Тяговый расчет скрепера
Определение общего сопротивления при работе скрепера
Wобщ =Wт +Wр +Wп +Wн' + Wн" .
Сопротивление перемещению скрепера как тележки (Wт ) определяет-
ся по формуле
Wт = (Gмаш + Gгр )×(μ + i)× g , кН;
где – масса тягача и ковша скрепера, т; Gгр – масса грунта в ковше, т;
Gгр = γгр ´Vк ; γгр – объемная плотность грунта, т/ м³; μ – коэффициент со-
противления перекатыванию скрепера, i – уклон местности, доли единицы.
Сопротивление грунта резанию ножом скрепера (Wр ) определяется по формуле:
Wр = k0 ´b ´ h кН
где k0 – удельное сопротивление грунта резанию, кН/м²; b – ширина реза-
ния (ширина ковша), м; h – толщина срезаемой стружки, м
Удельное сопротивление грунта резанию ( k0 , кН/м²) зависит от вида грунта и категории по трудности разработки и могут быть приняты -сле дующие значения k0 : для несвязных грунтов (песок) – 50 кН/м²; малосвяз-
ных (супесь) – 70 кН/м²; связных (суглинки) – 70...100 кН/м²); высокосвяз-
ных (тяжелые суглинки) – 100...125 кН/м²; глины – 125...150 кН/м²).
Сопротивление перемещению призмы волочения (Wп , кН)
Wп = kпр ´Vк ´ gгр ´ g ´ f2 ,
где kпр – коэффициент призмы, доли ед.; составляет для несвязных грунтов
(0,2...0,3)Vк , а для связных грунтов (0,1...0,2) Vк ; Vк – объем ковша, м³; γгр –
объемная плотность грунта, т/м³; f2 – коэффициент трения грунта по грун-
ту, доли ед.
Суммарное сопротивление при наполнении ковша скрепера, учиты-
34
вающее массу грунта в виде призмы с высотой Нк, шириной Вк и толщиной стружки h, определяется по формуле
W 'н +W "н = εVк ,
где Wн' – сопротивление силе тяжести грунта, кН; Wн" – сопротивление при
перемещении стружки грунта внутри ковша, кН; ε – удельное сопротивление, Н/м3.
Могут быть приняты следующие значения удельных |
сопротивлений(ε, |
|||||||
Н/м3): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Емкость ковша скрепера, м³ – |
3 |
6 |
10 |
|
15 |
25 |
|
|
Удельное сопротивление, кН/ м³: |
|
|
|
|
|
|
|
|
– связного грунта(глинистый) |
11,0 |
7,5 |
6,5 |
|
5,5 |
4,5 |
|
|
– несвязного грунта (песок) |
9,5 |
6,5 |
5,5 |
|
4,7 |
3,9 |
|
|
Проверим возможность реализации |
номинального |
тягового усилия |
|||||
по условиям сцепления колес(гусениц) тягача с грунтом и по мощности двигателя:
ìíTтяг ³ Wобщ
îTсц ³ Wобщ
где Tтяг – номинальное тяговое усилие по мощности двигателя, кН; Tсц –
тяговое усилие по сцеплению, кН.
Номинальное тяговое усилие (кН) по мощности двигателя
Tтяг = Nη ,
v
где N – номинальная мощность двигателя, кВт; η – КПД трансмиссии, доли ед.; v – рабочая скорость, м/с.
Тяговое усилие тягача скрепера по условию сцепления ведущих ко-
лес с грунтом
Tсц = Gм × g × jсц ,
где: jсц – коэффициент сцепления ведущих колес (гусениц) с грунтом, до-
35
ли ед.: для пневмошинных колесjсц = 0,5...0,6 ; для гусеничных машин–
0,9...1,0.
