П.З. Диплом (Разработка прицепного скрепера с модернизированным седельно-сцепным устройством)

1 теоретическая часть

1.1 общие сведения

Скрепером называется землеройно-транспортная машина, приводимая в движение тягачом или собственным двигателем и предназначенная для послойного срезания грунта, транспортирования и разгрузки его, в большинстве случаев (кроме моделей с разгрузкой назад) с последующими разравниванием и уплотнением.

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.

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. Однако уже при дальности транспортирования 1 км прицепные скреперы уступают в рентабельности автомобилям — самосвалам, загружаемым одноковшовыми экскаваторами. Если дальность транспортирования грунта менее 100 м, выгоднее применять более простые и дешёвые землеройные машины, такие как бульдозеры на базе гусеничных тракторов.

Самоходные скреперы, агрегатируемые с базовыми, быстроходными колёсными тягачами, применяют в благоприятных условиях при дальности транспортирования от 300 до 3000 м и более. При дальности транспортирования более 3000 м по бездорожью скреперы рентабельнее самосвалов, загружаемых экскаватором.

Скреперы эффективно эксплуатируются для разрабатывания IиII групп грунтов, для IIIи IVгрупп, грунт предварительно разрыхляются либо используется вспомогательный тягач.

Таблица 1(классификация грунтов)

Окончание таблицы 1

Краткое описание видов грунтов:

1)Пески - сыпучая смесь зерен кварца и других минералов крупностью 0,25...2 мм, образовавшаяся в результате выветривания горных пород;

2)Супеси - пески с примесью 5... 10% глины;

3)Гравий - горные породы, состоящие из отдельных скатанных зерен диаметром 2...40 мм, иногда с некоторой примесью глинистых частиц;

4)Глины - горные породы, состоящие из чрезвычайно мелких частиц (менее 0,005 мм), с небольшой примесью мелких песчаных частиц; суглинки - пески, содержащие 10...30% глины.

5)Суглинки делятся на легкие, средние и тяжелые; 6)лёссовидные грунты- содержат более 50% пылевидных частиц при незначительном содержании глинистых и известковых частиц.

7)Лёссовидные грунты при наличии воды размокают и теряют устойчивость;

8)Плывуны - песчано-глинистые грунты, сильно насыщенные водой;

9)Растительные грунты - различные почвы с примесью 1 ...20% перегноя.

Рисунок 1 (схема заполнения ковша скрепера грунтом)

Где, а, б, в- связный грунт; г, д, е- не связный грунт.

Как и все строительно- дорожные машины самоходный и прицепной скреперы имеют свои сильные и слабые стороны в плане эконмических, конструктивных и эксплуатационных особенностей:

Достоинства:

1. Транспортировка грунта выполняется в закрытой емкости – в ковш скрепера, поэтому, отсутствует потеря перевозимого груза.

2. Грунт отсыпается слоем фиксированной толщины

3. Задние колеса скрепера уплотняют отсыпанный слой грунта

4. Не требуется дополнительный вспомогательный транспорт и машины

5. Простота обслуживания агрегатов и ремонтопригодность.

Недостатки:

1. Узкая специализация работы

2. Рентабельная работа скрепера, регламентируется достаточно малым диапазоном транспортировки, разрабатываемого им грунта

3. Относительная долгая продолжительность рабочего цикла

1.2 тенденция развития скреперов

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 г.), 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 кгс/см²), а затем и бескамерных с допускаемой нагрузкой до 150 и да же 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 четыре раза получал новое применение и дальнейшее развитие.

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 м³ 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.

В России массовое применение конные скреперы получили на строительстве Туркестано-Сибирской дороги (1928 г.), и на других объектах. Использование трактора позволило увеличить дальность возки до 100 м, а емкость до 0,75 м³ при тракторе мощностью 22 кВт и до 1,25 м³ при тракторе 36,7 кВт. 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, 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 48 кВт 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 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, что превышало усилия ПО—120 кН, развиваемые гусеничными тракторами мощностью 70—73 кВт. 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 струж1ки 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. Постепенно заслонка из плоской подвижной стенки в первых конструкциях приняла более выпуклые очертания и в отдельных случаях стала вмещать до 40% объема ковша, формы которого напоминали грейферный ковш. Передние заслонки сохранились в скреперах до настоящего времени.

В 1933 г. был создан телескопический скрепер, ковш которого состоял из двух частей: передней, неподвижно укрепленной в раме, и задней, перемещавшейся по раме с помощью канатного механизма, действовавшего от лебедки трактора. Перед заполнением задняя часть вдвигалась в переднюю . По мере заполнения она отодвигалась назад и начиналось заполнение внешней части ковша, расположенной впереди . После заполнения заслонка опускалась и ковш поднимался в транспортное положение . Разгрузка происходила при перемещении вперед канатным механизмом задней части ковша , а затем его задней стенки . При такой конструкции общая длина и емкость ковша могли быть в 1,5 раза больше, а величина тягового усилия, отвечающего емкости скрепера обычной конструкции, почти в 1,5 раза меньше. В связи с этим оказалось возможным увеличить емкость скрепера с 8 до 12—13 м³ при мощности трактора 70—75 кВт.

В 1933 г. был создан первый одноосный скрепер к трактору 70 кВт 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.

снабженных шинами высокого давления, для работы в условиях бездорожья.