Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса по рыхлительному оборудованию активного действия для экскаватора и использованию САПР для его создания 10
1.1. Анализ систем автоматизированного моделирования зубьев-рыхлителей активного действия на основе гидроудар пиков 13
1.2. Анализ конструкций гидроударных устройств, применяемых в качестве активных рабочих органов 15
1.3. Анализ исследований процессов динамического разрушения фунта 34
1.4. Цель, задачи, методика выполнения исследований. Структура работы... 43
2. Математическая модель зуба-рыхлителя активного действия для моделирования на ЭВМ 48
2.1. Математическая модель зуба-рыхлителя активного действия на основе гидроударника (взвод, торможение, разгон) 49
2.2. Математическая модель процесса разрушения фунта 56
2.3. Уравнения рефессии и основные зависимости для определения основных параметров зуба-рыхлителя активного действия на основе гидроударника 63
2.4. Выводы 69
3. Алгоритм автоматизированного моделирования зубарыхлителя активного действия для экскаватора 70
3.1. Анализ факторов, необходимых учитывать при моделировании гидроударного устройства, используемого в качестве зуба - рыхлителя активного действия 71
3.2. Алгоритм и средства моделирования зуба - рыхлителя активного действия экскаватора 75
3.3. Выводы 81
4. Некоторые результаты моделирования зубьеврыхлителей и рекомендации по их практической реализации 83
4.1. Методика автоматизированного моделирования зубьев - рыхлителей активного действия 84
4.2. Некоторые результаты моделирования зубьев-рыхлителей 88
4.3. Основные требования к зубьям-рыхлителям активного
действия на основе гидроударников 103
4.4. Выводы 108
Основные результаты и выводы 109
Литература
- Анализ систем автоматизированного моделирования зубьев-рыхлителей активного действия на основе гидроудар пиков
- Анализ конструкций гидроударных устройств, применяемых в качестве активных рабочих органов
- Математическая модель зуба-рыхлителя активного действия на основе гидроударника (взвод, торможение, разгон)
- Анализ факторов, необходимых учитывать при моделировании гидроударного устройства, используемого в качестве зуба - рыхлителя активного действия
Введение к работе
В настоящее время научные и производственные объединения отрасли строительного, дорожного и коммунального машиностроения нуждаются в оснащении современными системами автоматизированного проектирования, поискового конструирования и технологической подготовки производства, охватывающими, как правило, весь цикл создания новых изделий /10/.
Актуальным вопросом в настоящее время при проектировании и производстве дорожно - строительных машин (ДСМ), гидравлических экскаваторов в частности, является расширение номенклатуры сменного рабочего оборудования для увеличения технологических возможностей и эффективности применения современных машин.
Производством и проектированием гидравлических экскаваторов, сменного рабочего оборудования к ним занимаются Тверской, Ковровский, Воронежский экскаваторные заводы, Омский завод транспортного машиностроения и многие другие организации.
При создании сменного оборудования необходимо учитывать вопросы эффективности использования данного оборудования с учетом физико-механических свойств разрабатываемых грунтов и технических характеристик базовой машины.
На экскаватор можно установить вместо ковша различное сменное оборудование: гидромолот, зуб - рыхлитель активного действия, фрезерно-роторный снегоочиститель и другое оборудование.
Анализ преимуществ и недостатков различных способов разработки грунтов выделяет по значительному ряду преимуществ активный способ разработки, к которому можно отнести послойное рыхление гидропневматическим ударным инструментом /14/.
Применение гидроударного рабочего оборудования на строительных экскаваторах, повышает эффективность работы машин при разработке мерз- лого и прочного грунта, разрушении различных покрытий и выполнении других видов работ.
Производительность активных (основанных на применении гидроударных устройств) рабочих органов машин во многом определяется правильным выбором конструктивных, энергетических и рабочих параметров гидроударников с учетом назначения, выполняемых функций и применяемой базовой машины.
