Текст:

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Братский государственный университет»

Механический факультет

Кафедра СДМ

Машины для земляных работ

Реферат

Скрепер

ПТСДМ.003.МЗР.00.00.00.00.ПЗ

Братск 2015

Содержание

Введение........................................................................
................3

1 ЕИП прдприятия………………... ………...............................................4

2 Методы и средства организации единого информационного пространства машиностроительногопредприятия……………………… …7

3 Обеспечение эволюции структуры ЕИП…..........................................10

3.1 Ортогональная структура ЕИП……………………………..…....11

3.2 Внедрение на практике……………………………………...…...12

4 CALS-технологии………………………………………………..….14

5 Реализация ЕИП………………………………………………........16

Заключение......................................................................
............................17

Список используемых источников...........................................................18

Введение

Землеройно-транспортными (ЗТМ) называют строительные машины, отделяющие грунт от массива тяговым усилием с последующим его перемещением к месту отсыпки собственным ходом. Основными рабочими операциями ЗТМ являются: послойная разработка грунта, его транспортировка и укладка в основание строительного объекта или отвал, а также планировка земляных поверхностей.
Скрепер (англ. scraper, от scrape - скрести) — землеройно-транспортная машина, предназначенная для послойного (горизонтальными слоями) копания грунтов, транспортирования и отсыпки их в земляные сооружения слоями заданной толщины. Кроме того, при движении по насыпи скреперы своими колесами уплотняют отсыпанные слои грунта, благодаря чему сокращается потребность в специальных грузоуплотняющих машинах. Скреперы используют для разработки разнообразных грунтов 1-111 категорий от чернозема до тяжелых глин. Очень плотные грунты предварительно разрабатывают рыхлителями. Применение скреперов определяется дальностью возки грунта. Прицепные скреперы в агрегате с базовыми гусеничными тракторами используют при дальности транспортирования от 100 до 800 и максимально до 1000 м. Чем больше вместимость скрепера, чем быстроходнее его базовый трактор, тем на большей дальности транспортирования целесообразно применять агрегат.

