Скрепер с элеваторной загрузкой
2.1 Определение основных параметров скрепера
скрепер устойчивость подъем заслонка
Определение оптимальных параметров рабочих органов и рабочего оборудования, при которых обеспечивается минимальная энергоемкость процесса копания, минимальное динамическое воздействие на землеройную машину или максимальная производительность машины, требует нахождения критериев оптимальности, получения математической модели, описывающей наиболее полно процесс взаимодействия рабочих органов с грунтом, и выявления ограничений, которые необходимо учитывать при решении указанной задачи. ^Важнейшими критериями оптимальности рабочих органов землеройной машины являются: минимальное удельное усилие копания R1 min , минимальная удельная работа копания Aymin , максимальная производительность машины Пmax ,минимальный коэффициент Rдmin динамичности.
Процесс минимизации удельного усилия копания в общем случае зависит: от минимизации коэффициента RФ формы рабочего органа, т.е. выбора рабочего органа оптимальной формы при Sсжmin и Smax для данного рабочего органа; оптимизации угла резания и соотношения параметров срезаемой стружки b/h; минимизации коэффициента приведения Rпрmin=п/о , то есть выбора оптимальной для данного рабочего органа схемы взаимодействия с грунтом.
Минимальная удельная работа Аymin , копания может быть достигнута за счет: минимального среднего усилия копания Р, минимальной длины lк пути копания и максимального объема V фунта (для ковшовых рабочих органов - в ковше; для рабочих органов отвального типа - перед отвалом; для рабочих органов грейдеров-элеваторов и стругов - грунта, попадающего на транспортирующее устройство).
Максимальная производительность Пmax определяется параметрами и рабочими скоростями землеройной машины.
Минимальный коэффициент Rдmin динамичности обусловлен формой рабочего органа (для роторных экскаваторов и числом рабочих органов на роторном колесе); формой и размерами срезаемой стружки; особенностями металлоконструкции рабочего оборудования и кинематики земле
ройной машины и приводом.
Полный вес самоходного скрепера с элеваторной загрузкой грунта складывается из веса порожнего скрепера и веса полезной нагрузки, т. е. перевозимого грунта
где - полный вес скрепера;
кН - вес порожнего скрепера;
- вес перевозимого грунта,
где м3 - емкость ковша;
н/м3 - объемный вес грунта;
- коэффициент наполнения;
- коэффициент разрыхления грунта,
кН
кН
Произведем распределение общего веса машины между передней и задней осями, скрепера в груженом состоянии, следующим образом:
кН,
кН.
Для порожнего скрепера развесовка несколько меняется, и в этом случае на переднюю, ось приходится нагрузка, соответственно равная
кН,
кН.
Определение геометрических параметров ковша скрепера
Ширина ковша скрепера определяется конструктивными соображениями. При известной колее тягача ширина ковша В по внутренним боковым стенкам равна
,
где мм - колея тягача;
мм - ширина пневмошины колеса;
мм - необходимый зазор между наружным краем шины и внутренней поверхностью боковой стенки ковша,
мм.
Колею задних колес скрепера назначаем равной колее колес тягача.
Габаритная ширина и внутренняя ширина ковша связаны следующей зависимостью:
,
где мм - сумма толщины боковой стенки и ее накладок жесткости, толщины несущей боковой тяги передка и зазоров, необходимых для взаимных перемещений узлов в работе:
мм.
Для построения поперечного профиля ковша, заполненного грунтом, необходимо предварительно определить длину скребкового элеватора по осям звездочек , полную длину элеватора , угол наклона рабочей цепи к горизонту, диаметр ведущей звездочки элеватора , высоту скребка , угол естественного откоса грунта.
В существующих скреперах отношение составляет 1,4…1,78. С увеличением этого отношения удельное сопротивление (на 1 м 3 емкости ковша) в конце наполнения уменьшается. Поэтому рекомендуется принимать m=2…3. отсюда можно определить примерное значение высоты ковша H=1,5…2 м.
Высота боковой стенки определяется из зависимости
=0,45•Н
Грунт отсыпается механизмом загрузки под углом естественного откоса 0=35. Элеватор устанавливаем под углом 0=40.
Диаметр ведущей звездочки зависит от мощности, затрачиваемой на привод скребкового элеватора. В первом приближении диаметр ведущей и натяжной звездочек принимаем равным от 260 до 650 мм.
Высоту скребка найдем из выражения
,
где - толщина срезаемой стружки,
,
где с - время набора грунта;
м/с - скорость скрепера при копании,
м,
м.
Рисунок 2.1 - Схема поперечного профиля ковша
Окончательное значение длины ковша L и других параметров находим конструктивно с учетом известной геометрической емкости ковша q (рисунок 2.1).
H=2450 мм; hб=1638 мм; L=4560 мм.
2.2 Тяговый расчет скрепера
Основной задачей данного расчета является проверка соответствия предварительно подобранных основных параметров скрепера требованиям тягового и транспортного режимов работы.
