Проектирование скрепера

Содержание

Введение 2

1. Выбор и обоснование инженерно-технического сооружения. Технологическая карта. 3

2. Устройство скрепера 6

3. Расчет скрепера 12

4. Проверка скрепера на устойчивость 14

5. Расчет на прочность 17

Список литературы 21

Введение

Дорожное строительство  в наше время увеличивает объемы производства, и поэтому требует  разработки и внедрения новых  технологий. Параллельно с дорожным строительством развиваются машиностроение, производство дорожно-строительных материалов, производство новых машин и оборудования.

Машины для земляных работ  широко применяются в промышленном и гражданском строительстве, в  сельском хозяйстве и горнорудной  промышленности строительных материалов. По назначению их разделяют на землеройные, транспортирующие, грунтоуплотняющие, трамбующие, вибрационные и другие машины.

Землеройными машинами разрабатывают  сыпучие и связные грунты, а  также рыхлят и погружают мерзлые  и скальные грунты.

Земляные работы являются составной частью строительства  большинства инженерных сооружений. Одним из ведущих  представителей землеройно-транспортных машин является экскаватор. В практике ведущих производителей землеройно-транспортных машин уделяется большое внимание созданию типоразмерных рядов экскаваторов различной мощности, объемов ковша и массы, спроектированных по единой компоновочной схеме и унифицированных между собой.

К наиболее характерным направлениям развития землеройно-транспортных машин  относятся:

1) повышение в экономически  оправданных пределах единичной  мощности машин и оборудования;

2) гидрофикация машин путем замены механических приводов  гидромеханическими приводами;

3)  автоматизация управлением  положения рабочего оборудования экскаватора;

4) снижение материало - и энергоемкости машин, повышение их ресурса и надежности, а также применение новых материалов с лучшими физико-механическими свойствами и характеристиками;

5) конструирование машин  и оборудования из унифицированных  блоков-модулей, что позволяет  ускорить процесс создания машины;

Для увеличения производительности землеройных машин необходимо проводить  обновление машин, а также их модернизацию.

Наряду с этим необходимо производить модернизацию рабочего органа с целью повышения эффективности  работы экскаватора в целом.

В данной работе производится расчет скрепера. Скрепер является землеройно-транспортной машиной цикличного действия, предназначенной для послойного резания грунта, транспортирования его к месту укладки и разгрузки в сооружение или в отвал. Скреперы используются при производстве земляных работ по возведению насыпей, устройству выемок, планировке больших площадей.

1. Выбор и обоснование инженерно-технического сооружения. Технологическая карта.

В качестве инженерно-технического сооружения выбираем строительство канала. На рис. 1 показана типовая схема производства работ по сооружению канала. Верхняя часть сечения канала разрабатывается скреперами при поперечной схеме движения, нижнюю часть сечения канала разрабатывает экскаватор с рабочим оборудованием драглайна (рис. 1 б), а зачистку откосов выполняет бульдозер (рис. 1 в).

При строительстве каналов большого сечения для зачистки откосов (рис. 1 г) используют бульдозеры с откосниками и автогрейдеры. Наличие на откосах канала нескольких берм затрудняет не только полную выемку грунта, но и производство планировочных работ. При разработке каналов сложного сечения (рис. 1 д) глубиной до 15 м работы следует производить поярусно по продольной схеме разработки с устройством въездов и выездов, с зачисткой откосов откосниками, установленными на бульдозерах. Канал по длине разбивают на участки длиной 200…250 м при работе прицепных скреперов и длиной 300…350 м при работе самоходных скреперов.

В начале и конце участков устраивают въезды и выезды. При заложении откосов 1:1 и слое разработки в 20…25 см каждый последующий слой разрабатывают со смещением откоса на 20…25 см. В результате по мере углубления выемки на откосах образуется ступенчатая поверхность.

После планировки откосов верхнего яруса (до бермы) приступают к дальнейшему  углублению в том же порядке до очередной бермы или до днища. Уменьшение площади поперечного  сечения, а, следовательно, и объема грунта позволяет увеличить длину  участков.

Рис. 1 - Схема комплексной механизации работ при сооружении канала, при зачистке откосов без берм и с бермами 
1 - скрепер; 2 - бульдозер; 3 - экскаватор; 4 - автогрейдер; 5 - скрепер с откосником

 

 

Скреперы  также применяют для устройства грунтовых подушек - искусственных оснований.

Глубину выемки выполняют на 1,5…2 м ниже проектной  отметки, а затем устраивают грунтовую  подушку из грунтов резервов. При  разработке грунтов в котловане  их влажность может быть недостаточной, поэтому в период разработки и  складирования в резерв грунты равномерно увлажняют до 17…19% по всей массе. Качество укладки грунта в подушку, его  плотность контролирует грунтовая  лаборатория.