1 История создания

Первые землеройно-транспортные машины выполнялись на катках, позже — на деревянных и металлических колесах . По мере увеличения мощности и массы машин давление на грунт возрастало. Для перемещения машин на металлических колесах требовались настилы, много времени тратилось на передвижку путей. Использование железнодорожного хода нормальной колеи не смогло существенно изменить этого положения. Появление гусеничного хода (1910—1912 гг.), более маневренного, пригодного для бездорожья, способствовало развитию гусеничных машин. Развитие грузового автотранспорта на массивных шинах снова привело к использованию колесного хода для землеройных машин. Однако большие нагрузки на колеса, затруднявшие движение машин на таких шинах по плохим дорогам, явились предпосылкой к созданию гусеничного хода более совершенной конструкции, попыткам применить быстроходные гусеничные .системы, частично заимствованные у танков и тягачей. Но из-за усложнения конструкции и высокой стоимости эксплуатации это оборудование также не получило распространения. Требования маневренности, повышения скорости движения землеройно-транспортных машин, а также появление пневматических шин вызывали необходимость в дальнейшем усовершенствовании колесного хода. Однако из-за высокого давления пневматические шины оказались почти неприемлемыми для передвижения по рыхлому грунту. С 1918 г. начинается массовое использование гусениц на тихоходных землеройных машинах. Появление шин низкого регулируемого давления до 100 кН/м2 (1 кГ/см2), а затем и бескамерных с допускаемой нагрузкой до 150 и даже до 250 кН на колесо дало значительные преимущества колесным машинам. В настоящее же время гусеничные землеройно-транспортные машины постепенно заменяются колесными универсальными машинами с унифицированными узлами. Таким образом, почти за 200 лет колесный ход 4 раза получал новое применение и дальнейшее развитие. Во второй половине XIX в. был создан колесный грейдер с управляемым отвалом, который мог устанавливаться под углом к направлению движения для перемещения срезаемого грунта в сторону. Усовершенствование ползункового скрепера, получившего распространение в конце XIX в., шло по линии улучшения его формы, облегчающей управление ковшом так, чтобы по мере наполнения скрепер под действием силы тяжести грунта в ковше выглублялся и на салазках, являвшихся продолжением зубьев, скользил к месту разгрузки. На разгрузке рабочий подъемом ручек вызывал врезание скрепера в грунт и опрокидывание его ручками вперед. Обращает внимание рациональная форма полукруглой ступенчатой режущей кромки, снабженной плоскими зубьями с закругленной кромкой (рис. 6), благодаря которой, очевидно, достигалось хорошее врезание и плавное возрастание усилия при заглублении, а также уменьшалась величина усилия. Тяга скрепера осуществлялась обычно двумя, реже четырьмя лошадьми, что давало возможность получить емкость скрепера соответственно 0,08—0,2 м3. Такие скреперы применялись при разработке неглубоких выемок и сооружении невысоких насыпей, особенно при линейных работах. При дальности перемещения грунта 15—50 м и высоте подъема до 2 м в грунтах I—III групп производительность скрепера емкостью 0,12 м3 составляла соответственно от 8 до 2 м3 в час. До разработки грунты II—III групп подвергались рыхлению плугами. Средняя производительность рабочего с учетом рыхления составляла 5—6 м3 грунта в смену, что в 2—2,5 раза превышало производительность работы вручную в данных условиях. У нас массовое применение конные скреперы получили на строительстве Туркестано-Сибирской дороги (1928 г.), Башжел - дорстрое и на других объектах. Использование трактора позволило увеличить дальность возки до 100 м, а емкость до 0,75 м3 при тракторе мощностью 30 л. с. и до 1,25 м3 при тракторе 50 л. с. В 1875 г. был создан первый грейдер-элеватор с конной тягой и механизированным ручным управлением. Машина представляла собой деревянную раму, обшитую металлом и опиравшуюся на четыре колеса. С левой стороны на управляемой раме закреплялся дисковый плуг диаметром около 0,5 м. Срезаемый грунт отваливался на ленточный наклонный конвейер, подвешенный перпендикулярно продольной оси повозки. Привод конвейера осуществлялся шарнирной цепью от колес повозки. Этот принцип действия позднее был использован для управления ковшом скрепера и применялся в течение более 60 лет даже после перевода скреперов на тракторную тягу. Вся машина приводилась в действие восемью лощадьми, что позволяло получить тяговое усилие порядка 4 кН (400 кг), и обслуживалась двумя рабочими. Грунт с конвейера ссыпался в повозки, подъезжавшие одна за другой. Производительность машины в легком грунте достигала 90 м3 в час. Только в 1883 г. полностью металлические скреперы были установлены на одноосный ход с металлическими колесами и управлением от ходовых колес скрепера. Оно осуществлялось цепной передачей, включаемой ручным рычагом кулачковой муфты, сблокированной с тормозом. При включении ее ковш поднимался в транспортное положение, а для разгрузки опрокидывался или раскрывался. Опускался ковш на тормозе под действием собственной массы. Это позволяло довести экономически целесообразную дальность тракторной возки до 400 м при двукратном увеличении производительности по сравнению с волокушными скреперами. Трактор мощностью 65 л. с. транспортировал поезд из 4—6 конных скреперов емкостью 0,75 м3 каждый, причем два скрепериста, переходившие на ходу с одного скрепера на другой, одновременно заполняли два скрепера. Такой способ транспортирования довольно хорошо разрешал противоречие между большой по тому времени мощностью трактора и незначительной емкостью скреперов. Кроме того, он позволял маневрировать в зависимости от условий числом скреперов в поезде. Однако при этом увеличилась длина заполнения и разгрузки, что было очень неудобно при малых расстояниях перемещения грунта. В 1910 г. Т. Шмейзер (США) создал скрепер емкостью 5,4 м3 с тягой*трактором мощностью 75 л. с. и гидравлическим управлением ковшом с приводом от колес трактора. Агрегат массой 14 т обслуживался двумя рабочими. Спустя 9 лет появился скрепер с механизированным управлением от трактора. В 1917 г. были сделаны первые попытки