Содержание к диссертации
Введение
Обоснование проблемы, цель и задачи исследований 8
1.1 Обзор научных исследований 8
1.2 Цель и задачи исследований 19
Создание перспективных конструкций землеройно- транспортных и тяговых машин и ножевых систем скреперов
2.1 Тяговые машины с изменяемым сцепным весом 25
2.1.1 Скреперные агрегаты 26
2.1.2 Автогрейдеры 45
2.1.3 Буксировщики летательных аппаратов 51
2.1.4 Способ изменения центра тяжести машины 59
2.2 Ножевые системы скреперов с изменяемой шириной резания 63
2.3 Выводы 75
Методы исследования, используемые в диссертации, их методика и реализация 77
3.1 Общая характеристика методов исследования 77
3.2 Методика исследования рабочих процессов
скреперных агрегатов 78
3.3 Методика проведения инструментальных испытаний 83
3.4 Выводы 90
Тяговая механика исследуемых машин с изменяемым сцепным весом 91
4.1 Скреперный поезд 91
4.1.1 Влияние работы тягово-сцепного устройства на сцепные качества скреперного поезда 91
4.1.2 Факторы, ограничивающие сцепной вес скреперного поезда... 100
4.1.3 Распределение силы тяги скреперного поезда по скреперам... 107
4.1.4 Нормальные реакции грунта, действующие на колеса скреперного поезда при копании 112
4.1.5 Влияние угла наклона толкающей плиты на стабилизацию сцепного веса тягача скрепера 122
4.1.6 Влияние последовательности заполнения скреперов поезда на его сцепные качества 124
4.2 Прицепной скрепер с тягово-сцепным догружающим устройством (ТСДУ) 127
4.2.1 Конструкция ТСДУ 127
4.2.2 Влияние работы ТСДУ на сцепной вес колесного тягача 128
4.2.3 Нагрузки, действующие на прицепной брус скрепера при копании 135
4.2.4 Влияние конструкции прицепного бруса скрепера на сцепной
вес тягача при копании 139
4.3 Шаровое седельно-сцепное устройство полуприцепного скрепера 143
4.3.1 Конструкция седельно-сцепного устройства 143
4.3.2 Влияние продольного положения шаровой опоры на равномерность вертикального нагружения мостов тягача 145
4.4 Буксировщик летательных аппаратов 150
4.4.1 Влияние аэродинамических характеристик на процесс буксирования летательного аппарата 150
4.4.2 Силовое воздействие на аэродромный тягач, оборудованный ТСДУ 156
4.4.3 Аналитическое исследование тяговых возможностей буксировщика 158
4.5 Выводы 164
5 Ножевая система скрепера с дискретно изменяемой шириной резания 166
5.1 Расчетные схемы заполнения ковша 166
5.1.1 Копание полной шириной ковша без раздельного определения сил трения 166
5.1.2 Копание полной шириной ковша с раздельным определением сил трения 173
5.1.3 Копание с уменьшенной шириной резания боковыми ножами 179
5.1.4 Копание с уменьшенной шириной резания центральным ножом 186
5.1.5 Влияние ширины резания на сопротивление заполнению ковша 188
5.2 Моделирование процесса копания грунта на ЭВМ 192
5.2.1 Постановка задачи 192
5.2.2 Описание программы 193
5.2.3 Влияние изменения ширины резания на параметры копания... 196
5.3 Определение рациональной последовательности
изменения ширины резания 201
5.4 Влияние тяговых качеств тягача и прочности грунта на рациональный режим изменения ширины резания 205
5.5 Выводы 210
Интенсификация земляных работ скреперными агрегатами 212
6.1 Скреперные поезда 212
6.2 Смена тягачей во время технологического цикла 214
6.3 Разработка забоя ковшом скрепера с уменьшенной шириной копания 216
6.4 Способы разработки грунта с изменением ширины резания... 218
6.5 Выводы 223
Экспериментальные исследования 224
7.1 Скреперный поезд 224
7.1.1 Экспериментальные исследования рабочих процессов скреперного поезда и самоходного скрепера с гусеничным толкачом 224
7.1.2 Исследование загруженности трансмиссии скреперов при работе в поезде и с толкачом 236
7.1.3 Вертикальные нагрузки на мосты скрепера при копании 238,
7.1.4 Испытания скреперного поезда в производственных условиях 240
7.2 Прицепной скрепер с ТСДУ 251
7.2.1 Влияние работы ТДСУ на статический сцепной вес тягача 251
7.2.2 Содержание экспериментальных исследований 255
7.3 Буксировщик летательных аппаратов 272
7.3.1 Экспериментальные исследования рабочих процессов тягача летательных аппаратов на аэродромном покрытии 272