При ударном разрушении рассматривается система зависимостей "базовая машина - зуб - рыхлитель на основе гидроударника - грунт ". Для эффективного разрушения грунтов, различных по физико-механическим свойствам, необходимо учитывать свойства грунтов и изменять характеристики зуба-рыхлителя активного действия (энергию, ударную мощность, частоту ударов и др.) в зависимости от свойств грунта /27/.
Прогресс в области информационных технологий требует разработки зубьев-рыхлителей активного действия с использованием современных средств программного обеспечения, моделирования с помощью компьютера процесса разрушения грунта, разработки системы автоматизированного проектирования (САПР) активных рабочих органов /1, 2, 49, 50, 69, 79,112, 142/.
Необходимо отметить, что вопросы общего исследования, моделирования, проектирования работы зубьев - рыхлителей активного действия на основе гидроударников для ДСМ недостаточно полно освещены в научно-технической литературе. Отсутствуют научно обоснованные рекомендации по проектированию, в том числе и с использованием САПР, зубьев - рыхлителей активного действия на основе гидроударников для экскаваторов.
Поэтому одним из путей создания эффективных зубьев - рыхлителей активного действия следующего поколения является использование системы автоматизированного проектирования (САПР) для их разработки с учетом физико ~ механических свойств разрушаемых грунтов и параметров базовой машины.
Важнейшей составной частью САПР являются системы автоматизации моделирования (САМ), которые осуществляются под непосредственным контролем пользователя в форме человеко - машинного диалога. САМ позволяют оперативно оценивать с помощью ЭВМ функционирование зубьев-рыхлителей активного действия экскаваторов и составляющих их подсистем и устройств.
Существуют различные универсальные пакеты визуального моделирования, позволяющие моделировать структурно - сложные динамические системы: SIMULINK и SimMechanics пакета MATLAB, EXCEL, SystemBuild пакета MATRIX, Dymola (Dymasim), Modelica (The Modelica Design Group), Model Vision Studium, системы проектирования Компас, AntoCAD Pro/Engineer, T-Flex др.
Несмотря на то, что эти пакеты являются универсальными и обладают мощными средствами для моделирования и визуализации сложных объектов, построить модель системы «грунт - рабочий орган - базовая машина» с учетом всех факторов, оказывающих влияние на систему «грунт - рабочий орган - базовая машина», в среде указанных пакетов сложно, и требует трудоемкой подготовки к моделированию и проектированию.
Таким образом, проблема разработки методов автоматизированного моделирования зубьев - рыхлителей активного действия для экскаваторов на основе современных компьютерных технологий для решения задач проектирования активных рабочих органов является весьма актуальной.
Основная идея работы заключается в использовании системы автоматизированного моделирования для решения задачи создания эффективных зубьев - рыхлителей активного действия ДСМ для разработки грунтов.
Цель диссертационной работы заключается в разработке методики и алгоритмов автоматизированного моделирования зубьев-рыхлителей активного действия на основе гидроударников для экскаваторов.
Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи: - провести анализ и систематизировать существующее оборудование ударного действия, применяемого для разработки грунтов; разработать математические модели зубьев-рыхлителей активного действия экскаваторов, предназначенных для разработки различных видов грунтов; установить аналитические зависимости параметров системы «грунт -рабочий орган - базовая машина»; обосновать основные параметры зубьев - рыхлителей активного действия для экскаваторов; разработать алгоритмы и методику автоматизированного моделирования рациональных параметров зубьев - рыхлителей активного действия на основе гидроударников для экскаваторов.
Методика исследований основывается на использовании математического моделирования динамических процессов гидроударников, взаимодействия рабочих органов с грунтовой средой, применении методов регрессионного анализа, математического анализа, использовании научных положений гидромеханики, теоретической механики, механики грунтов.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректностью принятых допущений, сравнением результатов математического моделирования, имитационного моделирования на ЭВМ с существующими экспериментальными данными, опубликованными в технической литературе.