применить колесную машину (автомобиль Форда модели Т с широкими покрышками) для тяги скрепера. В 1922 г. был построен первый четырехколесный скрепер «Гон-Дола», механизмы которого приводились семью электродвигателями. Скреперы того времени представляли собой открытый спереди ковш на двух или четырех колесах. По мере заполнения скрепера, срезаемый грунт поднимался под действием образуемой перед ковшом так называемой призмы волочения . Это резко увеличивало необходимое тяговое усилие, достигавшее при емкости ковша 6 м3 в средних грунтах 180—200 кН (18—20 т), что превышало усилия ПО—120 кН (11 —12 т), развиваемые гусеничными тракторами мощностью 95—100 л: с. Поэтому стремления изобретателей были направлены на снижение тяговых усилий, необходимых для заполнения скрепера. Была сконструирована поднимающаяся передняя шарнирная управляемая трактористом, заслонка образующая как бы переднюю стенку ковша. Теперь заполнение происходило при заслонке, поднятой в положение , а когда начинала образовываться призма волочения, заслонка опускалась в положение 2, препятствуя поднимающемуся грунту высыпаться из ковша вперед и образовывать призму волочения. При подъеме ковша заслонка опускалась, смыкаясь с днищем и прорезая стружку, запирала в ковше почти весь разрушенный грунт, тогда как в открытом ковше не только вся призма волочения, но и часть грунта в ковше, ограниченная углом естественного откоса , высыпалась из ковша после его подъема. Наличие заслонки способствовало тому, что после заполнения ковша на 30—40% срезаемая стружка как бы фонтанировала, поднимаясь между относительно мало изменяющими свое положение массами грунта в задней части ковша и в заслонке . Конечно, не следует упрощенно понимать этот процесс как подъем сплошной массы стружки. Это бывает далеко не всегда, так как в зависимости от рода и состояния грунта и толщины стружки может иметь место подъем целых кусков, что возможно при работе в глинистых грунтах и особенно, когда режущая кромка образует по бокам уступы, увеличивающие в этих местах толщину стружки. Хотя габариты их были велики, они оказались более маневренными, чем поезд, составленный из двух скреперов (тандемная возка — способ тандем). Применение способа тандем с тягой трактором 95 л. с. позволило увеличить емкость скрепера до 26 м3, получив производительность порядка 80 м3/ч. Сравнительно малая транспортная скорость компенсировалась емкостью скреперов, в результате дальность возки увеличилась до 1,6 км, тогда как до сих пор наибольшая экономически оправданная дальность возки не превышала 1 км. Всеми движениями скрепера управлял тракторист, в основном с помощью канатной полиспастной системы, действовавшей от лебедки трактора. В 1933 г. был создан первый одноосный скрепер к трактору 95 л. с. емкостью 7,6 м3 с гидравлическим приводом, управление которым осуществлялось из кабины тракториста. Этот скрепер, как бы повторивший в части одноосности конструкции первых колесных скреперов, отличался большой маневренностью. Он был снабжен двумя заслонками, образовывавшими его переднюю и заднюю стенки, что обеспечивало разгрузку вперед и назад . Последнее позволило использовать его при непосредственной разгрузке грунта под откос, т. е. для засыпки котлованов, отсыпки насыпи «с головы» без применения вспомогательных бульдозеров, необходимых при работе обычных скреперов с разгрузкой вперед. Гидроуправление при высоком качестве изготовления аппаратуры, насосов и бронированных гибких-шлангов оказалось более надежным и долговечным, чем канатное, давало возможность принудительно опускать ковш для заглубления; однако оно было более сложным в работе, чем канатное, и требовало наличия различных запасных частей точного изготовления. Кроме того, с помощью гидравлической системы управления оказалось невозможным быстро перемещать ковш (например, при встрече неожиданного препятствия). В дальнейшем для снижения тягового усилия при заполнении скрепера средние и тяжелые грунты перед разработкой стали рыхлить многозубыми рыхлителями. В 1937 г. была сделана попытка создать скрепер с подвижным днищем, выполненным в виде ленточного реверсивного конвейера с приводом от электродвигателя, что давало возможность разгрузки как вперед, так и назад. Электродвигатели были установлены и для всех остальных механизмов скрепера и питались постоянным током от генератора, расположенного на тракторе. Но так как основные сопротивления заполнению скрепера вызываются необходимостью подъема грунта вверх, эта конструкция не получила распространения. Другим направлением резкого повышения тяги скрепера, необходимой для заполнения, было применение толкачей. Резервные тракторы, снабженные специальным толкающим буфером или отвалом бульдозера, располагались на месте загрузки скреперов и по мере их подхода пристраивались сзади, упираясь буфером или отвалом в задний буфер скрепера, и толкали его, увеличивая силу тяги в 1,5—1,7 раза. Окончив заполнение, толкач либо задним ходом возвращался в исходное положение для встречи нового скрепера, либо передним ходом нагонял второй скрепер, подходивший к месту заполнения. Так один толкач обслуживал 3—5 скреперов. С 1925 г. тракторные фирмы США начали выпускать скреперы (в 1938 г. производство их стало серийным). В эти же годы в СССР были созданы скреперы емкостью 5 м3 с гидравлическим управлением и емкостью 6 м3 с канатным управлением для работы с тракторами мощностью 65 л. с, выпускаемыми Челябинским заводом. До этого времени у нас выпускались скреперы емкостью 0,75 и 1,1 м3 для поездной возки с трактором 65 л. с.. Был изготовлен образец телескопического скрепера емкостью 8 м3 к трактору. Небольшие скорости гусеничных тракторов привели к попыткам заменить гусеничные тракторы мощными колесными тягачами автомобильного типа, а также использовать седельные автомобильные тягачи с полуприцепным скрепером. Эти попытки успеха не имели в силу малой маневренности, недостаточной устойчивости и непригодности тягачей, снабженных шинами высокого давления, для работы в условиях бездорожья. В 1937 г. был создан первый полуприцепной телескопический скрепер большой емкости на базе одноосного тягача на шинах с пониженным до 200 кН/м3 давлением. Эта машина могла