7.3.2 Влияние места приложения усилия догрузки на распределение вертикальных нагрузок по мостам буксировщика 279
7.4 Влияние процесса набора грунта на сцепной вес тягача полуприцепного скрепера с шаровым ССУ 284
7.5 Ножевая система с дискретно изменяемой шириной резания 293
7.5.1 Конструкция опытного образца скрепера 293
7.5.2 Исследование ножевой системы в полевых условиях 296
7.5.3 Влияние заполнения ковша грунтом на вертикальные
нагрузки, действующие на мосты прицепного скрепера 306
7.6 Выводы 310
Экономико-математаческие модели исследуемых агрегатов 313
8.1 Скреперный поезд на базе автономных скреперов 314
8.2 Прицепной скрепер к колесному тягачу с ТСДУ 322
8.3 Буксировщик летательных аппаратов 332
8.4 Скрепер с шаровым седельно-сцепным устройством 337
8.5 Выводы 341
Заключение 342
9.1 Технико-экономическая эффективность выполнения исследований 342
9.2 Общие выводы 344
9.3 Направление дальнейших исследований 346
Литература
- Скреперные агрегаты
- Методика проведения инструментальных испытаний
- Влияние угла наклона толкающей плиты на стабилизацию сцепного веса тягача скрепера
- Копание полной шириной ковша с раздельным определением сил трения
Введение к работе
В России всегда остро стояла задача развития сети современных автомобильных дорог различного класса и назначения. Решение этой задачи связано с созданием высокоэффективных и высокопроизводительных землеройно-транспортных и тяговых машин, позволяющих существенно повысить производительность труда за счет интенсификации рабочих процессов машин, разработки новых прогрессивных и эффективных конструкций, обеспечивающих наименьшие затраты на их изготовление и эксплуатацию.
Существенное отставание в развитии современной сети автомобильных дорог как в Центральной Европейской зоне России, так и особенно в Сибири и Дальнем Востоке от развитых зарубежных стран остро ставит вопрос о создании новых конструкций машин для земляных работ, к числу которых относятся и скреперы, на долю которых приходится до 20 % общего объема земляных работ [1].
В мире выпускается большое количество гусеничных и колесных тракторов, одноосных и многоосных тягачей и специализированных шасси. Разработана элементная база в виде электромотор- и гидромотор-колес, позволяющая создавать и модернизировать имеющиеся конструкции скреперов, обладающих высокими надежностью, проходимостью и маневренностью.
Отличительной особенностью скреперных агрегатов является возможность выполнения ими всего комплекса землеройных работ в дорожном строительстве (разработка грунта, его транспортировка, укладка слоем заданной толщины и предварительное уплотнение). Они успешно работают на открытых горных разработках [2], а при дальности транспортирования до 3...5 км успешно конкурируют с комплектом машин: экскаватор и самосвалы. Кроме того, колесные скреперы являются экологически наименее вредными при строительстве дорог в лесной зоне.
Землеройно-транспортные машины имеют в своем составе тягачи, обеспечивающие преобразование энергии двигателя в силу тяги движителя, и рабочую машину в виде ковша (скреперы) или отвального органа (бульдозеры, автогрейдеры). Только рациональное, гармоничное сочетание параметров двигателя, движителя и рабочего органа может обеспечить эффективную работу машины в целом.
Отечественными учеными уделялось и уделяется существенное внимание вопросам исследования скреперных агрегатов. Достигнуты крупные успехи в области их теории и расчета, интенсификации рабочего процесса.
Развитие тракторостроения в направлении освоения и серийного выпуска промышленностью мощных энергонасыщенных гусеничных и колесных тягачей создало проблему рационального использования мощности двигателя тягача на тяговом режиме при разработке грунта скреперным агрегатом. Эффективное использование энергонасыщенных тягачей связано с решение двуеди-
ной задачи: увеличение сцепного веса тягача на тяговом режиме и снижение технологического сопротивления (сопротивления копанию, тяговой нагрузки).
