автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Создание бифункционального механизированного инструмента для земляных работ

М1Н1СТЕРСТВ0 0СВ1ТИ УКРА1НИ

КИ1ВСЬкИй ДЕР1АВНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ БУД1ВНИЦТВА I АРХ1ТЕКТУРИ

ПБ ОН

На правах рунопису УДК 624.132.3

РУСАН 1гор Вочоцимирович

СТВОРЕНИЯ Б1ФУНКЦ1ОНАЛЬНОГО МЕХАН1303АН0Г0 1НСТРУМЕНТУ ДЛЯ ЗЕМЛЯНИК Р0Б1Т

05.05.04 - Дорожи! I буд1вельн1 машинк

Автореферат дисертзцН на здобуття наукового ступени кандидата гех^чьих наук

К " Г в - 1995

Робота викокана у КиГвському державному техкхчному уяхзерситет! буд1вництва х арх1тектури

Науковий кергвник - доктор техн1чних наук, професор,

акадеШк А1Н УкраГни Балад1нсышй В.Л

0ф1Ц1йн| опоненти - доктор технгчних наук, професор Шчке В.В.;

кандидат техн1чних наук, старший науковий сп1вроб1тник Бажан В.Т.

Пров!дна установа - Бороцянський екскаваюрний зазод

МШстерсгва машинобудування, :Мйсько: промислового комплексу I конверси Укра Гни

Захист в^дбудеться " " иЕгУТУ/е/ 1Э94 р. о /3 годи: на засЦаши спец1ал!зованоГ вченоГ Ради Д 068.05.01 в КиГвськоыу державному техн1Чному ун!верситет1 буд1вництва I архгтектури за адресов : 252037, КиГв - . Пов1грофлотський проспект, 31, КДТУБА

3 дисертац1ею мокна ознайоыитися у б1бл10тец1 КДТУБА

Автореферат розГсланий " «/^ " ^Д^Уе/ХЭЭ^р.

Вчений секретар спеЩап130ван01 вченоГ Ради, кандидат гехн|чних наук, доцент

'арнець В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АктуапыПсть роботи. Нар1вн! э1 зб1лыленняи парку буд1вель-IX машин для зеиляних роб^т, яка супроводжуепся п1днищацини к потужност!, ун!версалъност! та еноноШчност!, в нин! 1лнIИ чао, зИб!льш слзбкою ланкою в оргаи1зац!Г комплексно? мехаЩзаШГ эмлялих робIт виявлнегься в1дсутн!сть спеЩалышх машин га ус-аткування для роботи в таких уыовах, да користування 1снуичг)Ю шикои неафективна (в уыовах обиеженоГ робочоГ яонн,або иалих 5спг!в робIг). Тпк| види земляних робIг внкон^югьоп, ян прави-), вручну, складньть 61 ля 3,5% в|д загапышх обсяг!п, а трудо-I витрати на них перевищують 60?о.

Вир1шення дано Г проблеми иоже эдМснюватись шляхоц розройки I випуску р!зного по функШонаньноиу приэначснни ыехан|зовапо-) (нструиента. Сучасна закордонна проиисловюгь (за иежаии 1Д) поставляв на ринок и|кроиашини з ручниц керуванням, як1 шзначеЩ для виконання одного виду зеиляних роЗЦ. Розширення 1хнопог1чних иожливостей такого роду техШки дозволить розв'п-ти ряд техЩчмих (Шцвищення продуктивном! прац!', ыехаШза-я найб1льш <1йоових вид1в зеиляних робГг, цо виконуються вруч-), еконоШчних (зниженнп соб|вартооП роб!т; краща викорис-ння та еконоШя робочоГ си;,и) Гсоц1апышх (п1двицсння престижен робочих и!сць) задач,

1а вищевикладеного ол!дуе, що створвння иехан!зованих отруыенЦв, як! забезпечують виконання дек!лькох функц1ональ-х призначень без зи!ни робочих орган1в (О|функц!оналышй иеха-аований !нструмент - БИ1) вилвляеться актуальнны питаниям, що ряиоваяс иа удосконалення (снуичих 1 створення кових заооб!в лоГ иехан1зац!Г дпп зеиляних роб!г.

Ц1яь роботи визнэчасться в розробц! иетодики розрахунку, воренн! га досл!дно-прсмисповоыу впроваджэнн! б!функц!ональ-го иехан(зованого !нструиелта дня утвороннн 1 заоипання аншвй.

Наукова новизна роботи полягас у створэнн! низькоенерго-^оного'продвсу розробки прс^>| ля забою шляхом сполучення пара-гр|п в1бровир!занпя грунтового Шпика просторово-ор!ентовани-р1жучи«и елемеитами та його транспортування, цо частково Шзуеться при вир1зпнн! (ефект самонапору),

В робот! иперае встанэвлсно: . . нов! принципи роботи зеылэрийного ыехан!зованого !нотруиенга: '

- руйнування грунтових зв'язк1в масияа зд!йснюеться т1лыш по встановленому периметру актив1зованим робочиы органом, при цьо-му керована ор1ёнтац1н його р!»учих елемент1в забезпечуе uiHi-малыИ силов! та енергетичЩ параметри процесу;

- зуоилля розробки проф1пя забою реал!зуеться транспортуючим ви-конавчиц органон, як додаткова тяга 1нструмента;

б). законом1рноот1, wo визначають силов! та енергетичн1 характеристики взаеиодН р!жучих проф1лей, то складають в!броактив1зо-ваиий оргаи вир!заючого типу, в!д його к|нематичних та геомет-ричних парьметр1в;

в), залеасносг! впливу napauerpiB транспортування грунтового ц!ли-ка на значения зусипля пересування конвейера (ефект самонапору) та енергоеын!сть процесу.

