Способ копания грунтов скрепером и устройство для его осуществления

Способ копания грунтов скрепером и устройство для его осуществления

Реферат

 

Использование: копание грунтов скреперами. Сущность изобретения: днище ковша увеличивают в размере по длине в 1,2 1,7 раз по сравнению с днищем ковша обычных скреперов. Верхние части отвалов задней стенки и заслонки выполнены с отгибами назад от ковша в продолжение пологонаклонных плоскостей скольжения призмы выпирания. Последнюю формируют от отвала заслонки с областями наименьших и средних напряжений сыпучей среды и перемещают по пологонаклонным плоскостям скольжения. Наименьший уровень энергоемкости достигается на максимально возможных стружках по толщине с предварительной загрузкой ковша грунтом на 20 40% его геомертической вместимости. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 26 ил.

Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам, а именно к скреперам.

Известен обыкновенный скрепер с тяговой загрузкой ковша грунтом с помощью трактора-толкача, включающий базовую машину, ковш с задними колесами, задней продольно-выдвижной стенкой, тяговую раму с хоботом, упряжными тягами и поперечиной, переднюю заслонку, навешенную на ковше с приводом ее поворота, где ковш традиционно выполнен с коротким днищем, но развитым по ширине, задняя стенка снабжено возвышающимся над ковшом козырьком, опрокинутым в ковш, а передняя заслонка выполнена с криволинейным отвалом с вертикально поставленной верхней частью отвала [1] Тяговый способ копания таким скрепером характерен тем, что ковш загружается грунтовой стружкой, вырезанной ножом ковша, восходящим ее потоком до объема с шапкой. Грунтовая стружка проталкивается в загрузочную щель напором создаваемым совместным тяговым усилием базовой машины и трактора толкача. Передняя и задняя части ковша загружаются осыпающимся в них грунтом от конуса шапки под углом естественного откоса. Поэтому высоту задней стенки принимают 45% от высоты шапки для обеспечения наименьших энергозатрат на загрузку ковша грунтом. При таком удалении и высоте задней стенке передняя заслонка не оказывает влияние на отложение грунта к задней стенке.

Ковш выполняют с соотношениями передней заслонки по глубине, считая от стыка подножевой плиты с днищем, боковых стенок по высоте, днища по длине как 1:1,1:1,0 или 1,0:1,2:1,2.

На завершающем этапе наполнения ковша сопротивления составляют 70-80% от общих сопротивлений копанию и возрастают в функции высоты шапки во второй степени. Это сопротивления собственной массы стружки и активного давления /E_a/ призм обрушения, обжимающих стружку с обоих сторон, с плоскостями сползания, имеющих угол наклона к горизонту 45 + /2, где -угол внутреннего трения разрыхленного грунта, находящегося в ковше.

Недостатком способа копания являются большие потери разработанного грунта в боковые валики из призм волочения образующихся перед ковшом, которые на малосвязных грунтах достигают до 20-30% объема грунта в ковше, где общие потери достигают 100% грунта в ковше. При опущенной заслонке (закрытый способ копания) перед ней образовавшаяся призма создает на отвале заслонки пассивное сопротивление, которое при поднятой заслонке снижается в два раза. Однако осуществить копание открытым ковшом невозможно из-за возможных больших потерь грунта. Потери грунта имеют место и при транспортировании из-за недостаточно опущенной заслонки, что является одним из недостатков подвески обыкновенной заслонки.

При копании на связных грунтах призма волочения составляет 7-12% но общие сопротивления копанию, возникающие уже на первоначальной стадии копания на толстых стружках, могут достигать предельных тяговых возможностей базовой машины, а затем и трактора-толкача. Копание в этом случае, как и на малосвязных грунтах, ведут по гребенчатой схеме, чередуя заглубление ковша в массив с выглублением. Все это утомляет водителя, копание ведется с перегрузкой трансмиссии и двигателя, повышенным износом шин, потерей времени на загрузке ковша.

Из практики эксплуатации и проведенных исследований известно, что загрузка скрепера типа ДЗ-13А с ковшом 15 м³ тяговым способом длится 112 с.

С целью получения достаточной выработки, скреперисты при транспортировании грунта на небольшие расстояния до или при 100% буксовании отказываются от применения толкачей, ведут загрузку собственной тягой, добиваются загрузки до К_н=0,9 за счет снижения ресурса агрегата, а также и в случае выхода из строя или неподготовленного к работе толкача, обслуживающего группу в 4-5-ть скреперов.

