автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Исследование и определение рациональных параметров захватно-распределительного рабочего органа гидравлического экскаватора

- n H !t

1ШИСТЕРСТВ0 ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ Днепропетровский тгаензрцо-строителыша институт

На правах рукописи

КУЛИК Игорь Анатольевич

УДК 621.879.3.054.2

ПССЛЕД0ВД1ИЕ И ОПРЕДЕЛИШ РАЩЮ1Ш1ЫШ ПАРЛ!!КТРОВ ОДХВАТНО-ПШЕГГЕЛЬНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО SXCICABATOPA

05.05.04 - Дорозаша и стронтэдыше машиш

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискажэ ученой степени кандидата технических паук

Дийпропзтровс;{ I?:

Работа виполнона на ка^вдро "Строительных и дорожных машин" Днепропетровского инженерно-строительного института.

Научный руководитель — Заслуханний изобретатель УКРАИНЫ.

доктор техничэюсих наук, профессор Л.А.Хмара.

Официальные оппоненты — доктор технических наук.

профессор В.К.Руднев;

кандидат технических наук, додэнт В.Д.Гиверц.

Ведущее предприятие — Бородянский экскаваторный завод.

Защита состоится "/О" 1993 г. в часов на заседании

специализированного совета К 068.32.03 в Днепропетровском инженерно-строительном институте по адресу: 320600, Днепропетровск, ул. Чернышевского, 24-А, ДИСИ, ауд.202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Днепропетровского инженэрно-строительного института.

. Автореферат разослан & ^ 199-3 года.

Отзшз представляется в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью.

Телефон для справок: 47-35-22.

Ученый секретарь

специализированного совета К 068.32.03 кандидат технических наук, доцент /

- -4

.П.Колесник

ОВД! -ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Наиболее распространенной и часто используемой строитольной машиной является гидравличесгагй одноковшовый экскаватор. Одним из основных направлений совершенствования рабочего оборудовался экскаваторов в настоящее время является развитие и создание новых конструкций многоцелевых землеройно-манипуляторних рабочих органов, позволяющих повысить коэффициент использования экскаватора, совмещать виполнение традиционных для экскаватора работ по разработке грунтов (копание, рыхление) с работам! по захвату, перемещению, манипулированию и монтажу штучных грузов без их строповки, сократить ручной труд, осущэстплять широкую адаптацию к различным условиям работа, сократить количество специализированной техники па стройплощадке и соответственно сократить ремонтную базу.

Перспективным направлением развития зеылеройно-маштуляторной техники являются захвзтно-ршштельпдо рабочие органы (ЗРРО), позволяющие совмещать операции традиционного и клещевого рыхлителей с операциями по захввту, перемещению, манипулированию и монтажу штучных грузов.

Исхода из этого следует, что проблема исследования и определения ' рациональных параметров многоцелевых землеройно-мэнипуляторных и, в частности,ЗРРО гидравлического экскаватора является актуальной.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является повышение эффективности гидравлического экскаватора при выполнении рыхлительных работ путем его оснащения сменным ЗРРО многоцелевого назначения манипуляторного типа с обоснова-. пием его рациопальных параметров.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы определяется:

1.Математическими моделями описания процесса рыхления грунта одним вертикальным и двумя наклонными зубьями ЗРРО многоцелевого назначения манипуляторного типа.

' 2.Выясненной физической сущностью процесса взаимодействия с раз-' рабатываемой средой ЗРРО многоцелевого назначения манипуляторного типа.

3.Многофакторными регрессионными моделями процесса рыхления грунта наклонными зубьями челюсти ЗРРО многоцелевого назначения манипуляторного типа.

4.Математической моделью зависимости хода поршня от его диаметра и технологических условий работы гидромеханизма привода ЗРРО многоцелевого назначения манипуляторного типа.

5.Научными рекомендациям по рациональным параметрам ЗРРО многоцелевого назначения манипуляторного типа.

6.Методикой определения рациональных параметров гидромеханизма привода ЗРРО для различных размерных групп гидравлических экскаваторов.

7.Методикой определения рациональных параметров зубьев ЗРРО для различных рлзмерних групп гидравлических экскаваторов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ определяется разработанными методиками определения рациональных параметров зубьев и гидромеханизмов привода ЗРРО для различных размерных групп гидравлических экскаваторов; рациональными параметрами ЗРРО многоцелевого назпвчения манипуляторного типа; полученным экономическим эффектом от внедрения в народное хозяйство и в учебный процесс ЛИСИ разработанных ЗРРО многоцелевого назначения машшуляторного типа.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Рекомендации по расчету и выбору рациональных параметров ЗРРО многоцелевого назначения манипуляторного типа, а таюсэ техническая документация на изготовление данного оборудования на базе экскаватора 00-2621В переданы Бородянскому экскаваторному заводу, в трест "Днопростройм&ханизация", в ССМУ "Спецстрой" треста "Николаев-строй" , в строительный трест "Семшалатияскпромстрой", в ПСО "Солнечноотрой" Минвостокстроя, в Липецкий траст "Промстрой", в строи-тольно-моптажний трест "Усть-Климскгэсстрой", в Управление строительства Смоленской АЭС и др. ЗРРО многоцелевого иазиачеп/я манипуляторного типа внедрен на базе экскаватора Э0-2621В в тресте "Днещюстрой-мехапизация".

