CC BY
38
УДК 621.878.6
А. М. Щемелев, канд. техн. наук, проф.
СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ СЦЕПНОЙ МАССЫ САМОХОДНОГО СКРЕПЕРА
Приведен способ увеличения сцепной массы самоходного скрепера и его конструктивная реализация, позволяющие до 20 % увеличить силу тяги тягача по сцеплению и снизить буксование тягача, затраты мощности на буксование, уменьшить износ шин.
В мировой практике объем земляных работ в дорожном строительстве на 60 % выполняется скреперами, в основном самоходными. При правильном, с экономической точки зрения, комплектовании бригады скреперов и толкача себестоимость разработанного, перевезенного и распределенного грунта скрепером является минимальной. Ведь скрепер не только разрабатывает, перевозит, но и отсыпает грунт слоем заданной толщины, а также при правильно назначенной технологии работы скреперов послойно уплотняет отсыпанный грунт.
При использовании для перевозки грунта автосамосвалов используется не только группа самосвалов, но и экскаватор для разработки и погрузки грунта, бульдозер для разравнивания грунта на дороге и один или более катков для уплотнения грунтов. При этом остается проблема загрузки по времени экскаватора и бульдозера для разравнивания грунта. Отсыпка и разравнивание грунта происходит большим слоем, зачастую большим, чем может уплотнить каток. Для доуплотне-ния часто оставляют отсыпанный и разровненный слой грунта на длительный срок для естественного уплотнения. Это приводит к задержанию пуска в эксплуатацию дороги.
Одним из недостатков самоходных скреперов является их высокое буксование при наборе грунта. Это связано с тем, что двигатель для скрепера подбирают для транспортного режима движения со скоростью движителя 40-50 км/ч. А при работе скрепера в режиме копания со скоростью 3-4 км/ч сила тяги по двигателю значительно превышает силу тяги по сце-
плению, что и приводит к интенсивному буксованию. При буксовании тягача колеса погружаются в грунт, что приводит к увеличению коэффициента сопротивления передвижению тягача. На буксование затрачивается дополнительная мощность двигателя, происходит интенсивный износ шин. Следствием этого является увеличение себестоимость разрабатываемой единицы объема грунта, что снижает конкурентоспособность скреперов. Учитывая, что для полной загрузки толкача из-за изменяющейся дальности транспортирования грунта, надо менять количество скреперов в бригаде, были многократные попытки отказаться от использования толкачей путем создания скреперов с элеваторной и шнековой загрузкой, системы «пуш-пулл», двухдвигательной компоновки и т. п.
Однако они не прижились в практике, т. к. снижали надежность скрепера, требовали работы на грунтах без каменных включений, утяжеляли и усложняли машину.
Для того чтобы избежать буксования, американская фирма «Катерпиллер» рекомендует при эксплуатации своих скреперов использовать мощные толкачи, которые бы обеспечивали набор грунта без использования силы тяги тягача скрепера.
Правда, при этом необходимо усиливать металлоконструкцию скрепера, а значит, и увеличивать его массу, что приводит к излишним энергозатратам, особенно в транспортной составляющей цикла скрепера. Увеличение массы скрепера только на одну тонну приво-
дит к увеличению расхода топлива на 800-1000 кг/г.
В тракторостроении для снижения буксования трактора используют увеличитель сцепной массы трактора.
Автором разработан способ увеличения сцепной массы скрепера. Для этого на заднем бампере в зоне взаимодействия толкача с бампером скрепера создается вертикальное усилие, которое обеспечивает разгрузку задней оси скрепера и увеличение нагрузки на переднюю ось (рис. 1). Техническое решение первоначальной конструкции обеспечивало создание вертикального усилия на заднем бампере за счет использования колес, приводящихся
в действие гидромоторами при контакте отвала толкача с этими колесами. Возникающий при этом крутящий момент в зоне контакта колес с отвалом обеспечивал за счет трения колес с отвалом создание разгружающего усилия на задней оси скрепера и увеличение сцепной массы на передней оси скрепера, а также увеличение нагрузки на толкач, а значит, и увеличение у него силы тяги по сцеплению (а отсюда - и уменьшение буксования толкача). Максимальное значение разгружающего усилия на заднем бампере скрепера достигает тогда, когда вывешивается задняя ось скрепера.