Практична ц|нн|сть роботи визначаеться розробленою методикою розрахуниу параметр1в БМ1 1 створеним досл!дно-промисповии зразком I не трумента.

Реал!зац|я роботи. По результатам роботи розроблена техн1ч-на документами та створений механ1зоааний 1нструмент для утво-рення i засипання траншей.

ЕконоИчний ефент в!д досЩдно-проммслового впровадження БМ1 становигь 17,6 тис.крб. (в нормах i розц1нках на 1.01.91р.).

Апробаи1п роботи. Основн! положения дисертацИ допов!дались на 49 - 53 науково-практичних конференц!ях К1Б1 (КиГв, 19881992), на Республ1канському ceMiHapi молодих вчених по проблемам механ1за1Ш i автомагизац!Г зеыштих робЦ у буд1вництв1 (КиГв, 1988), науково-техн1чн1й конференц1Г спШи "Знания" УкраГни по ¡нтенсиф!кац1 f робочих процес!в землерийних машин у <3уд1в-ництвi (КиГв, 1989), ни 50-Й пауково-гехн1чн1й конферешиг ВIБI (Воронеж, 1991).

Робота в ц!лому допов¡далась та схвалена на зас!данн1 ка-федрн буд!вельних машин КДТУБА.

На захист виносяться так1 суттев! результати досл1джень:'

- нов1 принциии роботи земяерийного мел.ин1зовакого 1нструмента;

- aaitoHOMiphocii SMiHHOCTi силових та енергетичних параметров процесу взаемодН з робочим середовшцем в^брацИШого органу ви-р1заючого типу, а га'кож залежност!, що визначають вплив парамет-рiв гранснортування грунтового цШка на значзння зусилля роз-робки профиля забою i енергоемн1сть процесу;

- методика розрахунку параметр1в БМI для утворення та засипання траншей.

ПубпiкацI i'. По uarepianau роботи опубл!ковано 10 друнова-них праць.

Досл!дження реал!зован! в техн!чних р1шеннпх БМ1, новизну котрих пЦтвержують авгорське ов|доцтво №17^0569 "Устройство для блочной разработки связных грунтов" I р!иення на видачу патенту Н95^97б "Экскавационинй ыеханизированний инструиент".

Об'ем роботи. Дисертац1я складпвться з вступу, Ь глав, за-к)нчення, nepeniKa винориотаноГ лИератури з 99 найменувань, 7 додатн!в; вм!щуе ЬЪ рио. та 22 табл.

Загальний об'еы дисертац1Г складае 188 стр., об'ем основного тексту 133 стр., додаток - 55 стр.

3ÜICT РОБОТИ

В середин! 80-х рок!в на ринок стали надходити траншевкопа-U з ручнии керуванняи, когр! призначен! для утворення траншей Цд прокцвцання телав1з(йного га телефонного кабеШв, трубо- 1 ^азопроводи и!сцево!' MBpeai. НаШлыл в!домими продуцентами 'акого роду технИш е эакордонн! ф1рии " J .1 . Case", "Ditch /itch" (США), "Ueiroe evrope" (Белымя), "A.P. Treacher I.Т.О.» Англ1я). В наш tit краГн! створен1 дослЦно-пр'оыислов! зразки емлерийно-транспортуючого ыохан!зованого 1нструненту в КДТУВА.

Огляд нонструкц1й I анал!з техЩчних характеристик 1снуючих уд1волышх землорийних «ехак|зованих tHcipyueHTiB безперервноГ 1Г дозволяе сформулювати принцип» 1'х роботи, a cawe: псвднання робочих процес|в фрезування 1 транспортування в од-cuy виконавчоиу орган! (конструктивна реал!зац|я - баров! м!к-отраншеекопач!);

розробна забою в!дбуваетьоя суц1льнии фрезуванняи з наступниц !дцентровии транспортуванняи грунту окреыиыи виконавчиыи орга-зии (конструктивна реал1зац[я - зеилерийно-транспортуючий неха-1зований (нструмент).

ЗазначеЩ принцип» в1дзначаютьоя значною енергоеын1отю Iля ц1крограншеенопач1в закордонного виробнидтва - 0,68 - 1,0^ 1т-год-ц"у) у зв'язку з тим, що в процес! розробки забою каэ !оце сильне здр!бнеиня грунту за рахунок фрезування та подаль-> floro багатократне' персмелювання при вилученн! з робочоГ зони,

Вищевикладене дае пЦставу зробити висновок, що створення >унторозроблюючих то трпнспортуючих виконавчих орган1в, а та-1Ж р!зних Гх комб1нац!й, що реал!зуюгь нов! принципи роботи, s

резервом цпя зниження енергоемност! робочого процесу га роаширен-ня технопог!чних можпивосгей зеыперийноГ малогабаритно Г твхн1ки, а останне призведе до значного 8б!льшення ефективност! ГГ викорис-тання.

Виходячи а того, що найб!лылу питому вагу серед вид!в земля-них робIг, що виконуються вручну, мають:

- угворвння траншей в малих обсягах - 10...12%;

- зворотне засипання грунту в умовах обмеженоГ poöo4of зони -30...35%, то створення EMI для утворення 1 засипання траншей дозволить максимально зменшитм процент ручноГ прац! при виконанн! . аемляних podlr. У оьогоденн! н! в наш1И держав!, н! за ГГ межами не отворен1 такого типу 1нструменти.

Вивчення робочого процесу буд!вепьного механ1зованого Гнсгру-менту свЦчить про те, що при створенн! такого роду техн!ки необ-х!дно вир!шити питания про одержання рацЮнального (необх!дного) тягового зусилля. його розв'язання зводиться до м1н1м!зац1Г пито-мого зусилпя опору розробШ грунтового масиву, тобто до зниження енергоемност! робочого процесу механ!эованого !нструменту.