Мотодики определения рациональных параметров ЗРРО многоцелевого назначения мшшпуляторного типа, стендовое оборудование, программы расчета на ЭВМ внедрешл в учебный процесс кефедры "Стонтелышх и дорожных машин" ДИСК при подготовке инженеров-механиков по специальности 15.04 "Подььмно-транспортные.стрсителыщо и дорожгаю машина и оборудование" .

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертадаонной работы докладывались на заседаниях и научных семинарах кафвдри "Строительных и дорожных машяи" ДИСИ (19Я8-1992 г.), на научно-технических копфорепциях ДИСИ (1988-1992Г.), в СКВ завода "Красный экскаватор" (1988г.), на-48-й научно-практической конференции КИСИ (1990 г.),на 47,48 и 49-й научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ (1989-1991 г.), на Севастопольской республиканской научно-технической конференции "Вопросы надежности и оптимизации строительных конструкций, машин и механизмов" (1989г.), на республиканской научно-технической конференции "Механизация ирлзводствениых процессов в водохозяйственном срои-тельстве" (19.101'., г. Ровно), на XIV Мсждуннрол'ПЙ научно- технической коп-рэрокцаи "Механизация и автоматизация семл^.-шх робот" (г. Киев,

19Э1Г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано 8 статей, получено 4 авторских свидетельства на изобретения и одно положительное решение Госкомизобретений.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырох глав, заключения, списка литоратури и приложений. Работа в целом имеет 192 страницы, в том числе 138 страниц машинописного текста, 77 рисунков и б приложений.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

—теоретические модели описания взаимодействия с грунтом одного вертикального и двух неклонных зубьев ЗРРО многоцелевого назначения манипуляториого типа;

—математическая нодоль зависимости хода поршня от его диамэтра и технологических условий работы гидромеханизма привода ЗРРО многоцелевого назначения манипуляториого типа;

—стендовое оборудование для исследования процесса рыхления грунта ЗРРО гидравлических экскаваторов;

—результат экспериментального исследования взаимодействия со средой ЗРРО многоцелевого назначения манипуляториого типа;

—методика определения рациональных параметров гидромеханизма привода ЗРРО гидравлических экскаваторов;

—методика определения рациональных параметров зубьев ЗРРО гид- _ равлических экскаваторов.

С0ДЕР2ДНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ выполнен обзор и анализ, конструкций ЗРРО, исследо ваний по определению рационалышх параметров рыхлительных рабочих органов и исследований гидромеханизмов привода рабочего оборудования гидравлических экскаваторов.

По патентным источникам и рекламным материалам ведущих зарубежных ф1фм выявлена тенденция к созданию кострукций рабочих органов, позво-ляыцих совмещать рыхлительные работы с захватно-манипуляторными работами со штучными грузами. Однако выявленные конструкции захватно-рыхлительных рабочих органов имеют значительные отличия в количестве и пространственном расположении зубьев. Анализ консТукций ЗРРО позволил сделать вывод о необходимости исследования, разработки и создания ЗРРО в виде шарнирно связанных рыхлительной стойки с одним вертикальным зубом и челюсти с двумя наклонными в поперечной плоскости зубьями.

Обзор исследований по изучению процессов взаимодействия рыхли-тельных рабочих органов с грунтами позволил выявить разработанную в

трудах проф. Л.Л.Хмари наиболее аффективную лишенную эмпирических кооффидиэнтов методику определения усилий сопротиления рыхлению грунта традиционными рыхлителями. Однако методика расчета сопротивления рыхлении грунта наклонными в поперечной плоскости зубьями отсутствует.

Обзор и анализ конструкций ЗРРО, исследований по определению рациональных параметров рыхлительных рабочих органов и исследований гидромеханизмов привода рабочего оборудования гидравлических экскаваторов позволил сформулировать задачи исследований:

—разработать математические модели описания процесса рыхления грунта одним вертикальным и двумя наклонными зубьями ЗРЮ многоцелевого назначения манипуляторного типа:

—разработать стендовое оборудование для исследования процесса рыхления грунта ЗРРО гидравлических экскаваторов;

—выяснить физическую сундаость процесса взаимодействия с разрабатываемой средой ЗРРО многоцелевого назначения машшуляторного типа;

—разработать многофакторныэ экспериментальные регрессионные модели процесса рыхления грунта зубьями ЗРРО многоцелевого назначения манипуляторного типа;

-—разработать математическую модель зависимости хода поршня от его диаметре и технологических условий работы гидромеханизма привода ЗРРО многоцелевого назначения машшуляторного тала;

.—определить рациональные параметры ЗРРО гидравлически экскаваторов различных размерных групп;

—подтвердить результаты исследований путем испытания натурного ЗРРО многоцелевого назначения машшуляторного типа;

—разработать мэтодаку определения рациональных параметров гидромеханизма привода ЗРРО для различных размерных гругш гидравлических экскаваторов;

—разработать методику определения рашюналышх параметров зубьев ЗРРО для различных размерных групп гидравлических экскаваторов.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ выполнены теоретические исследования рабочих процессов ЗРРО гидравлических экскаваторов.

