Факултет инжењерских наука

Семинарски рад

Предмет:Погонски и мобилни системи

Тема:Скрепери

Студент: Професор:

Лука Лопатић 99/2010

Универзитет у Крагујевцу, 2015 година.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1.УВОД

Рад на градилишту или експлоатацији материјала из површинских и подземних копова је, данас, готово незамислив без машина. Посматрано уже, везано за грађевинарство, примена грађевинских машина је један од најбитнијих фактора за реализацију било ког инвестиционог пројекта. Да би грађевинарство бележило стални напредак, неопходан је бржи развој и усавршавање радних карактеристика машина (брзина кретања, величина радних органа, маневарске способности)

Скрепер је машина за копање и транспорт откопаног материјала, која се креће сопственим погоном или је вучена тегљачем, намењена је за слојевито резање тла, његов транспорт и истовар. Примењује се за равнање (планирање) терена, израду усека и ровова, ископа и насипа за путеве, насипа за канале, бране и многе друге радове у грађевинарству.

На површинским откопима скреперима поред набројаних помоћних радова може да се врши откопавање рудне супстанце, откопавање и помоћни радови на чишћењу кровине слоја од јаловине, откопавање јалових прослојака при селективној технологији рада итд.

Скрепери се препоручују за радове у меком и средње чврстом материјалу који не садржи комаде камена веће од 300 мм односно 600 мм, зависно од запремине скреперског коша и за транспорт материјала по безпутном терену на растојању од 0,15 до 5 км.

Слика 1. Скрепер произвођача CAT модел 631G

2.ПОДЕЛА СКРЕПЕРА И ПРИНЦИП РАДА

Скрепери који се данас производе, могу бити сврстани у три основне групе:

прикључни, полуприкључни и самоходни.

Прикључни двоосовински скрепери са геометријском запремином коша од 0,75 – 45 м3 и већом, обично су вучени тракторима гусаничарима снаге од 11 – 290 кW, а примењују се за радове на терену са променљивим рељефом при транспорту материјала по беспутном терену на растојања од 0,3 – 0,7 км, која могу бити у неким случајевима већа и за 50%. Ако су услови рељефа добри и ако је могуће кретање скрепера по путу, онда ови прикључни скрепери могу бити вучени двоосовинским брзоходним тегљачима на пнеуматицима снаге 50 до 600 кW. На овај начин је могуће повећати растојање превоза за скоро 7 пута у односу на претходно споменуто.

Слика 2.Модел прикључног скрепера

Полуприкључни скрепери се такође израђују са геометријском запремином коша од 0,75 до 45 м3 и већом. Код запремине коша од 0,75-6 м3 најчешће су вучени тракторима гусеничарима снаге од 11 – 60 кW, а употребљавају се за експлоатационе радове мањег обима при којима услови транспорта захтевају веће маневарске радове и при сложеним рељиефним условима. Код добрих услова рељефа и путева, употребљавају се полуприкључни скрепери са запремином коша од 4,5 до 45 м3 , а вучени су тегљачима на пнеуматицима.

Самоходни скрепер је у ствари скрепер са уграђеним мотором, који је обично постављен на задњем делу машине. Понекад се уместо предње погонске осовине скрепера примењује једноосовински тегљач. Ови скрепери при истој укупној сили тежине имају већу атхезиону тежину од прикључних и полуприкључних скрепера и већу снагу, маневарску способност и брзину кретања.

У просеку највећа брзина трактора односно тегљача са гусеницама износи 9-11 км/ч, двоосовинских тегљача са пнеуматицима 35 – 45 км/ч, двоосовинских тегљача са седлом 70 – 80 км/ч, а једноосовинских тегљача 45 – 60 км/ч. Максимални успон који може да савлада натоварен полуприкључни скрепер вучен тегљачем точкашем у првој брзини износи од 30 – 35%. Полуприкључни скрепери са једноосовинским тегљачем су данас машине са највећим маневарским способностима, а уједно и најбрже. Највећи им је недостатак што се само 52 – 55% од укупне силе тежине натоварене машине предаје на погонску осовину тегљача. Ово у знатној мери снижава вучну могућност машине те условљава (обично при пуњењу скрепера) примену машине гурача, у које сврхе се може употребити двоосовински тегљач или трактор гусеничар са специјалним одбојником или булдожерским плугом. Још мање се искоришћава вучна сила двоосовинских тегљача точкаша, код којих се на погонску осовину предате само 37 – 38% од силе тежине напуњене машине.