Це досягаеться, на в!дм!ну в!д 1снуючих принцип1в роботи землерийних ¡нструменПв, за рахунок в!докремлення в1д масива грунтового ц!лика шляхом руйнування грунгових зв»язк1в Ильки по необх!дноыу периметру з наступним його транспортуванням. Эв^дси, технология onepauin (як утворення, так i засипання траншей) бу-де складатись з таких робочих процес!в - вир!зання з масиву ц!пи-ка грунгороароблюючим органом 1 подалыаого його перем!щення трано-портуючим виконавчим органом !з зони розробки (при ритт i транше Г -у BiflBan; у випадку зворотньоГ ГГ засипки - в траншею). •

Враховуючи вищеэаэначене та анап1зуючи в!дом1 .роботи а пи-тань дослЦження виконавчих орган!в землерийно-транспортних машин приходимо до висновку, що компоновка в!брац1йного грунтороз-роблюючого органу вир!заючого типу (конструктивне виконання - pl-жучий периметр) з похилим стр!чковим конвейером п!дпорядкована техиолог1ЧН1й схем! виконання po6ir по утворенто 1 засипанню траншей та реал1зуе низькоенергоешПсний принцип роботи механ!зовано-го !нструмента.' В!дпов!дно цьому, б!функц!онапьний механ13оьаний !нструмент уявляе собою складну динам!чну модель з розгалуженою структурою, багаточисельними зв'язками 1 обмеженнями, яку доц!ль-но зобракуваги у вигляд1 системи: "робоче середовшде (грунтовий .

г грунторозроблюючий орган -i "асив Н- транспортуючий орган > ходова база " 0П°Рна

к

10верхн1сть". 1г вивчення га анал1з дозволив уточнити 1 сфорцулю-зати нов! принципи роботи зеылерийного механ1зованого ¡нструиен-гу, цо п{длягають детальному дослЦженню:

- руйнувания грунтових эв,язк(в иасиву зд[Кснюетьсн Пльки по ютановленоиу перииетру актив[зовании рабочий органои, при цьоцу <ерована ор!ентац{я його р!жучих вкеиеих1в забезпочуа «¡н(иальн1 ¡иловI та енергетичн! параметр« ироцесу,

- зусилля розро'бки проф1ля забои реал1зуеться траиспортуючиц ва-¡онавчии органом як додаткова тяга ¡нструиента;

I також встановити, що найб!лыпий вплив на ефективЩсть робочого фодесу Б!Л виявляють уыови взаеиовлливу параметра в ¡бровир1зан-;я та транспортування розроблюеиого оервдопища, для котрих визна-:ен1 иетоди иоделювання. Так, для вивчення ироцесу "грунтовий асив - в!брац1йний грунторозроблювчий орган вир|заючого типу ВГОВТ)" доц!льно засгосовувати ф)зико-матеиатичпу модель, и для родеоу "грунтовий ц!лик - похллий сгр!чковий конвейер" - ф|зичну одель досл1дження.

Такии чиной, основн! задач1,як1 пЦлягоють вир1шеннв: досл1дити процеои взаемод1Г з грунтовим середовищеи розроблиючо-о та транслортуючого виконовчих орган1в, но резл1зують нов! прин-ипи роботи зеилериЯного иехан1зованого ¡нструиента I встановити Зласг! Гх оптимальних параиотр1в;

астановити залежност! сполучень параметр|в робочих процео!в ви-гзання 1 транспортування розроблюеиого середовища; розробити методику визначення параметра та режи«1в роботи ютрумента для утворення 1 эасипання траншей; отворит 1 впровадиги в практику буд1вництва досШдно-проиподо-!й зразок Ш.

- Для отвореннп тооретичноГ иодел! процесу в1бровир!зання )зглянеио процео загпиблеиня у иаоив грунту ВГОВТ, на який накла-поздовжн! коливання. Грунт, який руйиуе робочий орган, уоЦль-ються в ыасив та у сИнки в!докреиленого в1д нього грунтового лика, зазнаючи пружно-пластичних доформац1й 1 порушуючи його »иродню структуру на глибину (рис.1).

В уыовах глибокого блокованого вир!эання (в!доутн{оть ружкоутворення та взаеиод!Г и!ж вертикальиими проф!лями) в|дбу-еться перетин об'еШв порушеноГ (ут!льненоГ) структури грунту в1д озр|зання вертикальниаи I горизонтальнин проф1лями, У цьоыу об'в-грунтова маса знаходиться п!д д!ею накладання пол!в напружень, викликан! складовими зусиль роэр!зання грунту р1жучими проф!- • ми, а це у к1нцсвому резулыат1, визначае вплив в!д взаеиод{Г

5

р1жучих елеменг!* (проф!лей) ВГОВТ на параметри процесу вир!зання. Таким чином, оп!р заглибленню ВГОВТ визначиться:

Тв. - Тр. + Твз. + Тз. (I)

де: Тр< - зусилля опору розр1эанню р!жучими профиями, що склада-ють нрямокутний периметр; Твз - зуоилля опору в 1 д взаемодП' р!-жучих елемент1в; Т3> - зусилля опору вЦ затупления лроф!лей р1-жучого периметра.

Як вих!дна база для вивчення та анал1тичного описания про-деоу заглиблення у грунт ВГОВТ використовуеыо положения теор!Г динаи1чного руйнування грунИв акад. Балад1нського В.Л. Тод!, зг!дно звпропонованШ ним схем1, в^брацШий розр1заючий. орган, котрому надано швидк!сть V „ = + Уп зустр!чае оп!р руй-

, I» • лил • IX •

нуванню Р С складов | Р„ та Р_ ) ! долае зусилля стиснення //„_ , а • л • о л •

оуде зазнавати ол1р заглибленню:

де: и - швидк1сть розповсюдженля хвил! деформац!Г у грунт 1;

- питомий оп1р руйнування робочого серецовища; ^кол< -швидк1сть коливання робочого органу; - швидк1сть подач1 ВГОВТ; - коеф1ц1бН1, що характеризуе кут аагострення рЁжучого проф1ля; Л| - кут М1Ж р^учими гранями проф1ля периметра (1-1 -для вертииальних; !»2 - для горизонтального профилей); { - коеф!-ц!ент тертя грунту по стал!.