При исследовании геометрических пзрамзтров взаш.иого пространственного расположения зубьев ЗРРО вашшкш анализ поперечного сечения прорези, образуемой в грунте при поочередном рыхлении одним вертикальным зубом стойки и двумя наклонным;! зубъяма челюсти. На рис.1,а нря-1,шмя АВ и ЕР условно показаны линии скола, образующиеся под углом 7 к горизонту при рыхлении одним вертикальным зубом стойки на критической глубьщо Ь=Ькр 1 . В диссертации доказано, что для рыхления наклонных зубьев челюсти в критическом режиме необходимо, чтобы их угол наклона 6 относительно вертикали бил равен углу скола грунта т=35-М50 в попе-

РисЛ. Схемы взаимного пространственного распологэния зубьев ЗРРО (а) и образования элементов сколе при рыхлении зубом стойки (б) и зубьями челюсти (в).

речной плоскости относительно горизонта и при этом соблюдались соотно шения:

ь=

= 2С037

(1)

гдэ Ъ- расстояние мввду режущими кромками зубьев челюсти: коэффициент критического режима рыхления, дня талих грунтов Ькр=2+4, для мерзлых &кр=4+5; Ь,- ширина режущей кромки вертикального зуба стойки; Ьг~ ширина режущей кромки наклонного зуба челюсти.

При £^=4+5 и 7=35+45° расстояние между режущими кромками наклонных зубьев принимает значения Ь= (8+10,64)Ь1, ;а соотношение ширин режущих гфомок вертикального и наклонного зубьев Ьл/Ьг= 1,41+1,64.'

В результате. теоретического .анализа и исследования процесса рыхления грунта установлены следующие основные закономерности взаимодействия трехзубого ЗРРО с грунтом. Ёертикальннй зуб стойки разрушает грунт аналогично традиционному однозубому рыхлителю (рис.2,а). Образуемая при этом прорезь в грунте имеет трапециевидную форму верхней части, называемой зоной отрыва, и прямоугольную форму в нижней че^ти^

называемой зоной сжатия. Боковые поверхности скола расположены под углом 7 к горизонту. Наклонные зубья челюсти, расположенные перпендикулярно боковым поверхностям скола от вертикального зуба стойки, образуют аналогичные по форме элемента скола (рис.2,г), также имеющие зону сжатия и зону отрыва. Образующиеся в результате поверхности скола наклонены на угол 7 к поверхности скола от одного вертикального зуба, то есть боковые стенки результирующей прорези в грунте наклонены к горизонту на угол 27=70-90°, а поверхности скола между зубьями челюсти располагаются горизонтально.

Нэ основании выполнегшх ранее исследований А.Н.Зеленина, . В.А.Захарова, М.И.Ровинского, В.Д.Телушкинэ, Л.Д.Хмары, С.В.Шатова и • др. авторов сопротивление грунта рыхлению Рр одним вертикальным зубом рассматривалось как сумма сопротивления Ротр отрыва элемента скола, сопротивления Рсв сжатия грунта перед лобовой поверхностью зуба и перед площадкой затупления, и сопротивления Ршд подъема ранее отделенного элемента скола иа поверхность:

р отр с® под . '

Сопротивление отрыву Ротр элемента скола и сопротивление сватию Р^ грунта перед лобовой поверхностью зуба и перед площадкой затупления определены по разработанной в трудах Л.А.Хмары методике. Сопротивление подъему элемента скола Рдод в диссертации определено для случая заклинивания элемэита скола мевду Еертжальпой. стойкой рыхлителя и передней ншшонэнной на угол ф1 к горизонту поверхностью скола.