Рис. 1. Установка увеличителя сцепной массы скрепера: 1 - поворотный бампер; 2 - гидроцилиндр демпфирующей системы; 3 - барабан перераспределения нагрузки по осям скрепера
Развесовка по осям самоходного скрепера традиционного исполнения обычно составляет при порожнем ковше 60 % на переднюю ось и 40 % на заднюю от полной массы скрепера. После наполнения ковша грунтом развесовка по осям составляет примерно 50х50.
Во время наполнения ковша грунтом нагрузка на оси увеличивается. Результаты расчета изменения нагрузки на переднюю ось скрепера МоАЗ-6014 в зависимости от коэффициента наполнения ковша скрепера без учета сил трения грунта при его перемещении внутри
ковша представлены в табл. 1 и 2 и на рис. 3.
Использование гидромоторов для создания крутящего момента в зоне заднего бампера скрепера приводит к увеличению загрузки двигателя, установленного на машине. Отказаться от использования дополнительной мощности можно, установив на задней раме скрепера поворотный бампер, соединенный с поворот-
ными гидроцилиндрами и гидроаккумулятором, которые служат демпфирующим элементом при ударе толкача о скрепер. Давление, возникающее в этих гидроцилиндрах, используется для создания крутящего момента на барабане при помощи поворотных гидроцилиндров. Гидравлическая схема скрепера и установка в гидросистеме поворотных гидроцилиндров показана на рис. 2.
ЦІ ЦР ЦЗ Ц4 Ц5 Ц6
ДП
Рис. 2. Гидравлическая схема скрепера с поворотным гидроцилиндром
Табл.1. Изменение нагрузки Кп на переднюю ось скрепера МоАЗ-6014 и силы тяги Тсц по сцеплению при изменении коэффициента наполнения ковша при традиционном исполнении скрепера
Коэффициент наполнения ковша Кн Объем грунта в ковше, м3 Масса грунта в ковше, т Масса, приходящаяся на переднюю ось, т Сила тяги по сцеплению при ф = 0,7
0 0 0 11,4 7,98
0,3 2,5 3,75 12,67 8,87
0,6 5 7,5 13,95 9,77
0,9 7,5 11,25 15,23 10,66
1,2 10 15 16,5 11,55
Табл. 2. Изменение нагрузки Яп на переднюю ось скрепера МоАЗ-6014 и силы тяги по сцеплению Тсц при вывешивании задней оси скрепера силой Т на заднем бампере при различном значении коэффициента наполнения Кн
Коэффициент наполнения Кн Масса, приходящаяся на переднюю ось, т Сила тяги по сцеплению Тсц ДТсц Увеличение силы тяги по сцеплению Тсц, %
0 12,7 9,03 1,05 13,15
0,3 14,7 10,29 1,42 16,0
0,6 16,49 11,54 1,77 18,11
0,9 18,28 12,8 2,14 20,07
1,2 20,08 14,05 2,5 21,6
Т
Тс
Т
дв
сц у
О 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
Кн----------------►
Рис. 3. Графики увеличения нагрузки на ведущую ось скрепера МоАЗ-6014: 1 - сила тяги по двигателю;
2 - сила тяги по сцеплению при использовании увеличителя сцепной массы скрепера; 3 - сила тяги по двигателю скрепера традиционного исполнения
Создание вертикального усилия на заднем бампере скрепера увеличивает нагрузку на переднюю ось скрепера в начале процесса набора грунта на 13-16 %, а для окончания процесса наполнения при коэффициенте наполнения Кн = 1,2 более чем на 20 %.
Как видно из рис. 3, сила тяги по сцеплению в конце процесса наполнения отличается от силы тяги по двигателю на 3-4 % при коэффициенте сцепления фсц = 0,7. В то же время без использования
системы увеличения сцепной массы сила тяги тягача скрепера по двигателю превышает силу тяги по сцеплению более чем на 25 % в конце процесса наполнения ковша.
Таким образом, использование увеличителя сцепной массы скрепера позволяет снизить буксование скрепера, затраты мощности на буксование, а значит, и энергозатраты при наборе грунта, уменьшить износ шин.
Белорусско-Российский университет Материал поступил 24.03.2008
A. M. Shchemelev
The way of an increase in the coupling weight of a self-propelled scraper
The paper looks at an increase in the coupling weight of a self-propelled scraper and its constructive realization allowing to increase up to 20 % of the tractive force of the tractor in coupling and to lower slipping of the crawler, power consumption for slipping, to reduce deterioration of the tyres.
