Д. т. н., профессор НИЛОВ В.А.

аспирант ФЕДОРОВ Е.В.

Воронежский государственный архитектурно-строительный

университет, Россия

СКРЕПЕР С КОМБИНИРОВАННОЙ НОЖЕВОЙ СИСТЕМОЙ

В настоящее время наибольшее распространение имеет ступенчатая ножевая система [1] со средними выступающими ножами, имеющая постоянный угол резания α ≈ 30⁰…35⁰ (рис. 1). Такая ножевая система имеет наиболее простую и надежную конструкцию, обеспечивает достаточно хорошие планирующие качества, обладает высокой жесткостью и прочностью.

Однако ступенчатая ножевая система не обеспечивает необходимую в конце заполнения ковша толщину стружки и не позволяет изменять угол резания. В результате существенно затрудняется заполнение ковша в заключительной стадии копания и ухудшается заполнение передней части ковша. Достоинством ступенчатой ножевой системы являются ее высокие прочность и жесткость.

Научные исследования показали, что ширина резания существенно влияет на эффективность заполнения ковша скрепера, особенно на заключительной стадии копания. Установлено, что ковш скрепера с совковыми режущими органами (рис. 2) [2] существенно (на 20…25%) снижает сопротивление копанию (рис. 3). Однако при этом ухудшаются планирующие качества скрепера в отвале и ровность забоя (рис. 4). Для устранения этих недостатков необходимо применение дополнительных машин: бульдозера и скрепера со ступенчатой ножевой системой.

Кинематический анализ скрепера с совковым режущим органом показывает, что у него угол резания при заполнении ковша всегда на 2…3 градуса меньше, чем у ковша с традиционной ступенчатой ножевой системой, к тому же он не изменяется при копании с постоянной толщиной стружки, так как ширина разрабатываемого грунта меньше колеи задних колес ковша (рис. 4).

Рис. 1 – Ступенчатая ножевая система скрепера: 1 – центральные ножи; 2 – боковые ножи; 3 – плита подножевая; 4 – днище; 5 – стенка боковая; 6 – задняя стенка	Рис. 2 – Совковый режущий орган: 1 – днище ковша; 2 – сменный совковый орган; 3 – подножевая плита

Для улучшения планирующих качеств скреперов (при ширине резания меньше ширины ковша) разработаны и исследованы различные конструкции ножевых систем [3, 4]. Однако они не нашли практического применения, поскольку обеспечить надежное управление их элементами в условиях эксплуатации затруднительно, так как ножи непосредственно контактируют с грунтом, для размещения привода ножей отсутствует достаточное и удобное монтажное пространство, а поступательные направляющие ножей [4] в грунтовой среде просто неработоспособны.

Существенно уменьшить отмеченные недостатки можно, если конструктивно переместить установку совкового режущего органа с подножевой плиты ковша, на переднюю заслонку. В этом случае планировочные способности скрепера остаются на высоком уровне, ножевая система ковша остается прочной и жесткой, а залипание грунта в совковом режущем органе практически легко устраняется благодаря возможности «встряхивания» грунта при закрывании передней заслонки. Кроме того, появляется реальная возможность выполнять копание грунта в условиях не блокированного, а свободного резания, которое является менее энергоемким. Научные исследования по изучению заполнения ковша скрепера в условиях свободного резания практически отсутствуют.

Рис. 3 – Влияние ширины резания совковым режущим органом на сопротивление копанию [2]	Рис. 4 – След в забое при работе скрепера с совковым режущим органом

В Воронежском ГАСУ создан и проходит исследования скрепер с комбинированной ножевой системой [5], сочетающей в одном ковше две ножевые системы: стандартную с выступающими средними ножами и совковый режущий орган, который установлен на передней заслонке ковша (рис. 5). Такой ковш позволяет разрабатывать грунт как полной, так и уменьшенной шириной резания и сохраняет высокие планирующие качества, не свойственные совковому режущему органу, обеспечивая снижение энергоемкости копания при высоком качестве забоя и отвала.

Рис. 5 – Комбинированная ножевая система	Рис. 6 – Заполнение ковша при копании совковым режущим органом

После заполнения ковша грунтом в забое остается характерный узкий след (рис. 7). Для создания условий копания всей шириной ковша в режиме свободного резания (заполнение ковша без резания грунта боковыми подрезающими ножами, расположенными на боковых стенках ковша) необходимо сначала выполнить копание совковым режущим органом со смещением следа (рис. 8), а затем оставшийся массив грунта разрабатывать основным ковшом без участия его боковых стенок.

Рис. 7 – След после копания совковым режущим органом (1 проход)	Рис. 8 – След со смещением (2 проход)

Разработка грунта, оставшегося после двух проходов совкового режущего органа (рис. 7), выполнялась экспериментальным скрепером с использованием штатной ножевой системой со ступенчатыми ножами. При этом отмечено активное заполнение задней части ковша (рис. 9). Передняя часть ковша при свободном резании заполняется менее интенсивно, поэтому целесообразно завершение заполнения ковша выполнять совковым режущим органом без остановки процесса заполнения ковша. Окончательное заполнение ковша показано на рис. 10.

Рис. 9 – Заполнение задней части ковша при свободном резании	Рис. 10 – Окончательное заполнение ковша (3 проход)

Выводы

1. Создан и испытан в полевых условиях макетный образец скрепера с комбинированной ножевой системой, обеспечивающий копание, как уменьшенной шириной резания, так и полной.

2. Скрепер с комбинированной ножевой системой обеспечивает ровный забой и копание грунта в условиях наименее энергоемкого свободного резания.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дорожные машины. Часть 1. Машины для земляных работ. Изд. 3-е, переработ. и доп. М., «Машиностроение», 1972, с. 504.

2. Борисенков В.А., Кацин В.А. Исследование работы скрепера с совковым режущим органом // Транспортное строительство. – 1972. – № 12.

3. А.с. № 484287 СССР, МКИ³. Е02F 3/64. Ковш скрепера. Авт. изобр. Демиденко А.И., Бачинин В.П. № 1925702/22. Заявл. 06.06.73, Опубл. 15.09.75, Бюл. № 34.

4. А.с. № 939661 СССР, МКИ⁴ Е02F 3/64. Способ копания грунта ковшом скрепера и устройство для его осуществления. Авт. изобр. Ульянов Н.А., Барсуков И.А. № 2976957/29. Заявл.25.08.80; Опубл. 30.06.82. Бюл. № 24.

5. Пат. 2467129 Российской Федерации, МПК⁷ Е02F 3/64. Ковш скрепера / Нилов В.А., Летуновский К.П., Бударин Р.Э., Нилова В.И.; Заявитель и патентообладатель Воронежский государственный технический университет. № 2010102451/03; заявл. 25.01.2010; опубл. 27.07.2011, Бюл. № 21. 6 с.