Технологические параметры колесных скреперов
Колесные скреперы в процессе работы совершают выемку горной массы, ее перемещение и разгрузку на отвале (складе) или в транспортные сосуды; в последнем случае необходимы специальные бункера.
Большинство скреперов по способу загрузки скребковые (рис. 15.1). При этом загрузка мощных скреперов осуществляется, как правило, с подталкиванием их бульдозерам. Выпускаются также скреперы, у которых срезаемая скребком порода подается в ковш элеватором, являющейся его передней стенкой (рис. 15.1, б); их применение эффективно при разработке сыпучих пород. Мощные скреперы – полуприцепные с одноосными тягачами на колесном ходу. Максимальная скорость их достигает 40—60 км/ч при порожнем пробеге и 20—30 км/ч с грузом.
Прицепные скреперы с гусеничными тягачами из-за небольшой скорости движения (7—10 км/ч) применяются лишь при небольших расстояниях транспортирования (до 400—500 м), при плохих дорожных условиях и сложном рельефе.
Рисунок 15.1 Схемы загрузки ковша скребкового (а) и элеваторного (б) скреперов:
1 – ковш; 2 – режущая кромка ковша (лемех); 3 – заслонка; 4 – элеватор.
2. Процесс выемки пород скреперами
При подходе скрепера к забою ковш опускается, а передняя его заслонка поднимается. При движении по забою скребок срезает слой (стружку) породы толщиной t. В мягких и песчаных породах t= 0.2—0.3 м, в плотных и разрушенных породах t= 0.1—0.15 м. Длительность и путь загрузки определяется величиной t.
Степень наполнения ковша зависит от влажности пород. При выемке сухих песчаных пород полного наполнения ковша не происходит. Ковш наполняется «с шапкой» при выемке супесчаных и суглинистых пород естественной влажности (соответственно 4—12 и 8—18%). С дальнейшим увеличением влажности глинистых пород уменьшается их несущая способность. Так как удельное давление скрепера равно (1.15—1.2) величины давления воздуха в пневматических шинах, по условиям проходимости скрепера обычно невозможна разработка глинистых пород влажностью более 24—27% без предварительного осушения.
При использовании трактора-толкача в процессе экскавации плотных и разрушенных пород мощными скребковыми скреперами коэффициент наполнения ковша Кн.к возрастает на 10—12% (иногда на 20—30%), а время загрузки ковша сокращается на 30—50%; снижается также износ машины. Один толкач обслуживает два-четыре скрепера.
Большое влияние на загрузку ковша оказывает режим открывания и закрывания его заслонки. Высота поднятия заслонки уменьшается с увеличением Пэ. Закрывать заслонку начинают в то время, когда ковш загружен на 75—85% объема. Скреперными забоями является площадка, фронтальный откос или торец уступа (рис. 15.2, см. также рис. 15.1). В первом случае выемка породы производится горизонтальными слоями, а в остальных –наклонными. Использование забоя-площадки создает благоприятные условия для естественного оттаивания мерзлых пород в весенне-летний период. При выемке под уклон при фронтальном и торцевом забоях сокращается время загрузки ковша на 20—30%, так как наполнение его происходит быстрее благодаря увеличению толщины стружки и захвату части призмы волочения. Длина наклонного забоя часто принимается кратной пути загрузки скрепера и зависит от высоты разрабатываемого уступа Ну и угла наклона забоя αз. Величина αз не должна превышать 6--8° для песчано-глинистых и 10--12° для плотных пород. Оптимальный угол по условиям загрузки составляет 5—6° (8--10°).
Рисунок 15.2 Схема торцевого скреперного забоя:
1, 2, 3 – соответственно полосы скреперования, рыхления и транспортная.
Ширина скреперной заходки А (м) при торцовом забое равна ширине полосы скпеперования Вск (м) или может дополнительно включать транспортную полосу шириной Т для перемещения груженых и порожных скреперов, дренажную полосу Z, а при выемке разрушенных пород – также полосу рыхления плотных или полускальных пород Вр (cм. рис. 15.2).
Таким образом, в общем случае
А = Вск + Вр +Т + Z. (15.1)
Ширина полосы скреперования
Вск = n(bр +bг), (15.2) где n – число смежных проходов скрепера (обычно n = 2—4); bр – ширина полосы резания породы, (обычно равна ширине ковша скрепера bк); bг – ширина гребня высотой t между смежными проходами скрепера, м (bг = 0.5—1.5 м).