Научная новизна работы состоит в следующем: - разработаны математические модели зубьев - рыхлителей активного действия на основе гидроударников с учетом свойств разрабатываемого грунта; - установлены рациональные конструктивные параметры зубьев- рыхлителей активного действия экскаваторов, применяемых для разработки определенного вида и категории грунта; установлены характеристики и функциональные зависимости основных параметров зубьев - рыхлителей активного действия на основе гидроударников от свойств разрабатываемого грунта и характеристик базовой машины; разработаны алгоритмы автоматизированного моделирования зубьев-рыхлителей активного действия на основе гидроударников для экскаваторов.
Практическая ценность работы: - создана методика автоматизированного моделирования зубьев- рыхлителей активного действия на основе гидроударников с учетом свойств разрабатываемого грунта и характеристик базовой машины; - создано программное обеспечение для автоматизированного моделиро вания зубьев - рыхлителей активного действия на основе гидроударников для экскаваторов, позволяющее формировать основные параметры активных ра бочих органов и проводить имитационное моделирование рабочих процес сов.
Положения, выносимые на защиту: методика и алгоритмы автоматизированного моделирования зубьев-рыхлителей активного действия на основе гидроударников с учетом свойств разрабатываемого фунта и характеристик базовой машины; математические модели зубьев - рыхлителей активного действия на основе гидроударников для экскаваторов; - программное обеспечение для автоматизированного моделирования зубьев - рыхлителей активного действия на основе гидроударников для экс каваторов, позволяющее формировать основные параметры активных рабо чих органов и проводить имитационное моделирование рабочих процессов.
Внедрение результатов работы. Система автоматизированного моделирования зубьев-рыхлителей активного действия на основе гидроударников для экскаваторов использована при разработке «Технического задания на проектирование зубьев-рыхлителей активного действия на основе гидроударников для экскаваторов II - IV размерной группы» и «Методики расчета рыхлителя активного действия на основе гидроударника для гидравлических экскаваторов II - IV размерной группы», которые переданы Федеральному государственному унитарному предприятию «Конструкторское бюро транспортного машиностроения» (г. Омск).
Основные результаты исследований широко используются в учебном процессе Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.
Апробация результатов работы. Отдельные этапы и основные результаты работы докладывались на международных научно-практических (технических) конференциях: «Дорожно - транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура» (Омск, 2003 г.); «Качество. Инновации. Наука. Образование» (Омск, 2005 г.); 1-ой Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений» (Омск, 2006 г.); на заседаниях и научных семинарах кафедры «Подъемно-транспортные, тяговые машины и гидропривод», факультета «Транспортные, технологические машины» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (150 наименований) и приложений. Работа изложена на 155 страницах, содержит 10 таблиц и 59 рисунков.
Работа выполнена на кафедре «Подъемно - транспортные, тяговые машины и гидропривод» Сибирской государственной авто мобильно-дорожной академии (СибАДИ).
Анализ систем автоматизированного моделирования зубьев-рыхлителей активного действия на основе гидроудар пиков
Проведенные исследования в данной области показали, что в настоящее время отсутствуют системы автоматизированного моделирования зубьев-рыхлителей активного действия на основе гидроударников, позволяющие автоматизировать процесс проектирования данного оборудования.
Создание системы автоматизированного моделирования зубьев-рыхлителей активного действия на основе гидроударников позволит повысить уровень проектирования на качественно новый уровень.
САПР, основанная на системе автоматизированного моделирования, может являться составной частью САПР сменного рабочего оборудования активного действия.
Создание системы автоматизированного моделирования (САМ) обеспечит быстроту и оперативность результата, ее практическая ценность заклю чается в формировании математического аппарата, с которым работает непосредственно проектант, используя накопленный опыт в области проектирования оборудования активного действия.
Освоение инженерных методов машинного конструирования активных рабочих органов дорожно-строительных машин вместе с системами автоматизированного проектирования (САПР) и моделирования (САМ) позволяет ускорить темпы поиска новых технических решений и повысить эффективность и качество конструкторских разработок, соответствующей чертежно-технической документации в области проектирования оборудования активного действия.
Созданием систем автоматизации процесса проектирования для дорожно-строительных машин занимались И.И.Бажин, Ю.Г.Беренгард, В.И. Балов-нев, Н.Н.Живейнов, Б.Д.Конаныхин, Е.Ю.Малиновский, Б.Н.Смоляницкий, В.С.Щербаков, В.П.Павлов, С.И.Павлов и другие ученые /1,2, 9,140, 141/.