Поиск приемлемых технических решений в плане снижения энергоемкости копания, повышения производительности, снижения металлоемкости, автономность работы скрепером имеет актуальное значение и в мире ведется усиленный поиск альтернативных схем загружателей ковша скрепера грунтом.

Известен скрепер (авт. св. 927905), где с целью снижения энергоемкости копания верхняя часть задней стенки ковша на половине ее высоты выполнена с отгибом назад от ковша под некоторым углом к горизонту. Несостоятельность такого технического решения в следующем: чтобы отгиб задней стенки работал (загружался), надо увеличить высоту шапки. Увеличение высоты шапки, например с 2-х до 2,5 м, приводит к увеличению сопротивления наполнению в отношение 2,5²:2,0²=1,55 раза. Если же высоту шапки оставить без изменения, то при той же высоте задней стенке по ее отгибу нижняя часть задней стенки сместится ближе к подножевой плите с уменьшением объема ковша, что в обоих случаях ведет к повышению энергоемкости копания на единицу массы грунта в ковше.

Известны скреперы с загружателями непрерывного действия скребково-элеваторного и шнекового типа. Способ копания которыми заключается в том, что грунтовая стружка, вырезанная ножом ковша тяговым усилием, транспортируется в ковш загружателями, встроенным в нем, на приводе которых реализуется недоиспользованная на движителях мощность установленного двигателя.

Скрепер скребково-элеваторного типа имеет широкое распространение в США, Япония такие скрепера не выпускает. Скрепер имеет высокий коэффициент наполнения. Не требует толкача. Применяется в мелиорации для разработки малосвязных грунтов. Копание ведут на стружках толщиной 100-150 мм. Перед элеватором собирается значительная призма с потерями грунта в боковые валики. Скорости копания 1,6 км/ч. Время загрузки ковша грунтом больше на 30% времени загрузки обыкновенного скрепера и достигает 150 с. Масса такого скрепера больше на 25% стоимость на 20% эксплуатационные расходы на 14% Скрепер шнекового типа. Ведутся разработки в США и России. Рекламируются высокий коэффициент наполнения и загрузка без толкача. Сравнительные испытания, проведенные в Лаборатории моделирования дорожных машин (ЛМДМ) в Московском автомобильном институте, показали, что при копании перед шнеками образуется призма волочения и связанные с ней значительные потери грунта в боковые валики. Шнеки мешают продвижению грунтовой стружки в ковш на половинной длине диаметров шнеков их лопасти работают против движения стружки. Кроме того, принципиальным недостатком шнекового загружателя является рыхление грунтовой стружки, поступающей в ковш, наличие пустот в шнеках и потери части объема ковша, занятого шнеками. Это ведет к увеличению энергоемкости копания, снижению производительности из-за уменьшения фактической массы грунта, размещенного в ковше, на 15-18% В этом случае даже при наличии шапки, являющейся показателем коэффициента наполнения ковша К_н=1,2, фактическая масса грунта в ковше соответствует не более К_н=1,02-1,05.

Способ копания такими скреперами, как показали исследования в ЛМДМ МАДИ (1987-89 гг), характеризуется высоким уровнем энергозатрат, большими потерями грунта, значительной длиной участка исполнения ковша грунтом.

Известен скрепер (авт.св. N 796323) включающий базовый тягач, ковш с задними колесами, задней стенкой продольно-выдвижной с приводом, тяговую раму, включающую хобот, поперечину и упряжные тяги, выполненные заодно, и привод поворота ковша, где ковш снабжен передней заслонкой, закрепленной шарнирно, и с помощью привода на дополнительной раме, закрепленной на поперечине тяговой рамы шарнирно и с помощью привода поворота, где ковш выполнен короткими, с параметрами обыкновенного ковша, с задней стенкой, снабженной козырьком, опрокинутым внутрь ковша, а передняя заслонка с криволинейным отвалом, с крутонаклонной отвальной поверхностью верхней его частью.