Принцип рада скрепера

Процес свога рада скрепер обавља на следећи начин: На месту утовара, скрепериста укључује тегИјач у прву брзину, спушта кош и подиже заслон. Кош се ножем урезује у тло под дејством сопствене силе тежине и вучне силе тегљача и на тај начин се пуни материјалом. За време ове операције скрепериста контролише пуњење коша и регулише дебљину реза у зависности од оптерећења мотора. Обично се кош брзо урезује на максималну дубину, а затим се постепено подиже. Дужина пута за пуњење коша обично износи од 8 до 35 м.

При изласку резног дела коша из тла скрепериста затвара заслон, укључује машину у другу или трећу брзину и усмерава је ка месту истовара материјала. Код већине скрепера истовар се врши у кретању, при чему се материјал истреса напред између задњих точкова скрепера. Зависно од запремине скрепера дебљина слоја који се истреса износи 0,20 – 0,60 м, а регулише се подизањем или спуштањем коша. Дужина пута за истовар износи обично од 15 - 40м.

За време истовара отпор на кретање се повећава, а део снаге мотора се троши на управљање кошом, те стога скрепериста укључује тегљач у прву или другу брзину. По завршеном празњењу, кош скрепера се подиже у положај за транспорт, заслон се спушта и скрепер се упућује ка месту утовара. На описани начин рад скрепера тече непрекидно. Скрепери са задњим истоваром у неким случајевима се при истовару заустављају.

3.ОСНОВНИ СКЛОПОВИ И ПОДСКЛОПОВИ

Основни делови скрепера су:

• тегљач• носач коша• кош са механизмом кретања• механизам управљања кретањем коша и његовим деловима

Слика 3. Шема самоходног скрепера: 1-тегљач; 2-погонски точак; 3-прикључни уређај; 4- хидраулични цилиндар за окретање; 5-хидраулични цилиндар за подизање коша; 6-уљни проводник; 7-вучни рам 8-заслон; 9-кош и задњи рам; 10-задњи зид кош; 11-задњи точак; 12- одбојник.

Слика 4. Шема прикључног двоосовинског скрепера са хидрауличним управљачем: 1-прикључак; 2-предњи точак; 3-вучни рам; 4-хидраулични цилиндар за подизање и спуштање коша; 5-заслон; 6-кош; 7-хидраулични цилиндар за управљање заслоном; 8-покретни задњи зид; 9-хидраулични цилиндар за управљање задњим зидом; 10-задњи точак; 11-буфер; 12-дно коша; 13-нож; 14-универзални шарнир

3.1.Тегљачи

Код савремених самоходних скрепера употребљава се једноосни или двоосни тегљач са пнеуматским точковима. Трактор са гусеницама се користи код вучених скрепера. Погонски механизам је дизел мотор или дизел електрични агрегат једносмерне струје.

Код скрапера већих запремина уграђује се мотор иза коша, између задњих точкова, који гони задње точкове по потреби (за време ископа). Успела решења су и са задњим мототочковима (у точкове се уграђује електромотор или хидромотор).

Код највећих скрепера јачина мотора се креће до 2 x 500 = 1000 кW који омогућавају савлађивање успона и до 50%. Максимална брзина кретања скрепера је до 70 км/ч.

3.2.Носач коша

Носач коша служи за преношење оптерећења од коша на тегљач и за ношење хидроцилиндара дизања коша. Криволинијски облик носача у вертикалној равни и сферна зглобна веза (два цилиндрина зглоба под углом од 90°) омогућавају велику стабилност и маневарску способност скрепера. Заокрет скрепера може да се оствари закретањем тегљача у односу на осу скрепера за 90°.

Носач коша се израђује као танкозиони кутијаст носач у облику виљушке са два зуба, која опасују кош скрепера и са њиме се везују помоћу цилиндричног зглоба са граничником акцијалног кретања. Управљање са кретањем тегљача изводи се помоћу сервомеханизма, са два косо ексцентрично постављања хидроцилиндра у односу на обртну тачку (седло).

Вертикални цилиндрични зглоб седла омогућава окретање скрепера, а хоризонтални стабилни положај на неравном терену, јер је то оса обртања предњег моста.

3.3.Кош скрепера

Скреперски кош је врло сложен радни орган у односу на његову функцију, јер је врло тешко одредити најпогодније и најефикасније услове за истовремено резање односно одваљивање од масива и пуњење коша.

Кош скрепера израђује се са запремином од: 4, 6, 8, 10, 15, 25… м3. У односу на конструктивно решење кош може бити самоносећи, или се уграђује у рамни носач. Код самоносећих, стране коша се израђују у облику кутије са ребрима. Са предње стране кош се затвара заслоном (поклопцем) или елеватором.

