрепера рассчитывают в соот­ветствии с методами расчета, изложенными в курсе «Строительная механика и металлоконструкции». За максимальные нагрузки для

Рис. 18 13. Схема нагрузок на скре­пер при копании

р асчета элементов на статическую прочность принимают наиболь­шие нагрузки, которые появляют­ся в элементах при работе скре­пера. Обычно наибольшее нагру-жение элементов конструкции происходит в процессе выполне­ния машиной какой-то определен­ной операции не одновременно. В связи с этим при расчете каж-дого элемента необходимо уста­новить операцию работы машины, при которой в нем нагрузки будут наибольшими.

Для ковша и тяговой рамы наихудшей операцией будет упор ковша в препятствие в процессе копания (рис. 18.13). В этом слу­чае на ковш будут действовать наибольшие нагрузки.

Горизонтальная составляющая P_r реакции копания, действу­ющая на режущий периметр ковша, может быть найдена так же, как и для бульдозера по зависимостям (17.23) или (17.24), ско­рость υ_c передвижения машины в формуле (17.24) следует при­нимать наибольшую, которую развивает скрепер при копании. На практике эта скорость обычно изменяется в пределах 2,5—3,5 км/ч.

Вертикальную составляющую реакции копания принимают

P_B = 0,5P_r.

Нагрузка на передний шарнир тяговой рамы имеет наиболь­шее значение в конце копания и находится из зависимости

Pш = m_cg φ — m_Tg + P_дин. (18.11)

Задние шарниры тяговой рамы при работе нагружаются не­одинаково. Это зависит от неровностей грунта, движения скре­пера по прямолинейному пути или того и другого одновременно.

При нахождении задних колес радиусом т в канаве глуби­ной а₁ и перемещении тягача по нормали к продольной оси скре­пера (рис. 18.14) нагрузка на задние колеса Р₃ и задние шарниры

Рис. 18.14. Схема к определению нагрузок на тяговую раму скрепера

Рис. 18.15. Cxeма к расчету механизма открывания заслонки ковша скрепера

тяги Т₃ в продольном направлении машины будет наибольшей и противоположной.

Рассматривая равновесие одного из колес задней оси в момент его выкатывания из канавы, которая в наихудшем случае может достигать а₁ = 0,5r, найдем

P₃ =N₃a/(2(r-a₁)) (18 12)

Усилие T₃ в шарнире тяги при этом

Т ₃=P₃B₁/(B+2b₁)

Нагрузка на передний шарнир тяги

Р_ш =(P₃B₁)/l (18.13)

Усилие P_n в цилиндре подъема ковша после его наполнения грунтом определяется из суммы моментов всех сил, действующих на ковш, относительно точки О (см. рис. 18.13).

Заслонка ковша наибольшее сопротивление испытывает при открывании. Механизму подъема заслонки приходится преодоле­вать сопротивление трения заслонки о грунт в ковше. Для опре­деления этого сопротивления грунт в ковше будем рассматривать как сыпучую среду (рис. 18.15). На основе теории сыпучей среды часть массы грунта, находящаяся ниже линии К—К, может рас­сматриваться как неподвижная. Грунт, расположенный выше заслонки и линии К—К, при встряхивании ковша в процессе перемещения машины будет давить на них и стремиться сдви­нуться вниз к режущей кромке ножа. По данным исследований сыпучих грунтов линия К—К обычно располагается под углом трения ρ = 45 ± 0,5 р₁. Здесь p₁ соответствует углу внутрен­него трения грунта. Знак «+» принимается при смещении частиц грунта вверх по К—К, а знак «—» — вниз по К—К.

Для определения величины и направления давлений на за­слонку и плоскость К—К из точки О нагрузки С_п от массы грунта,

расположенной выше К—К, опускаются на них перпендикуляры. В точках Ο₁ и O₂ пересечения перпендикуляров строятся углы, соответствующие углу трения грунта по металлу р₂, и углу вну-треннего трения в грунте р₁. Полученные отрезки линий углов дают направление давлений R₁ и R₂. Эти давления находят из по­дстроения силового треугольника на известном по величине и направлению векторе нагрузки G_n. Нормальная составляющая R_1H давления на заслонку определится из проекции R₁ на О—О₁. Усилие P_{ц. э}. нужное для открывания заслонки, может быть Определено из выражения (см. рис. 18.15)

Рц. з = R₁H μ ₁ l₁/l₂

(18.14)

Рассмотренный метод определения сопротивления подъему заслонки может быть применен и при нахождении параметров механизма разгрузки ковша движением вперед задней стенки.