Способ копания таким скрепером характеризуется тем, что копание ведут в два этапа. На первом этапе загрузка обеспечивается собственной тягой базового тягача до 50-60% геометрической вместимости ковша до буксования. При первых признаках буксования включается в работу гидроцилиндры управления передней заслонкой. При этом возможны две схемы работы заслонкой: заслонкой вырезают в совместном копании с ковшом грунтовую стружку и смешивают ее в ковш скрепера, остановившегося из-за буксования тягача; заслонкой вырезают слой грунта и создают дополнительную силу тяги в помощь движителю базового тягача. Перемещаясь в ковше, заслонка проталкивает грунт в верх, в шапку.

Недостатки устройства и способа копания таким скрепером, заключаются в следующем: сложность управления передней заслонкой. В управление передней заслонкой заложено две пары гидроцилиндров, требующих для совместного управления ими автоматическую систему управления ими, что усложняет устройство и снижает надежность; копание ведут в условиях возможного буксования до полной остановки агрегата; форма и параметры ковша скрепера не соответствуют способу копания, реализации технологических возможностей активного грунтонапора подвижной передней заслонки; в условиях короткого ковша с крутонаклонными отвальными поверхностями передней заслонки и задней стенки призма выпирания, образующаяся на передней заслонке и в ковше, при ее перемещениях оказывается в челюстном сжатии между отвалами передней заслонки и задней стенки. При этом тело призмы выпирания разделяется всеобъемлющими плоскостями скольжения на три области напряженных состояний сыпучей среды; I наименьших напряжений, II особых (средних) напряжений; III наибольших напряжений, где на крутонаклонной задней стенке, на верхней части, опрокинутой в ковш, образуется производная призма выпирания с соответствующими областями I'', II'', III'' напряженных состояний сыпучей среды, создающих пригруз на область I, увеличение пассивного сопротивления на отвале заслонки Е_п.

Известен скрепер, включающий тягач, ковш с задними колесами, задней выдвижной стенкой, тяговую раму, составленную из хобота, упряжных тяг и соединяющих их поперечины, где на упряжных тягах шарнирно навешена с помощью кронштейнов дополнительная рама с шарнирно закрепленной на ней передней заслонкой, где гидроцилиндры привода дополнительной рамы и заслонки сочленены между собой с помощью шатуна, шарнирно закрепленного на дополнительной раме соосно с шарнирным креплением заслонки, где система снабжена упорами, обеспечивающими перемещение шатуна, заслонки, дополнительной рамы при копании как единой жесткой системы, где заслонка проходит под точкой ее подвеса на упряжных тягах с крутонаклонным отвалом с углом наклона к вертикали, близким к нулю. И только при возврате заслонки из ковша система ее подвески получает излом, а заслонка возможность перехода на более высокую траекторию, с обходом грунта, собирающегося в ковше. При этом утверждается, что при первых признаках буксования в работу включается передняя заслонка, на которой при зарезании в массив на упоре отвала в грунт создается дополнительная сила тяги базовому тягачу, а вырезанная грунтовая стружка проталкивается с ее помощью в шапку.

Однако, если в скрепере по авт.св. N 796323 рассогласованность в перемещениях по высоте между ножами ковша и заслонки компенсировалось поворотом заслонки по часовой стрелке с помощью дополнительного привода, то в скрепере по авт.св. N 1090382 указанная рассогласованность сохраняется: при опускании ковша в положение копания дополнительная рама, шатун, заслонка, подвешенные на упряжных тягах, перемещаясь как жесткая система, не достигают грунтовой поверхности и не зарезаются в массив.

Известен скрепер, включающий тягач, хобот, ковш с задними колесами и задней стенкой с приводом, шарнирно сочлененный, где ковш снабжен поперечиной, жестко закрепленной на боковых стенка ковша, и закрепленными на нем кронштейнами, на одном из которых закреплен хобот, на другом привод поворота ковша, на третьем и четвертом стрела с приводом ее поворота, на которой закреплена шарнирно передняя заслонка, снабженная гибкой связью, одним концом закрепленная на заслонке, а другим на дополнительном кронштейне, на направляющей, встроенной в кронштейн, выполненной с кривизной, радиуса, равного длине гибкой связи, и снабженной гидроцилиндром, предназначенным для перемещения по направляющей крепления гибкой связи.

Жесткое крепление поперечины с ковшом исключает рассогласованность в перемещениях между ножами ковша и заслонкой, подвешенной на стреле, закрепленной шарнирно на поперечине ковша.

