Автоматизация процессов работы экскаваторов

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 9Следующая ⇒

Существенным средством повышения производительности одноковшовых экскаваторов является автоматизация процесса их управления (работы). Известно, что при производстве земляных работ одноковшовым экскаватором вследствие криволинейного движения ковша в зоне резанья грунта образуется профиль, обусловленный траекторией этого движения. Ручная доводка полученного профиля с целью выравнивания поверхности основания составляет 10…20% общего объема земляных работ и более 70% их трудоемкости. Для ликвидации ручной доводки профиля необходимо поддержание заданной зависимости между углами поворота стрелы и рукоятки, обеспечивающей прямолинейное перемещение ковша гидравлического экскаватора. Для этого используется следящее устройство, схема которого приведена на рис. 1.12.

Рис. 1.12. Схема рабочего оборудования экскаватора со следящим устройством

Рабочее оборудование экскаватора включает стрелу 8, рукоять 10, гидроцилиндр 12 поворота стрелы, гидроцилиндр 11 поворота рукояти, золотник 5, имеющий электромагниты управления 4, распределительные золотники 1 и 6, гидронасос 2 с предохранительным клапаном 3. Электромагниты управления 4 золотника 5 подключены к электрической системе, состоящей из источника питания 14, усилителя 7 и датчиков 9 и 13 углов поворота, установленных в шарнирной опоре стрелы и в шарнире крепления рукояти к стреле.

Следящая система работает следующим образом. При изменении угла наклона стрелы гидроцилиндром 12 с помощью золотника 1 происходит изменение сопротивления датчика 13 угла поворота, которое до включения было сбалансировано сопротивлением датчика 9 угла поворота. Рассогласование сопротивлений вызывает сигнал в виде электрического тока определенного направления, который через усилитель 7 подается на соответствующий электромагнит золотника 5, вызывая срабатывание гидроцилиндра 11, который изменяет угол между стрелой и рукоятью, что, в свою очередь, изменяет сопротивление датчика угла поворота 9. При работе с такой следящей системой ковш по отношению к рукояти не перемещают.

Вопросы, касающиеся технологии экскаваторных работ, в частности, проектирования схем забоев, приемов, обеспечивающих повышение производительности экскаваторов, изложены в методических указаниях /5/.

Скреперы (лабораторная работа №6)

Цель работы: ознакомление с назначением, классификацией, конструкцией, операциями технологического цикла, производством тяговых расчетов, путями повышения производительности работ, автоматизированными системами управления рабочим процессом скреперов.

Назначение

Скреперы предназначены для послойного копания грунтов в материковом залегании, их транспортирования и отсыпки с планированием слоями определенной толщины. Скреперы применяют для разработки талых грунтов I – IV категорий, в том числе с каменистыми включениями крупностью до 300 мм при емкости ковшей меньше 6 м³, и до 600 мм при емкости ковшей 6 м³ и более. При необходимости грунт предварительно разрыхляется. Скреперы применимы на горизонтах выше уровня грунтовых вод. В липких и переувлажненных грунтах работа скрепера малопроизводительна вследствие налипания грунта на днище и стенки ковша. На заболоченных грунтах они неработоспособны. В сухих и сыпучих песках скреперы загружаются в пределах 60…70% геометрической емкости. Прицепные скреперы к гусеничным тракторам, обладающие достаточно высокой проходимостью, способны работать в плохих дорожных условиях, однако, в связи с низкими транспортными скоростями этих машин (не более 10…15 км/ч) экономически целесообразная дальность перемещения грунта находится в диапазоне не превышающем 500…800 метров. Самоходные скреперы характеризуются более высокими мобильностью, маневренностью, транспортными скоростями (до 50 км/ч) и производительностью в 1, 5…2, 5 раза выше, чем у прицепных машин той же вместимости. Они эффективны при дальности транспортирования грунта до 5000 метров.

Классификация

Скреперы классифицируют:

по способу агрегатированияс тяговыми средствами – прицепные, предназначенные для тракторной тяги, (используют промышленные тракторы), полуприцепные – сочетание одноосного тягача и скреперного полуприцепа (они отличаются высокой маневренностью и рабочей скоростью), самоходные – постоянно скомпонованные машинные агрегаты, состоящие из одноосного тягача и скреперного устройства, которое у тяжелых самоходных скреперов имеет самостоятельный привод на ходовые колеса;

по вместимости ковша – машины малой (до 5 м³), средней (5…15м³) и большой (свыше 15 м³) вместимости;

по способу загрузки ковша – с загрузкой движущим усилием, когда срезание грунта осуществляется ножами скрепера, с принудительной (активной) загрузкой с помощью скребкового элеватора 14 (рис. 2.2, г) или иного аналогичного устройства, подающего грунт в заднюю часть ковша. Скреперы второго типа несколько тяжелее обычных (на 17…20%) и имеют меньшую транспортную скорость, но при этом во время загрузки работают без толкачей;