Як зазначалося, вплив вщ взаемод!!' р!жучих елемент1в на параметри процесу обумовлений тим, що зусилля стиснення л/сг | л!д вертикалышх та горизонтального проф1лей спричиняють утвореи-ня бокових зусиль л/'|(Рд/) на р1зноймвнн1 проф!¿ц 14]

Визночення Л/? (зусилля на ^-й проф1ль В1Д сили стиснення при розр1зани! ¡-и проф1лем) зд1йснюемо на основ! аоложень теор!Г тиску грунту на вергикальну грань Кулона з наклаценням обмежень зг!дно г!потези Фусса-В!ннпера (рис.2). Для цього визначаемо в загальному вигляд! (без врахування насп1дк1В вдд !нтенсивност1 навантакення) умову р^вновзги р1кучого проф!ля та клину сповзання грунту, я кий угворюеться п!д д!ею зусилля {, котре припадав на глпбину порушено! структури грунтового д!лика :

^о'^-^Ссо^ , (5) -1 6

де: С^ - коефШент бокового прущого схиснення грунту, H/u3; & кут нахилу л 1 нii" сповзання клину (&- 0,25 ( tfл ),

Р вт " ВНУ1Р1ШНЬ0Г0 тертя); - перемещения р|жучого про-фf ля Bis дп бокового зусилля; П сп - маса клину сповзання; -прискорення лерем1щення центру клину сповзання; R_- сила реакц]г з боку площини сповзання; „Х-оп ~ сила 1нерц:Г клина сповзакня.

. П i с ля рвения t^p ¡) i додаткових перзтворень бо-

кове зусилля на р1жучий профГль В1'дсили стисненйя.л/сг>j визна-. читься:

,Проекц!я вектора бокового зусилля ' л// на напряи вектора зусилля опору заглибденню (рис.1) визначиться як аУ/^/j , тобто: * ruf/ S 1В• -

7(5)

Пjсяя визначення ■ Sjj та С 1 проведения неокладних пере-творень зусилля опору в1д'взаемод1Г ргхучик епемент1в ВГОВТ дор!в-нюватиие:

т - ^Vk»ßjЩitjjcijA,UzhQ (coiXi-jäinXi) C0vK v ¡*j BjHjcos&cosJj 1 . " tlAeosß-'

. 2 4» Г Si^z атЧз , , д (cos^-fstalj)

co5.^l ■ ^¡cosXi {U П '«¿dose-* L Вг^^ф^'А , (cvsJz-fslaUg) C0VU j +-ß,H,eosJt (UStn* ----C6)

де: лгij - маса р|нучого.прсф1ля; С - зусилля зчеплення грунта призми по площйн{ сповзання; С0 - зчеплення. грунту.

Анал1з останньо! залеяност! вказуе на те, «о величина Т

вз.

е зм^ною, значения котроГ залежить В1Д умови наявност! Твз ,

яка'визначаеться ~~----------------- -.....—

с0 еозА - {51л .

и Илиа&со£&. . ^

в¡ > , (7)

га зв1дки сл1дуе, ¿Го:

- 1снуе гранична швицк1сть заглиблення (коливань) робочого органу у грунтовий насив, перевищення котроГ призводе до в!дсутност! ефек-ту взаемод11" р!жучих елемен^в ВГОВТ на.параметри пронесу;

- при певних к!нематичних характеристиках робочого- органу зусилля опору в¡д-взаемод1 Г Т33> може бути змиело (мШмальне, або дор1з-нювати нулю) шляхом:

Я-Й

Рис. I Розрахункога схема загяиблення в|брац!йного робочого органу вир1заючого типу.

Рис. 2 Розрахувковэ схема до визначення впливу взаьнод!Г риучих елемэнпв ЪШВТ на параметри процесу вир1зання. в

а). з01пьшення вепичиии зы^щеная рЛкучих елеменаМв вЦносно один одного - Ваы . Тол,I у чаоельник (6) достатньо пЦставити (В| -

"Взы.)! , „ ^

б), змеишення геометричних парацетр1в В^ ( £ ^ ) ВГОВТ.

Трет 1й скиадовий член виразу (I), котрий характеризув зу-силля опору вIд затупления рыучих про^1пей, визначиться:

т- 4 Н',/?' / - .V м2

Ь-

а *1 у/ц I '

(^-1)1 . <8)

де: - раджей затупления р!жучих'проф1лей вир1заючого периметра . •

На основI анал1зу резулыат1в обчислень по формул! (I) була запропонована робоча г!потеза про наявн!сгь ефекту взаеиод1Г р1-жучих проф1пей п!д час заглиблення ВГОВТ у грунтовий часив.