Однако ковш выполнен по традиционной схеме: коротким, развитым по ширине, с крутонаклонными отвальными поверхностями задней стенки и передней заслонки по аналогии с его прототипом, с ковшом по авт.св. N 796323.

Устройство управления передней заслонкой выполнено таким образом, что положения траекторий копания заслонкой зависят от положения крепления гибкой связи на направляющей, где левому положению гибкой связи на направляющей приходится траектория копания заслонкой по нисходящей перед ковшом с наибольшим заглублением заслонки в массив, с переходом в ковше за подножевой плитой на восходящую крутонаклонную траекторию, а правому положению крепления гибкой связи на направляющей траектория прохождения заслонки над грунтовой поверхностью без зарезания в массив с переходом на пологонаклонную траекторию в ковше, где всевозможные траектории копания заслонкой на участке перед ковшом веером сходятся в одну точку пересечения, расположенную над подножевой плитой, и от нее веером расходятся в ковш.

Для обеспечения зарезания заслонкой в массив, вырезания стружки и создания дополнительной силы тяги в помощь базовому тягачу гибкую связь устанавливают на направляющей с помощью ее привода в левом крайнем положении, а для захвата только грунта призмы волочения, собирающейся перед ковшом, с последующем ее перемещением в ковш, крепление гибкой связи перемещают по направляющей вправо.

Способ копания скрепером заключается в том, что загрузку ковша ведут в два этапа: на первом этапе копания загрузка ковша производится собственной тягой тягача, при закрытом ковше, с заслонкой, установленной в плавающем положении над подножевой плитой, до начала буксования базового тягача: на втором, завершающем этапе, совместным копанием ковшом и заслонкой, включенной в непрерывное цикличное копание, на которой создается дополнительная сила тяги, снижающее потребное тяговое усилие в 1,5-2 раза.

Недостатки устройства и способа копания им следующее: способом копания допускается нерегламентированное буксование. Известно, что копание скрепером, как и любой другой землеройной машиной, сопровождается определенным коэффициентом буксования от 20 до 30% в зависимости от режима копания, где максимальная сила тяги достигается при 100% буксовании при кратковременном ее проявлении до полной остановки машины. В отсутствии достоверной информации о степени буксования водитель не может критически оценить состояние режима копания и выбрать оптимальный момент включения заслонки в работу на завершении первоначального копания тяговым усилием тягача. Отсюда возможно копание с перегрузкой трансмиссии, переход движителя на 100% буксования с преждевременным износом шин, перерасходом топлива, увеличение время копания, снижение производительности; форма и параметры ковша не соответствуют возможностям передней заслонки грунтокопающего, напорного свойства, исключают реализацию ее технологических возможностей; в условиях короткого ковша с крутонаклонными отвальными поверхностями задней стенки и передней заслонки грунтовая призма выпирания, формирующаяся на заслонке в процессе совместного копания ковшом с заслонкой, при перемещении в коротком ковше оказывается в челюстном сжатии между передней заслонкой и задней стенкой. При этом на крутонаклонной отвальной поверхности передней заслонки образовавшаяся призма выпирания находится в наибольшем напряженном состоянии с объемлющимися плоскостями скольжения, разделяющими призму на три области напряженного состояния сыпучей среды: I наименьших, II особых (средних), III наибольших напряжений, где на крутонаклонной отвальной поверхности верхней части задней стенки возникает производная призма выпирания с областями I'', II'', III'' напряжений сыпучей среды, создающей пригруз на область I основной призмы выпирания. Что способствует значительному возрастанию пассивных сопротивлений, оказываемых призмой выпирания на переднюю заслонку; устройство управления передней заслонкой, траекториями копания ею не позволяет перевод заслонки на более высокую траекторию прохождения ею над подножевой плитой, что может потребоваться с целью снижения пассивных сопротивлений на завершающих этапах наполнения ковша или вызволения заслонки из-за сцепления с ножом ковша при застревании между ними корней, мелких пней, габаритного камня; при включении передней заслонки в непрерывную цикличную работу, в условиях кратковременности циклов копания заслонкой, предусмотренных ручным управлением положениями крепления гибкой связи на направляющей, невозможно без АСУ обеспечить ее синхронное перемещение из левого положения в правое и из правого в левое при копании заслонкой по траектории нисходящей перед ковшом, с наибольшим заглублением ее в массив, с переходом в ковше на пологонаклонную траекторию.