Рис. 2.1. Схема разгрузки ковшей скреперов: а – свободная передняя; б – то же, задняя; в – полупринудительная передняя; г – то же, донная; д - принудительная

по способу разгрузки ковша –со свободной (самосвальной) разгрузкой вперед или назад, с полупринудительной разгрузкой, передней или донной, с принудительной разгрузкой ковша в сторону выгрузки (рис 2.1). Свободную (самосвальную) разгрузку опрокидыванием ковша вперед при открытой заслонке применяют на прицепных скреперах с ковшами малой вместимости (до 5 м³). На прицепных одноосных скреперах средней вместимости, работающих на отсыпке насыпей «с головы», а также на обратной засыпке ям, траншей применяют свободную разгрузку с опрокидыванием ковша назад. В этом случае ковш дополнительно оборудуют задней заслонкой. Недостатком этих схем является неполная разгрузка ковшей из-за налипания грунта на их внутренние поверхности, в связи с чем уменьшается геометрическая вместимость ковшей и, как следствие, снижается производительность скреперов. На машинах с канатным управлением применяют полупринудительную разгрузку, осуществляемую поворотом днища и задней стенки ковша, выполненных как одно целое, при неподвижных боковых стенках. Эти схемы обеспечивают лучшее опорожнение ковшей за счет частичного соскребания поворачивающимся днищем налипшего на боковые стенки грунта. Современные скреперы оборудуют устройствами для принудительной разгрузки путем вытеснения грунта из ковша перемещающейся вперед с помощью гидроцилиндров задней стенкой. В конце рабочего хода задняя стенка своими кромками полностью очищает боковые стенки и днище ковша от налипшего грунта;

по способу управления – с канатно-блочным (механическим), гидравлическим и электрогидравлическим управлением. Выпускаемые в настоящее время скреперы имеют гидравлическую или электрогидравлическую систему управления рабочим органом, которая обеспечивает принудительное опускание, подъем и разгрузку ковша, изменение глубины резания, подъем и опускание передней заслонки ковша с помощью гидроцилиндров двойного действия. Принудительное заглубление ножей ковша в грунт позволяет довольно точно регулировать толщину срезаемой стружки, сокращать время набора грунта и эффективно разрабатывать плотные грунты.

Скреперы с канатным управлением практически вытеснены более эффективными машинами с гидравлическим приводом.

Конструкция

У скреперов с загрузкой движущим усилием рабочим органом является ковш. Скрепер состоит из одноосного тягача 12 и собственно скрепера, соединенных седельно-сцепным устройством 11.

Ковш скрепера 4 имеет боковые стенки из стальных листов, усиленных штампованными накладками. В передней части к выступающим боковым стенкам ковша приварены проушины для шарнирного крепления штоков двух гидроцилиндров подъема ковша 9. Днище ковша снизу усилено накладками. К его передней части приварены подножевые плиты, на которых укреплены ножи 1 прямой, ступенчатой или полукруглой формы, средний нож выдвинут вперед для облегчения резания грунта.

Задняя стенка 7 состоит из щита и толкателя, предназначенного для присоединения штоков гидроцилиндров выдвижения задней стенки. Снизу стенка поддерживается двумя опорными роликами, перекатывающимися по днищу ковша. Принудительная выгрузка грунта, производимая выдвижением задней стенки гидроцилиндрами 3, допускает работу скрепера в грунтах с повышенной влажностью и вязкостью.

Заслонка 8 при помощи рычагов шарнирно прикрепляется к боковым стенкам ковша. К средней части рычагов приварены кронштейны для присоединения штоков гидроцилиндров 5 заслонки. Буфер 6 предназначен для работы с трактором – толкачом.

Тяговая рама скрепера 2 представляет собой П-образную раму, к средней части которой приварен хобот 10 коробчатого сечения. Хобот спереди оканчивается литой головкой с проушинами для соединения скрепера с тягачом.

Конструкция сцепного устройства обеспечивает свободные взаимные повороты скрепера и тягача на кривых, уклонах и неровностях местности. Соединение с тягачом может осуществляться через тележку 13.

У тяжелых самоходных скреперов установлен второй дополнительный двигатель для привода задних колес через гидромеханическую трансмиссию, что позволяет выполнить все колеса машины ведущими. Управление дополнительным двигателем и гидромеханической трансмиссией синхронизировано с управлением тягачом и ведется из кабины машиниста. Одновременную работу обоих двигателей используют при заполнении ковша и транспортировании грунта к месту разгрузки; при выгрузке ковша и обратном ходе используется один двигатель тягача. У таких машин полный вес конструкции и грунта используется в качестве активного сцепного веса, что повышает проходимость агрегата.