Конструкторские разработки в этом направлении привели к созданию скреперных поездов постоянного или временного состава, скреперных агрегатов на базе гусеничных и двухосных колесных тягачей с изменяемым положением центра тяжести, агрегатов на базе автогрейдеров, скреперных агрегатов с изменяемой шириной резания и различными интенсификаторами копания. Поэтому в настоящей работе рассматриваются средства (конструкции и способы) увеличения сцепных качеств землероино-транспортных машин и средства уменьшения технологического сопротивления (усилия копания) рабочей машины, например скрепера, загрузка которого осуществляется без применения элеваторов, шнеков и т.п. интенсификаторов.
Создание землероино-транспортных машин и, в частности, скреперных агрегатов с изменяемым сцепным весом, представляет актуальную научную и интересную конструкторскую задачу. Решение этой задачи основано на обобщении результатов современных исследований в области теории копания грунта скреперами, тяговой механики землероино-транспортных машин, теории создания и расчета скреперных агрегатов.
В настоящей работе приводятся результаты значительной конструкторской работы автора по созданию патентно чистых конструкций скреперных агрегатов, землероино-транспортных и тяговых машин с изменяемым сцепным весом, результаты исследований скреперных поездов временного состава, буксировщиков летательных аппаратов, двухосных тягачей скреперов с изменяемым сцепным весом, а также связанные с ними результаты исследования скреперного агрегата с дискретно изменяемой шириной резания.
Основные теоретические положения подтверждены результатами экспериментальных исследований.
В диссертационной работе приводятся методики определения тяговых качеств агрегатов с изменяемым сцепным весом и шириной резания, расчета их оптимальных параметров.
Приведенные результаты исследований подтверждаются практической реализацией полученных рекомендаций и защищенных конструктивных решений как на машиностроительных заводах, выпускающих скреперы, так и в эксплуатационных организациях.
В основу предлагаемой диссертационной работы вошли исследования, проведенные автором в Воронежском инженерно-строительном институте, Воронежском государственном техническом и Воронежском государственном архитектурно-строительном университетах в период с 1971 по 2006 годы.
Решение отдельных частных задач диссертационной работы получено автором совместно с адъюнктами В.А. Великановым, А.А. Косенко, К.П. Лету-новским и инженером А.В. Гавриловым.
Скреперные агрегаты
Для обеспечения работы скреперов без применения дополнительных тракторов-толкачей разработаны конструкции скреперных поездов постоянного или временного состава, представленные на рисунке 2.1. Наибольшее применение нашли поезда, имеющие два и более ведущих мостов.
В конце 60х годов прошлого века фирма Caterpillar создала быстродействующее сцепное устройство [58], для объединения в скреперный поезд на время набора грунта автономных двухмоторных самоходных скреперов (рисунок 2.Id). Заполнение ковшей происходит последовательно усилиями двух тяговых машин (система Push Pull), сцепное устройство (рисунок 2.2) снабжено толкающей платой с амортизаторами и управляемой петлей. При заполнения переднего скрепера задний скрепер выполняет роль колесного толкача. Управляя петлей, оператор заднего скрепера набрасывает её на крюк передней машины, в результате передний груженый скрепер тянет на крюке второй, помо 27 гая ему загружаться. После заполнения обоих ковшей скреперы расцепляются и к месту выгрузки следуют автономно.
Сцепное устройство фирмы Caterpillar
Быстродействие сцепки позволяет при наборе грунта использовать преимущества скреперного поезда - загрузку ковшей без толкача. А на транспортном режиме преимущества автономных скреперов - их высокие транспортные скорости и маневренность [59].
Перед автором работы профессором Н.А. Ульяновым была поставлена задача создать конструкцию сцепного устройства, которая бы обеспечила работу в составе временного скреперного поезда более дешевым отечественным самоходным одномоторным скрепера (типа ДЗ-ПП). Для решения этой задачи необходимо было в первую очередь увеличить сцепные качества одномоторного самоходного скрепера, а не просто суммировать тяговые качества двух полноприводных машин, как это выполняет сцепное устройство фирмы Caterpillar.