Однако необходимо отметить что, вопросы моделирования данного оборудования с учетом грунтовых условий и параметров базовой машины не исследовались.
Как известно, проектирование является одним из наиболее трудоемких процессов инженерной деятельности. Развитие технического прогресса ставит перед проектированием новых объектов важные задачи 121: 1. Обеспечение высокого качества проекта. 2. Повышение темпов и сокращение сроков проектирования. 3. Снижение затрат на проектирование.
Структурная схема проектирования рыхлителя активного действия, начинается с технического задания (ТЗ) и заканчивается технологической оценкой вариантов. Создание эффективной САПР невозможно без создания научно-обоснованной системы автоматизированного моделирования.
На данном этапе развития ЭВМ с уверенностью можно говорить о целесообразности создания систем автоматизированного моделирования благодаря следующим факторам /1/: 1. Возможности высокой степени формализации как объектов, так и процессов проектирования. 2. Высоким параметрам средств вычислительной техники, прежде всего по быстродействию и объемам памяти. 3. Простоте процесса общения пользователя с машиной. 4. Возможности обработки на ЭВМ графической информации.
Для успешного функционирования данной системы автоматизированного моделирования необходима методологическая основа процесса моделирования, базирующаяся на анализе и синтезе данных, построении функциональной и информационной модели данной системы, обеспечивающей расчет и анализ отдельных подсистем в нашем случае это системы "грунт - базовая машина - рабочий орган".
Моделирующий комплекс предполагает выполнение следующих этапов: 1. Конкретизация списка влияющих параметров в соответствии с рассмотренными на первом этапе составления модели. 2. Выделение параметров, сохраняющих при моделировании постоянное значение (давление в гидросистеме базовой машины, физико - механические характеристики грунта). 3. Выделение параметров, которые в процессе моделирования изменяются в соответствующих пределах (давление и расход жидкости в камерах рабочего и холостого хода, перемещение бойка, скорость базовой машины).
Анализ конструкций гидроударных устройств, применяемых в качестве активных рабочих органов
Все многообразие гидроимпульсной техники позволяет выявить основные структурные характеристики гидроударных устройств, работающих в качестве рыхлителей активного действия.
Для активизации процесса рыхления используется подвод дополнительной энергии. Наиболее распространено использование в конструкциях рыхлителей гидравлических, пневматических ударных механизмов, либо их сочетание, а также виброударных механизмов.
Традиционная схема использования энергии удара включает в себя гид-ро или пневмоударник, смонтированные на дополнительном кронштейне и взаимодействующие с рабочим иструментом.
В общем случае гидроударные машины можно разделить натри группы:
1. Гидромеханические, у которых привод ударной части (бойка) осуществляется от гидродвигателя (гидроцилиндра или гидромотора) через промежуточную механическую передачу.
2. Гидравлические (гидроударники двойного действия), у которых движение ударной части происходит за счет рабочей жидкости, подаваемой насосом базовой машины.
3. Гидропневматические, у которых взвод ударной части осуществляется с помощью рабочей жидкостью, а рабочий ход происходит за счет энергии сжатого газа пневмоаккумулятора.
На рисунках 1.2 - 1.5 представлены обобщенные гидрокинематические схемы гидроударных устройств: на рисунке 1.2, рисунке 1.4 показаны схемы гидропневматических ударных устройств, а на рисунке 1.3, рисунке 1.5 -гидравлических ударных устройств двойного действия.
Блоки управления рабочим циклом, осуществляющие распределение потоков жидкости в гидроударнике, представлены в виде гидрораспределителя, позиции которого соответствуют: В - взводу бойка, Т - торможению, Р - рабочему ходу бойка (подвижных частей).
Преимуществом гидропневматических ударных устройств (см. рисунок 1.2, рисунок 1.4), имеющих наибольшее применение, следует отнести компактность, низкую металлоемкость на единицу энергии удара, простоту регулирования энергии удара путем изменением давления зарядки газа в пневмо-аккумуляторе.
