Материал: Разработка конструкции и расчет самоходного скрепера на базе колесного тягача БелАЗ-531

Полуприцепные скреперы, агрегатируемые с базовыми быстроходными колесными тягачами (агрегаты, условно называемые самоходными скреперами), применяют в благоприятных условиях при дальности транспортирования от 300 до 3000 м и более. При расстоянии менее 300 м целесообразно использовать более дешевый прицепной скрепер с гусеничным трактором, так как в этих условиях основное преимущество самоходного скрепера (быстроходность) не может быть использовано. При дальности транспортирования 3000 м и более и движении по бездорожью скреперы рентабельнее автосамосвалов, загружаемых экскаватором. Если на строительстве подготовлены дороги и расстояние составляет более 3000 м, то стоимость грунта, выкопанного экскаватором и перевезенного автосамосвалом, ниже стоимости грунта, перемещенного самоходным скрепером.

У прицепных скреперов вся масса конструкции и содержащегося в ковше грунта передается только на собственные несущие колеса и развивает вредное сопротивление колес качению по дороге. У самоходных и полуприцепных скреперов значительная часть (до 55%) конструктивной массы скрепера и массы транспортируемого грунта передается на базовую машину и используется в качестве активного сцепного веса, увеличивающего тяговое усилие.

2. Техническая характеристика базового колесного тягача БелАЗ - 531

Самоходный скрепер ДЗ-13 с принудительной разгрузкой ковша выпускают на базе одноосного колесного тягача БелАЗ-531. Скрепер (рисунок 4) представляет собой колесный тягач 1 и одноосное полуприцепное скреперное оборудование, соединяемое с тягачом с помощью седельно-сцепного устройства 2. Седельно-сцепное устройство вилочного типа обеспечивает наклон скреперного оборудования относительно тягача в поперечной плоскости на 20° в каждую сторону и поворот тягача относительно скреперного оборудования на 90° в обе стороны.

Рисунок 4. Самоходный скрепер ДЗ-13 на базе  колесного тягача БелАЗ-531: 1 - тягач, 2 - седельно-сцепное устройство, 3 - рама, 4 - рукава и трубопроводы, 5 - гидроцилиндр подъема и опускания ковша, 6 - заслонка ковша, 7-ковш, 8-гидроцилиндр управления заслонкой ковша, 9 - задняя стенка, 10-гидроцилиндр управления задней стенкой ковша; 11 - задняя ось, 12 - колесо с шиной, 13, 14 - нижний и боковой ножи

Тягач состоит из двигателя с системами питания, охлаждения, выпуска газа и подогрева двигателя; трансмиссии, включающей в себя повышающую передачу, гидротрансформатор, трехступенчатую гидромеханическую коробку передач, и двухступенчатую дополнительную коробку, собранные в единый блок, карданную передачу и ведущий мост; ходовой части, состоящей из рамы, пневмогидравлической подвески ведущего моста, колес и шин; механизмов управления, включающих в себя рулевое управление и систему тормозов; электрооборудования и приборов; кабины, облицовки, оперения и седельно-сцепного устройства.

Рисунок 5. Схема гидросистемы управления рабочими органами самоходного скрепера ДЗ-11П: 1 - масляный бак, 2 - фильтр, 3 - гидронасос, 4 - обратный клапан, 5 - парораспределитель, 6 - запорный клапан, 7 - гидроцилиндр подъема и опускания ковша, 8 - гидроцилиндр управления заслонкой ковша, 9 - гидроцилиндр управления задней стенкой ковша

Полуприцепное скреперное оборудование состоит из рамы, заслонки ковша, ковша с нижними и боковыми ножами, задней стенки ковша, задней оси и двух колес с шинами. Гидросистема управления рабочими органами скрепера (рисунок 6) состоит из масляного бака, двух фильтров, трех шестеренных гидронасосов типа НШ-98, переливного золотника, трех гидрораспределителей, двух гидроцилиндров подъема и опускания ковша, двух гидроцилиндров управления заслонкой ковша» двух гидроцилиндров управления задней стенкой ковша, предохранительного клапана, рукавов и трубопроводов гидросистемы.

Рисунок 6. Схема гидросистемы управления рабочими органами самоходного скрепера ДЗ-13: 1 - масляный бак, 2 -гидронасос, 3 - переливной золотник, 4 - гидрораспределители, 5 - гидроцилиндр управления задней стенкой ковша, 6 - гидроцилиндр управления заслонкой ковша, 7 - предохранительный клапан, 8 - гидроцилиндр подъема и опускания ковша, 9 - фильтр

Рабочими органами скрепера управляют из кабины машиниста с помощью рычагов управления гидрораспределителя. В каждом из них трубопроводами и рукавами соединены соответствующие гидроцилиндры управления рабочими органами скрепера. Ковш скрепера можно устанавливать в три положения: опускание, подъем, нейтральное (транспортное).

Технические характеристики автомобиля - тягача БелАЗ - 531.