 

Технологическая схема производства работ по строительству каналов:

Рис.2 - Поперечное сечение канала в насыпи

 

1. Срезка растительного  слоя на глубину 0,20 м с поверхности резервов бульдозером с перемещением во временные кавальеры на расстояние до 10 м.

2. Укатка основания насыпи катками Д-130Б. 
3. Рыхление тяжелых грунтов в резервах рыхлителем (плугом) при скреперной разработке. 
4. Разработка грунта в резервах скрепером с перемещением в насыпь на высоту до 2,0 м на расстояние до 70 м с устройством съездов с насыпи и оставлением выездов из резервов через 50 м, с разравниванием грунта в насыпи слоями по 0,2 м бульдозером с увлажнением 50% грунта из автоцистерны емкостью 3800 л из расчета 100 л воды на 1 м³ грунта с подвозкой воды на среднее расстояние 2 км, с укаткой грунта слоями по 0,2 м катками Д-130Б.

5 Срезка неуплотненных  окраек ("бахромы") с внутренних откосов канала грейдером с перемещением грунта в насыпь.  
6. Досыпка верха дамб выше форсированного горизонта экскаватором Э-302 обратная лопата с ковшом емкостью 0,3 м³ из резервов.

7. Зачистка и оправка  дна, откосов и верха дамб  вручную

8. Обратная засыпка растительного грунта в выработанные резервы бульдозером с перемещением до 10 м и с разравниванием.

2. Устройство скрепера

Скрепером называется землеройно-транспортная машина, приводимая в движение тягачом или собственным двигателем и предназначенная для послойного срезания грунта, транспортирования и разгрузки его, производимой в большинстве случаев (кроме моделей с разгрузкой назад) с последующими разравниванием и предварительным уплотнением. Скреперы применяют при разработке грунтов до IV категории включительно. Для облегчения процесса копания скрепером грунты выше 2-й категории предварительно разрыхляют рыхлителями.

Дальность транспортирования грунта прицепными скреперами экономически эффективна на расстояние до 300 м и самоходными  до 5000 м. Рабочий процесс скрепера состоит из следующих операций: набора грунта, транспортирования груженого скрепера, разгрузки, транспортирования пустого скрепера к забою. С помощью скреперов можно возводить насыпь земляного полотна из боковых резервов или грунтовых карьеров, устраивать выемки с отвозкой грунта в насыпи или кавальеры, планировать строительные площадки, срезать растительный слой грунта в полосе отвода дороги.

С учетом основных признаков  скреперы классифицируются:

1. По емкости ковша  (м3) - на скреперы малой емкости, с ковшом емкостью до 5; скреперы средней емкости, с ковшом емкостью до 6 - 15; скреперы большой емкости с ковшом емкостью более 15; 
2. По способу загрузки - на заполняемые за счет подпора грунта при реализации тягового усилия базового тягача и загружаемые с помощью загрузочного устройства. К первому типу относятся скреперы обычного исполнения, а к второму типу - элеваторные, гребковые, роторные. 
3. По способу разгрузки - на машины со свободной, принудительной и полупринудительной (комбинированной) разгрузкой. В скреперах со свободной разгрузкой опорожнение ковша осуществляется под действием собственного веса грунта. В скреперах с принудительной разгрузкой полное опорожнение ковша осуществляется с помощью задней стенки. В скреперах с полупринудительной (комбинированной) разгрузкой часть объема грунта высыпается под действием собственного веса, а часть с помощью принудительной очистки. 
4. По типу привода - на машины с канатным, электромеханическим и гидравлическим приводом. Канатный привод состоит из следующих узлов: механической лебедки, системы полиспастов и направляющих блоков, а также рычагов управления. Электрический привод состоит из электродвигателя, шестеренчатого редуктора и зубчатого реечного механизма. К электромеханическому приводу следует отнести также привод, состоящий из электролебедки и канатно-блочного механизма. Гидравлический привод включает насос, бак с жидкостью, гибкие шланги и гидрораспределитель. 
5. По способу агрегатирования - на прицепные, полуприцепные, самоходные и скреперные поезда.

Прицепной скрепер буксируется гусеничным или двухосным колесным трактором. Полуприцепный скрепер находится в сцепке с гусеничным или двухосным колесным трактором (тягачом) передней частью (хоботом) через опорно-сцепное устройство.

Самоходный  скрепер представляет собой единую конструкцию с индивидуальной энергетической установкой, обеспечивающей передвижение машины и работу всех агрегатов, в  том числе и управление рабочими органами.

6. По типу  тягача или самоходного оборудования - на колесные и гусеничные. Самоходные скреперы, как правило, выполнены на пневмоколесном ходу. 
7. По типу трансмиссий - на механические, гидромеханические, электрические и гидростатические.

