В работе автором изучены вопросы исследования металлоконструкции комбинированной ножевой системы скрепера, а также вопрос повышения производительности скреперного агрегата путем применения комбинированной ножевой системой и усовершенствованного прицепного устройства. Обоснованна с экономической точки зрения необходимость применения комбинированной ножевой системы как наиболее оптимальной и конструктивно правильной ножевой системы скрепера, ее совершенство применения перед стандартной ножевой системой. Кроме того, автором был выполнен экономический сравнительный анализ существующих конструкций скреперных агрегатов и обосновано с экономической точки зрение преимущество применения комбинированной ножевой системой скрепера при разработке грунта. Также в процессе исследования различных комбинированных ножевых систем выявлена экономически оптимальная конструкция комбинированной ножевой системы, которая обеспечивает возможность разработки грунта как полной, так и уменьшенной шириной копания при минимальной энергоемкости копания.
Ключевые слова: ножевая система, комбинированная ножевая система, скрепер, металлоконструкция, прицепное устройство.
В горнодобывающей и строительной отрасли промышленности широко используются добычные и строительно-дорожные скреперные агрегаты.
В исследовании рассмотрим и сравним процесс последовательной работы скрепера с совковым режущим органом в условиях блокированного резания и ступенчатой ножевой системы в условиях свободного резания (при существенном уменьшении сопротивления копанию). При этом необходимо обеспечить чистый и ровный забой без привлечения дополнительных машин.
Для расчета технико-производительных показателей работы комбинированной ножевой системы принимаем:
-
Эталон: тягач — Т4АП2 + скрепер ДЗ — 111 (4
) + совок. Копание выполняют при блокированном резании.
Серийным скрепером ДЗ-111 с тягачом Т4АП2 (
=
) производят зачистку забоя. Зачистка забоя выполняется при свободном резании и ширине резания, равной как полной ширине ковша, так и её части.
=
-
Новый: тягач — Т4АП2 + скрепер ДЗ — 111 (4 ) с комбинированной ножевой системой. Копание и зачистку забоя производит сам скрепер с комбинированной ножевой системой.
Зачистку производит сам скрепер с комбинированной ножевой системой при свободном резании и рациональной ширине резания (примерно 0,6 ).
Зависимости для расчета производительности отдельных машин и всего агрегата в целом:
=
; 
=
; 
=
Расчет выполнен раздельно для совка (= 
) при блокированном резании для свободного резания при ширине резания, обеспечивающей заполнение ковша и частый забой. В качестве варианта сравнения предусмотрим расчет свободного резания при рациональной ширине и вызвать его по мере необходимости. Определяющим будет являться чисты, ровный забой [1].
В качестве базовых скреперных агрегатов для выполнения скреперных работ с ровным (чистым) забоем могут применяться следующие комплекты машин:
- Прицепной скрепер со стандартной, ступенчатой ножевой системой и с тягачом, заполнения ковша осуществляется без толкача, самонабором. [2]
- Прицепной скрепер со стандартной, ступенчатой ножевой системой и с тягачом, заполнения ковша осуществляется с толкачам соответствующего тягового класса.
- Прицепной скрепер с совковым режущим органом и тягачом, заполнения ковша самонабором, без толкача. Зачистка забоя выполняется в условиях блокированного резания.
- Прицепной скрепер с совковым режущим органом и тягачом, заполнения ковша самонабором без толкача. Зачистка забоя выполняется в условиях свободного резания.
С этими скреперными агрегатами сравним новый скрепер с комбинированной ножевой системой, который включает аналогичный тягач, работает без толчка и сам зачищает забой в условиях свободного резания грунта. При этом расстояние между проходами совкого режущего органа назначается рациональный ширины. Все эти функции скрепер может выполнить благодаря наличию двух ножевых систем: стандартной, ступенчатой и совкового режущего органа [6].
В качестве второго нового скреперного агрегата рассмотрим вышеупомянутый скреперный агрегат, который снабжен усовершенствованным прицепным брусом, который в свою очередь исключает уменьшение сцепного веса тягача при копании грунта.
Исходные данные для расчетов технико-экономических показателей:
Вес тягача, 74 (79) кН, коэффициент сцепления 0,75, максимальная регулируемая сила тяги 45 кН, коэффициент сопротивления блокированному резанию 100 
, коэффициент сопротивления свободному резанию 80 , дальность транспортирования, 100 м., увеличение сцепного веса с новым прицепным брусом 15 кН, цена трактора 2 700 000 руб., стоимость 1 металлоконструкций, руб. — 266 666 руб., стоимость топлива 50 руб./литр.