Габаритные размеры:

Длина, мм4900

Ширина, мм3385

Высота, мм3225

Число мест 1

Грузоподъемность, кг 45000

Масса в снаряженном состоянии, кг15000

Масса крвша, кг 8000

Минимальный дорожный просвет, мм 640

Максимальная скорость, км/ч 55

Расход топлива, л/км 25/100

Модель двигателя ЯМЗ - 240, дизельный, V - образный, четырехтактный, двеннадцатицилиндровый

Мощность, кВт (л.с.)277 (360)

Обьем двигателя, л 22,3

Степень сжатия 16,5

Коробка передач трехступенчатая

Главная передача центральная, одинарная и планетарные редукторы в ступицах колес/ Рулевой механизм четырехзаходный червяк и сектор с гидроусилителем

Размер шин 27 - 33

3. Расчёт основных параметров ковша скрепера

Главным параметром при расчете скрепера, является вместимость ковша q(м³). Основными считается размеры ковша

Рисунок 7. Расчетная схема ковша

Высота ковша

, м (1)

, м

где q - вместимость ковша,м³,

Ширина ковша

, м(2)

, м

где q - вместимость ковша,м³,

При этом необходимо придерживаться соотношения В_к/Н_к и q .

Таблица 1 - Соотношение вместимости и параметров ковша

Также необходимо чтобы выполнялось условие

В_к ≥ В_тр. + (0,1 - 0,2) м. (3)

,198 ≥ 2,922 + 0,1 м.

где В_тр. - ширина трактора или тягача,м,

Длина ковша

, м (4)

, м

Меньшее значение коэффициента для ковшей средней (1,8-2,4) и большей (1,4-1,8) вместимости, а большее значение для ковшей малой вместимости (2,5-3,0).

Длина днища ковша

, м (5)

, м

Длина ковша поверху

, м(6)

, м

Высота задней стенки

(7)

, м

Высота передней заслонки

(8)

, м

Углы режущей кромки:

а) угол резания δ=25-30°, но не более 35°

б) задний угол α=10-12°, но не более 10°

4. Тяговый расчёт скрепера

Для расчёта принимаем грунт- суглинок.

Для нормальной работы скрепера должно выполняться условие:

(9)

де Т_н - номинальное тяговое усилие трактора или тягача, Н.

∑Wi - сумма всех сил сопротивления копанию, Н,

Сцепной вес скрепера составит:

, кг(10)  кг

где - ускорение свободного падения, - масса скрепера;

Определим номинальное тяговое усилие:

, Н(11)

 Н

где  - коэффициент сцепления, зависящий от типа грунта и типа ходового оборудования. Принимаем =(0,8÷1,0).

Рисунок 8. Расчетная схема

Сумма всех сил сопротивления при работе скрепера записывается:

∑Wi = W₁+ W₂ + W₃+ W₄, Н, (12)

где W₁ - сила сопротивления грунта резанию, н, которая определяется

, Н(13)

, Н

где k_р - удельное сопротивление грунта резанию, Н/м²; k_р = 0,06 МПа

В_к - ширина ковша; м ;- толщина срезаемой стружки грунта, м; h=0,03 м.₂ - сила сопротивления перемещения призмы волочения, Н,

,Н(14)

 Н

где γ_о - объёмный вес грунта, т/м³; γ_о = 1650 т/м³

Β_к - ширина ковша, м;_с - высота слоя грунта в ковше, принимаем в зависимости от вместимости ковша; h_с =1,15 м

- коэффициент трения грунта о грунт, для суглинка =(0,8÷1,0);

k_пр - коэффициент призмы волочения зависит от типа грунта и вместимости ковша; k_пр=0,14₃-сила сопротивления наполнению ковша, которая состоит из двух составляющих

, Н(15)

 Н

где х - коэффициент характеризующий тип грунта по разрываемой срезаемой стружке, х=0,35 W₄-сила сопротивления передвижению скрепера

, Н(16)

 Н

где G_сц.с - сцепной вес скрепера, Н,

- удельный коэффициент сопротивления передвижению, зависит от типа грунта и типа ходового оборудования, для суглинка =0,06

- уклон, принимаем 3%. G_г. - вес грунта в ковше скрепера, Н, который определяется по формуле

, Н(17)

 Н

где q - вместимость ковша, м³,

к_н - коэффициент наполнения ковша, который зависит от типа грунта и способа загрузки ковша, к_н=0,8

к_разр - коэффициент разрыхления грунта, к_разр=1,22

Проверка условия (11):

 Н

Условие не выполняется, следовательно нужно использовать трактор толкач в карьерах.

5. Расчёт производительности скрепера

Производительность скрепера определяется по формуле

, м³/ч(18)

где q - вместимость ковша, м³ , q=5 м³;_н - коэффициент наполнения ковша, принимается k_н =(0,7 - 1,2) ,_вр - коэффициент использования скрепера во времени, принимается k_вр = 0,85,_разр - коэффициент разрыхления грунта, принимается k_разр = (1,1 - 1,35)._ц - время цикла, с.

Время цикла определяется по формуле

T_ц = t_р + t_тр. + t_р.з. + t_х.х + t_п.п ,с.(19)_ц = 214,33 + 66,67 + 51,14 + 89,83 + 50=471,97,с.

где t_р - время резания грунта, с

где l_р - путь набора ковша, м,_р.х. - скорость при резании грунта, м/с ,принимается v_р.х. = ( 0,5 - 1,1) м/с.

Путь набора ковша определяется

l_р = q·k_н·k_п/(0,7·k_разр.·Β_к·h) , м,(21)

l_р = 15·0,9·1,2/(0,7·1,25_.·3,198·0,03)=192,9 м,

где q - вместимость ковша скрепера, м³,_н - коэффициент наполнения ковша, принимается k_н =(0,7 - 1,2) ,_п - коэффициент потерь грунта, принимается k_п = (1,2 - 1,3)_разр - коэффициент разрыхления грунта, принимается k_разр = (1,1 - 1,35)