Рис. 2.2. Конструкция скреперов: а – самоходный скрепер; б…д – схемы соединения с тягачом; е – скрепер с принудительной загрузкой ковша скребковым элеватором

Рабочий цикл скрепера состоит из следующих последовательно выполняемых операций: резание грунта и наполнение ковша, транспортирование грунта в ковше к месту укладки, выгрузка и укладка грунта, обратный (холостой) ход машины в забой. При наборе грунта (рис. 2.3, а) ножи опущенного на грунт ковша 2 срезают слой грунта толщиной h, который поступает в ковш противодавлением находящегося перед ножами несрезанного слоя грунта при поднятой подвижной заслонке 3. Наполненный грунтом ковш на ходу поднимается в транспортное положение (рис. 2.3, б), а заслонкаопускается, препятствуя высыпанию грунта из ковша. При разгрузке ковша (рис. 2.3, в), заслонка поднята, а грунт вытесняется принудительно из приспущенного ковша выдвигаемой вперед задней стенкой 5, причем регулируемый зазор между режущей кромкой ковша и поверхностью земли определяет толщину с укладываемого грунта 4, который разравнивается (планируется) ножами ковша и частично уплотняется колесами скрепера. При холостом ходе порожний ковш поднят в транспортное положение, а заслонка опущена. Для увеличения тягового усилия скрепера при наполнении ковша в плотных грунтах обычно используют бульдозер-толкач 1 (см. рис. 2.3, а). При наполнении ковша скорость движения скреперов составляет 2…4 км/ч, при транспортном передвижении – 0, 5…0, 8 максимальной скорости трактора или тягача.

Увеличению производительности скреперов способствует объединение их для работы в сцепы по 2…3 машины (рис. 2.4), управляемые одним водителем.

Рис. 2.3. Операции рабочего цикла самоходного скрепера

Рис. 2.4. Скреперные поезда: а – двухковшовый; б – трехковшовый

2.4. Автоматизация планировочных работ

С целью облегчения труда машинистов, отечественная промышленность выпускает автоматизированные системы управления рабочим процессом скреперов «Стабилоплан-10» и «Копир-Стабилоплан-10».

Аппаратура «Стабилоплан-10» предназначена для автоматического и дистанционного управления положением режущей кромки ковша скрепера по высоте. В состав аппаратуры «Стабилоплан-10» (рис. 2.5) входят: датчик углового положения ДКБ 1, пульт управления 2, блок управления 3, исполнительное устройство – гидрозолотник 4. Питание осуществляется от аккумулятора 5.

Рис. 2.5. Установка аппаратуры системы «Стабилоплан-10»

Функциональная и электрическая схемы системы «Стабилоплан-10» идентичны функциональной и электрической схемам системы «Автоплан-10».

Рис. 2.6. Установка аппаратуры системы «Копир-Стабилоплан-10»: 1 – датчик частоты вращения ТГ; 2 – исполнительные механизмы (электрозолотники); 3 – блок перегрузки двигателя; 4 – пульт управления; 5 – механизм перемещения; 6 – фотоприемное устройство; 7 – датчик управления задней стенкой КВД; 8 – датчик углового положения ДКБ; 9 – лазерный излучатель; 10 – аккумулятор питания лазерного излучателя

Анализ эксплуатации прицепных скреперов на планировочных работах показал, что при планировке земляной поверхности под заданную отметку, скреперист должен управлять высотным положением ковша, перемещением задней стенки при подсыпке и загрузке, выглублением ковша при перегрузке двигателя тягача. С целью автоматизации процессов всех этих работ создана система автоматического управления скреперами «Копир-Стабилоплан-10» (рис. 2.6). Автоматическая стабилизация положения режущей кромки ковша скрепера обеспечивается либо автономной системой управления, чувствительным элементом которой является датчик углового положения ДКБ, либо копирной системой, в которой в качестве опорной (задающей) плоскости используется луч лазера, а в качестве чувствительного элемента – фотоприемное устройство (ФПУ).

В этом случае датчик углового положения ДКБ устанавливается на буфере ковша скрепера и преобразует угловое перемещение корпуса датчика относительно вертикали в электрический сигнал.

Одновременно с процессом стабилизации режущей кромки обеспечивается защита двигателя от перегрузки; чувствительным элементом системы защиты является датчик частоты вращения ТГ.

Автоматическая подсыпка осуществляется принудительно выталкиванием грунта задней стенкой при передвижении скрепера под уклон и на выемках. Датчики управления задней стенкой КВД устанавливаются на ковше скрепера и представляют собой бесконтактные выключатели.

Фотоприемное устройство ФПУ устанавливается на ковше скрепера и представляет собой прибор, контролирующий положение режущей кромки ковша скрепера относительно лазерной направляющей.