Оптимальная толщина срезаемой стружки (h, м)
h = Tт - (Wт + Wп + Wн¢ + Wн¢¢) k0b
Определим часовую производительность скрепера:
П = 3600 ×Vк × kв × kн ,
Tц
где k в – коэффициент использования рабочего времени, доли ед.; k н – ко-
эффициент наполнения ковша, Tц – время цикла работы скрепера (резание грунта, транспортировка, послойная выгрузка и холостой ход), с,
Tц =tрез +tтранс+tразг +tхх +tп.п.,
где tрез – время резания; tтранс – время транспортировки; tразг – время вы-
грузки грунта из ковша; tхх – время холостого хода; tп.п. – время затрачен-
ное на переключение передач, с, которые определяются по формулам:
|
|
t рез = |
L рез |
; |
|
L рез |
= |
V |
к |
; |
t транс |
= |
L |
захв |
- L рез |
; |
|
|
||||||
|
|
v р |
|
bh |
|
|
|
v р |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
v р = |
|
N η |
; |
|
t разг |
= |
L разг |
; |
|
|
L разг = |
V |
к |
; |
|
|
t хх |
|
= |
L |
захв - L |
рез |
, |
|
|
T тяг |
|
v р |
|
|
bh |
|
|
|
|
|
v р |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где Lрез |
– путь |
набора |
грунта |
в |
ковш, м; Lзахв |
– |
длина |
захватки (участок |
||||||||||||||||
сменной работы скрепера) принята по технологической карте, м; vр – ра-
бочая скорость трактора, м/с; Lразг – путь выгрузки грунта из ковша, м.
2.2.1. Пример 4. Возведение земляного полотна послойно скрепером
ДЗ–20В
Скрепер ДЗ–20В – это землеройно-транспортная машина, предназна-
ченная для послойной разработки и транспортировки грунта на расстояние до 500 м. до места выгрузки и его послойной укладки.
36
Таблица 2.3
Техническая характеристика прицепного скрепера ДЗ–20В
Базовый трактор |
Т–130Г1 |
|
Мощность |
|
117,8 кВт |
Способ разгрузки ковша |
принудительный |
|
Емкость ковша: геометрическая/ с шапкой |
7 м³/9 м³ |
|
Максимальная глубина резания |
30 см |
|
Ширина захвата |
2,65 м |
|
Толщина слоя отсыпки |
25 см |
|
Управление рабочим органом |
гидравлическое |
|
Гидронасос |
|
НШ–98 |
Число гидроцилиндров |
2 |
|
Масса: |
без тягача/ с тягачом |
7 т/20,9 т |
Рис. 2.3. Параметры ковша скрепера. H – высота ковша, м; L – длина ковша, м; Hз – высота задней стенки, м; d – угол резания, град.
Определим общее сопротивление при работе скрепера:
Wобщ =Wт +Wр +Wп +Wн¢ +Wн¢¢
Сопротивление перемещению скрепера как тележки (Wт ,кН):
|
Wт = (Gмаш + Gгр )´( f + i)´ g , |
|
где Gмаш |
– масса тягача и ковша скрепера, т; Gмаш = 20,9 т.; Gгр – масса грун- |
|
та в ковше, т; Gгр = γгр ´Vк ; |
Gгр = 1,54 ´9 = 13,86 т; γгр – объемная плотность |
|
грунта, |
т/м³; γгр = 1,54 т/м³; |
μ – коэффициент сопротивления перекатыва- |
нию скрепера, μ = 0,08; i – уклон местности, доли ед; i = 0.
Wт = (20,9 +13,86)×(0,08 + 0)×9,81 = 27,28 кН.
37
Сопротивление грунта резанию ножом скрепера ( Wр , кН)
Wр = k0 ×b ×h ,
где k0 – удельное сопротивление грунта резанию, k0 = 90 кН/м²; b – шири-
на резания (ширина захватки ковша), b = 2,65м; h – толщина срезаемой стружки, м.
Сопротивление перемещению призмы волочения (Wп, кН)
Wп = kпр ×Vк ×γр × g × f2 ,
где: kпр – коэффициент призмы, kпр = 0.1; Vк – объем ковша, Vк = 7 м³; γр –
объемная плотность грунта, γр = 1.54 т/ м³; f2 – коэффициент трения грун-
та по грунту, f2 = 0,7;
Wп = 0,1×7 ×1,54 ×9,81×0,7 = 7,4 кН.
Сопротивление наполнению может быть представлено на основании опытных данных по формуле
Wн = Wн¢ + Wн¢¢= εVк ,
где: Wн¢ – сопротивление силе тяжести грунта, т; Wн¢¢ – сопротивление при перемещении стружки грунта внутри ковша, кН; Vк = 7 м³; ε – удельное со-
противление, для связных грунтов, Н/м3; ε = 7500 Н/ м³.