Введение в систему управления гибкой связи АСУ усложняет конструкцию.

В скреперостроении, где 20-30-ть лет назад сформировались основные образцы машины и в дальнейшем проводились работы по совершенствованию традиционных схем, не решалась главная проблема обеспечение эффективной и быстрой загрузки ковша грунтом без помощи толкача или сложных и энергоемких загружателей непрерывного действия. В эксплуатации скреперов сложилось противоречие: с одной стороны, продолжается рост энерговооруженности, массы скреперов, объемы ковша, скоростей транспортирования, с другой невозможность полной реализации этих качеств из-за отсутствия таких технических возможностей и средств, которые бы обеспечили надежное заполнение ковша грунтом за минимально короткое время 35-40 с, как это можно сделать с помощью трактора-толкача, если не учитывать потери времени на маневрирование и стыковку скрепера с толкачом и ожидание толкача.

Цель изобретения совершенствование способа копания и устройства управления им, устройство по способу копания, снижение энергоемкости копания, повышение производительности.

Достигается это путем расширения и реализации технологических возможностей передней заслонки.

1. Для чего с целью беспрепятственного продвижения призмы выпирания в глубину ковша последний выполняют удлиненным с пологонаклонными отвальными поверхностями передней заслонки и верхней части задней стенки, где длину днища ковша l_дн принимают равной высоте пологонаклонной передней заслонки h_з в положении ее над подножевой плитой с углом наклона к горизонту в 45-(45+/2) помноженной на котангенс угла наклона к горизонту в (45- /2) главной плоскости скольжения призмы выпирания: l_дн=h_з сtg (45- /2), где - угол внутреннего трения разрыхленного грунта, находящегося в ковше, который для малосвязных грунтов (песчаных, растительных)40^о, для суглинистых, глин 20-22^о, супесчаных, легких суглинков30^о.

2. Ковш по п. 1 выполняют с параметрами, где соотношение глубины заслонки, считая от стыка подножевой плиты с днищем, к высоте боковых стенок ковша и длине днища принимают как: 1:1,2:(1,41-2,17) или для средних грунтов с 30^о как: 1:1,2:1,73.

3. Ковш по п. 1 с целью снижения пассивных сопротивлений на отвале заслонки выполняют с шириной резания меньше на 7-12% ширины резания традиционным ковшом, где верхние части отвальных поверхностей задней стенки и передней заслонки выполняют с отгибами их крутонаклонных частей назад от ковша в продолжение пологонаклонных плоскостей скольжения призмы выпирания от пересечений с ними.

4. При совместном копании ковш + передняя заслонка, грунт на отвале заслонки формируют в призму выпирания с областями наименьших I и особых (средних) II напряжений сыпучей среды, разделенных всеобъемлющими плоскостями скольжения, где одну из них, главную, восходящую от подножевой плиты к задней стенки ковша с углом наклона к горизонту в 45- /2, совмещают с пологонаклонной траекторией копания заслонкой, а другую, повернутую от нее на 90^о против часовой стрелки, совмещают с пологонаклонной плоскостью отвала передней заслонки, составляющей угол наклона ее к горизонту 45+/2.

5. С целью обеспечения копания заслонкой на разных по толщине стружках и на разных уровнях ее прохождения над подножевой плитой с последующим переходом в ковше на пологонаклонные траектории, сходящиеся в одной точке, расположенной в глубине ковша на пологонаклонной главной плоскости скольжения призмы выпирания, имеющий угол наклона к горизонту 45- /2, гибкая связь, с целью обеспечения управления копанием заслонкой, закрепленная на заслонке одним концом, другим концом крепится на направляющей с возможностью свободного перемещения по ней, где направляющая шарнирно закреплена на консоле, закрепленной в свою очередь на поперечине ковша, снабжена приводом поворота и выполнена с кривизной, описанной радиусом, равным половинной длины гибкой связи.

6. С той же целью, указанной в п. 5, гибкая связь другим концом крепится на падающей стреле (ПС), закрепленной на боковой стенке ковша, где ПС снабжена приводно-поворотным механизмом и снабжена обгонной муфтой, выполненной заодно с кривошипом, снабженным ограничителями поворота (падения) ПС с амортизаторами на них, где длину ПС принимают равной половинной длине гибкой связи.

