Лекция 4. Скреперы

Скрепер является самоходной или прицепной (к гусеничному или колесному трактору, колесно­му тягачу) землеройно-транспортной 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.

Рис. 11. Скреперы:

а - прицепной; б, в - самоходные двух- и трехосные;

1, 7 - гусеничный и колесный тракторы; 2, 6 - сцепное и седельно-сцепное устройства;

3 - рама; 4 - ковш; 5 - одноосный тягач

Скреперы классифицируют: по вместимо­сти ковша – на машины малой (до 5м³), средней (5...15м³) и большой (свыше 15м³) 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 – на прицепные (рис. 11, а) к гусе­ничным тракторам и двухосным колесным тягачам; самоходные, агрегатируемые с одно­осными (рис. 11, б) и двухосными (рис. 11, в) 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 набора грунта и эффективно разрабатывать плотные грунты.

Рис. 12. Операции рабочего цикла самоходного скрепера

Рабочий процесс скрепера состоит из следую­щих последовательно выполняемых операций: резание грунта и наполнение ковша, транспорти­рование грунта в ковше к месту укладки, выгрузка и укладка грунта, обратный (холостой) ход машины в забой. При наборе грунта (рис. 12, 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. 12, б), а заслонка 3 опускается, препятствуя высыпанию грунта из ковша. При разгрузке ковша (рис. 12, в) заслонка 3 поднята, а грунт 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 (рис. 12, а). При наполнении ковша скорость движения скреперов составляет 2...4 км/ч, при транспортном передвижении – 0,5...0,8 максимальной скорости трактора или тягача.

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....15км/ч) ограничивают экономически целесо­образную дальность транспортировки грунта 500...800м. Самоходные скреперы характеризу­ются более высокими мобильностью, маневренно­стью, транспортными скоростями (до 50км/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 5000м.

В строительстве используются: прицепные скреперы ДЗ-111А с ковшом вместимостью 4,5м³, Д3-149-5 с ковшом 8м³, ДЗ-77А, ДЗ-77-1, ДЗ-77-2 и ДЗ-172 с ковшом 8,8м³, ДЗ-79 с ковшом 16,2м³; самоходные скреперы Д3-87-1А с ковшом вместимостью 4,5м³, МоАЗ-6014 с ковшом 8,3м³, ДЗ-13А с ковшом 15м³, ДЗ-13Б с ковшом 16м³, ДЗ-115 с ковшом 16,2м³, ДЗ-107-1 и ДЗ-107-2 с ковшом 25м³.

На скреперах ДЗ-115 и ДЗ-107-2 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.

Самоходный скрепер (рис. 13, а) 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 ковша 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.

Прицепной скрепер (рис. 13, б) отличается от самоходного скрепера наличием передней (поворотной) оси 17 с колесами 18, которая передает силу тяги трактора тяговой раме скрепера. Передняя ось шарнирно соединяется с трактором посредством тягового шкворня 16.

Гидрооборудование прицепных скреперов работает от гидросистемы трактора и управляется из кабины машиниста с помощью золотниковых распределителей.

Прицепные скреперы ДЗ-77-1 и ДЗ-77-2 – автоматизированные машины, оборудованные аппаратурой для автоматической стабилизации положения ковша при планировочных работах. Скрепер ДЗ-77-1 с аппаратурой «Копир-Стабилоплан-10» может выполнять точную планировку под заданную отметку и создавать различные уклоны грунтовой поверхности с автоматическим автономным и копирным (по лучу лазера) управлением положением ножей ковша по высоте и автономным управлением задней стенкой ковша. Скрепер ДЗ-77-2 с аппаратурой «Стабилоплан-10» может выполнять точную планировку грунтовой поверхности в автоматическом авто­номном режиме.

Рис. 13. Скреперы:

а-самоходный; б-прицепной

Эксплуатационная производительность скрепе­ра (м³/ч) в плотном теле

где n – число циклов в час (n = 3600/Т_ц где Т_ц — продолжительность одного рабочего цикла скре­пера, с); q – вместимость ковша скрепера, м³; К_н – коэффициент наполнения ковша грунтом (К_н=0,6…1,2); К_н = q/q₁ (где q₁ – объем рыхло­го грунта в ковше скрепера); K_р – коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера(K_р=1,1…1,3); K_в – коэффициент использова­ния машины по времени (K_в=0,8…0,9).

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

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 производится по максимальному сопротивлению движению скрепера.

Полное сопротивление движению скрепера при загрузке (кН):

где F₁ — сопротивление движению скрепера, кН:

G_c – 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 = tgα – уклон пути; α – угол наклона пути движения скрепера к горизонту, град; знак «+» принимается при работе на подъем; «–» – при работе под уклон;

F₂ — сопротивление грунта резанию, кН:

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:

y – отношение высоты призмы волочения к высо­те грунта в ковше (у=0,5...0,65, причем большее значения для сыпучих грунтов); Н – высота слоя грунта в ковше, м (при вместимости ковша q=4,5м³ Н=1…1,18м, при q=6м³ Н=1,25...1,5 м, при q=10 м³ Н=1,8...2 м, при q=15м³ Н=2,3...2,5 м); ρ – плотность грунта. т/м³ (для сухого песка ρ=1,2...1,5 т/м³, для супесей и суглинков ρ=1,6...1,8 т/м³); µ – коэффициент трения грунта по грунту (µ = 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:

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

х – коэффициент, учитывающий влияние рода 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_∑ ≤ F_тяг, где F_тяг – тяговое усилие тягача, скрепера, кН, при загрузке с помощью толкача F_∑ ≤ F_тяг+F_тол, где F_тол – тяговое усилие толкача, кН.