Ширина коша се бира таква да одговара размаку између задњих точкова где се овај кош поставља. Стога је:

B = KT −BT − 2ΔB

KT-ширина између точкова скрепера , односно тегљача.

BT-ширина пнеуматика скрепера

ΔB- зазор између унутрашње стране гуме и бочне стране коша скрепера.

Поред овога, ширина коша по правилу треба да буде таква да габарити скрепера одговарају железничким условима ради могућности превоза без претходне демонтаже машине.

При заданој запремини коша треба бирати максимално могућу ширину коша, јер што је већа ширина коша, тим је већа ширина и резног ножа, а тиме је мањи специфични отпор тла на резање (Кр) и висина коша H. При минималној висини H, знатно се смањују губици у радном процесу при пуњењу коша, односно могуће је смањити укупни утрошак енергије у радном процесу.

Висина коша скрепера треба да је минимално могућа, јер отпори на пуњење по висини коша расту по степенованој зависности чији је показатељ већи од јединице.Висина коша може се одредити и релацијом:

H = ( 0.4 − 0.6) B

Како се кош скрепера бира према одређеној вучној сили машине, то треба његову висину одредити тако да укупан отпор при раду коша не прелази одређену вучну силу која доводи кош у кретање.

Дужина коша се бира на бази већ познате ширине и висине коша, као и на бази задане запремине. При избору дубине треба имати у виду да се са њеним повећањем повећавају и отпори на пуњење коша као и колска основа скрепера, што узрокује повећање масе машине.

Анализом савремених конструкција скрепера утврђено је да однос дужине коша L и висине H се креће од 0,8 до 1,0 и да је при томе однос близи јединици што је запремина коша већа.

Кош скрепера у попречном пресеку по правилу има правоугаони облик, а састоји се из дна, бочних и задње стране. Дно коша је изложено брзом хабању и динамичким

напрезањима особито у моменту спуштања. Ради тога се његов доњи део специјално ојачава.

Резни део коша треба да поседује минимално дозвољени угао резања. Задњи угао не треба да буде мањи од 10°, а угао резања - не већи од 30°. Резна ивица треба да је оштра, јер јер је утицај равни хабања и тупљења ножа на рад скрепера веома велики.

Глатки нож са праволинијском ивицом је нерационалан са гледишта утрошка енергије и степена пуњења коша скрепера; примењује се само за радове на планирању. Ножеви са испупченим средњим делом у поређењу са глатким, смањују утрошак енерје се при резању, омогућују већу дебљину резања у средњем делу коша, што побољшава услове за пролаз реза кроз материјал у кошу и позитивно утиче на његово пуњење. Уграђивање зуба отежава промицање одреска у кош, мада снижава утрошак енергије при резању. Ипак, препоручљива је примена зуба код скрепера са елеваторским утоваром, када се не показује негативни утицај уситњавања тла зубима, јер се истовремено повећава брзина утовара коша и смањује утрошак енергије при резању.

Заслон за кош скрепера се израђује као самоотварајући и са диригованим отварањем помоћу система за управљање. При раду скреперског коша са самоотварајућим заслоном, испред коша се образује вучна призма од материјала која се гура заслоном. Услед овога настаје сила отпора P.

Слика 5. Заслон

Профил заслона и тачка причвршћивања шарнирне везе заслона се бирају такви да се заслон може подизати под дејством силе P. Величина силе P зависи од профила заслона, величине вучне призме и физичко-механичких својстава материјала.

У последње време се израђују само скрепери са заслонима чије отварање се диригује помоћу система за управљање. Профил и тачка учвршћења ове врсте заслона се бирају тако, да заслон за све време тежи да се спусти-затвори под дејством сопствене силе тежине и под дејством момента силе P. Кретање ове врсте заслона се врши помоћу система за управљање.

Код највише у пракси примењиваних скреперских коша, тзв. коша грабилица (Greiferkubel SchHrfwagen), зазор између краја заслона и резне ивице коша износи 0,5 - 0,7м. Код оваквих скреперских коша заслони обично могу да приме 25 - 30% од укупне запремине коша и имају различите облике. Највише су у примени заслони са предњим вертикалним зидом и косим доњим зидом (обично под углом од 30°).

Пражњење скреперског коша примењују се углавном три основна начина за истовар скреперског коша: слободни, полупринудни и принудни.