7. С той же целью, что и в п. 5 и 6. гибкая связь другим концом крепится на направляющей с возможностью свободного перемещения по ней, где направляющая встроена в кронштейн, закрепленный на поперечине ковша, выполнена с кривизной радиуса, равного половинной длины гибкой связи, описанной из центра, расположенного над стыком подножевной плиты с днищем ковша, где направляющая снабжена приводом продольного перемещения по ней крепления гибкой связи с возможностью свободного отрыва от него крепления гибкой связи.

8. С целью обеспечения эффективного продвижения заслонкой призмы выпирания в глубину ковша и на возврате заслонки из ковша отрыв заслонки от грунта, расположенного на ее отвале, заслонке в глубине ковша придают угол наклона к вертикали в 30-20^оС, в зависимости от характера разрабатываемого грунта, его связности, влажности, липкости, с использованием эффекта отрыва при изменении направления движения заслонки.

9. Наименьший уровень энергоемкости копания по способу системой ковш + активная заслонка достигают, когда копание ведут на толстых стружках с предварительной загрузкой ковша собственной тягой базовой машины до 20-40% геометрической вместимости открытым способом: с заслонкой, вынесенной перед ковшом за линию скола стружки, образующей призму волочения, с последующим включением в работу передней заслонки с запаздыванием копания ею на время одного двух циклов времени копания заслонкой.

10. При копании на малосвязных грунтах с целью исключения или сокращения потерь разработанного грунта в боковые валики, копание ковшом ведут одновременно с включенной в работу передней заслонкой и заканчивают с подгребанием призмы волочения заслонкой при замедленном ходе или при остановившемся ковше.

11. С целью повышения производительности, снижения уровня энергоемкости копание системой ковш + активная заслонка ведут с учетом того, что эффективность копания заслонкой повышается с понижением относительной скорости копания ковшом, где: а) в скреперах, агрегатируемых с базовым тягачом, имеющим гидромеханическую трансмиссию с широким спектром низких скоростей, наибольшую производительность достигают на скоростях копания ковшом в 1,6-2,5 км/ч, при скорости копания передней заслонкой в 1,5-1,2 раза превышающей скорость копания ковшом с временем циклов копания заслонкой 8,5-11,0 с с учетом того, что время полуцикла копания заслонкой под нагрузкой в 1,65 раза больше времени возврата заслонки из ковша, равного отношению площади поршневой полости гидроцилиндров привода заслонки к площади штоковой полости; б) в скреперах, агрегатируемых с тягачами, оснащенными механической трансмиссией и имеющих относительно высокие скорости на низших передачах, порядка 2,7-3,6 км/ч, на которых приходится вести копание, то с целью снижения мощности привода заслонки, скорости копания заслонкой принимают возможно минимальные, в 1,2-1,0 раза больше скорости копания ковшом с временем циклов копания заслонкой в 5,5-8,5 с, где приращение скорости копания заслонкой создается за счет снижения скорости копания ковшом в процессе копания на режимах с коэффициентом буксования 20-30% 12. С целью рационального использования мощности установленного двигателя, эффективного сочетания тяговой загрузки ковша и с помощью грунтонапорного действия копающей заслонки, баланс мощности рассчитывают с учетом передачи до 50% мощности на привод передней заслонки, где с целью снижения мощности на приводе заслонки ширину ковша по ширине резания ковшом и заслонкой снижают на 7-12% по отношению к обыкновенному ковшу с идентичной вместимостью, что достигается за счет удлинения ковша по пп. 2, 3.

13. При разработке тяжелых грунтов, даже разрыхленных, и при копании в непогоду, копание ведут как обычным способом с помощью толкача, где с целью снижения энергоемкости копания его ведут с периодическим включением заслонки для захвата призмы волочения и проталкивания грунта, собирающегося в передней части ковша, в его глубину.