Для этого предложено использовать вес ведомого моста самоходного скрепера, который, кстати, при копании с трактором-толкачом очень часто отрывается от грунта. При копании сцепное устройство должно перераспределить вертикальные нагрузки на все мосты поезда в пользу мостов ведущих.
Ниже сформулированы основные требования к таким сцепным устройствам:
1) сцепное устройство должно не только обеспечить механическую стыковку автономных скреперов в поезд на время набора грунта, но и осуществить в возможно более широких пределах увеличение сцепного веса поезда; 2) увеличение сцепного веса поезда должно идти не за счет увеличения конструктивного веса каждого скрепера, но путем рационального перераспределения вертикальных нагрузок на все мосты поезда;
3) сцепное устройство должно иметь дистанционное гидравлическое управление, возможно более простую конструкцию;
4) сцепное устройство должно иметь устройство для центрирования скреперов при стыковке и двустороннюю амортизацию элементов для смягчения ударов при образовании поезда и при переходе на режим буксирования.
Основные из приведенных требований реализованы в конструкции, представленной на рисунках 2.3, 2.4, 2.5 [60].
Сцепное устройство (рисунок 2.3) скрепера включает сцепное догружающее устройство 7 переднего скрепера, первый скрепер 2 с передним ведущим мостом, сцепное догружающее устройство 3 второго скрепера, второй скрепер 4 с передним ведущим мостом, гидроцилиндр 5, буферное устройство 6 переднего скрепера, задний мост 7 первого скрепера, подъемный крюк 8, толкающий щит 9 заднего скрепера, стойку 10 крепления гидроцилиндра, гидравлический распределитель 77 с фиксатором, регулируемый предохранительный клапан 12, соединяющий две полости гидроцилиндра, напорную полость 13 гидроцилиндра (рисунки 2.4, 2.5). Рисунок 2.3 - Скреперный поезд Для работы в скреперном поезде каждый из самоходных скреперов 2, 4 оборудуется сцепными догружающими устройствами 7, 3 для возможности стыковки двух любых машин, находящихся в карьере.
Каждое сцепное догружающее устройство 7, 3 включает стойку 10, к которой крепится гидроцилиндр 5, поднимающий и опускающий крюк 8 (рисунок 2.4) при помощи гидравлического распределителя 11, управление которым осуществляет оператор из кабины скрепера 4 (рисунок 2.5).
Наполнение ковша переднего скрепера 2 начинается перед сцепкой скреперов, при этом задний скрепер 4 служит толкачом. Для увеличения сцепного веса заднего скрепера в начале наполнения его ковша оператор включает догружающее устройство перемещением рукоятки в положение «подъем» и фиксирует его. При этом масло подается гидравлическим насо 29 Рисунок 2.4 - Сцепное устройство Рисунок 2.5 - Гидроуправление сом в полость 13 гидроцилиндра 5 подъема крюка 8, который из нижнего положения перемещается вверх до упора в буферное устройство переднего скрепера. В результате этого происходит разгрузка задней оси переднего скрепера 2 и увеличение сцепного веса скрепера 4.
В начальный момент загрузки при порожнем ковше скрепера 2 во время достижения усилия в полости 13 гидроцилиндра 5, равного весу заднего моста 7 скрепера 2, срабатывает предохранительный клапан 12, соединяя обе полости гидроцилиндра. При уменьшении веса заднего моста 7 клапан 12 закрывается и создает давление в полости 13 гидроцилиндра 5, соответствующее расчетному.
В заключительной стадии наполнения ковша скрепера 2, когда можно использовать для догрузки тягача скрепера 4 значительно большую величину веса заднего моста, оператор может изменить усилие затяжки пружины клапана 12, установленного в кабине скрепера 4, и тем самым создать большее усилие догружения в полости 13 гидроцилиндра 5. Для этого необходимо предусмотреть два положения винта затяжки пружины клапана 12, соответствующих порожнему и груженому ковшу скрепера 2.
Таким образом, сцепное устройство обеспечивает передачу части веса задней оси скрепера 2 на мост одноосного тягача скрепера 4, обеспечивая увеличение его сцепных качеств. После наполнения ковша задний скрепер 4 загружается при помощи переднего, который является в это время тягачом.