транспортировать 12 м3 грунта со скоростью до 25 км/ч. Дальность возки составляла 2—3 км. В 1938 г. был изготовлен скрепер емкостью 23 м3 с одноосным тягачом 118 кВт (160 л. с.) с шинами низкого давления диаметром 2 м и шириной 0,6 м, развивающий скорость до 34 км/ч и наибольшее тяговое усилие 170 кН (17 т). В этот же период появились и другие сменные полуприцепные устройства к одноосным тягачам—большегрузные саморазгружающиеся повозки с задней, боковой и донной разгрузкой. Основное направление при современном состоянии техники — создание универсальных колесных самоходных строительных машин путем агрегатирования узлов, выпускаемых автомобильной и тракторной промышленностью, и применения сменного полуприцепного и навесного рабочего оборудования. Развитие этой идеи открыло возможности для повышения емкости, скорости и производительности скреперов, расширяя область их применения. В 1947 г. был создан полуприцепной скрепер с электрическим приводом емкостью 20 м3 для работы с тягачом мощностью 225 л. с, развивающий скорость до 24 км/ч при массе агрегата 19 т. При полезной массе перевозимого грунта 32 т коэффициент тары составлял 0,6, т. е. был меньше, чем у лучших конструкций автосамосвалов. Чтобы повысить силу тяги колесных тягачей, было уменьшено давление в шинах с 300 до 250 кн/м2 (с 3 до 2,5 атм) и ниже, увеличена высота протектора и разработаны типы его рисунка, отвечающие различным грунтовым условиям. Это позволило повысить силу тяги на 20—30%. Однако основные усилия конструкторов были направлены на увеличение силы тяги путем создания привода на ось скрепера — полуприцепа. Для этой цели устанавливали дополнительный двигатель, мощность которого обычно не превышала 0,75 мощности двигателя тягача. Так были созданы самоходные скреперы емкостью до 42 м3 мощностью до 720 кВт (410 + 310 кВт), т. е. 980 л. с. (560 +420 л. с). Создание дизель-электрического привода (с установкой электродвигателей постоянного или переменного тока на каждом колесе скрепера и тягача) в 1957 г. позволило увеличить емкость скрепера до 46 м3 при мощности тягача 440 кВт (600 л. с). Применение столь мощных скреперов повлекло за собой работу по созданию толкачей массой до 170 т, мощностью до 1200 кВт (1650 л. с.) с приводом по типу мотор-колесо . Серийные машины с дизель-электрическим приводом по типу мотор-колесо пока еще не получили широкого применения из-за трудности обеспечения достаточной надежности машин при работе в тяжелых условиях, а также хорошей управляемости. В СССР созданы конструкции полуприцепных скреперов к одноосным тягачам мощностью 180 и 220 кВт (240 и 360 л. с.) емкостью 9 и 15 м3. Осваивается самоходный скрепер с мотор-колесами емкостью 20—25 м3 на базе тягача мощностью 290— 380 кВт (520 л. с). Серийно выпускаются прицепные скреперы емкостью 3,6 и 10 м3. Массовое применение прицепных скреперов емкостью 6 и 10 м3 имело место на постройке канала Волго-Дон им. В. И. Ленина в 1948—1950 гг. Часовая производительность их на 1 м2 составляла соответственно 7 и 7,5 м3 при максимальной производительности 52 и 80 м3/ч. Толкач-тягач массой 170 т, мощностью 1200 кВт (1650 л. с.) с электрическим приводом на каждое -колесо Одноосные тягачи придают скреперам высокие маневренные качества. Однако получить скорость скрепера с одноосным тягачом выше 50 км/ч пока еще не удается. Поэтому для перевозок на дальние расстояния используют полуприцепные скреперы с двухосными седельными тягачами (рис. 10), развивающими скорость до 70 км/ч. По маневренности последние значительно уступают скреперам с одноосными тягачами. Стремление увеличить производительность и эффективность работы скреперов привело к возвращению поездной возки, применявшейся 25 лет назад при скреперах малой емкости. В 1958 г. был создан одноосный тягач мощностью 880 кВт (1200 л. с.) с двумя скреперами емкостью по 46 м3, загружающимися поочередно или одновременно . Продолжается работа по уменьшению сопротивлений при работе скрепера. Неудавшаяся в 1937 г. попытка резко снизить сопротивление заполнению с помощью подвижного днища оказалась успешной при установке в ковше наклонного скребкового конвейера, приводимого от двигателя, который питается 410 кВт (560 л. с.) и активной задней осью с двигателем мощностью 310 кВт (420 л. с), скорость до 70 км/ч током от генератора, установленного на тягаче. В СССР разработан скрепер, в котором привод скребкового конвейера осуществляется при помощи гидромотора. Как показывает опыт, с установкой скребкового конвейера наибольшее тяговое усилие при заполнении скрепера снижается на 20—25%. В настоящее время ведутся работы по созданию скреперов емкостью 75 и 100 м3. За последние 20 лет удельные мощности скреперов возросли в 1,5—1,7 раза для гусеничных тягачей и более чем в 2 раза для колесных. Почти в 1,5 раза увеличилась производительность, отнесенная к 1 м3 емкости скрепера. Наибольшая часовая производительность скрепера возросла в 3 с лишним раза и при дальности возки 500 м достигает 600—700 м3/ч, т. е. близка к производительности экскаватора с ковшом емкостью 8—10 м3. Значительные работы проводятся по изысканию наилучшей компоновки скреперов путем различного агрегатирования узлов и изменения положения кабины управления. Расположение кабины водителя впереди удобно для передвижения, но затрудняет наблюдение за наполнением ковша. При расположении кабины сзади в поле зрения находятся как ковш, так и дорога впереди. Однако необходимы еще специальные конструктивные меры, чтобы уменьшить в этом случае «мертвое пространство» дороги перед скрепером. Принимаются конструктивные решения, увеличивающие универсальность машин. Так, ковш скрепера устанавливают как сменное оборудование автогрейдера, тягач скрепера и автогрейдер снабжают отвалом бульдозера или рыхлителем . Создана оригинальная конструкция полупридепного скрепера к обычному короткобазовому двухосному тягачу с гидроуправлением. Увеличенный сцепной вес тягача позволяет развивать тяговое усилие 10 т при скорости 4,4 км/ч. Транспортная скорость достигает 54 км/ч. Тягач снабжается отвалом бульдозера. Этапы развития, характерные для скреперостроения, имели место и при создании современных бульдозеров, автогрейдеров и грейдер-элеваторов.