На фиг. 1 представлен скрепер в положении копания, где I, II, III различные положения заслонки; на фиг. 2 система ковш + активная (передняя) заслонка, система управления ими с различными положениями гибкой связи на направляющей, где с₁ с₄ и с различные положения гибкой связи на направляющей, соответствующие им траектории движения заслонки а₁ а₄ а и b₁ b₄ b, где 45+/2 и 45-/2 углы наклона к горизонту плоскостей скольжения призмы выпирания, I, II, III, IV различные положения заслонки; на фиг. 3 кинематическая схема приводно-поворотной направляющей, где с положение гибкой связи на направляющей; на фиг. 4 кинематическая схема приводно-поворотной падающей стрелы (ПС) управления траекториями копания заслонкой, где I, II, III, IV различные положения заслонки, с₁ с₄ с различные уровни расположения крепления гибкой связи на "ПС", уровни траекторий копания заслонкой: a₁, a₂ a₄, a, b₁ b₄ b; на фиг. 5 кинематическая схема (вариант) управления траекториями копания заслонкой; на фиг. 6 продольный профиль очертания грунта в традиционном ковше с загрузкой тяговым способом, где 45- /2 угол наклона плоскости обрушения грунтовой массы к вертикальной плоскости; Т тяговое усилие толкача; Е_а активное давление; на фиг. 7 то же в ковше скрепера, где I, II различные положения передней заслонки, 45+ /2 и 45- /2 углы наклона объемлющих плоскостей скольжения призмы выпирания; на фиг. 8 очертание продольного профиля отложения грунта в ковше системы ковш + передняя заслонка (активная заслонка), где I, II положения заслонки, 45+ /2 и 45- /2 углы наклона всеобъемлющих плоскостей скольжения призмы выпирания, h_ш высота отложения грунта шапки; h_з высота заслонки; h_c толщина стружки, l_з глубина заслонки, l_дн глубина днища ковша; на фиг. 9 области напряжений сыпучей среды, возникающие при копании системой ковш + активная заслонка, где I, II, III области наименьших, средних (особых) и наибольших напряжений сыпучей среды, возникающих на крутонаклонной заслонке, I', II', III' тоже производных напряжений в сыпучей среде, возникающих на отпоре верхней части отвала задней стенки, где G₁, G₂, G₃и G₁'', G₂'', G₃''; E₁, E₂, E₃ и E₁'', E''₂, E₃'', R₁, R₂, R₃ и R₁'', R₂'', R₃'' соответственно массы основных и производных призм выпирания, разделенных плоскостями скольжения, пассивных сопротивлений, возникающих на границах плоскостей скольжения призм выпирания, реакций, возникающих на грунтовых основаниях основных и производных призм выпирания; на фиг. 10 осциллограмма возникающих штоковых усилий 2Р_ш^мна приводе заслонки при моделировании копания системой ковш + активная заслонка по фиг. 7; на фиг. 11 области напряжений сыпучей среды: наименьших I, средних (особых) II, наибольших III, возникающих на отвале передней заслонки в скрепере по способу копания, где G₁, G₂, G₃ грунтовая масса соответствующих призм выпирания и возникающие на разделяющих их плоскостях скольжения пассивные сопротивления Е₁, Е₂, Е₃- и реакции R₁, R₂, R₃, где P усилия на заслонке, угол внутреннего трения разрыхленного грунта, на фиг. 12 осциллограмма штоковых усилий 2Р_ш^м на приводе заслонки, l_к длина участка копания ковшом; на фиг. 13 графическое построение для определения пассивных сопротивлений Е, действующих в плоскостях скольжения призм выпирания, по фиг. 7; на фиг. 14 то же, по фиг. 8; на фиг. 15-17 осциллограммы тяговых Т и штоковых 2Р_ш^мусилий на приводах ковша и передней заслонки при копании на смоделированных песчаных грунтах с толщиной вырезаемой стружки ковшом модели в 30 мм, с предварительной загрузкой ковша грунтом тягой на ковше: а) на 20% б) на 40% в) на 60% где l_т длина участка копания тягой на ковше; S_ш то же, с учетом участка захвата заслонкой на завершающем цикле копания заслонкой; на фиг. 18-20 а, б, в, то, же при копании на смоделированных супесчаных грунтах с включенной в циклично-непрерывную работу заслонки при толщине вырезаемой стружки: а) 30 мм, б) 20 мм, в) 10 мм; на фиг. 21 динамика роста нормальной и касательной составляющих коэффициента _п пассивного сопротивления в зависимости от угла наклона отвала заслонки к вертикале, построенных для средних грунтов, суглинка с углом внутреннего трения =30^о, где I-I это положение, соответствующее значениям и для крутонаклонных стенок с углами наклона стенок к вертикале близких к 0, а II-II это положение соответствует значениям и для пологонаклонных стенок с углом наклона отвала к вертикале, равного или больше значения "переходного угла ^II значение которого при =30^о также равно 30^о; на фиг. 22 схема потерь разработанного грунта в боковые валики, где: а) потери грунта песчаного при копании ковш + активная заслонка на стружке толщиной 30 мм с предварительной загрузкой ковша модели собственной тягой на ковше до 20% вместимости ковша, б) то же, на 40% в) то же, на 60% на фиг. 23 то же, при разработке супесчаного грунта тяговыми а) усилием ковш + обыкновенная заслонка; б) то же, ковш + элеватор; в) ковш + шнеки; на фиг. 24 график зависимости время копания от К_н ковша: 1) ковш + активная заслонка, 2) ковш + обыкновенная заслонка, 3) ковш + шнеки; на фиг. 25 то же, рост тяговых усилий на движителе в зависимости от К_нковша грунтом; на фиг. 26 цикличные нарастания пассивных сопротивлений и им соответствующих тяговых усилий на приводе заслонки 2Р_ш, где I, II, III, IV, V различные положения заслонки и им соответствующие Е_п и 2Р_ш- по вертикали, I'', II'', III'', IV'' порядковый номер цикла, _{1 2 5} углы наклона отвала заслонки к горизонту, + углы наклона крутонаклонных отвалов и пологонаклонных соответственно, 45- /2 угол наклона пологонаклонной траектории копания заслонкой. L_зс полный ход заслонки, L_стр ход стрелы по шарнирному креплению на ней заслонки, 1/6 L_зс место положения пиковых значений Е_п и 2Р_ш относительно ножа-ковша.