Затем вычисляем техническую производительность П и приведенных удельных затрат 
скреперных агрегатов в функции объема набираемого грунта [7].
Первый агрегат имеет следующие технико-экономические показатели: объем грунта (q, 
2,5…3,0; производительностью (Производительность 
/см) 400; приведенные удельные затраты , руб./ 28,3. Способ разработки грунта — блокированное резание полной шириной без толкача, 
=100 кН/
Технико-экономические показатели второго агрегата: объем грунта (q, 4,5…5,0; производительность (Производительность /см) — 667; приведенные удельные затраты , руб./
26,6. Способ разработки грунта — Блокированное резание полной шириной с толкачом, =100 кН/
Технико-экономические показатели третьего агрегата: объем грунта (q, 3,7…3,9; производительность (Производительность /см) — 622; приведенные удельные затраты , руб./ — 19,66. Способ разработки грунта — Блокированное резание совковым режущим органом без толкача, =100 кН/
Технико-экономические показатели четвертого агрегата: объем грунта (q,
3,3…3,5; производительность (Производительность /см) — 579; приведенные удельные затраты , руб./ — 20,8. Способ разработки грунта — Свободное резание рациональной ширины, =80 кН/
Технико-экономические показатели пятого агрегата: объем грунта (q, 3,1…3,3; производительность (Производительность /см) — 420; приведенные удельные затраты , руб./ — 25,8. Способ разработки грунта — Свободное резание всей шириной ковша, = 80 кН/
.
Технико-экономические показатели шестого агрегата: объем грунта (q, 3,8…4,0; производительность (Производительность /см) — 635; приведенные удельные затраты , руб./ — 19,4. Способ разработки грунта — Блокированное резание совковым режущим органом без толкача, =100 кН/, догрузка 15кН.
Технико-экономические показатели седьмого агрегата: объем грунта (q, 3.9…4,1; производительность (Производительность /см) — 669; приведенные удельные затраты , руб./ — 18,4. Способ разработки грунта — Свободное резание рациональной ширины, =80 кН/, догрузка 15 кН.
Таким образом, анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что скрепер с комбинированной ножевой системой (агрегат № 5) обеспечивает на 10 % более высокую производительность, по сравнению с представленными вариантами различных агрегатных установок скрепера. Кроме того, одним из преимуществ, скрепера с комбинированной ножевой системой, является уменьшение приведенных удельных затрат, примерно на 35–40 %, данное преимущество связанно с отсутствием дополнительных машин для зачистки забоя.
Также агрегат № 5 имеет свое преимущество перед агрегатом с обычным прицепным скрепером работающего без толкача (агрегат № 1). Так, агрегат № 5 имеет более высокую производительность (больше примерно на 50 %) при снижении удельных затрат примерно на 30 %.
Применение в скрепере с комбинированной ножевой системой усовершенствованного прицепного устройства дополнительно увеличивает преимущество нового скреперного агрегата (агрегат № 6). В таком случае производительность дополнительно увеличивается на 5 %, а приведенные удельные затраты имеют наименьшую величину, и снижены на 5 % по сравнению с эталонным агрегатом № 5.
В заключении хотелось бы отметить, что проведенные расчеты, наглядно демонстрируют существенное техническое и производственное преимущество комбинированной ножевой системы, в которой оптимально сочетаются совковый режущий орган и стандартная ступчатая ножевая система.
Литература:
- Нилов В. А., Федоров Е. В. Комбинированная ножевая система скрепера // Строительные и дорожные машины. — 2015. — № 4 — с. 13–15.
- Пат. 2348761 Российской Федерации, МПК E02F 3/64. Скрепер / Шемякин С. А., Клигунов Е. С., Чебан А. Ю., Губарь А. А.; Заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Технический государственный университет». № 2007128185/03; заявл. 23.07.2007; опубл. 10.03.2009, Бюл. № 9
- Пат. 2467129 Российской Федерации, МПК 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. 20.11.2012, Бюл. № 32. 6 с.
- Федоров Е. В. Обоснование применения комбинированной ножевой системы и усовершенствованного прицепного устройства скрепера. Автореферат диссертации. Воронеж. 2016. — С. 139–154