Цля определения составляндих сопротивления рихлешш двумя наклонными зубьяма челюсти при рыхлении "след в след" после прохода одного зуба стойки разработаны следующие зависимости:

ротр= ¥-щ»; 'V ~т~ + тшг > ]; (3)

ь-г, (1г-г,)2 вшсе+ц)

рс*г + —щд- > + Сощ— <*>

Р = т V .!' (5)

под 'гр гр ' . . . •

7гр= -¡г Б1п2т С^1£Ъ2(Ш,)+ +ПС037] . (6)

В Формулах (3)-(6) принята обозначения: 0,.°сж~ пределы прочности кэрзлого грунта разрыву и сжатию; Ь- расстояние мозду центрами режущих кромок зубьев челюсти; 7- угол бокового развал, грунта; р- угол внутреннего трения; ф1,ф2—углы сдвига грунта в верхней и нижней части

где

прорези; I.,- расстояние по горизонтали между нижними точками зон отрыва,11=йск1>; кск~ коэффициент, характеризующий высоту образования боковых наклонных поверхностей скола при глубине рыхления меньше либо равной критической, йск=0,7+0,95; Х- высота площадки износа; б- угол наклона площадки износа: ц- угол внешнего трения грунта; 7 - удельный вес грунта; объем элемента скола; к^ о- коэффициент трения элемента скола по поверхности скола.

Критическое значение расстояния между центрам! рэжущих кромок зубьев челюсти Ъ^ определено выражением

2Ькр.

2й

т - кц.г „ кр г

^р--БГОГ ~5ШГ'

При 4+5, 7=35+45 Ь- определено соотношением параметров

1^(11,3+17,4^.'

В диссертации разработаны алгоритмы расчета сопротивлений грунтов рыхлешпо. объемов элементов скола и удельных показателей Рр/7^ для одного вертикального зуба стойки в функции от глубины рыхления Яр и для двух наклонных- зубьев челюсти в функции от расстояния Ь мевду их режущими кромками (при рдалешш зубьями челюсти "след в след" посла зуба стойки).

Результаты расчета для мерзлого суглинка и параметров рабочего органа экскаватора Э0-2621В-2 представлены в вида графиков (рнс.2). Удельный показатель Рр/У^ характеризует энергоемкость процесса рыхления и при рыхлении зубом стойки тает ярко варагешшй минимум при критической глубине рыхления, которая при ширине зуба 45 мм составила 210 мм. При рыхлении двумя наклонными зубьпма челюсти характер полученных графических зависимостей аналогичен процессу рыхления грунта одним вертикальным зубом стойки. Минимум. удельного показателя Рр/У^ соответствует критическому значении I, которое при ширине каждого наклонного зуба челюсти'30 мм составило,420 мм. .'

Исследование механизма гидропривода челюсти ЗРРО позволило установить зависимость хода 3 поршня гидроцилицдра в функции от его диаметра И и параметров рабочих процессов ЗРРО

Б = К2+тК| - 2БоК1 ,. <7>

где -'„„"'

1-СОЗф

К1=(гк+Гв> 3-В1дф° :

50 1-С03фо

кг=к1" "3— + V 3>51пф0"" '

Здесь Э - конструктивный размер крышек, поршня и проушин гидроцилиндра, определяемый соответственно диаметру поршня: сро~ максимальный угол раскрытия челюсти ЗРРО.

г)

д) е)

Рис.2. Стека рыхления грунта и графическко зависимости сопротивления грунтов рыхлению, объемов элементов скола и удельных показателей Рр/Урр при рыхлении зубом стсШси (я,б,в) и. зубьями челюсти (г.д.е).

Для расчета хода поршня по формуле (7) необходимо предварительно рассчитать плечи гн и гк.усилия гидроцилиндра соответственно при втянутом и выдвинутом штоке. Плечо г^ определено из условия удержания груза весом G соответственно номинальной грузоподъемности экскаватора за счет сил трения (рис.3,а) 2GR

г = --- , (8)

Ч1ШрЦС03(фо/2)

где R - радиус челюсти ¡й^- коэффициент трения стальной челюсти по материалу груза (например, железобетонного блока); рц- давление рабочей жидкости в гидроцилиндре.

Плечо гк определено из условия обеспечения максимального усилия рыхления грунта Рр (рис:3,б) 4Р R

г = -Е- . (9)

*

В случае, когда диаметр поршня определяется из условий унификации, зависимости (7)-(9) позволяют рассчитать оптимальное значение хода поршня, то есть минимальное его значение, при котором обеспечиваются заданные нагрузки и угол поворота челюсти ЗРРО. Полярные координаты р и 1 шарниров гидроцилиндра относительно варнира поворота челюсти определяются по формулам В.К.Тимошенко.

Зависимости <7)—(9> позволяют рассчитать ряд вариантов гидромеханизмов соответственно ряду нормализованных диаметров поршня D. В диссертации разработаны блок схема а программа такого рассчета.. Результы расчета для исходных данных гкскаватора Э0-2621В и ряда диаметров гидроцилиндров по нормали 0H-22-I76-69 представлены в диссертации в виде графических зависимостей хода поршня S и координат р и I от диаметра гидроцилиндра В, которые позволяет оценить влияние диаметра-поршня на линейные размеры гидромеханизма п определить наиболее рациональные значения диаметра поршня. Все три. зависимости представляют собой гиперболы. Анализ графлю координаты I показал, что принимать значение D менее 100 мм не сто дует, так как это приведет к большим габаритам ЗРРО. При увеличении диаметра поршня D более 120 км координата р принимает значения менее НО' им, что недопустимо вследствие накладки шарниров челюсти друг на друга. Интервал наиболее рациональных значений диаметра гидрошшщдра для привода челюсти ЗРРО на базе экскаватора Э0-2621В составляет 100-120 ьел.