Методика проведения инструментальных испытаний
Исследования реального процесса заполнения ковша скрепера были проведены во время лабораторно-полевых испытаний скреперного поезда на базе самоходных скреперов Д-357Г с ковшом вместимостью 9 м , при исследовании прицепного скрепера ДЗ-111 (вместимость ковша 4,5 м3) к колесному тягачу Т-150К, при изучении работы нового шарового седельно-сцепного устройства для полуприцепного скрепера ДЗ-87-1, при испытаниях ножевой системы скрепера ДЗ-111 с дискретным изменением ширины резания.
Лабораторно-полевые испытания скреперного поезда на базе самоходных скреперов Д-357Г проводились на учебном полигоне Воронежского инженерно-строительного института в 1973...1974 г.г. В ходе испытаний исследовались: 1) влияние работы сцепного устройства на сцепные качества скреперного поезда; 2) возможность заполнения ковшей скреперного поезда без трактора-толкача в одинаковых грунтовых условиях; 3) работа самоходных скреперов в составе поезда и с толкачом в одинаковых грунтовых условиях; 4) нагрузки в трансмиссиях скреперов при работе в поезде; 5) изменения нормальных реакций грунта на колеса скреперов поезда при копании; 6) распределение силы тяги поезда по скреперам при копании грунта.
Лабораторно-полевые испытания скреперного поезда проводились на суглинистом прочном, сухом грунте влажностью 3...5 % и прочностью 22...26 ударов ударника ДорНИИ и на грунте нормальной прочности 8.. 12 ударов ударника ДорНИИ с влажностью 16...18%.
Испытания скреперного поезда на базе скреперов ДЗ-11П (вместимость ковша 8м) проводились в 1974 году на полигоне завода «Ремстроймаш» г. Каховка и в производственных условиях на строительстве Каховской оросительной системы [39] с целью выявления работоспособности скреперного поезда на базе серийных скреперов с передними ведущими колесами и получения исходных данных для оценки эффективности применения таких скреперных поездов, а также в районе села Никольское Воронежской области. Методика проведения испытаний учитывала требования ГОСТ 13262-67 («Скреперы прицепные. Методы испытаний») и предусматривала испытания по определению наполнения ковша скреперов поезда при работе без трактора-толкача на горизонтальной поверхности и под уклон 7... 10, а также испытания по определению производительности поезда в реальных условиях эксплуатации.
Во время испытаний скреперного поезда по определению наполнения ковшей фиксировались путь, время, высота наполнения, объём набранного грунта и степень наполнения ковшей. При определении производительности поезда проводился хронометраж его работы с определением: - среднего времени цикла и его элементов; - средней скорости движения в каждом элементе цикла; - объема разработанного грунта в плотном теле; - среднего объема грунта, перемещенного за цикл одним скрепером; - сменной производительности; - себестоимости и удельных капитальных вложений в разработку и перемещение 1 м3 грунта скреперным поездом.
Исследовалось влияние очередности заполнения ковшей поезда, при этом были поставлены опыты, при которых сначала заполнялся передний, а затем задних скрепер и наоборот.
При подготовке площади для экспериментальных работ верхний растительный слой грунта срезался автогрейдером и планировался. Плотность грунта замерялась в 5...7 точках по следу ножа скрепера при каждом цикле копания, а влажность и объёмная масса грунта фиксировались ежедневно. Все параметры замерялись при максимальной подаче топлива в цилиндры двигателей.
На подготовленном к работе участке скреперы ставились друг за другом на расстоянии метра, к тензостанции переднего скрепера подключался кабель с проводами от датчиков заднего скрепера. Оператор переднего скрепера осуществлял подготовку ковша к копанию грунта: открывал переднюю заслонку и опускал ковш, оставляя зазор между средними ножами и землей 2.. .3 см. Далее выключались двигатели обоих скреперов, рабочая передача и растормаживались ручные тормоза. В этих условиях происходила настройка и балансировка всех датчиков. «Пятое» колесо опускалось в рабочее положение.