При наличии в заходке полос скреперования, рыхления и транспортной полосы скрепер после выемки наклонного породного слоя в полосе скреперования на глубину рыхления (0.5—1.5 м) проходит выемку разрушенной породы в полосе рыхления. Рыхлитель ведет подготовку породы к выемке в пределах бывшей транспортной полосы. Для проезда скреперов и других машин используются (после обработки грейдером) бывшая полоса скреперования, поэтому ширина всех указанных полос принимается одинаковой: Вск = Вр = Т. Ширина дренажной полосы Z = 2hк ctgαк, где hк – глубина водоотливной канавы ,а αк – угол ее откоса. При hк = 2—3 м Z = 5—7 м.
При разработке плотных и полускальных пород торцевыми забоями с использованием мощных скреперов ширина заходки достигает 50 м и более. Широкие заходки применяются и при забоях-площадках. При разработке россыпей ширина заходки достигает ширины или длины полигона. Ширина заходок при продольных забоях А = t или А = nt, где n – число стружек; t- толщина стружки.
В цикле скреперования основную часть времени (до 70—80%) занимает движение скрепера в грузовом и порожняковом направлениях. Это время определяется размерами карьера и отвала, местом выемки и складирования пород, уклонами дорог, схемой и скоростью движения агрегата.
Величины предельных уклонов скреперных коммуникаций приведены в таблице 15.1. Для обеспечения скорости движения скрепера не менее 15 км/ч на подъем в грузовом направлении последний не должен превышать 10—12%. Радиус скреперных кривых R 
(2.5—3) Rп, где Rп – минимальный радиус поворота скрепера. Значение боковых уклонов на кривых должны уменьшаться в 2 раза по сравнению с величинами, приведенными в таблице 15.1. Систематически должны осуществляться разравнивание, уплотнение, очистка и поливка скреперных коммуникаций.
Таблица 15.1 Предельные уклоны скреперных дорог
| Скреперы | Подъем | Спуск | Боковой уклон |
| Прицепные с тракторной тягой: с грузом порожняком Полуприцепные с грузом и порожняком | 
| 
| 
|
Данные в числителе приведены в % , в знаменателе – в градусах
Отсыпка скреперных отвалов производится горизонтальными или наклонными слоями. Толщина слоев от 0.2—0.3 до 2—3 м. Разгрузка пород на наклоном прямом участке (уклон 10—20%) при максимальной толщине слоев и малой скорости движения скрепера позволяет сократить время, избежать сталкивания породы под откос бульдозером и обеспечить устойчивость отвала.
Для выбора модели скрепера и определения производительности заданной модели в конкретных условиях необходима оценка максимального суммарного сопротивления Wоб, преодолеваемого сопротивления тягачом в момент окончания наполнения ковша породой. Оно складывается из сопротивления движению скрепера, резанию породы, перемещения призмы волочения и наполнению ковша.
Сопротивление движению (кН) скрепера
W1 = Gc ( 
), (15.3) где Gc – масса скрепера с породой, т; 
- основное удельное сопротивление движению скрепера, кН/т ( 
= 1—1.5); 
- удельное сопротивление от уклона, кН/т; = gi (i -выражается в %).
Сопротивление резанию породы (кН)
W2 = KFр b р t· 103, (15.4) где КFр –удельное сопротивление резанию, МПа; bр и t – ширина и толщина срезаемой стружки, м (обычно bр = bк – ширина ковша).
Сопротивление при загрузке ковша (кН) обусловлены преодолением сил тяжести породы при ее движении вверх Wз и трения движения W4 частиц породы между собой и стенками ковша:
W3 + W4 
10-3 (1 +f) bр h 
рg, (15.5) где f- коэффициент трения движения частиц породы о стенки ковша и меду собой (таблица 15.2); h – высота заполнения ковша, м ( обычно h = 1.2—1.9 м и более); - плотность разрыхленной породы в ковше, кг/м3.
Таблица 15.2 Значение коэффициента f
| Порода | Между породными частицами | Между породой и сталью |
| Песок, супесь Суглинок Глина Чернозем Торф влажный | 0.8 1.2 -- -- | 0.35 0.5 0.8 0.9 0.65 |
При выемке песчаных пород и щебеночно-гравийной массы усилие резания составляет 20—25% общего сопротивления, а при глинистых породах – 60—75%.
Тяговое усилие скрепера Рт должно преодолевать общее сопротивление породы копанию (кН):
Рт Wоб = W1 + W2 + W3 + W4 = Кр bк t· 103 . (15.6) где Кр – удельное сопротивление породы копанию при скреперной выемке , МПа.