Записавши визначення енергоемност! процесу в!бровир!зання через силов! парамегри, отрицаемо:'

3(Тр,Та) Те, -1 ^

' ,(9)

Р

8

Н.На. ]

де: 3(£0=1)~ шлях, пройдзний робочим органон в контакт! з грунтом за одинишо часу:

> (Ю)

» № 2 ~ ПРИ НКИК робо'чий орган в.трачае контакт з ц!-

ликовим грунтом,! вгдпов^дно встановлгое його*

Визначення (/1 2 ~I ( ) ыожливо тальки

числовиии методами, так як анал!тачна залежн!сть представляеться у вигляд! трансцендентного р!вняння. Розрахунок виконувався на ЕОМ, а коеф1ц!енти формульних залежностей визначалисл за методом найиеитих квадрат¡в. Отриыано:

- для

°-22 /♦г-/»! - <V кол.) 0,53;

- для 0,22<уп\ < 0,6В /< 3 ^п. V Йол. + °'9 5 " *пя 4,85 * 0,44;

" ^я 0,84^п> V"*, < I /»2-/11- 0,76 V <Ш

Враховуючи (9), П1сля нескладних перетворень, енергоецн1сть 9

процесу заглибленн'я ВГОВТ у грунтовий масив визначиться:

раJjiVIlL . . 1

в I HiИ4 T^sfilj*J'/V/П • (I2)

Bri дно (1), енергоемнЮть в tit ефёкту взаемод1.Г р1жучих еле-hoiitIb робочого органу становить:

Виявпен1 осоОливост! процесу заглиблення ВГОВТ потребують свого Щцгвердження експериментой. В1н (5ув проведений на трьох типах грунтових суи!ш!в, пк! цостатньо коректно иодешоють грунта у 1ктервап1 "суЩсок - середн!й сугмнок", по nporpaul:

- досл!дження процесу в!брац!йного розр!зайня грун?у групою !з' двох одиночних вертикальних нож!в з поздовжньою траекторию ко-пивань (один мае симетричн! кути загострення, а' другий. з кутом ■ р!заннн в план! та асиыетрично» заточкою)' з мегою визначення:

(тр. • <vitoa.5 со)

- досл1дкення процесу в!бровир!зання грунтового ц1пика нодеяяии ВГОВТ з поздовжньою траектор!ею.коливань для визначення:

<т*. -Я».5"? ( VKon.'vn.; Взм>; с0

На основi рекомендац1й,викпадених у працях проф; Зепен!.на A.M., Федорова Д.I. та Нсдоре.зова ЬА.^вйзначеи! геоыетричн1 па-раметри експерименгапьнйх моделей досл1джуваних орган!в.

Експерименти виконувалися в ¡дповЩно йеко.мпозиц1йнойу плану 2-ого порядку В^ (симетричний на куб!) при чотирьох вар1йов'а- ■ них факторах: швидкоот! кояивань робочого. органу - Xjj поступаль-ноГ швидкост! вир!зання (р.озр1зання) - зчеплеяНя грунту-- Х^; значения величини зм!щення р1жучих профНей в1дносно один одного ..'горизонтального, pisy4oro епемента. ¿¡дйосно .вертикальних) - Х^.

Для проведения експериментапъних досликень'був спроёкто-ванмй i виготовлений стенд ф!зичного. моделювання робочихпроцес!в в!брац!йних виконавчих opraHiB, який дозволяе-вйкирюватй:аусил- . ля опору вир!зднню (розр!занню), частоту та. амплитуду коливан^ а також потуиЦсть, що витрачаегься в пррцес!' заглйблення «оделей • робочих орган!в (при виргзанн! - л/в \ при розр!занн1 '-.д/р;)« Величина енергоемнйст! процесу. встаиовлювалась, я», (при-• Твз}^ 0);

Рис. 3 ' Схема стендового обладнання для дослхдавння В1брахййних рабочих орган! в. 1-грунтовиЯ канал; 2-рейхи; 3-вхзок; 4-несуч1 балки; 5-ларалалограмна пхдыска; 6-мала рама; 7-вхбратор; 5-модель ВГОВТ; 9-тензотяга; Ю-тшспаст;. П-тягова дэ<5хдаа; 12-трсс; 13-тенэо-балка; 14-двигун постхйного струму; 15-гзнаратор; 16-осиилограф; 17-игдоиловам; Г8-ампл1туд-ний датчик; 19-тахометр; 20-випрямляч; 21-блок управЛ1ння БУ-ЗТО9; 22-реостат; 23-к1ловат-нетр; 24-блок яивлвния. . • •

Запропонований метод oöpoöiTKy експериментальних даних дозволив огримати математичн! модел1 процесНв у виглягй регрес1йних ■залежностей:

- зусилля опору розр1занню (nicnH перерозрахунку для 3-х ножхв)

Те>р>- 861,16 - 521,58 Xj + 596,27 Xj - 282,61 Xj Х3 + 251,45 Xj2 , (Н) (15)

- зусилля опору вир}занню

Те>в> - 961,53 - 580,0 Хх + 628,79 Х3 - 87,62 Х^ -

- 281,88 XjXä + 49,92 XjX^ + 227,47 \Z , (Н)

(16)

- eHeproeuaocii процесу розр1зання

f> е.р. - 40,85 - ь;97 Xj - 5,77 \ + 24,11 Ц + 2,58

XjX2 - 5,2 ХХХ3 - 3,08 , <к!МГ2)

(17)

- енергоемносИ процесу вир!зання

Ре.в. " ^'905 " IO»55 XI " 6'2if Х2 + 25'66 Х3 ~ 3'3ё 1Ц - 4,86 XjX3 - 3,25 Х2Х3 , (кН-м~2) .

<18)

Аналгз piBMHb (15-18) засв|цчуе те, що просторова opieHiaui риучих профилей (едина вЦм1нн1сгь Шж пЦпрограмами експеримен талъних дослЦжень) впливае на сипов! i енергетичн1 характерном ки процесу руйнування грунту через к{не.чатичШ i геомегричн! па-раметри моделей ВГОВТ., мIцнIснi характеристики робочого середо-вища. Тод1: ■ '

■'•е.в. "^е.р." те.вз. » Ре.в. ~ Ре.р.= ре.вз.

будуть характеризувати величину впливу вЦ взаемодН р1жучих елемект!в ВГОВТ, на парэметри процесу.

Таким чином, ефект взаемодп р!жучих елеыенПв вязначиться:

- для зусилля опору

Те.вз. i00.37 - 58,47 Xj + 32,52 Х3 - 88,63 Ц + + 51,23 Хд-Х^ - 27,69 - 23,98 Xj-2 , (Н)

- г,пк чепичнни енергоекност1

12

л. в.