После окончания настройки записывающей аппаратуры тензометрист давал по внутреннему телефону команду на начало копания. Операторы скреперов запускали двигатели, а тензометрист в это время прописывал нулевые отметки. Передний скрепер оставался на месте, а задний, двигаясь вперёд, осуществлял стыковку скреперов и увеличение сцепного веса поезда до заданной величины путем включения гидроцилиндров привода сцепного устройства. Поддержание давления в гидроцилиндрах сцепного устройства осуществлялось автоматически с помощью клапана Г 52-13 с ручной настройкой. Кроме того, оператор второго скрепера визуально контролировал величину давления в гидроцилиндрах сцепного устройства с помощью установленного в кабине манометра.
При достижении заданной степени увеличения сцепного веса тензометрист записывал все вертикальные нагрузки на мосты поезда. Затем оба оператора увеличивали подачу топлива в двигатели до максимальной и начинали движение поезда, а тензометрист включал аппаратуру на запись процесса копания.
Режим копания поддерживался по субъективным признаками оператором переднего скрепера с целью выполнения конкретной задачи, поставленной ему руководителем испытаний. Такими задачами были: копание грунта с постоян 81 ной и ступенчатой толщиной стружки, копание с целью набора в ковш максимального количества грунта.
Об окончании набора грунта в передний скрепер оператор переднего скрепера сообщал по телефону, закрывал заслонку и поднимал ковш. Тензометрист временно прерывал запись, а оператор второго скрепера осуществлял расцепку поезда. Тензометрист записывал показания датчиков вертикальной нагрузки на мосты при груженом ковше.
На специальных картах фиксировались степень наполнения ковша и продольный профиль пути копания (пройденный путь и глубина резания).
Затем производится набор грунта во второй скрепер поезда, который заполнялся без увеличения сцепного веса за счет работы сцепного устройства и обычаю осуществлялся на гибкой (тросовой) сцепке. При наборе грунта во второй скрепер поезда записывались все те же параметра, кроме давления в приводе сцепного устройства, а датчик для замера толкающего усилия перестраивался для записи усилия буксирования.
Влияние угла наклона толкающей плиты на стабилизацию сцепного веса тягача скрепера
Угол наклона /? толкающей плиты рассчитывается таким образом, чтобы при работе скрепера в качестве толкача (при наполнении переднего скрепера поезда) его сцепной вес имел постоянную величину.
Известно, что работа тяговой машины сопровождается перераспределением нормальных реакций грунта на ее колеса [27, 100]. Поскольку скрепер, работающий в качестве толкача, имеет только передние ведущие колеса, то при наполнении переднего скрепера происходит изменение его сцепного веса, а значит и тяговых качеств заднего скрепера. Анализ схем сил, действующих на задний скрепер поезда при наполнении переднего скрепера (рисунок 4.13) показывает, что на величину сцепного веса заднего скрепера в этот момент рабочего процесса существенное влияние оказывает угол /? наклона толкающей плиты. При работе скреперного поезда на горизонтальной поверхности именно этот угол определяет соотношение между горизонтальной и вертикальной составляющими усилия толкача.
На рисунке 4.14 показано влияние угла /? на нормальные реакции грунта на колеса заднего скрепера-толкача при различных режимах работы его колесных движителей. Эти зависимости получены расчетным путем по формулам (4.36), (4.37).
Данные, приведенные на рисунке 4.14, показывают, что при постоянном значении вертикальной нагрузки в сцепном устройстве М и вертикально установленной толкающей плите {fi = 0) сцепной вес, а значит и тяговые качества скрепера-толкача, уменьшаются с увеличением силы тяги скрепера. Для сохранения тягово-сцепных качеств заднего скрепера постоянными необходимо толкающую плиту устанавливать наклонно.
Из выражения (4.36) нетрудно определить угол наклона /?0 толкающей плиты, при котором сцепной вес заднего скрепера не зависит от его силы тяги и является постоянным (при условии, что М = const): P arctg-1-, (4.44) L + e где е-расстояние от оси ведущего моста до точки касания буфера переднего скрепера и толкающей плиты.
Если толкающая плита будет установлена с углом наклона больше, чем по выражению (4.46), то при увеличении силы тяги будет увеличиваться и сцепной вес скрепера, что может привести к перегрузке двигателя. Таким образом, для стабилизации сцепных качеств заднего скрепера-толкача необходимо, чтобы при действии расчетных нагрузок фактический угол наклона толкающей плиты определялся выражением (4.46), что учитывалось во всех конструкторских разработках автора.