2 Назначение и классификация скреперов

Скрепер – землеройно–транспортная машина циклического действия, предназначенная для послойного вырезания грунта с набором его в ковш, транспортирования набранного грунта и отсыпки его слоями или в отвал с частичным уплотнением ходовыми колесами или гусеницами. Скреперы могут разрабатывать грунты I – IV групп прочности (III и IV группы – с предварительным разрыхлением).

В дорожном и аэродромном строительстве скреперы используют для возведения насыпей и разработки выемок, сооружения подходов к искусственным сооружениям, вскрытии грунтовых карьеров и карьеров строительных материалов, а также на различных вспомогательных работах – планировке, зачистке, подсыпке грунта и т. п. В исключительных случаях – в качестве землевозных тележек, загружаемых экскаваторами. Широко применяют скреперы на вскрышных работах, строительстве газо– и нефтепроводов, при рекуперации почвенных слоев, сооружении каналов.

Скрепер состоит из рабочего оборудования (ковша), ходового одноосного или двухосного оборудования, механизмов управления ковшом и заслонкой.

Рисунок 1. Строение самоходного скрепера.

1 – одноосный тягач; 2 – седельно–сцепное устройство; 3 – гидроцилиндр поворота; 4 – дышло (арка–хобот); 5 – гидроцилиндр подъема ковша; 6 – ковш; 7 – гидроцилиндр заслонки; 8 – задняя подвижная стенка; 9 – заднее колесо; 10 – буфер для толкача; 11 – гидроцилиндр выдвижения задней стенки; 12 – днище ковша; 13 – тяговая рама; 14 – нож; 15 – передняя заслонка.

Современные скреперы можно классифицировать по емкости ковша, способу передвижения, схеме подвески ковша, способу загрузки и разгрузки, по виду передней заслонки, по системеуправления и другому.

По емкости ковша (в м³) скреперы можно условно подразделить следующим образом:

1. Скреперы малой емкости, с ковшом емкостью до 4 м³.

2. Скреперы средней емкости, с ковшом емкостью 5 – 12 м³.

3. Скреперы большой емкости, с ковшом емкостью 15 – 18 м³.

По способу передвижения скреперы подразделяют на прицепные, полуприцепные и самоходные.

1. Прицепным скрепером называется скрепер, вся весовая нагрузка которого (собственный вес и вес грунта в ковше) передается на опорную поверхность через ведомые колеса.

2. Полуприцепные скреперы – это скреперы, у которых часть его весовой нагрузки передается гусеничному или одноосному (преимущественно) или двухосному колесному тягачу.

3. Самоходным скрепером называется скрепер со встроенным двигателем (обычно расположенным сзади), у которого конструктивный вес всей машины и вес грунта в ковше полностью передаются на опорную поверхность через колеса или гусеницы скрепера.

По схеме подвески ковша скреперы подразделяются на скреперы рамной конструкции, у которых ковш шарнирно подвешен к основной раме, и скреперы безрамной конструкции, у которых вес ковша передается непосредственно на ось.

По способу загрузки скреперы можно подразделять на скреперы, у которых наполнение ковша происходит под давлением срезаемой стружки (этот способ связан с преодолением значительных сопротивлений наполнению), и на скреперы с элеваторной загрузкой, когда подъем грунта в ковш производится элеватором, благодаря чему сопротивление наполнению ковша снижается.

По способу разгрузки скреперы можно разделить на скреперы со свободной разгрузкой вперед или назад, с принудительной или полупринудительной разгрузкой и со щелевой разгрузкой – с разгрузкой вниз. На скреперах с элеваторной загрузкой применяется донная разгрузка.

1. Свободная разгрузка применяется в машинах малой емкости; недостатком свободной разгрузки является неполная разгрузка ковша при работе в вязких и влажных грунтах.

2. Принудительная, полупринудительная и щелевая разгрузки применяются главным образом в машинах средней и большой емкости. При принудительной разгрузке обеспечивается наилучшая очистка ковша.

Недостатком полупринудительной разгрузки является неудовлетворительная очистка ковша при работе на липких и переувлажненных грунтах.