Пульты управления и блок защиты двигателя от перегрузок устанавливаются в кабине трактора и служат для дистанционного управления и преобразования сигналов датчиков ДКБ, ФПУ, ТГ и КВД в команды управления электромагнитами золотников. Гидрозолотники с электрическим управлением устанавливаются на тракторе и служат для управления гидроцилиндром ковша скрепера при работе в автоматическом режиме.

Установка глубины резания производится дистанционно из кабины трактора задатчиком, расположенным на пульте управления.

Система «Копир-Стабилоплан-10» - автономно-копирная, состоит из двух частей: автономной (бортовой) аппаратуры автоматики и копирно-лазерного устройства.

Автономная система включает в себя системы угловой стабилизации ковша скрепера и выглубления ковша при перегрузках двигателя трактора-тягача (эти системы аналогичны системам угловой стабилизации и выглубления отвала бульдозера) и систему управления выгрузкой грунта из ковша задней стенкой.

Копирно-лазерное устройство и его работа подробно описаны в /1/.

Схемы движения скреперов

Производительность скреперных работ, их стоимость и качество во многом определяются выбранными схемами движения. При выборе в проекте производства работ схем движения скреперов учитываются следующие основные требования:

- путь движения скреперов должен быть кратчайшим и с наименьшим числом крутых поворотов;

- левые и правые повороты желательно чередовать, что способствует равномерному износу ходовых частей скрепера;

- фронт работы в выемке и на насыпи должен быть достаточным для полной загрузки и последующей разгрузки скрепера;

- должны быть максимально снижены подъемы в грузовом и порожнем направлениях.

Многолетней практикой установлены следующие рациональные схемы движения скреперов: эллиптическая, спиральная, по «восьмёрке», по зигзагу, челночно-поперечная и челночно-продольная.

Эллиптическая схема (рис. 2.7) является наиболее простой. Она применима во всех случаях возведения насыпей из односторонних или двухсторонних резервов, а так же при устройстве выемок с укладкой грунта в дамбы, насыпи или кавальеры и при планировочных работах в промышленном и гражданском строительстве. Особенно целесообразна данная схема, когда при поперечном перемещении грунта рабочие отметки незначительны, и устройства выездов или съездов не требуются, а так же при продольной возке грунта из выемки в смежную насыпь.

Рис. 2.7. Эллиптическая схема движения

Спиральная схема (рис. 2.8) – разновидность эллиптической, применима при возведении широких насыпей из двухсторонних резервов или широких выемок глубиной до 2, 5 м, так как выполняется без устройства выездов и съездов. Спиральная схема по сравнению с эллиптической увеличивает производительность, так как при отсыпке грунта перпендикулярно к оси возводимого сооружения сокращается дальность его транспортирования.

Рис. 2.8. Спиральная схема движения

Схема движения по «восьмёрке» (рис. 2.9) применима при тех же условиях, что и эллиптическая. В данной схеме левые и правые повороты чередуются, что позволяет получить равномерный износ ходовых частей скрепера и вдвое сократить время на повороты. Производительность скреперов при движении по «восьмёрке» на 3…5% выше, чем при движении по эллипсу.

Рис. 2.9. Схема движения по «восьмерке»

Схему движения скрепера по зигзагу (рис. 2.10) применяют при возведении насыпей высотой до 6 м из резервов при длине захватки 200 м и более. При работе скрепера по этой схеме уменьшается число поворотов и дальность возки грунта, вследствие чего производительность скрепера возрастает до 15% по сравнению с эллиптической схемой движения.

Рис. 2.10. Схема движения по зигзагу

Челночно-поперечная схема (рис. 2.11) применяется при возведении насыпей и дамб высотой менее 1, 5 м при работе из двухсторонних резервов, или при устройстве выемок глубиной до 1, 5 м с укладкой грунта в кавальеры. Движение скреперов при челночно-поперечной схеме аналогично эллиптической схеме. Набор грунта производится перпендикулярно к оси выемки или резерва, ширина которых должна обеспечивать заполнение ковша скрепера. По сравнению с эллиптической схемой производительность скрепера при данной схеме движения возрастает на 20…25 %.

Рис. 2.11. Челночно-поперечная схема движения

Челночно-продольная схема движения скреперов (рис. 2.12) применяется при возведении насыпей высотой до 5…6 м с заложением откосов не круче 1: 2, с транспортировкой грунта из двухсторонних резервов. При движении по этой схеме холостой пробег скрепера сокращается до минимума.

Рис. 2.12. Челночно-продольная схема движения

При вертикальной планировке площадей применяют эллиптическую, спиральную и челночно-поперечную схемы движения скреперов.

Сведения, касающиеся выбора рациональных схем резания грунта при работе скрепера и производства тяговых расчетов, подробно изложены в методических указаниях /5/.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 Следующая ⇒