Зарубежный опыт эксплуатации скреперных поездов показывает, что наиболее рациональным является заполнение сначала переднего, а затем заднего скреперов поезда [58,105]. Одновременное наполнение одновременно двух скреперов не производится из-за снижения эффективности процесса набора грунта [105].
Для скреперных поездов на базе автономных скреперов с передними ведущими колесами (при достаточной мощности двигателей) решающим фактором при определении последовательности наполнения скреперов является величина сцепного веса поезда. Оценивая сцепной вес поезда при наполнении переднего скрепера по формулам (4.36) и (4.38), а при наполнении заднего по формулам (4.40) и (4.42) можно сделать заключение о целесообразности той или иной последовательности наполнения скреперов.
В таблице 4.3 даны результаты расчета сцепного веса поезда из автономных скреперов с передними ведущими колёсами с ковшом вместимостью 8 м3 при различной последовательности заполнения скреперов.
Данные таблицы 4.3 показывают, что при заполнении сначала переднего скрепера поезда, а затем заднего и при использовании сцепного догружающего устройства [60], поезд имеет сцепной вес на 3 % при наполнении переднего и на 22 % при наполнении заднего скреперов больше, чем при обратной последовательности заполнения. Кроме того, если наполнять сначала задний, а потом передний скреперы поезда, то по длине забоя будут оставаться неразработанные участки величиной не менее длины одного скрепера, что совершенно недопустимо по технологии производства скреперных работ.
Таким образом, приведенные данные свидетельствуют что при поочередном заполнении скреперов наиболее рациональным является заполнение сначала переднего, а затем заднего скреперов поезда.
Существует мнение, основанное на практике эксплуатации самоходных скреперов о том, что скрепер с передними ведущими колесами легче заполнить, применяя трактор-толкач, чем, если этот же толкач использовать в качестве буксирующего тягача.
Использование трактора в качестве скреперного толкача всегда связано с возникновением на заднем буфере скрепера вертикальной составляющей Т sinfi полного усилия толкача Ґ , зависящей от угла наклона толкающей плиты /? (рисунок 4.9) и увеличивающей сцепной вес трактора-толкача. Толкач реализует этот дополнительный сцепной вес в дополнительную силу тяги (при наличии достаточно мощного двигателя), помогающую успешнее вести набор грунта. Эта особенность работы самоходного скрепера и трактора-толкача нашла отражение в соответствующем расчётном положении скрепера, когда он при копании опирается на передние ведущее колеса, нож и толкающую плиту толкача [96].
Для скрепера Д-357П, работающего с гусеничный толкачом Т-100М, при наиболее часто встречающихся условиях копания увеличение сцепного веса толкача достигает 50...60 % веса ведомого моста скрепера при порожнем ковше, что составляет 35...40 кН.
Использование того же трактора в качестве буксирующего средства не приводит к увеличению его сцепного веса, а лишь вызывает перераспределение сцепного веса между двумя машинами, вследствие чего копание грунта скрепером осуществляется менее эффективно.
Анализ изменения тягово-сцепных качеств гусеничного трактора и самоходного или прицепного скрепера показывает, что такой скреперный агрегат обладает более высокими тягово-сцепными качествами и эффективнее разрабатывает грунт при использовании трактора в качестве скреперного толкача. Применение трактора в качестве тягача, буксирующего скрепер, снижает эффективность разработки грунта, что привело к созданию специальных устройств для увеличения сцепного веса гусеничного трактора, буксирующего прицепной скрепер [66...68].
Копание полной шириной ковша с раздельным определением сил трения
Конструкция седельно-сцепного устройства (ССУ) для сочленения двухосного тягача и скреперного оборудования должна обеспечивать надежную передачу части массы скреперного оборудования на тягач и все их необходимые взаимные перемещения при выполнении технологического цикла. Кроме того, ССУ должно иметь возможно меньшую собственную массу, высокую технологичность изготовления, малую трудоемкость монтажа, отличаться высокой надежностью при эксплуатации.
Всем этим требованиям отвечает шаровое ССУ, конструкция и результаты испытаний которого изложены в работе [114]. В ней отмечено, что хотя шаровое ССУ не вызывает перегрузки ведущих мостов тягача Т-150К при копании, оно однако не обеспечивает их равномерного вертикального нагружения. При длительно действующих тяговых нагрузках большую вертикальную нагрузку имеет задний мост тягача (А"= R2/Ri = 1,28...1,44).