3. При щелевой разгрузке днище, поворачиваясь, выводится из–под грунта и в конечном положении наклоняется к горизонту под углом 72 – 75°, вследствие чего происходит лучшая очистка ковша.

Этот способ наименее энергоемок, так как исключает подъем грунта, имеющий место при полупринудительной разгрузке.

По виду заслонки различают скреперы двух типов: с плавающей и управляемой заслонками. У плавающей заслонки шарниры подвески отнесены назад по ходу и расположены ниже, чем у управляемой заслонки.

Режущие ножи бывают прямой, ступенчатой, полукруглой формы. По сравнению с прямоугольными ножами применение ступенчатых ножей сокращает время и путь загрузки скрепера на 10 – 15%, повышает коэффициент наполнения на 18 – 20%, но ухудшает планирующую способность скрепера.

По системе управления рабочими органами различают скреперы с гидравлическим и канатно–блочным управлением.Основным достоинством гидравлического механизма управления следует считать возможность принудительного заглубления ножа.

У канатно–блочной системы управления подъем рабочего органа производится принудительно, а спуск ковша и заглубление ножа в грунт осуществляются за счет собственного веса, что ухудшает условия работы скрепера во время заглубления на твердых грунтах и удлиняет путь загрузки, а также приводит к неполному закрытию заслонки по окончании загрузки и потерям грунта при его транспортировании.

Недостатком канатных систем является передача части силы тяги от трактора к скреперу через канат подъема ковша. При этом канат подвергается перегрузкам. Этот недостаток устраняют введением специальных механизмов, разгружающих канат подъема ковша при транспортировании.

3 Рабочий цикл и производительность скреперов

Рабочий цикл скрепера состоит из последовательно повторяющихся операций: резания грунта и наполнения ковша, перемещения груженого скрепера к месту разгрузки, разгрузки ковша с укладкой грунта и возвращения в забой. Перечисленные операции производятся при непрерывном поступательном движении самого скрепера.

Транспортирование грунта прицепными скреперами целесообразно на расстояние до 300 м и самоходными до 5000 м.

Скорость движения скрепера при наборе грунта обычно не превышает 2,5...3,5 км/ч. Длина пути набора составляет 20...50 м. Большие значения относятся к прочным тяжелым грунтам, при копании которых стружка имеет меньшую толщину.

Скорость груженого и порожнего скрепера определяют с учетом типа и состояния грунта и уклонов транспортных путей. В реальных условиях эксплуатации скорость обычнее не превышает 6…8 км/ч для прицепных скреперов и 30…35 км/ч для полуприцепных и самоходных.

В зависимости от размеров скрепера наибольшая толщина срезаемого слоя составляет 0,12…0,53 м, а толщина отсыпаемого слоя в рыхлом состоянии 0,15…0,60 м.

Ковш скрепера заполняется при движении по прямой. Длина пути заполнения зависит от объема ковша, от плотности грунта и способа зарезания. Она колеблется от 25 до 90метров. при работе с толкачом длина пути сокращается примерно на 1/3.

4 Схема разработки грунта скрепером

Наиболее рациональной схемой разработки грунта является шахматно–гребенчатая схема.

По этой схеме разработку грунта ведут последовательными рядами проходов, одинаковыми по длине и расположению, но сдвинутыми один относительно другого в шахматном порядке. Между проходами 1 ряда оставляют полосы нетронутого грунта, шириной около половины ширины ножа скрепера.

Разработку второго ряда начинают отступив от начала 1 ряда на половину длинны длины зарезания – L/2, при этом ось движения скрепера совпадает с осью оставленных полос грунта.

L/2	L/2	L



			В

			В/2

Рисунок 2. Шахмотно-гребенчатая схема разработки грунта скрепером.

При резании грунта начиная со 2 ряда, стружка на первой половине длины равна ширине ножа, на 2 половине вдвое меньше. Такая схема разработки грунта уменьшает сопротивление резанию в конце набора грунта, обеспечивая при этом евеличение его наполнения на 10 – 15% при сокращении времени набора на 15 – 25%.

Техническая производительность скреперов определяется по формуле:

где    q-геометрическая емкость ковша, м3;
  Кн- коэффициент наполнения ковша;
  Кр- коэффициент разрыхления грунта в ковше;
   t- продолжительность рабочего цикла, мин.

В соответствии со структурой рабочего цикла его продолжительность представляет собой сумму продолжительности отдельных операций:

где t₁, t₂, t₃, t_4, t₅ – соответственно продолжительность набора грунта в ковш, движения груженого скрепера, разгрузки скрепера, движения порожнего скрепера и дополнительных операций, включающих повороты, переключения передач и другие затраты времени (обычно до 60 с).

5 Патентный анализ

5.1 Тягово-сцепное устройство прицепного скрепера

Изобретение ( Патент RU 2306388) относится к тяговым машинам, работающим с прицепным оборудованием.