Гидропневматические ударные устройства получили наибольшее распространение /5, 14,23,28, 31, 33, 59, 60, 70, 80, 89 - 96, 123,126/.
По способу освобождения взводящей полости от рабочей жидкости гидропневматические ударные устройства разделяют на два основных типа:
1. С вытеснением рабочей жидкости в период рабочего хода непосредственно в сливную линию (см. рисунок 1.2). Данный тип гидроударных устройств включает две основные полости (полость взвода и аккумуляторную).
2. С вытеснением рабочей жидкости в период рабочего хода в освобождающуюся сливную полость (см. рисунок 1.4). Этот тип гидроударных устройств позволяет значительно снизить скорость жидкости в сливной гидролинии, тем самым улучшая энергетические параметры гидропневмоударников /6/.
Гидропневмоударное устройство (см. рисунок 1.4) имеет три полости: газовую (пневмоаккумуляторную), взводящую и сливную. После окончания холостого хода взводящая полость соединяется со сливной и под действием энергии сжатого газа пневмоаккумулятора подвижные части гидропневмо-ударника (боек) совершают удар по грунту. Полость взвода соединяется со сливной полостью при помощи распределительных устройств (блоков управления рабочим циклом): золотника, трубчатого клапана, втулки управления, упругого запорно-регулирующего элемента и др.
Полости взвода и пневмоаккумулятора являются основными, обеспечивающими рабочий процесс гидроударника /14/.
Доказано, что использование пневматических аккумуляторов в гидроударных устойствах позволяет повысить КПД гидроударного устройства за счет увеличения ассиметрии рабочего цикла/15, 19,33,35,59,62, 123, 145/.
В процессе проведения патентного поиска было обнаружено большое количество гидропневматических, гидравлических, пневматических ударных механизмов для рыхлителей активного действия отличающихся по конструкции, по способу крепления, по виду ударной части. Рассмотрим некоторые из них. 18 1} 1S 11 Вид А Рисунок 1.7 - Рыхлитель, вид сверху патент 1048026 А
Рыхлитель, содержащий рабочий орган в виде гидропневматических ударников, установленных с возможностью наклона в продольной плоскости, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы, он снабжен дополнительной рамой, шарнирно прикрепленной к передней части рамы с возможностью поворота в поперечной вертикальной плоскости и подпружиненной относительно последней в той же плоскости. Ударники закреплены на дополнительной раме с возможностью смещения один относительно другого в поперечном направлении.
Математическая модель зуба-рыхлителя активного действия на основе гидроударника (взвод, торможение, разгон)
Для создания системы автоматизированного моделирования, теоретического определения основных параметров гидроударного устройства и исследования влияния на рабочий цикл разрушения грунта таких факторов, как физико-механические свойства грунта и параметры базовой машины, необходимо составить математическую модель гидроударного устройства.
Гидроударный механизм рыхлителя активного действия можно представить в виде расчетной схемы, основными элементами которой являются; источник питания (насос); напорная и сливная гидролинии с сетевым гидро-пневмоаккумулятором, исполнительный механизм, включающий корпус и подвижные массы (поршень-боек) с рабочими камерами; орган управления. Обратная связь между исполнительным механизмом и органом управления осуществляется по пути перемещения поршня-бойка /62, 67,76/.
Строгое математическое описание движения бойка и корпуса ударного механизма приводит к системе нелинейных дифференциальных уравнений.
Рядом авторов показано, что представление гидроударного механизма моделью с дискретными силами и связями не вызывает существенных иска жений при исследовании динамических процессов. Поэтому, при исследовании процесса работы гидроударного механизма, весь рабочий цикл разбивается на основные фазы: взвод подвижных масс, торможение и рабочий ход. Фаза рабочего хода заканчивается соударением (явление удара) бойка с хвостовиком инструмента и характеризуется силой сопротивления грунта (коэффициентом восстановления скорости), временем соударения и глубиной внедрения инструмента в массив /15/.