Транспортное положение скреперного агрегата
Для устранения этого недостатка разработано устройство [115], которое предусматривает при копании грунта передачу тяговую нагрузку непосредственно на ковш (рисунок 4.25), минуя ССУ. В этом случае появляется реальная возможность весьма существенно снизить высоту приложения силы тяги к тягачу и тем самым уменьшить её влияние на перераспределение вертикальных нагрузок на мосты тягача при копании грунта.
На транспортном режиме подвижная опора 5 закреплена к раме 4 тягача 3 фиксаторами, поэтому тяговое усилие передается на скрепер через шаровое ССУ. Ковш скрепера 1 поднят, буксирная петля 11 находится в верхнем положении (рисунок 4.25) и не препятствует взаимным перемещениям ковша скрепера 1 и тягача 3.
При копани грунта (рисунок 4.28) тягач 3 и скрепер 1 устанавливают в линию и открывают запирающий элемент 8. В момент касания грунта ковшом буксирная петля 11 входит в зацепление с буксирным крюком 7 (рисунок 4.27). Как только на ковше скрепера 1 появляется усилие копания, оператор тягача 3 переводит гидроцилиндр б в плавающее положение, снимает фиксаторы подвижной опоры 5 и блокирует буксирующую петлю 11 запирающим элементом 8. В результате все время копания тяговое усилие передается на ковш скрепера 1, минуя ССУ и тяговую раму, в непосредственной близости от грунта.
Поскольку буксирный крюк 7 и буксирная петля 11 находятся значительно ниже ССУ, то происходит весьма незначительное перераспределение вертикальных нагрузок на мосты тягача 3 при копании.
После заполнения ковша его выглубляют. Одновременно гидрцилиндром 6 перемещают подвижную опору 5 в направляющих рамы 4 вперед и закрепляют от продольных перемещений фиксаторами. Сила тяги снова начинает передаваться на скрепер 1 через шаровое ССУ. Этому процессу не мешает зацепление буксирного крюка 7 и буксирной петли 11 при подъеме ковша, так как ме 145 жду ними имеется достаточный рабочий зазор, а буксирная петля 11 при подъеме ковша подается вперед и может поворачиваться в шарнирах крепления за счет деформации упругих элементов 12 (рисунок 4.27). После закрепления фиксаторами подвижной опоры 5 оператор открывает запирающий элемент 8 и освобождает буксирную петлю 11. Тягач 3 получает возможность транспортного маневрирования.
Влияние продольного положения шаровой опоры на равномерность вертикального нагружения мостов тягача Согласно расчетной схеме сил (рисунок 4.29), действующих на двухосный тягач, оснащенный шаровым ССУ, при копании можно определить вертикальные нагрузки на его мосты по зависимостям: RrfGrfL-aj+RwChJ/L; (4.70) R2=[G7a+RII1(L-C)+Th]/L; (4.71) где Ri и i?2 - вертикальные нагрузки на передний и задний мосты тягача, Н; GT, RIU и Т- вес тягача, вертикальная нагрузка на шаровое ССУ и сила тяги тягача, Н; L, а, С, h- плечи соответствующих сил, м.
Степень равномерности вертикального нагружения мостов тягача принято оценивать соотношением: К = R2/R1. Используя зависимости (4.70 и 4.71), можно записать:
Исследование зависимости (4.73) показывает, что величина плеча С, обеспечивающего одинаковые вертикальные нагрузки на мосты тягача, зависит от значений вертикальной нагрузки в шаровой опоре Яш, силы тяга трактора Г и от высоты h её приложения. В течение технологического цикла скреперного агрегата все эти величины изменяются, что требует в свою очередь соответствующего изменения плеча С.
Известно, что, несмотря на значительный объем грунта, поступающего в ковш при копании, вертикальная нагрузка на шаровую опору меняется незначительно [27, 113] и может быть принята примерно одинаковой как при копании, так и при транспортировании порожнего ковша. В таблице 4.5 приведены значения плеча С продольного размещения шаровой опоры ССУ для скрепера ДЗ-87-1 на базе трактора Т-150К, рассчитанные по зависимости (4.73).