/)е.вз. = " 1>58 Х1 + хз ' 3-36 + 1>505 Х1

Х4 - 1,33 Х3Х4 - 1,86 Хх2 , (кН-н-2)

(20)

П0р1вн«ння екепвримеитальних даних (19) 1 (20) з данями, риманими !з анал!тичних залежностей (б) 1 (13), вкззуе на Гх доз I льну зб!жн!сть, та в свою чергу, повн!Я гПдповЦиост! умо-(7).

. Вилвлен! законогЛрност! процесу заглиблення ВГОВТ дозволяють тановити облает! оптимальних його к!нематичних I геометричиих рактнристик. Для цього.за параметри оптим!зац!Г лриймаемо так! лов! га енергетичн! ф!зичн! величини - енергоемн!сть процесу 1 I питоне зусилля вир1заннп Т„ „ .

Л • II • •

Для лошуку облает! оптимальних зиачень фактор!в використояу-ли комб!нований метод Нелдера-М1да. Вс! обчиелемня виконувалися ЕОМ "Електро1Мка'МС-0585". Область значень фэктор1в, при кот-¡с мае м!сце оптимум для досл!джуваних параметргв омочасно зна-циться М1Ж отримаиими координатами стац!онарних точок для Тп В1ДП0В{ДН0 (рис.6).

В результат! дослЦдення взаемод!Г з грунтомм середовищем ЗВТ:

анал1Тично I експериментально и^дтвержена г!потеза про наявн!сть екту взаемодП" його р!жучих проф1леИ;

запропоиоэана залежн1сть для визначення енергоемиост! процесу; визначена область оптимальних зиачень К1нематичних та геомет-чних параметров робочого органу.

Процес транспортування грунтового ц!лика (вир1занного ВГОВТ), завантажуеться на пересувний похилий конвейер, у випадку г > \/п.>можс представлений схемою .на Рис Л 1а описуватись ¡р!вн!стю:

бт {зкЛ0 +ис.созЛ0)* 6Т (ЫлЛо +^.с.со5Х0) *

!: Р - р«акц!я грунту на рулениях стр!чки; Р - сила тертя >унту по стр!чц1; бг - вага грунту на транспортуючому орган!; к. - вага конвейера; с> - коеф!ц!енг тертя ночення вантзяо-;сучого полотна по роликоопорах конвейера; { к к - коефШент ¡ртя кочення опорноГ бази конвейера по поверхн!; Ут - швид-сть транспортування грунтового ц!лика; Р - зусилля тяги.

Анал13 нер!вност! (21) вказуе на те, до ГГ доданок, вид1ле-1й квадратними дужками, ви'значае значения зусилля, котре сприяе ¡ресуванню конвейера у процес! транспортування грунтового ц!ли-I. його проекта на плотину д!Г вектора швидкост! подач! Шлика

<3

Рис. 4 Схема до визвдчення улови наявносх! зусилля на перем1щення г^анспортурЧого викопавчого органу (похилий короткий стр1чкрвИ(5 конвейер).

(напряыок, прохипежний посгупальночу руху ВГОВТ) 'визначае зусиш напору конвейера - Р . -•■■■■'

йк зазначалося вище,процес "грунюяий ц!лик - транспорту» чий виконавчий орган", нербх1 дно представляли .ф1зйчною моделлю. 3 Шею ие?ою бупа спец{ально запроектована 1 вигоговлена .лаборг горна установка (рис,5),. на котр!й в якост! ванта^онесучого органу використовувалась транслортерна строчка, що з.астосолуетьс? у сер1йних конвейерах ыоцея1 011-400.

Досл1дауваниь(и параметрами $ програм! ставлёнвя досп| являлися - зусилля напору конвейера :Р 1 енергоеин|сть процес} транспорхування Эг , в зар1Йованими факторащ) --швидЩоть руху траиспортуючоГ стр1чкц - ; кут нахилу конвейера (стр!чки) -Х2; висота. грунтового ц1лика - Х3; зчепления грунту - Х^'швиц-К1сть подач1 грунтового ц1яика - Х^. Досл|ди пррводилися'в1дпо-в! дно програы! бага г секторного експерииенгу ло плану Хартл1 -На^ з накладенняы обыеження Х^ (у випадку,. коли зПдно ыат Х^ Рг та Эт приймалноя р!вниии нулю). Обробка експериыентальних даних дала, зыогу-отри'иати ыате-матичн! модел1 визначен'ня параметр!?; оптим1зац1 Г у виглядЬрег-рес}йних залежностей: - для зусилля напору конвейера

риц! плану Х^с

10,2 + 18,18 Хх - 2,13 Х2

Х2 - 13,63 Х^ + 22,44 Х^ - 7,52 Ц

14,97 Ц - 2;15 Хх 2 (Н)

(22)

- для енергоемност! пррцесу транспортування Эг> = 0,01255 + 0,00365 Хх .+ 0,00155 -0,0048 Х5 ^ )

Х2

0,00195 X

0,00355 Х^'э - 0,00095 Х,Х,,' -

- 0,0034 £ , (кВт:- год. - м""3) . • • <к ■

2 4 (2-3)

■вол

Рио. 5 • Схема экспериментально? установки для дослгдження транспортувчого органу £М1 :

I - живильник: 2 - направлявЧ1 путники; 3 - втзок; И - штовхач; 5 - несуча стрхчка; 6 - барабан; 7 - асинхронний двигун; 8 - ланиюгова передача; 9 - гвинтова передача; 10 - опори кочення;

II - рама; 12 - конвейер; 13 - тягота стртчка; 14 - двигун пост1йного струму; 15 - рама;

16 - тензобалка; 17 - блок управлхння (БУ-3709); 18 - осиилограф; 19 - П1доилпзач; 20 - реостат; 21 - випрямляч; 22 - ¡аловатметр; 23 - блок живленкя; 24 - тахометр.