Слика 6. Шеме основних типова скреперских коша: а) грабилица; б) са принудним истоваром подизањем задњег зида; в) са полупринудним истоваром преко ножа - окретањем дна; г) са принудним истоваром кроз дно; д) телескопски са принудним истоваром подизањем задњег зида; ђ) са истресањем уназад

При слободном начину пражњења материјал се може празнити напред или назад (а и ђ). Због тога се кош скрепера окреће око тачке, која лежи близу тежишта коша напуњеног материјалом. Овај систем је врло прост и не захтева допунске уређаје. Погодан је само за рад у слабо везаном и материгалу који није лепљив. Овај систем не обезбеђује довољно тачно регулисане дебљине слоја истоварног материјала из коша скрепера. Због наведеног, кош са слободним истоваром примењује се за скрепере мале запремине, који се употребљавају за помоћне радове.

При полупринудном начину, материјал се празни окретањем дна или задње стране заједно са дном у односу на бочне стране и делимично изгурава. Недостатак овог начина истовара скреперског коша је непотпуно пражњење нарочито ако су у путању лепљиви и влажни материјали.

При принудном начину пражњења, материјал се избацује испред задњег зида који се издизе, и хоризонтално помиче на точкићима који се крећу по вођицама. Ово је најпоузданији начин и један од најраспрострањенијих, који обезбеђује потпуни истовар било каквих материјала из коша.

Испитивања су показала да отпор на пуњење скреперског коша материјалом чини скоро 40% од укупних отпора који се јављају при раду скрепера. У сврху да се скрепер учини ефикаснијим, мобилнијим и рационалнијим уведено је пуњење скреперског коша помоћу трачног транспортера односно боље речено грабуљара. Скрепер опремљен грабуљаром је веће дужине од обичног. При прорачуну оваквог скрепера важно је познавати поред параметара који се одређују за обичне скрепере, величину угла под којим треба поставити грабуљар, снагу за његов погон и његов капацитет.

4.ТЕХНИЧКЕ И ЕКСПЛОАТАЦИОНЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ СКРЕПЕРА

Габаритне димензије:

Слика 7.Габаритне димензије скрепера

4.1.Капацитет скрепера

Капацитет скрепера може да се одреди помоћу следећег обрасца:

Где је:

Vs - геометријска запремина коша скрепера; Kp - коефицијент пуњања коша скрепера материјалом (обично у релацијама

Kp=0.6÷1.25, зависно од физичко-механичких својстава и састава тла и

квалификованости возача скрепера). Вредност за овај коефицијент се може узети из табеле;

Kv - коефиц. искоришћења скрепера по времену (обично Kv = 0.85 ÷ 0.90 ); Kr - коефиц. растреситости материјаиа у кошу скрепера (обично Kr =1.10 ÷1.40 ); Тc - време трајања радног циклуса у секундама.

Где је:

l1,l2,l3,l4 – дужине пута: за пуњење коша скрепра, транспорт материјала, истовара скрепра и повратак презног скрепера на почетни положај,

v1,v2,v3,v4 - брзине кретања скрепера, које одговарају пуњенгу коша, транспорту, истовару и повратку празног скрепера;

tpr- време потребно за промену брзина (tpr=3s); n - број промена брзина; tpov- време потребно за окретање скрепера ( tpov = 15 ÷ 30 ).

Дужина пута за пуњење коша скрепера може да се одреди помоћу:

1,4 - коефицијент којим се узима у обзир неравномерност дебљине реза; ktr - коефицијент којим се узимају у обзир губици материјала при његовом уласку у

кош скрепера; F0 - пројекција равни реза тла на раван вертикалну на правац кретања скрепера: F0 =hr ⋅ Bs где је: hr - дубина реза; Bs- ширина ножа скрепера, једнака је по правилу ширини коша скрепера.

Дужина пута пражњења коша скрепера приближно може да се одреди по обрасцу:

где је:

hpr - дебљина односно висина слоја материјала при пражњењу из коша скрепера.

Вредности за γ m ,Kr, Kp дате су у следеђој табели:

Табела 1.

Да би се тзв. инсталисани капацитет скрепера што боље користио, односно да би био што већи, неопходно је повећати коефицијент пуњења коша и смањити време трајања радног циклуса. Применом трактора гурача (трактор који гурањем помаже утовар скрепера) могуће је повећати пуњење коша за 10 – 15% и скратити за 20 - 40% пут при пуњењу и пуњење коша. Полуприкључни скрепери, вучени једноосовинским тегљачима пуне се најефикасније само уз помоћ трактора гурача. Зависно од дебљине на коју се транспортује материјал један трактор гурач може да опслужује 3-7 скрепера.

У циљу постизања што већег капацитета и проходности полуприкључних скрепера које вуку једноосовински тегљачи, разрађена су нова конструктивна решења. Поред повећања запремине коша скрепера, која достиже већ данас у пракси 46м3 , све већу примену имају скрепери са два мотора.