Перспективным направлением в выполнении таких исследований является математическое моделирование с применением ЭВМ, позволяющий расширить диапазон исследований, осуществить выбор рациональных параметров рыхлителя активного действия и обосновать рекомендации для инженерного проектирования /50,79, 102/.
При составлении математической модели зуба-рыхлителя приняты следующие основные допущения: рабочая жидкость имеет постоянные параметры (плотность, вязкость, модуль упругости и др.); утечки и перетечки рабочей жидкости через уплотнения отсутствуют; коэффициенты гидравлических сопротивлений постоянны; коэффициенты расхода регулировочных дросселей - величины постоянные; разрыва потока жидкости при работе гидроударника не происходит; расход рабочей жидкости, подводимый к одному гидроударнику, не зависит от расходов, подводимых к другим гидроударникам; реакция корпуса ГУ не учитывается; утечки газа из газовой полости отсутствуют; подача насоса, питающего гидросистему, постоянна; волновые процессы в гидролиниях не рассматриваются и др.
Существует большое множество вариантов расчетных схем, выберем самую общую, а значит простую и универсальную (см. рисунок 2.1).
Смысл работы гидроударника согласно данной расчетной схеме заключается в следующем. В исходном положении ударник находится в крайнем нижнем (на рис. 2.1. - в левом положении) положении. При поступлении в полость взвода рабочей жидкости поршень перемещается, сжимая газ полости аккумулятора. Взвод происходит до тех пор, пока блок управления рабочим циклом не соединит напорную гидролинию со сливной. Давление в полости взвода падает и под действием силы давления газа аккумулятора ударная масса (боек) разгоняется и наносит удар по инструменту. В конце фазы внедрения инструмента ударная масса останавливается, далее цикл повторяется /24/.
Основными элементами расчетной схемы являются: источник питания (насос); напорная и сливная гидролинии с сетевым гидропневмоаккумулято-ром, исполнительный механизм, включающий корпус и подвижные массы (поршень - боек) с рабочими камерами; орган управления.
Математическая модель гидроударного устройства, работающего в качестве зуба-рыхлителя активного действия, состоит из: уравнений динамики подвижных элементов (поршня-бойка, корпуса), уравнений расходов рабочей жидкости в камерах рабочего и обратного хода, в аккумуляторе; уравнений давлений рабочей жидкости в камерах взвода и слива.
Перемещение подвижных элементов рыхлителя активного действия, в соответствии с основным законом динамики, описывается дифференциальными уравнениями с учетом всех действующих сил, включая силы инерции движущихся масс. Расход рабочей жидкости в полостях гидроударного механизма и гидролиниях описывается уравнениями расхода с учетом приведенной упругости рабочей жидкости в гидросистеме, аналогично давление в полостях взвода и слива рассматривается в зависимости от расхода /14/.
Для описания движения бойка и корпуса воспользуемся основным законом динамики где Ш, Xj - масса и проекция ускорения I - го подвижного элемента, п число сил, действующих на І-ьш подвижный элемент, Fj- проекция силы, действующей на і - ый элемент.
При расчете участков гидравлических цепей со сложным последовательно-параллельным соединением элементов при заданных гидравлических характеристиках ветвей цепи используются уравнения неразрывности в узлах типа m ZQi=0 (2.2) и уравнения перепадов давления в независимых контурах типа i j=0- (2.3) j-i Опишем математическую модель характерных периодов функционирования гидроударного устройства. Каждая фаза характеризуется определен ними параметрами, характеризующими данную систему в определенный момент времени /14,24/.
Анализ факторов, необходимых учитывать при моделировании гидроударного устройства, используемого в качестве зуба - рыхлителя активного действия
На основе анализа теоретических и экспериментальных исследований рабочего процесса экскаватора с зубом - рыхлителем активного действия были выявлены основные факторы, влияющие на процесс работы гидроударных устройств.