Потребную мощность скрепера определяют из рассмотрения транспортного и тягового режимов работы:
а) Транспортный режим
Потребная мощность двигателя скрепера определяется из условия установившегося движения машины на максимальной расчетной скорости по горизонтальной поверхности
,
с учетом того, что , выражение примет вид
,
где - потребная мощность двигателя скрепера;
км/ч - максимальная скорость;
- КПД трансмиссии;
м2 - лобовая площадь скрепера;
- коэффициент обтекаемости;
- мощность затрачиваемая на привод гидронасосов системы управления тягача, кВт.
кВт.
Мощность двигателя принимается 810 кВт. (405х2=810 кВт).
б) тяговый режим
Этот режим является наиболее напряженным по использованию силы тяги, при котором происходит набор грунта с одновременным движением груженного скрепера на подъем.
При наборе грунта и движении скрепера на подъем уравнение тягового баланса согласно расчетной схеме (рисунок 2.2) имеет вид
,
где - расчетная сила тяги скрепера;
- сопротивление перемещению груженого скрепера;
- сопротивление грунта резанию.
Рабочий режим неизбежно связан с необходимостью полной реализации тяговых возможностей машины, которые ограничиваются условиями сцепления ведущих колес.
Расчетную силу тяги для двухмоторного скрепера и коэффициенту буксования определяем по зависимости
,
где - коэффициент сцепления;
- угол подъема.
Сопротивление перемещению груженого скрепера и грунта резанию равны
;
.
где - коэффициент трения качения колесного хода;
н/м2 - коэффициент удельного сопротивления грунта резанию,
кН;
кН;
кН;
кН.
Рисунок 2.2 - Расчетная схема сил действующих на скрепер, при наборе грунта и движении на подъем
Критерием нормального протекания процесса набора грунта для скрепера с элеваторной загрузкой ковша является такое соотношение производительности режущего органа и , при котором
Производительность режущего органа скрепера по объему грунта в плотном теле (м3/ч) определяется зависимостью
,
,
где - скорость движения скрепера на первой передаче, км/ч;
- общее передаточное число трансмиссии привода колесного движителя на первой передаче (по технической характеристике);
об/мин - номинальная частота вращения коленвала двигателя (по паспорту двигателя);
м - силовой радиус колеса,
,км/ч
м3/ч,
Техническая производительность скребкового элеватора в м3/ч определим по формуле
,
где м - ширина скребка;
- скорость движения скребковой цепи, м/с;
- коэффициент наполнения скребкового элеватора.
,
.
=
Составим уравнение мощностного баланса, которое показывает, как распределяется мощность, передаваемая к движителям машины, по отдельным видам сопротивлений движению.
Мощность двигателя расходуемая на привод колесного движителя в тяговом режиме определится из зависимости
кВт.
Мощность, расходуемую на подъем грунта скребковым элеватором определим из зависимости
где - КПД рабочей цепи скребкового элеватора;
- теоретическая производительность скребкового элеватора м3/ч;
м3/ч,
кВт.
Мощность, затрачиваемая на трение грунта, находящегося между скребками элеватора, о грунт в ковше по формуле
,
где - угол наклона оси скребкового элеватора (рисунок 2.1),
кВт.
Общая мощность, затрачиваемая на привод скребкового определяется по формуле
кВт.
Баланс мощности в тяговом режиме работы скрепера составляется из условия, что максимальной мощности двигателей скрепера было бы достаточно для привода колесного движителя , элеватора , и вспомогательных механизмов , т.е.
.
Мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных механизмов, составляет не более 2-3% от мощности, затрачиваемой на привод движителя, поэтому уравнение можно записать в виде
кВт
условие выполняется.
Тяговый расчет заканчивается построением тяговых характеристик скрепера на трех передачах, которые представлены на рисунках 2.3, 2.4 и 2.5.
Рис. 2.3 Тяговая характеристика скрепера на первой передаче
Рис. 2.4 Тяговая характеристика скрепера на второй передаче
Рис. 2.5 Тяговая характеристика скрепера на третьей передаче
2.4 Устойчивость скрепера
Землеройно-транспортные машины необходимо проверять на устойчивость при работе, так как они часто преодолевают значительные продольные и поперечные уклоны. Машины могут опрокидываться при перемещении и работе на больших уклонах, а шарнирно-сочлененные машины - при повороте на горизонтальной площадке.
Для скреперов расчет на устойчивость не важен, так как у них центр тяжести находится достаточно низко.
При больших продольных уклонах машина может остановиться вследствие ее опрокидывания или из-за недостаточного сцепления ее ведущих колес с грунтом ввиду перераспределения нагрузок между осями машины при движении на подъем.
Возможность преодоления подъемов зависит от условий сцепления ведущих колес машины с поверхностью грунта. С увеличением угла подъема сцепление колес ухудшается из-за уменьшения действующей на них нагрузки.
Максимальное тяговое усилие, которое может быть достигнуто при движении машины на подъем, характеризуется углом сц при условии сохранения сцепления ведущих колес с грунтом.