Введение к работе
Актуальность проблемы. В мировой практике выполнения земляных работ больших объемов значительное место занимают зшшвационные машины и, в первую очередь, роторные экскаваторы.
Особенно актуально применение роторных экскаваторов и другой техники непрерывного действия в Республике Казахстан в связи с необходимостью освоения ее богатых природных ресурсов, имеющих первостепенное значение для развития экономики страны.
При этом возникает необходимость разработки болзз прочных фунтов, крепких пород и углей, удлинение сезона работы машин в зимний период. Однако усилия копания у существующих .машин недостаточны для разработки таких сред, у них падает производительность, снижается работоспособность металлоконструкции, в определенных условиях работа экскаватора становится невозможной. А созданиа зкскаэатороз с высокими удельными усилиями копания (выше 0,7 МПа) ведет к росту массы машин и ухудшению их динамических характеристик.
К настоящему времени резервы дальнейшего повышения производительности и усилия копания существующих роторных экскаваторов почти исчерпаны, так как гравитационные роторы, которыми снабжены экскаваторы, ограничивают повышение скорости вращения и усилий копания из-за конструктмБНых и технологических причин: процесс разгрузки ковшей происходит в верхнем положении под действием массы находящегося в них фунта, а отделение стружки осуществляется при сращении ротора "снизу вверх" относительно забоя, что ведет к повышению динамических нафузок и нарушению устойчивости работы.
Дальнейшее совершенствование роторных экскаваторов и расширение области их применения, очевидно, должно основываться на принципиально новых технических решениях. Таким рабочим органом для зкскавационных машин является инерционный ротор косого ступенчатого резания (ИРКСР), разрабатывающий фунт при вращении "сверху вниз".
Поэтому проблема создания и обоснование параметров новых инерционных роторных органов такого типа к
экскавационным машинам (ЭМ) является актуальной, решение которой позволяет развивать высокие усилия копания и снизить энергоемкость разработки прочных грунтов, дает возможность разрабатывать более крепкие, чем в настоящее время, фунты t породы без падения производительности, ухудшения дииашчче ских характеристик и увеличения линейных размеров и массь машин.
Цель и задачи исследования. Основной це лью исследования является совершенствование конструкций ЭЬ на основе обоснования параметров и создания принципиальнс нового инерционного рабочего органа нижней разгрузки, осуще ствляющаго разработку прочных фунтов косым полусвободный резанием по ступенчатой схеме.
Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:
-сформулировать требования к конструкции ротора, по эвеляющого развивать повыиюнныэ усилил копания без ЕОЗрЗС таиия динамических нафузок, исследовать пути их реализации і разработать принципиально новую конструкцию ИРКСР для раз работки прочных грунтов;
-установить закономерности формирования усилий на ре жущих элементах новой конструкции ИРКСР и разработать ме тодику расчета усилий и мощности копания;
-исследовать влияние колебаний рабочего оборудована на процесс транспортирования фунта приемным конвейером;
-разработать динамические модели ИРКСР и экскаватор; в рабочем режиме и при передвижении экскаватора;
-провести экспериментальные исследования инерционно го ротора нижней разфузш с целью определения динамически: нафузок и удельных усилий копания в зависимости от парамет ров стружки и скорости копания;
-разработать новые конструкции и обосновать параметрі ЭМ с ИРКСР, позволяющих развивать высокие усилия копания і разрабатывать прочные фунты без ухудшения динамических хг рактеристик и нарушения устойчивости рабочего процесса;
-создать опытные образцы машин и провести комплекс ные натурные экспериментальные исследования на грунтах
высокой прочности для обоснования параметров ЭМ с высоким усилием копания при малых размерах и массе.
Основная идея работы заключается в обосновании параметров и создании принципиально новой эффективной конструкции ИРКСР с высоким усилием копания и с низкими динамическими показателями рабочего процесса, позволяющими значительно расширить область применения ЭМ при разработке прочных грунтов и пород.
Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследования, включающий элементы математического анализа и математической статистики, экспериментальные исследования на стендах и натурных машинах.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-впервые рассмотрены закономерности формирования усилий на косом клине с учетом пространственности его кинематики и действия сопротивления грунта в процессе отделения стружки;
-получены аналитические зависимости для расчета касательных, боковых, нормальных составляющих усилия копания принципиально ноаым ИРКСР;
-разработана методика расчета мощности копания ИРКСР с учетом влияния скорости;
-разработана математическая модель для расчета точки встречи, скорости и угла падения потока фунта при разгрузке ИРКСР на конвейер;
-выявлены закономерности колебаний ИРКСР и их влияние на величину угла подъема фунта крутонаклонным конвейером;
-с учетом колебаний ИРКСР установлены закономерности процесса движения фунта на крутонаклонной части приемного конвейера в процессе разгона и в установившемся режиме;
-разработана методика расчета критических режимов вращения с учетом высоких скоростей вращения ротора-метателя и неточностей его изготовления;
-выявлены особенности динамики экскаваторов с ИРКСР: составлена полная динамическая система экскаватора и упрощенная динамическая модель ротора в рабочем режиме,
рассмотрена динамичность нагрузок при передвижения экскаватора;
-теоретическими и широкими экспериментальными исследованиями обоснованы требования к новому эффективному ИРКСР с высоким усилием копания, предназначенному для разработки прочных грунтов, и на этой основе предложен ряд принципиально новых конструкций рабочих органов и ЭМ различного назначения.
Практическая значимость работы заключается в разработке методики расчета параметров ЭМ с ИРКСР, е создании принципиально новых конструкций ЭМ для разработка прочных фунтов и пород.
Реализация работы. Результаты проведенные теоретических и экспериментальных исследований реализованы при разработке конструкторской документации и внедрение опытных образцов ноеых конструкций ЭМ на заводе Ленстройке-рашка (Ленинградская обл.), АО Целиндормаш и в организации ЕЦ 16S/5 (г.Ашола). Результаты работы также используются е учебном процессе Евразийского университета им.Л.Н.Гушшева Казахской академии транспорта и коммуникаций и Казахскогс национального технического университета для студентов специ аяьности 2803 - "Подъемно-транспортные, строительные и до рожныа машины и оборудование", 1905 - Торные машины".
На защиту выносятся следующие основные по ложен ия:
-математичеаша модели, описывающие основные рабо чиє процессы ЗМ с ИРКСР: копания, разгрузки и транспортире вания фунта рабочие органом и приемным конвейером;
-методика расчета усилий и мощности копания ИРКСР;
-теоретические модели динамических процессов ИРКСР ь экскаватора в рабочем режиме и при передвижении;
-принципиально новые конструкции ЭМ, созданные на ос нове теоретических разработок и ИРКСР, оригинальность кото рога подтверждена патентом;
-результаты экспериментальных исследований рабочего процесса ИРКСР, проведенные на полноразмерной стендовой
установке и опытных образцах машин в различных фунтовых условиях.
Достоверность результатов проведенных исследований подтверждена экспериментами на полноразмерном стенде, на натурных опытных образцах машин, использованием методов математического анализа и методов математической статистики для обработки опытных данных. Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях Санкт-Петербургского архитектурно-строительного университета (г.Санкт-Петербург, 1972, 1973 г.г.), Евразийского университета им. Л.Н. Гумилева (г.Ашола, 1991, 1993, 1995 г.г.), Казахской академии транспорта и коммуникаций (г.Алматы, 1893, 1985, 1997, 1998 г.г.), на научно-технических совещаниях ВНИИЗем-маш (г.Санкт-Петербург, 1973, 1974, 1975 г.г.), завода Лэистрой-керамика (Ленингрдаская область, 1973, 1974 г.г.), объединения Глаэлеистройштериалы (г.Санкт-Петербург, 1973, 1974 г.г.), АО "Целиндормаш" (г.Ашола, 1993, 1994 г.г.), АО "Ашоладолясары" (г.Ашола. 1995), АО завода "Дортехника" (пос.Осакаровка Карагандинской области, 1979,1981,1989 г.г.), ГАО "Зшбастузкомир" (г.Экибастуз, 1973, 1893, 19SS г.г.), на 1-м Республиканском съезде по теоретической и прикладной механика (г. Алматы, ИМиМ МН-АН PK.19S6 г.), на шеиедународной научно-технической конференции "Развитие строительных машин, механизации и автоматизации строительства и открытых горных работ" (г.Москва, МГСУ, 1996 г.).
В законченном виде диссертационная работа была доложена и одобрена на кафвдренПодъе?лно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование" Евразийского университета им.Л.Н.Гумилева (январь, 1998 г.) и объединенном семинаре кафедр подъемно-транспортных, строительно-дорожных машин и оборудования Казахской академии транспорта и коммуникаций, Казахского национального технического университета и Казахской государственной архитектурно-строительной академии (январь, 1998 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 печатных работ, в том числе одна монография объемом 12 п.л.,
опубликованных в центральных журналах, сборниках научных трудов и изданиях, рекомендованных ДАНКом МН-АН РК.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов и приложений. Общий объем диссертации (без приложений) - 320 страниц машинописного текста, в том числе 132 рисунка, 10 таблиц, список литературы из 244 наименований и приложение на 73 страницах.