В табл. 1 представлены сводные данные результатов моделирования копания ковш + акт. заслонка на песчаном грунте на стружке толщиной в 30 мм с временем циклов копания заслонкой в 3,5; 3,75; 4,0 с с предварительной загрузкой ковша на 20, 40, 60.

Приняты следующие условные обозначения: Т_ц время цикла копания заслонкой, с; V_ш^м скорость выдвижения штока привода заслонки в модели ковша, м/с; S длина хода штока, м; h глубина зарезания заслонки в массив, мм; G масса грунта в ковше модели, кг; Т тяговое усилие на ковше, кГс; 2Р_ш тяговое усилие на приводе заслонки, кГс; А суммарная работа усилий Т и 2Р_м, Дж/кг массы грунта в ковше; N^м мощность на приводе заслонки модели, л.с. N^н то же, для натуры, л.с. с М=1:6,82; загрузки ковша тяговым усилием.

В табл. 2 те же данные моделирования на супесчаном грунте с временем циклов копания заслонкой в 2,9 сек, 3,25, 3,6 при непрерывной циклической работе заслонкой на разных стружках копания по толщине 30 мм, 20 и 10 мм. Основные формулы моделирования следующие: 1. Масштаб: 6,82; 6,6 2. V^H= V^M ; N^н=N^мМ^3,5 N^M V^M= B табл. 3 соотношения скоростей копания заслонкой и ковшом модели (и для натурного образца); в табл. 4 сгруппированные штоковые усилия для модели и натурного образца по уровню и количеству опытов; в табл. 5 сгруппированные тяговые усилия от 1-4 копание на смоделированном песчаном грунте, от 5-9 на супесчаном грунте по количеству повторяемости в опытах и им соответствующие тяговые усилия для натурных образцов; в табл. 6 сравнительный в процентном отношении уровень энергоемкости копания песчаных грунтов ковш + активная заслонка модели при различных степенях (20% 40% 60%) предварительной загрузки ковша тягой его на стружке в 30 мм; в табл. 7 то же, Дж/кг м грунта в ковше; в табл. 8 сравнительный (Дж/кг м) уровень энергоемкости копания супесчаных грунтов при непрерывной работе заслонки на различных стружках 30, 20, 10 мм; в табл. 9 сравнительные технико-экономические показатели скреперов с различными загружателями: ковш + активная заслонка; ковш + обыкновенная заслонка + толкач; ковш + элеватор.

В теории подпорных стенок, в механике сыпучих тел различают крутонаклонные и пологонаклонные стенки с разделяющим их переходным углом ^II который зависит от углов внутреннего трения грунта и угла трения грунта по стенке. В крутонаклонны