К ним относятся: тип базового экскаватора, тип двигателя соответствующего данному экскаватору, его масса, параметры двигателя; основные характеристики гидропривода экскаватора (номинальное давление в гидросистеме, подача насоса); факторы, определяющие условия эксплуатации, а именно физико-механические свойства разрабатываемого массива (вид грунта, число ударов плотномера ДорНИИ, коэффициент Пуассона, модуль упругости, температура грунта, его влажность, углы внутреннего и внешнего трения, плотность, сцепление грунта и т.д.).
Параметры и технологические схемы разработки предлагаемых объектов (объем разработки, высота забоя, характер разрушаемого забоя и др.) также оказывают существенное влияние на процесс разрушения грунта /98, 118/.
Процесс моделирования позволит выявить наиболее удобное сочетание данных величин, необходимое для обеспечения эффективной разработки грунта.
Применение гидроударных импульсных систем позволяет выполнять эффективную разработку мерзлых и прочных грунтов, разрушение асфальто - бетонных покрытий и т.д. /5, 6,33,36, 47, 123/.
Гидроударная импульсная система в общем случае включает следующие основные функциональные элементы: гидроударное устройство, состоящее из энергетического блока, блока управления рабочим циклом, инструмента и источника питания базовой машины - экскаватора.
Энергетический блок преобразует непрерывно подводимую от источника питания энергию в дискретную энергию с большим значением ударной мощности. Энергетический блок включает корпусные детали, подвижные детали и рабочие полости. Блок управления предназначен для управления преобразованием непрерывно подводимой энергии в периодические импульсы.
Встречаемая нагрузка на пути зуба - рыхлителя активного действия создает ответную нагрузку на гидроприводе базовой машины, а также влияет на нагрузку на валу двигателя экскаватора. Вследствие чего параметры двигателя изменяются (крутящий момент и частота вращения). Отметим, что работа двигателя на разных грунтах также различна.
Гидромеханическая трансмиссия не только равномерно нагружает двигатель, исключая его перегрузки в случае встречи непреодолимого препятствия или особо прочных включений в разрабатываемом грунте, но и не позволяет использовать кратковременные мощные усилия /57, 63, 78, 81/.
Тип подвески базовой машины также оказывает существенное влияние на эффективность работы рыхлителя активного действия. Жесткая подвеска увеличивает производительность, по сравнению с полужесткой и эластичной, но не позволяет работать на повышенных скоростях /37,38/.
Отдельный интерес представляет выбор информационных и регулируемых параметров рабочего процесса зуба - рыхлителя активного действия. Так в качестве регулируемого параметра, влияющего на величину тяговой мощности или мощности двигателя внутреннего сгорания (ДВС), могут быть вы браны: заглубление рабочего органа в грунт (толщина стружки), номер передачи трансмиссии (скорость движения машины) и положение рейки топливного насоса (топливоподачи). Управление рейкой топливного насоса производится серийным регулятором частоты вращения вала ДВС /34/.
Анализ существующих зависимостей (глава 2) показал что, при определенных грунтовых условиях, конфигурации рабочего органа и выбранной толщине разрушения, а также при определенных условиях работы двигателя базовой машины, определяемых и задаваемых человеком - оператором, существует своя оптимальная энергия, при которой энергоемкость процесса разработки мерзлых грунтов минимальна, а объем сколотой породы максимален /34/.
В работе /42/ отмечено отсутствие единого мнения о влиянии частоты ударов на энергоемкость и производительность разрушения, однако в работе /30/ отмечается, что величина энергии удара, при которой достигается минимальное значение энергоемкости разрушения, зависит как от параметров рабочего органа, так и от условий работы: глубины разработки, расстояния до края забоя, прочности мерзлого грунта и назначается, исходя из производственных требований, например, более эффективного разрушения забоя, достижения максимальной производительности технологического процесса, снижения удельных затрат.
На величину удельной энергоемкости, а, следовательно, и на производительность большое влияние оказывает характер разрабатываемого забоя. Неподготовленный забой увеличивает энергоемкость скола в среднем в три раза по сравнению с подготовленным. По мере формирования забоя в грунтах с мерзлым слоем и уменьшением его относительной толщины производительность экскаватора с зубом - рыхлителем активного действия возрастает/42/.
