Скреперы

Скрепер является самоходной или прицепной (к гусеничному или колесному трактору, колесному тягачу) землеройно-транс-портной машиной, рабочим органом которой служит ковш на пневмоколесах, снабженный в нижней части ножами для срезания слоя грунта. Скреперы предназначены для послойного копания, транспортирования, послойной отсыпки, разравнивания и частичного уплотнения грунтов I...IV категорий при инженерной подготовке территории под застройку, планировке кварталов, возведении насыпей, разработке широких траншей и выемок под различные сооружения и искусственные водоемы и др. Наиболее эффективно скреперы работают на непереувлажненных средних грунтах (супесях, суглинках, черноземах), не содержащих крупных каменистых включений. При разработке скреперами тяжелых грунтов их предварительно рыхлят на толщину срезаемой стружки. Главным параметром скреперов является геометрическая вместимость ковша (м³), которая лежит в основе типоразмерного ряда этих машин.

Скреперы классифицируют:

по вместимости ковша — машины малой (до 5 м³), средней (5...15 м³) и большой (свыше 15 м³) вместимости;

по способу загрузки ковша — с пассивной загрузкой движущим усилием срезаемого слоя грунта, с принудительной загрузкой с помощью скребкового элеватора;

по способу разгрузки ковша — с принудительной разгрузкой при выдвижении стенки ковша вперед (основной способ), со свободной (самосвальной) разгрузкой опрокидыванием ковша вперед по ходу машины;^;

по способу агрегатирования с тяговыми средствами — прицепные к гусеничным тракторам и двухосным колесным тягачам; самоходные, агрегатируемые с одноосными и двухосными колесными тягачами;

по способу управления рабочим — с канатно-блочным (механическим), гидравлическим и электрогидравлическим управлением.

Выпускаемые в настоящее время скреперы имеют гидравлическую или электрогидравлическую систему управления рабочим органом, которая обеспечивает принудительное опускание, подъем и разгрузку ковша, изменение глубины резания, подъем и опускание передней заслонки ковша с помощью гидроцилиндров двойного действия. Принудительное заглубление ножей ковша в грунт позволяет довольно точно регулировать толщину срезаемой стружки, сокращать время набор грунта и эффективно разрабатывать плотные грунты.

Рабочий процесс скрепера состоит из следующих последовательно выполняемых операций: резание грунта и наполненние ковша, транспортирование грунта в ковше к месту укладки, выгрузка и укладка грунта, обратный (холостой) ход машины в забой. При наборе грунта (рис. 4.10, а) ножи опущенного на грунт ковша 2 срезают слой грунта толщиной h, который поступает в ковш при поднятой подвижной заслонке 3. Наполненный грунтом ковш на ходу поднимается в транспортное положение (рис. 4.10, б), а заслонка 3 опускается, препятствуя высыпанию грунта из ковша. При разгрузке ковша (рис. 4.10, в)заслонка 3 поднята, а грут вытесняется принудительно из приспущенного ковша выдвигаемой вперед задней стенкой 5 ковша, причем регулируемый зазор между режущей кромкой ковша и поверхностью земли определяет толщину с укладываемого слоя грунта 4, который разравнивается (планируется) ножами ковша и частично уплотняется колесами скрепера. При холостом ходе порожний ковш поднят в транспортное положение, а заслонка опущена. Для увеличения тягового усилия скрепера при наполнении ковша в плотных грунтах обычно используют бульдозер-толкач 1 (см. рис. 4.10, а). При наполнении ковша скорость движения скреперов составляет 2...4 км/ч, при транспортном передвижении — 0,5...0,8 максимальной скорости трактора или тягача.

Рис. 4.10. Операции рабочего цикла самоходного скрепера

У некоторых моделей скреперов для уменьшения сопротивлений при работе в ковше устанавливают наклонный скребковый конвейер (элеватор), осуществляющий принудительную загрузку срезанного ножом слоя грунта в ковш и его выгрузку. Скреперы с элеваторной загрузкой наиболее рационально используются на сыпучих грунтах при выполнении небольших объемов работ.

В зависимости от вида и объема выполняемых земляных работ применяют различные схемы движений скрепера в плане — по эллипсу, восьмеркой, челночно-поперечное и др. Схему движения по эллипсу применяют при разработке выемок и широких траншей, челночно-поперечное и восьмеркой — при копании неглубоких, но больших по площади котлованов.

Прицепные скреперы к гусеничным тракторам, обладающие высокой проходимостью, способны работать в плохих дорожных условиях. Низкие транспортные скорости этих машин (не более 10...15 км/ч) ограничивают экономически целесообразную дальность транспортировки грунта 500...800 м. Самоходные скреперы характеризуются более высокими мобильностью, маневренностью, транспортными скоростями (до 50 км/ч) и производительностью (в 1,5...2,5 раза) по сравнению с прицепными машинами той же вместимости.

Дальность транспортировки грунта самоходными скреперами экономически эффективна на расстояние до 5000 м.

В строительстве используют самоходные скреперы с ковшами вместимостью 4,5, 8,3, 15, 16 и 25 м³.

На скреперах с ковшами вместимостью 16 и 25 м³ установлен второй дополнительный задний двигатель для привода задних колес через гидромеханическую трансмиссию, что позволяет выполнить все колеса машины ведущими. Управление дополнительным двигателем и гидромеханической трансмиссией синхронизировано с управлением тягачом и ведется из кабины машиниста. Одновременную работу обоих двигателей используют при заполнении ковша и транспортировании грунта к месту разгрузки; при выгрузке ковша и обратном ходе используется один двигатель тягача.