Встановлення облает! оптииальних значень napaueipii (Pi,uax.

га Эг uiK ) вЦбувалося у послиовнос1 i, аканог!чн!й досл!дкеннв БГОВХ* i представлена граф|чио на рис.7 .

Анап1з результат!« експерииентапьних досл!джень дае зиогу зробиги висновки:

- використання пронесу транспортування грунтового ц!лика короткий стр1Чно»им конвейером иожливе для переы|щення останяього (ефекх самонапору);

- виявленмЦ ефект (отрииання Рг ) дае зиогу створювати додаткове эусилля иапору у ыеханйованоыу iHcrpyueHTl (EMI), яке ложе бути peanibosane в процес! лир1эання ц1лика грунторозроблюючим органом (ВГОЗТ).

Встановлення сполучеиь uapaueipti робочих opraat» БШ uae за «ету отрииання таких Гх взаеыоузгоджвних значень, при котрих величина екергоеааост1 процесу розробки проф!ля забою Э буде означена оолиитю найменших значень. Воиа лизиачаеться р|шеннян систеии HepiBHocTeü:

Р ь Л + Эт.ы1н > ръ.г * Эт.2

Тв.1-рт.1 > Тв.2-рт.2 ! рт.ыах > ТвЛ " Тв.2 > 0

ВзцЛ « Взм.2

Складоео Pni* Э„, у|Н нерIвностI визначае енергоеин!сть процесу розробки прения забою при р|вноот! Vn » VT I в 1 доуi-н|сть в.)&сиозв»язку ы|ж параметрами Тв j 1 Рт j, а складова Рв.2 + ^т.2 ~ еисРгосын 1сть процесу при Vn_>f V^ 1 наявн!сгь взиемозалениост! м!ж Тв>2 1 Рт.2' тобто частковоГ реал1зац1Г зу-сиплн вир!зання грунтового ц!лика за рахунок його транспортування При р1аенн1 системи (24) розгнядалкся два иоклив! вар!анти отрицания результату. Перший, коли Э виамочь-.тъся для процес1в розробки профШн забою у раз! кпкладення на Гх иараметрк обцснен-ня, вд визначене у (7). Тод! р1иення (24) занишехься як уыова:

Я*з.2 > Эг.2 -Э1.«1Н.. . <25>

а саме:

[uHg(CD3£t-fiLbA)S>itie-C0S-e--Cl>Vll Simjlj

/„ 28 .

0 , о.ггб_

"о,

V*. о.оэ

, 0.05

26,5

0,23(1

лгж

, 0.0/1

эт ."-Vм т Л "э 'п.в.* мг

, кн-м

л

— 15,172 --■15.00* 11,963

0,05 и/о

_^25 град. .0,^5 и.

8зм.'

0, М 027

0,0*. (Хм.

,24 «Н/а*

С0 ,

0'03 -

(I 035

2чкЛа 0,04к/а.

7 Эм]на зусилля напору конвейера Рт> I енергоенноотх лроцэса Эт , при трано-портуванн! грунтового ц}лика,.в оЙлаот1 оптимальних значень параметр}в.

.,0.05 и/о укол.. о.бгг_

О.ЬгЗ

0,6Э6к/с.

Рис. 6 Эм1на пктомого зусилля эаглигчпення Тп

та унергоехноот} рв проивсу вир1зання грунтового шлика в облаой оптимальних

эначень параматр{э (--теоретик.,

--- - ехсперим,).

Для даного «ипадку, енергоемн!сть процесу буде приймати лай-иеиш! значения коли зм1цення р!жучих проблей в!дпов!дае (26), а сило»! параиетрк транспортування грунтового ц(лика частного реал1-зуються при його вир1заян1, тобто:

9"Я в.2 + 3т.2 <27)

Другий вар|ант, що п|длягае розгляду, визначаегься рШенняы система ньр!виостей (24), при умов!

1 вэд.« в{ . .<28)

Акал!з залекностей (18) 1 (25) св!дчить про те, но система р1акгння не мае. Тобто, область найиенших значень енергоемиост! процесу розробки про«) 1 ля забою буде визначаткся при ч/г :

Э- Я».1 + 5т.и1н. Г29>

Розрахунков1 дан!, отриман! на основ! викпадених акоп|тичиих та експорииентальних досл1джень, свцчать про те, що величина еньргоеыност! процесу розробки забою ( 3= 84 - 95,5 кН-м-2 без врахування затрат но ык1дливий оп|р у структурних зв'язкпх. ) иеха-Шзованим !нструмемгом, котрий реал!зус ноа1 принципи роботи, менша у 4 - 5 рази в пор!¡шиш з кршдап зразками землерийних засоб!в налог нихан!зац!Г (• для ЗТМ1-2А К1Б1 - Э * 450,0 кН-и"2 ).

Виконан1 доол!део1шя е основою для розробки методики розра-хунку параиетр!в 1 рех;ш!в роботи ЕШ. Вона використо1увалася при проектувашП ! отворенн!.зразка ¡нструмента (рис,8). Реаульгаги досл1дно-проиислового влровадыеинн Б.'Л гПдтвордили справсдлив1сть запропонованих принцип!в роботи ¡нструмента, метода його р'озрахун-ку. При мае; самоходного БМ1 105кг. та потужност! дсигуьа 3 кВт, досягалася максимальна продуктивней риття траншей та Гх зворот-ньоГ засипки (перер!з транше! зг!дно технолог1чних виыог прокла-дання л!н!й ав'язку, трубо- ! газопровод^ м!сцевоГ кареж! - до 0,75 х 0,4 м.) 18....21 ы3/год. у грунтах 1....1Г групи. ■