Код таквих скрепера, поред мотора на двоосовинском тегљачу, постављен је још и специјални мотор на задњој осовини са трансмисијом за погон точкова, који се ставља у погон при пуњењу скрепера материјалом. На тај начин се у знатној мери повећава вучна сила скрепера, јер задњи точкови постају погонски. Скрепере са два мотора серијски израђују фирме"Caterpillar Tractor Co", "Allis-Chalmers", "Enchid" и др.

Даљи развој полуприкључних скрепера је и појава скрепера са два коша код којих су сви точкови по правилу погонски. Удвојени скрепери са шест и осам погонских точкова имају хидраулични или електрични систем управљања и принудни начин празњења скреперског коша.

Примена механичког преноса за погон задњих точкова знатно утиче на сложеност конструкције скрепера. Због тога се у све већој мери примењује дизел-електрични погон или дизел-хидраулични погон са високомоментним хидромоторима на сваком точку. Погон точкова по систему "мотор-точак" или "хидромотор-точак" омогућује да се учини, без измене конструкције основне машине - тегљача, сваки точак прикључне машине погонским и да се искористи у пуној мери тежина машине за повећање вучне силе при резању материјала и при тешким путним условима.

Фирма "Le Tourneau" (llionis - САД) је пустила у експлоатацију серију удвојених скрепера носивости до 240 т и укупне запремине коша 109 м3 .

Интересантни су такође самоходни скрепери са три точка са дизел-електричним погоном и запремином скреперског коша до 42м3 .

Тенденције за смањење утрошка енергије потребне за утовар коша скрепера, довела је до нових конструктивних решења, тј. до конструкције скрепера са елеваторским утоваром коша. Прототипови оваквих скрепера су израђени у фабрикама у Русији и САД са запремином коша од 14 - 20м3 . Први резултати у експлоатацији су охрабрујући.

Вредан пажње је и самоходни скрепер-булдожер фирме "Menck" (Немачка) на гусеницама, са два наизменично дејствујућа радна органа. Помоћу оваквих машина могуће је остварити комплексно откопавање и уклањање хумуса, чишћење косина, а такође и извођење насипа са доношења материјала из позајмишта.

Слика 8.Самоходни скрепер фирме Menck

5.ОБЛАСТ ПРИМЕНЕ СКРЕПЕРА

Да би скрепер могао успешно да ради морају се најпре одстранити: корење, већи комади камења (стене-блокови), затим треба уредити пут за одлагалиште, исушити радилиште уколико има воде итд.

Код грађевиниских и рударских радова примењују се углавном следеће шеме рада скрепером:

а) прстенасто кретање без и са укрштањем

б) спирално кретање

ц) кретање по валовитој кривој - синусоиди (цик-цак).

На површинским откопима (нарочито угља) скрепери се, као што смо раније рекли, примењују за мању откривку слојева, скидање горњих неравнина код стаза и слично.

Слика 9. Шеме рада скрепером: а – при спиралном кретању, b – при синусоидном кретању, c – прстенасто кретање без укрштања, d – прстенасто кретање са укрштањем

Скрепери могу успешно да се примене на откривању меких стена, које се транспортују на удаљености не веће од 150 - 800 м, као и за откривање не тако великих количина (годишње 500-600.000м3 ), при моћности - дебљини откривке 8 - 10м.

6.ЗАКЉУЧАК

Данас скрепери представљају веома битне машине када је реч о слојевитом резанњу тла и транспорту ископаног материјала ван градилишта или рударског копа.Кроз историју постојали су различити типови машина сличне намена али далеко мањег капацитета ,и обично је за исту групу операција коришђено више машина (посебно за копање, посебно за утовар посебно за транспорт и истовар ) али данас скрепери све ове операције раде сами.

У овом раду приказани су главни делови у конструкцији ове машине, глави елемент који дефинише експлоатационе карактеристике машине је радни орган или кош, у раду је детаљно описано како промене димензија и геометрије коша утичу на радне карактеристике саме машине.

Имајући у виду да су рударство и грађевина у сталној експанзији може се очекивати да ће водећи произвођачи скрепера наставити и у будућности да улажу у ове машине како би их додатно усавршили и побољшали њихове техничке и експлоатационе карактеристике.

Слика 9.Савремени модел скрепера

Литература:

[1] Грађевинске машине, Богдан Трбојевић, Живојин Прашћевић 1991.

[2] Рударске машине, Проф др Драган Игњатовић, Рударско-геолошки факултет,

Београд 2011.

[3] Каталог произвођача, CATERPILLAR, интернет: http://www.ritchiespecs.com/