При принудительной разгрузке ковша полное сопротивление разгрузке (см. рис. 18.15)

Pп = P_H + Pб + Pp. (18 15)

Сопротивление трения грунта о днище

р_н =m_cpgμ· (18.16)

Сопротивление трения грунта о боковые стенки (рис. 18.16)

P_б=2N_бнμ. (18.17)

Сопротивление качению роликов задней стенки

p_p = G_pf_p,

(18.18)

где G_p — нагрузка на ролики от массы задней стенки; f_р — коэф­фициент сопротивления качению роликов, принимаем f_р = 0,1-ί 0,15.

Рис. 18.16. Схема к расчету механизма принудительной разгрузки ковша скре­пера

18.6. АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ СКРЕПЕРОМ

Применительно к скреперам ВНИИстройдормашем раз­работана автоматическая система управления Копир-Стабило-план-10. Это одноканальная автономная или копирная по жестким направляющим система, которая может быть установлена на ма­шинах, оснащенных объемным гидроприводом, и запитывается от ее источника энергии — аккумулятора 1/ (рис. 18.17).

Бескопирная автономная система предназначена для автома­тического поддержания машиной заданного уклона планируемой поверхности грунта. Основным элементом системы является дат­чик 5 углового положения. По принципу действия он может быть подобен маятнику или уровню. На скрепере датчик устанавли­вается на раме ковша в районе задних колес.

При копирной системе установка режущей части ковша на нужной высоте достигается с помощью датчика фотоприемного устройства (ФПУ) 3, который фиксирует смещение ковша отно­сительно опорной базы — копира. Функции копира в настоящее время чаще выполняет луч лазера. Лазерный излучатель 4 создает оптическую плоскость, которая может быть использована как база для управления группой машин в радиусе до 200 м. Система работает так, что как только ФПУ выходит за пределы оптической плоскости вверх или вниз, ее блок 2 управления вырабатывает электрический сигнал, который через исполнительный механизм меняет положение ковша, поднимая или опуская его в раму. Функциональная схема системы аналогична схеме, приведенной на рис. 17.16.

Рис. 18.17. Схема установки блоков системы автоматического упрвавления «Копир-Стабилоплан» на скрепере

При чрезмерном опускании ковша толщина стружки может достигнуть таких размеров, что произойдет перегрузка двигателя, и он начнет снижать частоту вращения коленчатого вала. Для оптимизации загрузки двигателя скрепера в СССР была разра­ботана унифицированная система «Режим». Она применима для всех землеройно-транспортных машин и может работать как автономно, так и вместе с системами «Автоплан», "Стабилоплан» и др. Регулирование нагрузки двигателя в этой системе произво­дится путем автоматического заглубления или выглубления рабо­чего органа. В качестве параметра управления может быть исполь­зована скорость машины, частота вращения вала двигателя,

гидротрансформатора, угловое положение тяговой рамы или толкающего бруса в бульдозерах или сочетание их, напри­мер буксование движителей. При стабилизации какого-либо из этих параметров на остальные накладываются ограни­чения.

На рис. 18.18 представлена функциональная схема аппара­туры "Режим». Допустим, что аппаратура должна обеспечивать стабилизацию частоты вращения n_дв на заданном уровне п_до. Сигнал от датчика частоты вращения вала (ДЧВ) двигателя срав­нивается с заданным п_до и с учетом зоны нечувствительности по n_дВ вырабатывается сигнал на подъем или опускание рабо­чего органа.

В режиме транспортирования грунта обеспечивается поддер­жание скорости v_д или буксование б_д машины на заданном уровне.

Рис. 18.18. Функциональная схема системы стабилизации загрузки двигателя скрепера

При выполнении планировочных работ аппаратура «Режим» работает вместе с другими системами автоматизации и предотвра­щает перегрузки и остановку двигателя. В этом случае первона­чально n_дв сравниваются с n_зад, а затем разность n_дв — n_зад, будучи усиленная по мощности, подается на БУ системы управ­ления положением рабочего органа вместе с сигналом по размеру стружки АН. В результате вырабатывается конечный сигнал на изменение положения рабочего органа.