Известно сцепное устройство скрепера , включающее передний мост, жестко соединенный с прицепным брусом, на котором шарнирно установлена поворотная от гидроцилиндра рама, шарнирно соединенная с тяговой рамой ковша скрепера. Сцепное устройство позволяет увеличивать сцепной вес тягача за счет приближения к нему шарнирного соединения с рамой ковша при уменьшении длины управляющего гидроцилиндра.

Рисунок 3. Общий вид прицепного скрепера

Целью изобретения, включающего тягач с рамой, прицепной ковш, соединенный аркой-хоботом через шаровой шарнир с передним мостом скрепера, содержащего тяговый брус, передний мост, гидроцилиндры догрузки, закрепленные по бокам арки-хобота, которые гибкой связью соединены с рычагом, жестко прикрепленным к переднему мосту скрепера, является максимальное увеличение сцепного веса тягача при полном вывешивании переднего моста прицепного скрепера.

Применение предлагаемого устройства позволяет в максимальной степени увеличивать сцепной вес тягача за счет существенного уменьшения на время копания расстояния между тягачом и прицепным скрепером, что обеспечивает сокращение времени копания и повышение производительности скреперного агрегата.

5.1 Скрепер

Изобретение (Патент RU 2209887) относится к тяговым машинам, работающим с прицепным и полуприцепным землеройным оборудованием, в частности к скреперам. Скрепер включает тягач с буксирным крюком, седельно-сцепное устройство, ковш с поперечной балкой. На раме тягача в продольных направляющих установлено седельно-сцепное устройство с возможностью перемещения вдоль оси тягача гидроцилиндром, снабженное фиксаторами продольного положения. На поперечной балке ковша шарнирно установлена буксирная петля, удерживаемая в рабочем положении упругими элементами и взаимодействующая с буксирным крюком тягача. Повышается надежность работы скрепера.

Изобретение относится к тяговым машинам, работающим с прицепным и полуприцепным землеройным оборудованием.

Известен полуприцепной скрепер , включающий двухостный тягач, соединенный со скреперным оборудованием гребневым седельно-сцепным устройством. При копании грунта такое седельно-сцепное устройство ввиду своего высокого расположения вызывает существенное перераспределение вертикальных нагрузок на мосты тягача, снижая эффективность его работы.

Известно шарнирно-рычажное седельно-сцепное устройство , которое сводит к минимуму перераспределение вертикальных нагрузок на мосты тягача, однако оно имеет весьма высокую трудоемкость изготовления и монтажа. Кроме того, в процессе эксплуатации за счет износа в шарнирных сочленениях оно приобретает чрезмерно большое продольное перемещение рычагов, что снижает транспортные скорости скрепера.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является скрепер с шаровым седельно-сцепным устройством , которое жестко закреплено на раме тягача и находится на значительной высоте от грунта. Шаровое седельно-сцепное устройство обладает небольшой металлоемкостью и высокими технологичностью и надежностью в эксплуатации. Однако оно вызывает на тяговом режиме перераспределение вертикальных нагрузок на ведущие мосты двухостного тягача, хотя и меньшие, чем гребневое седельно-сцепное устройство . Это связано с тем, что тяговое усилие с тягача снимается на значительной высоте от грунта (Рис. 1). Кроме того, тяговая рама скрепера нагружена значительными растягивающими усилиями при копании.

Изобретение направлено на уменьшение высоты передачи тягового усилия с тягача на скрепер, разгрузку тяговой рамы скрепера от значительных растягивающих усилий. Это достигается тем, что седельно-сцепное устройство на раме тягача установлено в продольных направляющих c возможностью перемещения его вдоль оси тягача гидроцилиндром, снабженное фиксаторами продольного положения, на поперечной балке ковша шарнирно установлена буксирная петля, удерживаемая в рабочем положении упругими элементами и взаимодействующая с буксирным крюком тягача.

Рисунок 4.Скрепер в транспортном положении

Скрепер работает следующим образом.

На транспортном режиме подвижная опора 5 закреплена к раме 4 тягача 3 фиксаторами 8, поэтому тяговое усилие колесного тягача 3 на скрепер 1 передается через фиксаторы 8 и шаровое седельно-сцепное устройство 2. Ковш скрепера 1 поднят, буксирная петля 13 находится в верхнем положении (Рис.4) и не препятствует взаимным перемещениямковша скрепера 1 и тягача 3.

Рисунок 5.Тяговая рама

Для выполнения операции копания оператор тягача 3 устанавливает агрегат в линию, опускает ковш скрепера 1 в нижнее рабочее положение и открывает запирающий элемент 10 гидроцилиндром 11 . При этом в момент касания грунта ковшом буксирная петля 13 входит в зацепление с буксирным крюком 9. Как только на ковше скрепера 1 появляется технологическое сопротивление, оператор тягача 3 переводит гидроцилиндр 6 в плавающее положение, выводит фиксаторы 8 из отверстий подвижной опоры 5 и блокирует буксирующую петлю 13 запирающим элементом 10 с помощью гидроцилиндра 11. В результате в течение всего времени копания тяговое усилие тягача 3 передается непосредственно на ковш скрепера 1, минуя его шаровое седельно-сцепное устройство 2 и тяговую раму (Рис.5).