Рис. 4.11. Самоходный скрепер

Самоходный скрепер (рис. 4.11) представляет собой двухосную пневмоколесную машину, состоящую из одноосного тягача 15 и полуприцепного одноосного скреперного оборудования, соединенных между собой универсальным седельно-сцепным устройством 14. На тягаче смонтированы два гидроцилиндра 1 для его поворота относительно рабочего органа в плане. Седельно-сцепное устройство обеспечивает возможность относительного поворота тягача и скрепера в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для толкания скрепера бульдозером-толкачом в процессе набора грунта имеется буферное устройство 8.

Основным узлом скрепера является ковш 5 с двумя боковыми стенками и днищем, опирающийся на колеса 7. К подножевой плите ковшг крепят сменные двухлезвийные ножи 2 — два боковых и средние. Ковш снабжен выдвижной задней стенкой 10 для принудительной разгрузки, а в передней части — заслонкой 11, поднимающейся при наборе и выгрузке грунта. Заслонка служит для регулирования щели при загрузке ковша и закрывает ковш при транспортировании грунта. Ковш двумя шарнирами 4 соединен с тяговой П-образной рамой 3, жестко соединенной с хоботом 13. Гидравлическая система управления рабочим оборудованием обеспечивает подъем и опускание ковша 5 заслонки 11, выдвижение задней стенки 10 и возврат ее в исходное положение с помощью трех пар гидроцилиндров 6, 9 и 12. Насосы гидросистемы рабочего оборудования приводятся в действие от коробки отбора мощности базового тягача. Раздельное управление гидроцилиндрами осуществляется золотниковым распределителем, установленным в кабине машиниста.

Рабочее оборудование самоходных и прицепных скреперов одинаково по конструкции и максимально унифицировано. Эксплуатационная производительность скрепера (м³/ч) в плотном теле

(4.17)

где п — число циклов в час (п = 3600/ Т _ц); q — вместимость ковша скрепера, м³; К _н — коэффициент наполнения ковша грунтом (К _н = 0,6...1,2); К _н = q / q₁ (q ₁ — объем рыхлого грунта в ковше скрепера); К _в — коэффициент использования машины по времени (К _в = 0,8...0,9); К _р — коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера (К _р = 1,1...1,3).

(4.18)

где l_З, l_Т, l_РЗ, l_П.Х — длины участков соответственно набора грунта (заполнения ковша), транспортировки грунта, разгрузки ковша, порожнего хода скрепера, м; v_З, v_Т, v_РЗ, v_п.х — скорости скрепера соответственно при заполнении ковша, транспортировке грунта, разгрузке и порожнем ходе, м/с; t_п — время на переключение передач тягача; t_пов — время на один поворот (t_пов = 15...20 с).

Длина участка набора грунта

, (4.19)

где b — ширина срезаемой полосы, м; h — толщина срезаемого слоя грунта, м.

Набор грунта скрепером производится на участках длиной 12...30 м. Разгружаются скреперы на участках длиной 5...15 м.

При работе скрепера наиболее неблагоприятным является момент, когда ковш скрепера почти полностью загружен грунтом при продолжающемся процессе резания грунта.

Подбор тягача производят по максимальному сопротивлению движению скрепера.

Полное сопротивление движению скрепера при загрузке (кН)

, (4.20)

где F₁ — сопротивление движению скрепера, кН:

, (4.21)

G_с — вес скрепера, кН, G_гр — вес грунта в ковше, кН; f — коэффициент сопротивления качению колес скрепера по грунту (f = 0,1...0,15 — для плотных грунтов; f = 0,15... 0,2 — для разрыхленных грунтов; f = 0,2...0,25 — для сыпучих песков); i = tgа— уклон пути; а — угол наклона пути движения скрепера к горизонту, град; знак «+» принимается при работе на подъем; «-» — при работе под уклон;

F₂ — сопротивление грунта резанию, кН:

, (4.22)

К _р — удельное сопротивление грунта резанию (К _р = 80...120 кПа); b и h — ширина и толщина срезаемого слоя грунта, м (h = 0,13...0,4 м);

F₃, — сопротивление движению призмы волочения впереди ковша скрепера, кН:

(4.23)

у — отношение высоты призмы волочения к высоте грунта в ковше (у = 0.5...0.65, причем большие значения для сыпучих грунтов); Н— высота слоя грунта в ковше, м (при вместимости ковша q = 4.5м³ H = 1...1.18м, при q = 6м³ H = 1.25...1.5м, при q == 10м³ H = 1.8...2м, при q = 15м³ Н = 2.3…2.5м); r — плотность грунта, т/м³ (для сухого песка r == 1.2...1.5 т/м³, для супесей и суглинков r = 1.6...1.8 т/м³); m — коэффициент трения грунта по грунту (m = 0.3...0.5, причем большие значения для песчаных грунтов); g — ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²);

F₄ — сопротивление от веса срезаемого слоя грунта, движущегося в ковше, кН:

(4.24)

F₅ — сопротивление от внутреннего трения грунта в ковше, кН:

(4.25)

x — коэффициент, учитывающий влияние категории грунта (для глин х = 0.24...0.31, для суглинков и супесей х = 0.37...0.42, для песков х = 0.45...0.5).

При загрузке скрепера одним тягачом без трактора-толкача (F _тяг — тяговое усилие тягача скрепера, кН); при загрузке с помощью толкача (F _тол — тяговое усилие толкача, кН).