 

Рис. 3 - Схемы скреперов (цифры указывают примерное распределение массы скрепера

с груженым ковшом по осям): 
а и б - двухосный прицепной и одноосный прицепной к гусеничному трактору; в - прицепной к колесному тягачу; г - полуприцепной к двухосному тягачу; д - полуприцепной к одноосному тягачу или самоходный с мотор-колесами; е - самоходный двухмоторный; ж - самоходный с задним двигателем; з - скрепер-бульдозер; 1 - гусеничный трактор или колесный тягач; 2 -ковш; 3 - заслонка; 4 - буфер;

 

Рис. 4 - Схемы разгрузки ковша скрепера: 
а - свободная разгрузка вперед; б - свободная разгрузка назад; в - принудительная разгрузка;

г - полупринудительная разгрузка через нож; д - щелевая разгрузка; 1 - передняя заслонка;

2 - ковш; 3 - нож; 4 - задняя заслонка; 5 - задняя стенка; 6 - днище; 7 - заслонка

 

Наиболее  распространенной для самоходных скреперов  является гидромеханическая трансмиссия. Основные конструктивные схемы скреперов  показаны на рис. 3.

Рабочим органом скрепера является сварной  ковш, имеющий на передней кромке днища  во всю ширину ступенчатые ножи. В задней части ковша находится  буфер, который имеет двоякое  назначение. В первом случае он предназначен для упора отвала бульдозера при  подталкивании скрепера. Во втором случае центральная балка буфера служит как направляющая хвостовика задней стенки. Боковые стенки ковша  изготовлены из стального листа, усиленного балками жесткости. В  боковых стенках ковша имеются  проушины и кронштейны для крепления  гидроцилиндров управления заслонкой, для рычага заслонки, а также имеется  опора для крепления упряжного  шарнира и гнезда для крепления  оси заднего колеса. Задняя стенка ковша представляет собой подвижный  щит и по бокам имеет направляющие ролики. Однако эти ролики не удерживают заднюю стенку от опрокидывания при  выгрузке грунта. Стенку удерживает и  центрирует хвостовик. Заслонка может  быть плавающей и управляемой  с помощью гидроцилиндров.

Передняя  рама скрепера выполнена в виде арки и в своей конструкции имеет  шкворень для соединения с тягачом, арку, рычаги и упряжной шарнир. Ковш прицепного скрепера с канатным управлением  имеет несколько другую конструкцию. Отличие состоит в том, что  сам ковш является одновременно задней рамой скрепера и состоит из двух боковых стенок и днища ковша, служащего одновременно задней стенкой.

На  рис. 2 представлены схемы разгрузки ковша скрепера. При свободной разгрузке, а она применяется в ковшах небольшой емкости, ковш опрокидывается и грунт высыпается под действием собственного веса (рис. 4, а, б).

Скреперные  ковши с полупринудительной разгрузкой (рис. 4, г) имеют неподвижные боковые стенки, а разгрузка выполняется при повороте днища и задней стенки вокруг оси. Грунт под собственным весом и напором задней стенки высыпается из ковша.

Способ  принудительной разгрузки с помощью  задней стенки, приводимой в движение гидроцилиндрами, является прогрессивным, так как полностью очищает  ковш от грунта (рис. 2, в). Щелевая разгрузка (рис. 4, д) менее прогрессивна и не нашла широкого применения.

Прицепные скреперы с гидравлическим управлением (рис. 5) состоят из серьги для сцепления скрепера с трактором, шкворневого устройства для поворота передних колес, несущей рамы, ковша, заслонки и задней стенки. Рабочими органами управляют из кабины трактора с помощью рычагов управления трехсекционным гидрораспределителем.

 

Рис. 5 - Скрепер ДЗ-3.3 (Д-569):  
1 - трактор; 2 - серьга; 3 - шкворневое устройство шарового типа; 4 - рама; 5 - рукава и трубопроводы; 6 - гидроцилиндр подъема и опускания ковша; 7 - гидроцилиндр управления заслонкой ковша; 8 - заслонка ковша; 9 - ковш; 10 - задняя стенка ковша; 11 - гидроцилиндр управления задней стенкой ковша; 12 - колеса с шиной; 13, 14 - нижний и боковой ножи;

15 – дышло

 

Необходимо  отметить, что прицепные скреперы обычно применяются в условиях переменного  рельефа местности. Прицепной скрепер  с канатным управлением имеет  полупринудительную выгрузку грунта опрокидыванием днища и задней стенки вокруг шарнира. Самоходный скрепер с принудительной разгрузкой состоит из базового одноосного тягача и одноосного полуприцепного скреперного оборудования.

Полуприцепные и самоходные скреперы с пневмоколесными  тягачами имеют большую транспортную скорость: например, скреперы с одноосным  тягачом имеют скорость 40 - 52 км/ч, а при двухосном тягаче до 70 км/ч. Скреперные агрегаты из двух или трех скреперов позволяют резко увеличить производительность этих машин. Важным фактором для повышения производительности скреперов является применение скребкового конвейера (рис. 6), для загрузки ковша. В движение конвейер приводится от электродвигателя или гидродвигателя.