Поскольку буксирный крюк 9 и буксирная петля 13 находятся значительно ниже шарового седельно-сцепного устройства (в непосредственной близости от грунта), то происходит весьма незначительное перераспределение вертикальных нагрузок на мосты тягача 3 при копании. Кроме того, тяговая рама скрепера 1 полностью разгружается от действия тягового усилия тягача 3. При копании грунта буксирная петля 13 занимает близкое к горизонтальному положение, что до минимума снижает влияние силы тяги на вертикальные нагрузки на мосты тягача 3.

После наполнения ковша оператор тягача 3 начинает выглублять ковш скрепера 1. Одновременно он гидроцилиндром 6 перемещает подвижную опору 5 в направляющих 7 вперед и закрепляет ее фиксатором 8 от продольных перемещений. Сила тяги снова начинает передаваться на скрепер 1 через шаровое седельно-сцепное устройство. Этому процессу не мешает зацепление буксирного крюка 9 и буксирной петли 13, так как между ними имеется достаточный рабочий зазор, а буксирная петля 13 при подъеме ковша подается вперед и может поворачиваться в шарнирах крепления за счет деформации упругих элементов 14.

После закрепления фиксаторами 8 подвижной опоры 5 оператор открывает гидроцилиндром 11 запирающий элемент 10 и освобождает буксирную петлю 13 из зацепления с буксирным крюком 9.

Применение предлагаемого устройства позволяет существенно снизить перераспределение вертикальных нагрузок на ведущие мосты колесного тягача при копании грунта и полностью разгрузить седельно-сцепное устройство и тяговую раму скрепера от значительного тягового усилия тягача.

5.3 Прицепное устройство скрепера

Изобретение (Патент RU 2230158) относится к области машиностроения и может быть использовано при агрегатировании тягача и землеройно-транспортного оборудования. Прицепное устройство скрепера включает тягач с прицепной скобой, ковш с аркой-хоботом, передний мост, буксирную тягу, сферическую обойму и шаровую опору. Шаровая опора смонтирована на арке-хоботе, а сферическая обойма - на переднем мосту скрепера. Оси шаровой опоры, буксирной тяги и прицепной скобы тягача расположены на одной высоте от грунта. Повышается производительность и долговечность скреперного агрегата.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при агрегатировании тягача и землеройно-транепоршого оборудования.

Известно устройство для соединения транспортной тележки и тягача , содержащее тягач, транспортную тележку, опирающуюся на передний мост, снабженный поворотным в вертикальной плоскости дышлом с прицепным устройством.

Устройство приспособлено для работы на транспортном режиме, при движении по дорогам, где отсутствуют значительные тяговые нагрузки.

Известно устройство для соединения полуприцепного скрепера с колесным тягачом , включающее арку-хобот, в которой установлена шаровая опора, и тягач, на раме которого размещена сферическая обойма.

Рисунок 6.Сцепное устройство скрепера

Рисунок 7.Шаровое опорное устройство

Прицепное устройство скрепера включает дышло 1, передний мост 2, буксирную тягу 3 переднего моста 2, смонтированную на одной высоте h с шаровым опорным устройством 4, состоящим из сферической обоймы 5 и шаровой опоры 6, смонтированной в арке-хоботе 7 ковша скрепера. На тягаче 8 на высоте h от грунта установлена прицепная скоба 9. Устройство работает следующим образом.

Скрепер, оборудованный описанным устройством, соединяют с прицепной скобой 9 тягача буксирной тягой 3 так, чтобы высота H над грунтом буксирной тяги 3, прицепной скобы 9 тягача 8 и шаровой опоры 6 была одинакова (Рис.7).

6 Зарубежные фирмы

Заключение. Скреперы широко используются в автодорожном и железнодорожном строительстве для возведения насыпей и разработки выемок, при строительстве гидротехнических сооружений, на вскрышных и многих других работах. Перспективы дальнейшего развития землеройно-транспорт-ных машин заключаются в дальнейшем увеличении их производительности, прежде всего в результате повышения мощности, которая в ближайшие годы будет увеличена для серийных машин до 1100—2200 кет (1500—3000 л. с), а также скорости перемещения, которая для рабочих процессов уже теперь может быть повышена до 8—10 км/ч, а для транспортирования — до 70—90 км/ч. Важная роль должна быть отведена вопросам резкого улучшения технологии рабочего процесса. У скреперов и бульдозеров это может быть достигнуто снижением сопротивления заполнению ковша и отвала путем улучшения их формы. Для всех машин важным направлением развития является универсализация, которая может быть обеспечена при увеличении числа различных съемных приспособлений, а также агрегатировании стандартных узлов машин для различной их компоновки. Это направление является основным средством повышения надежности и долговечности машин, сокращения сроков создания новой техники и резкого ускорения технического прогресса.

Источник: http://reftrend.ru/726460.html

Источ http://reftrend.ru/726460.html проектирование скрепера