' В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ представлены' экспэрпмэнталыше исследования рабочих процессов ЗРРО. Экспериментальные исследования проводились с целью выяснения физической сущности процесса поочередного рцхлзния одним вертикальным и двумя наклонными зубьямя и подтвэрздэпкл теоретических

Рис.3. Схемы'рабочих процессов ЗРРО: а- удержание груза весом 9 за счет сил трения; б- рыхлейие грунта зубьями челюсти.

результатов определения рациональных параметров ЗРРО и усилий сопро тивления рыхлению.

В связи со сложностью и высокой себестоимостью достижения указанной цели в натурных условия? экспериментальные исследования выполы-лись в два этапа:

—физическое моделирование процесса рыхления грунта в лабораторных условиях и определение рациональных параметров зубьев ЗРРО;

—исследовательские испытания натурного рабочего органа с рациональными параметрами. . •

Определены критерии подобия и составлены условия физического моделирования рабочих процессов ЗРРО. Разработано и создано специальное стендовое оборудование для исследования ЗРРО на физических моделях.

Моделирование процесса рыхления ЗРРО осуществлялось с помощью физических масштабных моделей (М 1:5) в виде одного вертикального и двух наклонных зубьев. В качестве модели мерзлого грунта использовался эквивалентный материал, но своим характеристикам аналогичный мерзлому суглинку при температуре г=(-1...-5)°С и влажности 8% : с=92+96 ударов плотномера ДорНШ, ос1= 1,91 МПа, ор=0.,47 МПа.

В процессе исследования варьировались следующие параметры зубьев:

6-угол наклона зубьев относительно вертикали, интервал варьирования 0=30+60°; L-расстояние мевду центрами режущих кромок наклонных зубьев, интервал варьирования 1=70+90 мм; Ь1-ширина режущей кромки вертикального зуба, интервал варьирования Ь1=6+11 мм. Ширина режущей кромки наклонного зуба Ъг принималась неизменной Ь2=6 мм. Глубина рыхления принималась Нр=40 мм усредаенно из интервала H^-t^ft^ (6+11)-5=30+55 мм.

С целью сокращения количества опытов применялось Д-оптимальное насыщенное планирование аксдаримвнта.

Экспериментальные исследования ЗРРО проводилось на стенде в следующей последовательности: подготовка модели грунта в контейнере, планировка поверхности грунта, установке требуемой глубины рыхления и исследование процесса взаимодействия рабочего органа с грунтом.

Рыхпениб осуществлялось поочередно "след в след" одним вертикальным и двумя наклонными зубьями при движении по одному радиусу и при одинаковом заглублении. Сопротивление' груита , рыхлению определялось тензомэтрированием. Разрушенный в процессе, рыхления грунт взвешивался.

В результате моделирования процесса рыхления было установлено, что и вертикальный, и наклонный зубья образуют элементы скола, форма сечения которых близка к треугольной. Однако вследствие наклона боковых зубьев результирующая прорезь в грунте посла прохода одного вертикального и двух наклонных зубьев по формё сечения близка к прямоугольной (рис.1,в). Прдйоуголяная форма сечения прорези позволяет послойно ее углублять до образования траншеи..

В результате математической обработки на ЭВМ полученных опытных, данных составлены уравнения регрессии зависимостей средвемаксимального значения касательной составляющей усилия сопротивления грунта рыхлению Рср м и. веса разрыхленного грунта 0 для двух наклонных зубьев при рыхлении после прохода одного вертикального зуба в функции от угла наклона зубьев в, расстояния мевду зубьями Ь и ширины рэжущей кромки

Рср_и=450.1-3.095-Ь-19.638.Ь1-9,9Г4.&+0,0493-Ь-Ь)+

+0,0237• Ьг+0,855•Ь^+0.1105•в2,даН; о=-752.9+15.799-ь+5а.9га'Ь1+з.оо2>е+<>.о78.1,-е- о.053-^ >в-

-0.0892'1?-3.13б-Ь®-0.0941-6г,г.

По уравнениям регрессии построены графическая зависимости.изменения средаемаксимального значения касательной составляющей усилил сопротивления рыхлению грунта Рср ы. веса разрыхленного грунта G и удельного показателя Рср U/G в функции от параметров зубьев.

Уравнения регрессии и полученные' графические зависимости свядз-

тельствуют о наличии экстремума удельного показателя Р ' M/G от параметров моделей 6.L и Ь} и относительных параметров b(/¿2 и IЛ>2. В результате анализа уравнений регрессии сформированы интервалы наиболее рациональных параметров рабочих органов такого типа: 9=40+50°; Ь=(11,5+14)Ьг; Ь, = (1.3И.5)Ьг.

