2.1.3. Тяговый расчет и расчет устойчивости скрепера

Тяговый расчет скрепера заключается в определении силы и мощности тяги, необходимых для преодоления рабочих и транспортных сопротивлений, возникающих на рабочем и ходовом оборудовании, и в подборе соответствующих тягача или толкача. Для собственно скрепера определяют также его рабочую массу, наибольший вес породы в ковше и рабочие нагрузки.

Скреперы с самозагрузкой. Общее сопротивление движению груженого скрепера W_с (кН) по уклону в конце его заполнения за­висит от составляющей сопротивления копанию W_K и веса W_п или масс собственно тягача m_т (т), агрегатированного скреперного оборудования m_c (т), грунта в ковше скрепера m_г (т), т. е.

W_с= W_п+ W_K= g (т_т + т_с + т_г) (f_к±i) + 0,5 K_FB t, (2.11)

где f_к и i – коэффициенты сопротивления качению и уклону пути, %;

K_F =320…360 – коэффициент сопротивления породы копания

ножом скрепера, кПа;

В - ширина режущего ножа ковша, м;

t - толщина стружки, м.

В транспортном положении (рис. 2.4, а) на скрепер дейст­вуют активные и реактивные силы. Активные силы включают в себя: ди­намическую силу G₁ и окружную силу Р_К на веду­щих колесах.

Динамическая сила равна

G₁ = G∙К_Д ,

где G - сумма весов тягача, скреперной установ­ки и породы в ковше,

заполненном «с шапкой»;

К_д – коэффициент динамичности, принимаемый для скреперов

равным K_д=2.

К реактивным силам относятся вертикальные реакции R₁ и R₂ на колесах со стороны грунта и силы сопротивления перекатыванию колес P_f1 и P_f2.

В транспортном положении скрепера силы Р_К направлены на преодоление сопротивлений качению:

_{Pf1 = R1fк и Pf2 = R2fк..}

Из уравнений моментов относительно точек А и В (см. рис.2.4, а) и суммы проекций сил на оси х и у будем иметь значения

_{R1=G1 d/L; R2=G1 – R1 и РК≥(R1 + R2)fk = fk G1,}

где d и L - координаты сил (см. рис. 2.4, а).

Для скрепера со всеми ведущими колесами окружная сила Р_к на ведущих колесах представляет собой сумму окружных сил, дей­ствующих на передние Р_к1 и задние Р_к2 колеса.

Конец заполнения и начало подъема ковша (рис. 2.4, б). Гру­женый скрепер движется по горизонтали (К_д=1), опираясь на все колеса. Здесь активными силами являются: окружные Р_кI и Р_к2 на колесах ведущих осей; вес G₁ груженого «с шапкой» скрепера и толкающая Т_т вспомогательного толкача; реактивными - силы P_f1 и Р_f2 сопротивлений движению передних и задних колес; W_c - со­противления резанию и перемещению скрепера; R_B – вертикальная реакция со стороны породы на лезвии ковша скрепера:

_{RB = Кс Wc = (0,37…0,45) Wc.}

В рассматриваемом положении тяговые усилия скрепера и толкача расходуются на передвижение скрепера, срезание породы и заполнение ковша.

Рис. 2.4. Схемы сил, действующих на скрепер в различных режимах:

а - транспортном; б - конца за­полнения ковша; в - копания с вы­вешенными задними колесами

Одновременно должно развиваться макси­мально возможное тяговое усилие. Окружные силы на ведущих ко­лесах (реализация по сцеплению):

_{Рк1=R1 φmax и Рк2=R2 φmax ,}

где φ_max - максимальный коэффициент сцепления.

Принимая, что в конце наполнения ковша толщина стружки t=0 из уравнения моментов относительно точек А и В (см. рис.2.4, б) и суммы проекций сил на оси х и у, имеем

_{R1=(G1 d + RB l)/L или R1 = G1+ RB – R2;}

_{R2=[ –Wc t + RB (L – l) + G1 (L – d)]/L;}

_{Wc=[G1 (φmax – fk) +Тт]/[1 – Кс(φmax –fk)].}

Режим копания с вывешенными задними колесами скрепера

(рис. 2.4, в) может иметь место под действием реакции породы на лезвии ковша и толкающего усилия. В этом случае груженый «с шапкой» скрепер движется по горизонтальной поверхности и опи­рается на передние колеса и нож (R₂= 0). Из уравнения моментов относительно точек А и O₁ и суммы проекций сил на оси х и у оп­ределяют величины P_k1; P_f1; W_c; R₁; R_в.

Расчет устойчивости агрегата, состоящего из одноосного тягача и полуприцепного скрепера, при прямолинейном движении ведется в продольном и боковом направлениях. В первом случае предполагается, что сползание агрегата вдоль уклона с углом α начинается раньше опрокидывания агрегата (т.е. tg α ≥ φ_min , где φ_min - минимальный коэффициент сцепления).

Устойчивость скрепера в боковом направлении на уклоне зависит от высоты расположения центров тяжести агрегата и по­луприцепа. Грани опрокидывания агрегата - линии соединения точек опор передних и задних колес по боковым плоскостям. Грани опрокидывания полуприцепа - линии, соединяющие шарнир седельно-сцепного устройства с точками контакта задних колес полуприцепа с грунтом. Устойчивость агрегата при крутом пово­роте определяется в статическом положении на уклоне с заданным углом и при движении на повороте.

Основные параметры скреперов ориентировочно можно определить по эмпирическим зависимостям в функции вместимости ковша Е от 3 до 25 м³ (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Зависимости для определения параметров скрепера

Параметры	Прицепные скреперы	Самоходные скреперы
Вместимость ковша с шапкой, м3	(1,1 – 1,52) Е	(1,19 – 1,45) Е
Мощность тягача, кВт	(8,5–14)(1–1,7) Е	(21 – 32)Е
Грузоподъемность скрепера, т	(1,78 – 1,82) Е	(1,8 – 2) Е
Масса, т: собственно скрепера (сухая) агрегата с трактором: однодвигательным двухдвигательным	(0,9 – 1,1) Е – –	(1,25 – 1,33) Е (2,26 – 2,75) Е (2,76 – 2,95) Е