Wн¢ +Wн¢¢ = 7,5´ 7 = 52,5 кН
Проверим возможность реализации номинального тягового усилия по условиям сцепления гусениц тягача с грунтом и мощности двигателя:
ìíTтяг ³ Wобщ ,
îTсц ³ Wобщ
где Tтяг – номинальное тяговое усилие, кН; Tсц – усилие на сцепление, кН;
Tтяг = Nη ,
v
где N – номинальная мощность двигателя, кВт; N = 117,8 кВт; η – КПД трансмиссии, доли ед.; η = 0.9; v – рабочая скорость, м/с; v = 1 м/с
38
T |
= |
117,8 × 0,9 |
= 106,02 |
кН; |
||
|
||||||
тяг |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тяговое усилие трактора по условию сцепления с грунтом (кН) |
||||||
|
|
Tсц = Gм × g ×jсц кН |
|
|||
где jсц – коэффициент сцепления, jсц = 0,8 кН/м. |
|
|||||
Tсц |
= 34,76 ×9,81×0,8 =272,8 кН. |
|||||
Оптимальная толщина (м) срезаемой стружки |
||||||
|
¢ |
¢¢ |
|
|
||
h = |
T - (Wт + Wп + Wн + Wн ) |
м |
||||
|
|
|
|
|
||
kb
h = 106 ,1 - (27 ,28 + 7,4 + 52,5) = 0,08 м 90 × 2.65
Тогда сопротивление резанию грунта
Wр = 90 × 2,65 ×0,08 =19,08 кН
Wобщ =19,08 + 27,28 + 7,4 + 31,5 = 85,26 кН
Проверим возможность реализации тягового усилия по условиям сцепления и мощности тягача скрепера:
ì106,02 ³ 85,26
í
î272,8 ³ 85,26
Работа скрепера по заданным условиям обеспечена.
Определим часовую производительность скрепера на возведении земляно-
го полотна лесовозной дороги:
П = 3600 ×Vк × kв × kн ,
Tц
где k в – коэффициент использования рабочего времени, k в =0.85; k н – ко-
эффициент наполнения ковша, k н = 1; Tц – время цикла работы скрепера
(резание грунта, транспортировка, послойная выгрузка и холостой ход), с.
Время цикла определяется по формуле:
Tц =tрез +tтранс+tразг +tхх +tп.п. ,
где tрез – время резания; tтранс – время транспортировки; tразг – время вы-
39
грузки грунта из ковша; tхх – время холостого хода; tп.п. – время затрачен-
ное на переключение передач, с, которые определяются по формулам:
t рез |
= |
|
L рез |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
L рез = |
|
V |
к |
|
; |
|
|
|
t |
рез = |
|
7 |
(2 ,65 × 0 ,16 ) |
= 16 ,5 |
; |
|
||||||||||
|
|
v р |
|
|
|
|
|
|
|
|
bh |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
t транс |
= |
|
L захв |
- L рез |
; |
|
v р = |
|
N η |
; |
|
v р |
|
= |
1 17 ,8 ´ 0,9 |
= 1 м/с; |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
v р |
|
|
T тяг |
|
|
|
106,02 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
t транс |
= |
|
200 |
- 16,5 |
|
|
= 183 ,5 с.; |
|
|
t разг |
|
= |
L разг |
; |
|
|
|
L разг |
= |
V |
к |
; |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v р |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
bh |
||||||
L разгр |
= |
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
= 10 ,57 м.; |
|
|
|
t разгр |
= |
10,57 |
= 10 ,57 |
с; |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
2,65 ´ 0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
t хх = |
|
L захв - L рез |
; |
|
|
|
t |
хх = |
200 - 10 ,57 |
= 67 ,7 с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
v р |
|
|
|
|
|
|
2,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где Lрез |
|
– путь набора |
грунта |
в |
ковш, м; |
Lзахв – |
длина |
захватки (участок |
|||||||||||||||||||||||||||||||
сменной работы скрепера) принята по технологической карте, м; vр – ра-
бочая скорость трактора, м/с; Lразг – путь выгрузки грунта из ковша, м; t п. п.
– время затраченное на переключение передач, с; t п. п. = 3 с.
Тогда время цикла работы скрепера равно:
Tц = 16 ,5 + 183 ,5 + 10 ,57 + 67 ,7 + 1 5 = 293 ,27 с.
Производительность скрепера на возведение земляного полотна на
Lзах = 200 м:
П = 3600 × 7 × 0,85 ×1 = 73 м³/ч. 293,27
40