При сопоставлении результатов теоретических и экспериментальных исследований процесса взаимодействия зубьев ЗРРО с грунтом установлено, что их расхождение не превышает 15-20Ж.

Выполнены исследовательские испытания натурного ЗРРО в виде двух-пальцевого схвата-рыхлятеля на базе экскаватора Э0-26221В-2, в результате которых установлена работоспособность рабочего оборудования при выполнении рыхлительных работ как в традиционном режиме, так и при поочередном рыхлении грунта зубьями стойки. Заглубление зубьов в грунт составляло до 250 км. Ширина образуемой в. грунте прорези 370-400 мм, форма близка к прямоугольной. Испытания позволили установить возможность углубления прорези с образованием траншеи шириной 400 мм в верхней части и 380~мм у основания и глубиной 750 мм и более. При этом разрыхляемый грунт выталкивается на поверхность лобовым листом челюсти.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований и проведенных исследовательских испытаний натурного захватло-рыхлительного рабочего органа сформированы области рационального использования ЗРРО гидравлических экскаваторов:

-рыхление прочных и мерзлых грунтов и слежавшихся стройматериалов в традиционном режиме одним вертикальным зубом;

-рыхление, мэрзлых грунтов поочередно одним зубом стойки и двумя наклонными зубьями челюсти с одновременным шремещением разрыхленного грунта перед лобовым листом челюсти и его вытеснением на поверхность, рыхление осуществляется послойно до глубины траншеи;

-срыв стар гх асфальтобетонных дорожных покрытий в традиционном режиме одним зубом; .' '."••

-клещевое взламывание асфальтобетонных и других покрытий между зубом стойки и зубьямл челюсти ЗРРО;

-клещевое разрушение стен и негабаритов при сносе одноэтажных строений.в стесненных условиях, разрушаемый элемент сжимается, мезду режущими кромками зубьев.стойки и/челюсти ЗРРО;':

-растаскивание завалов при сносе домов и при стихийных бедствиях; -погрузка штучного строительного мусора п^и сносе домов и разборке завалов без выполнения строповки грузов путем их фиксации между

передней гранью зуба стойки и лобовым листом челюсти ЗРРО;

-извлечете и установка гранитных и железобетонных бордюрных камней при решите и строительстве городских дорог;

-погрузочно-разгрузочные и монтажные работы с гранитными и зэле-зобетонннми бордюрным! камнями. трубами и другими штучными грузами без их строповки путем фиксации груза мэзду передней гранью зуба стойки и лобовым листом челюсти.

Использование в народном хозяйстве ЗРРО многоцелевого назначения манилуляторяого типа обеспечивает существенную экономию весовых, энергетических и трудовых ресурсов: снижение материалоемкости в по сравнении с экскаватором Э0-2621В-2, оборудованным рыхлителем и крюковой подвеской, составляет 25+45:5. снижение энергоемкости N составляет 26+46", обобщенного показателя ПИОп на 59+9255, удельных приведенных затрат на 26+472.

Разработаны методика определения рациональных параметров гидромеханизмов привода ЗРРО и методика определения рациональных пара?,гетре« зубьев ЗРРО для различных размерных групп гидравлических экскаваторов.

Определены рациональные значения параметров ЗРРО гидравлических экскаваторов 2,3 и 4-й размерных групп.

ОНЩВ ЕЬЗОДЫ

1. На основе обзора и анализа конструкций рихлптельных, захватно-маштуляторных и ЗРРО гидравлических экскаваторов по патентным и научно-техническим источникам установлена тенденция к разработке и созда-тго рабочих органов,совмещающих рыхлительные и затватно-манипуляторныв функции. Анализ известных конструкций позволил впервые разработать ЗРРО, позволяющий с минимальными энергозатратами образовывать прямоугольную прорезь в мерзлом грунте с последующим ее углублением до глубины траншеи путем поочередного рыхления грунта одам вертикальным зубом стойки и двумя наклонными в поперечной плоскости зубьями челдстл ЗРРО.

2. Теоретический анализ процесса взаимодействия одного вертикального зуба стойки и двух наклонных зубьев челюсти ЗРРО позволил установить, что образование близких к горизонтали и вертикали поверхностям скола происходит при расположении наклонных зубьев челюсти перпецджу-лярно поверхностям скола от одного вертикального зубт столки, го ость под углом 8=7= 35+45° относительно вертикали.

3. Теоретические исследования геометрических параметров взапшого пространственного расположения зубьев стойки и челюсти ЗРРО позволяй установить интервал рациональных значений расстогкгия ¡"'^у рэ:;ущ1-ин

кромками-наклонных зубьев челюсти в функции от ширины режущей кроши вертикального зуба стойки (8^10,64)Ь]. а также интервал рациональных значений соотношения ширин режущих кромок вертикального зуба стойки и наклонных зубьев челюсти £>1 /С>2=1,41+1.64.