0СН0ВН1 РЕЗУЛЬТАТИ I ВКСНОВКИ

В робот! наукозо обгрунтовац! ! заприпонован! нов! принципи роботи землерийного 1!вхан1зованого ¡нструмента, як! полягаоть з тому, що руйнування грунтових зв.язщв месива зд!йснюетьсн х!пьки

16

ю встановленому периметру актив1зозаниы робочим органом, при {ьоку кэрована ор!ентац!я його р!жучих елеменНв забезпочус м1Щ-тпьн! сипов! га енергетичн! параметри процесу ! зусилля розробки 1роф1Ля забою реал1зуеться транспортуючим викопавчим органом як Юдаткова тяга иютруыента. Результат« Гх цосл1дження впзнэчаюгь-:я сл1дуючими загалышми висновками:

■ сполученнп параметр|в в1бровир1занни грунтового ц1лика просто-юво-ор1внтованими р!жучими елеыентами 1 його трэнспортуваннл ,озволяе зиеншити енерговмн1сть процесу розробки продля забою еилерийниии засобами мало! механ1зацП у 4 - 5 ради; • сформульована умова наявност! вппиву ефекяу взаемод!Г р1жучих лемент1В на сипов[ I енергетичн [ характеристики процесу заглиб-ення у масив в!брац!йного виконавчого органу вир!заючого типу, 1 ехтування якою призводе до отримання помилкових результата прог-озування опору грунта розробц1 (впр!зшшя грунтового цпшк"); процес транспортування грунтового ц!лика похилим стрхчковии кон-ейером може реал!зовуватись для пересування останнього (ефект амонапору) при умов!, що кшеыатичи! 1 гехиолог!чн1 параметри онвейера знаходяться у встановлен!й облает! рац!ональних значень. з дозволяе використовувати процес перемПнення грунтового цшша ранспортуючим викопавчим органом для створення додаткового зусил-я напору землерийним механ!зованим ¡нструызнтом (машиною); встановлен! нов! залежност!, що визначають силов! ! енергетичн! зрактеристики в!ироактив!зованого грунторозробпвочого органу ви-1заючого типу, а також законом!рност! вппиву параметр1в похипого зроткого стрхчкового конвейера на зусилля Його перемиення ! {ергосмЩсть процесу транспортування-грунтового Шпика; розроблена методика розрахунку параметр!в б!функц!онального ме-1н!зованого ¡нструменту для утзорення ! засипання траншей. Впро-|дження в практику буд!вництва, створеного за нею ЕМ1, дав ямогу ¡хаЩзувати найб!т>т масов! види земляних роб(т, що виконуються )учну. Економ1чний ефект отрицаний в 1 д застосування одного югрумента екпадаа 17,6 тис.крб. (у нормах та розщнках на 01.91р.);

результат« досп!дження явпяються основою дня створоннл прич}пно-

! нав1Сного робочого обладнання базових эемлсрийних машин, що ють працювати по найианы енергосшнсШй технолоНчнН! схои -очно Г розробки грунтового масиву шляхом зир!занпп забоя но пери-тру необхЦноГ геометр!Г.

ПОЛОЖЕНИЯ ДИСЕРТАЦП 0ПУБЛ1КОВАН I У РОБОТАХ

I. Баладинский В.Л., Русан И.В. Совершенствование разработки грунтов механизированным инструментом. -Республиканский семинар молодых ученых по проблемам механизации и автоматизации земляных работ н строительстве : Тезисы докладов / Киевск. инженерно-шроит. ин-т. -К,, 1988. -0.7-8.

?.. Баладинский В.Л., Руса» И.В. Активизация рабочих процессов neнлороиных машин. -Научно-техническая конференция по интенсификации рабичих процеииии землеройных машин в строительстве : Тезисы докладои / Общество "Знание" Украшш. -К., 1989. -сЛ.

i . Баладинский В.Л., Русан И.В. Моделирование процессов разработки грунтов вибрационными рабочими органами // Горные, строительные, дорожные и мелиоративные мапцны. Респуб. межвед. науч,-техн. сборник. -К.: ТехнПса, 1991, -вып.44. -с. 16-19,

4. БаладинскиИ В.Л., Русан И.й., Глушко Е.А. Перспективы создания малогабаритных маадн для земляных работ. -52-я научно-практическая конференция КИСИ : Тезисы докладов / Киевск. инж,-стриит. ин-т. -К., 1ЭЭ1. -с.128-129.

5. Ьолодипский В.Л., Русан И.З. Основные положения теории динамического разрушения грунтов и горных пород // Горные, строительное, доросшие и мелиоративные малины. Респуб. межвед. науч,-техн. сборник. -К.: ТехШка, 1991, - вып.45. -с.76-85.

6. Русан И.В. Определение параметров процесса разработки грунтов вибрационным» рабочими органами вырезающего типа // В сб.; Повышение эффективности рабочих процессов строительных маша. -К.: Ш МВО, 1991-с.92-98.

7. Русан И.В., Пасека С.И., Москаленко C.B. К исследованию транспортирующего исполнительного органа механизированного инструмента. -53-я научно-практическая конференция иКОИ : Тезисы докладов / Киевск. инженерно-отроит. ин-т. -К., 1992. -с.127. .

8. Русан И,В. Особенности определения параметров процесса разрьоотки грунта вибрационным органом вырезающего типа. -53-я научно-практическая конференция Ki'CH : Тезисы докладов / Киевск. инженерно-отроит. ин-r. -К., 1992. -с.128.

У. Баладинский В.Л., Русан И.В., Зухба А.Г. Устройство для блочной разработки связных грунтов. Авторское свидетельство СССР №1740569. Б.И. №22, 1992.

10. Решение о выдаче патента Российской Федерации №4954976. Экскавационный механизированный инструмент / КИСИ., Баладинский В.Л. Русан И.В., Зухба А.Г., Глушко Е.А.