4. Разработаны математические модели процесса рыхления грунта зубьями ЗРРО, которые позволяют установить зависимость сопротивления рыхлению рр, объема элемента скола и удельного показателя Рр/'угр от геометрических параметров и условий протекания рабочего процесса ЗРРО. Анализ рабочих процессов ЗРРО с помощью полученных математических моделей позволил установить, что характер зависимостей Р , Угр и Рр/7гр в функции от расстояния Ъ между режущими кромками наклонных зубьев при рыхлении зубьями челюсти "след в след" после прохода зуба стойки аналогичен характеру тех же зависимостей при рыхлении одним зубом стоДки в функции от глубины рыхления. Установлен интервал значений критического расстояния Ъкр в зависимости от ширины режущей кромки зуба челюсти 1^=0 1.3+17,4)Ъ2.

5.В результате теоретического исследования гидромеханизма привода челюсти ЗРРО разработана математическая модель зависимости хода поршня Б гидро цилиндра привода челюсти от его диаметра Я и технологических условий работы гидромеханизма привода рабочего органа. Составлен алгоритм расчета на ЭВМ ряда оптимизированных равноценных по силовым параметрам вариантов гидромеханизма привода челюсти соответственно ряду нормализованных значений диаметра поршня гидроцилиндра. Алгоритм позволяет для каждого значения диаметра поршня рассчитать параметры гидромеханизма с минимальными габаритными размерами при обеспечении заданных нагрузок (Рр,С) и технологических параметров

6.Впервые разработано и создано стендовое оборудование, позволяющее осуществлять моделирование рабочих процессов ЗРРО многоцелевого назначения манипуляторного типа.

7.Проведенные экспериментальные лабораторные исследования позволили выяснить физическую сущность процесса образования элементов скола при поочередном рыхлении одним вертикальным и двумя наклонными зубьями: образование поверхностей скола при рыхлении наклонными зубьями челюсти происходит близко к горизонтали между зубьями и близко к вертикали с внешней стороны зубьев.

8. В результате регрессионного анализа полученных опытных данных разработаны многофакторные экспериментальные регрессионные модели для сопротивленния рыхлению и веса разрыхленного грунта в зависимости от параметров рабочего органа. На основе полученных математических моделей построены графические зависимости усилия рыхления Р , весе разрых-

ленного грунта С и удельного показателя РрЛ! в функции от угла наклона зубьев челюсти в поперечной плоскости, от соотношения режущих кромок зубьев стойки и челюсти и от отношения расстояния между кромками к ширине режущей кромки зуба челюсти. Анализ графических зависимостей позволил определить рациональные интервалы значений параметров зубьев: 0=40+50°. Ь=И1,5+14)Ъг. Ь, = (1 ,ЗИ ,5)1>г.

9. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований определены рациональные параметры гидравлических экскаваторов 2,3 и 4-й размерных групп.

10. Исследовательскими испытаниями натурного ЗРРО в виде двух-пальцевого схвота-рихлителя на базе экскаватора Э0-26221В-2 установлена работоспособность рабочего оборудования при выполнении рнхлчтельных работ как в традиционном режиме, так и при поочередном рыхлении грунта зубьями ЗРРО. Ширина образуемой в грунте прорези 370-400 мм, форма близка к прямоугольной. Испытания позволили установить возможность углубления прорези с образованием траншеи.

11. На основании результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований в лабораторных и натурных условиях разработаны области рационального применения гидравлических экскаваторов, методика определения рациональных параметров гидромеханизмов привода ЗРРО и методика определения рациональных параметров зубьев ЗРРО для различных размерных групп гидрашмческих экскаваторов.

Использование в ннродном хозяйстве ЗР?0 многоцелевого назначения манипуляторного типа обеспечивает существенную экономию весовых, энергетических л трудовых ресурсов: снижение материалоемкости по сравнению с экскаватором Э0-2621В-2, оборудованным рыхлителем и крюковой подвеской, составляет 25+45Ж, снижение энергоемкости составляет 26+46"., обобщенного показателя ПН(ЗПр на 59+922, удэлышх приведенных затрат йуд на 26+47%.

Годовой экономический эффект от эксплуатации одного ЗРРО на базе экскаватора Э0-2621В-2 составил 266,1 тыс. руб. (по состоянию цен на-1.09.91).

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДЯСШТАЦИ!

1.Хмара Л.А., Кулик И.А. Стенд для исследования рабочих процессов двухпзльцевого строительного схвата многоцелевого назначения.- Днепропетровск: Облполигрзфиздат, 1989.-5 с.

2.Хмара Л.А., Кутак К.А., Курочка В.К. Рабочее обсрудованиэ многоцелевого назначения на базе экскэсатора ЭО-2621А// "Неханизчцкя строительства",1990, Я2,с.8-9.

3.Хмарэ Л.Д., Кулик И.А. Определенна рациональных параметров захватна-рыхлительных рабочих органов гидравлического экскаватора // "Строительные и дорожные мыяшы", 1992, Jf5, с.7-9.

4.Хмара Л.А., Кулик И.А. Оптимизация выбора гидроцнлицдров и расчета параметров рычажного гидромеханизма// "Строительные и дорожные машины", 1991, Кб. с.19-21.

б.Хмара Л.А., Кулик И.А. Рычажный механизм гидропривода землерой-но машшуляторного рабочего органа в виде двухлальцэвого схвата // В сб. "Исследование рабочих органов-машшуляторов дорожных машин"- М.: МАДИ, 1989 - С. 21-26.

6.Хмара Л.А..Кулик И.А. Исследование механизма привода землерой-но-маяипуляторного рабочего оборудова1шя в виде двухпальцового схвата.// В сб. "(¿вханизация и автоматизация строительства", Киев: УМХ ВО. 1991. с.22-30.

7.Хмара Л.А., Кулик И.А. К вопросу оптимизации выбора гидроцшзш-дров и расчета параметров рычажного гидромеханизма// В сб. "Повышение эффективности и качество строительства в новых условиях хозяйствования", Киев: УМК ВО, 1992, с. 154-162.

8-Хмара Л.А., Кулик И.А. Физическое моделирование процессов взаимодействия с грунтом захватно-рыхлительнш: рабочих органов гидравлических экскаваторов / В сб. "Интенсификация строительного производства."- Киев: УМК ВО, 1992.- с.62-71.

9-Хмара Л.А., Шатов C.B., Мзлашич В.В., Годубченко А.И., Кулик И.А., Курочка В.И. Исследова1ше рабочих процессов, землеройно-манипу-ляториого рабочего оборудования многоцелевого назначения// "Механизация и автоматизация земляных работ", сборник докладов Х1У международной научно-технической конференции, Киев. 1991, с.295-297.

Ю.Хмара Л.А., Кулик И.А. Оптимизация параметров землоройно-манипу- ляторного рабочего оборудования с двухпальцевым схватом на базе гидравлических. экскаваторов// Материалы конференции "Вопросы надежности и оптимизации строительных конструкций машин ' и механизмов".Тезисы докладов.- Севастополь,1989,с.86-87.

И.Хмара Л.А., Кулик И.А. Исследование механизма привода ~емде--ройно-манипуляторного рабочего органа гидравлического экскаватора// Механизация производственных процессовв' в водохозяйственном строительстве. Тезисы докладов респ. научно-техн. конф., г Ровно, 1990.- с.З.

12.Хмара л.А., Кулик И.А. Исследование процессов взаимодействия со средой землеройно-манипуляторного рабочего органа в виде схвата-рыхлителя // Механизация производственных процессов в водохозяйственном строительстве. Тезисы докладов респ. научно-техн. конф.,г. Ровно, 1990.- с.16.

13.Хмяра Л.А., Кулик И.А. Исследование и определение рациональных параметров захватно-рыхлителышх рабочих органов гидравлических экска-ватороп// Материалы научно-практ. конф., г. Суздаль, IS92.- с.63-64.

14.Хмара Л.А., Кулик И.А. Исследовагаге процесса рыхления грунта многоцелевым рабочим органом в виде двухпальцевого схвата-рыхлителя// Материалы научно-техн.конф. Тезисы докладов, Воронеж, 1991.-с.110-119.

15.Хмара Л.А., Кулик И.А. Оптюмзация выбора гидрощгливдров для привода рычажных механизмов строительных машин// Материалы научно-тохн. конф. Тезисы докладов, Воронеж, 1991.- с.119.

16. A.C. № 1627621 (СССР). Рабочее оборудование рыхлителя/ Л.Л.Хмара, В.И. Баловнев, С.В.Шатов, И.А.Кулик и др.. Опубл. в Б.И., 1991, Я 6.

17. A.C. Л 1585425 (СССР). Рабочее оборудование бордюроукладчшса/ Л.Л.Хмара, С.В.Шатов, И.А.Кулик и др. - Опубл. в Б.И., 1990, » 30.

10. A.C. ß 1664952 (СССР). Рабочее оборудование бордароуюгадчико/ Л.Л.Хмара, С.В.Шатов, И.А.Кулик и др. - Опубл. в Б.И., 1991, № 27.

19. A.C. JS I700I50 (СССР). Рабочее оборудование гидравлического .'жолпптора/ Л.Л.Хмара, Л.М.Голубченко, И.А.Кулик и др. - Опубл. в fi.lt., 1991, № 47.

20. Стенд для исследования рабочих органов гидравлического экскаватора/ Л.Л.Хмара, И.А.Кулик, А.Н.Бобко./ Заявка на изобретение ИТО3146 от 18.12.90, НОЛОЖ. реш. 'В1ШГГО от 25.10.91.