автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Моделирование рычажно-гидравлических механизмов и обоснование перспективных конструкций карьерных гидравлических экскаваторов

На правах рукописи

КОМИССАРОВ Анатолий Павлович

МОДЕЛИРОВАНИЕ РЫЧАЖНО-ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ И ОБОСНОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ КАРЬЕРНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ

Специальность 05.05.06 - "Горные машины"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург 2004

Работа выполнена в Уральской государственной горно-геологической академии.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Подэрни Роман Юрьевич; доктор технических наук, профессор Зимин Анатолий Иванович; доктор технических наук, профессор Носков Александр Семенович.

Ведущая организация - ОАО "Ураласбест"

Защита диссертации состоится _27 _мая__ 2004 г. в _15_ ч. на

заседании диссертационного совета Д 212.208.03 при Уральской государственной горно-геологической академии по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан "_24_" апреля_2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

М.Л. Хазин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие открытых горных работ связано с широким использованием карьерных экскаваторов, являющихся основным видом выемочно-погрузочного оборудования.

Реформа экономики России определяет необходимость реструктуризации горнодобывающих отраслей промышленности, главной целью которой является создание конкурентоспособных высокоэффективных производств.

В настоящее время действующий парк карьерных экскаваторов, представленный, в основном, мехлопатами типа ЭКГ производства ОАО "Уралмаш" и ОАО "Ижорские заводы", из-за отставания темпов его обновления значительно изношен. Так, например, по данным компании «РОСУГОЛЬ», в угольной промышленности (открытая угледобыча) парк одноковшовых карьерных экскаваторов практически полностью представлен механическими лопатами традиционного конструктивного исполнения типа ЭКГ. Количество мехлопат в отрасли составляет 1150 единиц при средней вместимости ковша условной мехлопаты 7,2 м3, причем более 50 % экскаваторов эксплуатируются свыше 15 лет, что уже превышает их расчетный срок службы.

Задачи повышения эффективности горного производства определяют необходимость качественного изменения средств производства за счет разработки высокопроизводительных и ресурсосберегающих горных машин нового поколения, обеспечивающих резкое (в 2-3 раза и более) снижение затрат на разработку месторождений и добычу полезных ископаемых.

Применение на ряде горных предприятий карьерных гидравлических экскаваторов отечественного и зарубежного производства позволило, как показывает опыт их эксплуатации, повысить технико-экономические показатели работы экскавационного оборудования.

Разработка и широкое внедрение мощных карьерных гидравлических экскаваторов сдерживаются отсутствием стратегии создания карьерных экскаваторов, учитывающей тенденции развития данного вида техники, зарубежный и отечественный опыт проектирования и эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов, традиции отечественного горного машиностроения. Данная стратегия должна базироваться на системном подходе к анализу и оценке технического уровня конструкций, развитии теоретических основ проектирования карьерных гидравлических экскаваторов

Таким образом, исходя из требований практики, сформулирована основная задача исследований, состоящая в разработке научно-методологической базы для создания перспективных конструкций карьерных гидравлических экскаваторов.

Цель работы — повышение эффективности использования карьерных гидравлических экскаваторов на основе разработки концепции создания и обоснования параметров перспективных конструкций.

Идея работы. Синтез перспективных конструкций карьерных гидравлических экскаваторов возможен на основе применения структурных схем рабочего оборудования с внутренним замыканием внешних нагрузок.

Научные положения, выносимые на защиту.

Свойства рабочего оборудования гидравлического экскаватора как гидромеханического агрегата определяются как кинематическими параметрами рычажных механизмов, так и видом связей гидродвигателей поступательного действия со звеньями механизмов.

Показатели режимов функционирования гидроцилиндров ("двигатель" или "насос") и условия перехода из одного режима в другой обусловливаются характером относительного движения элементов рабочего оборудования и определяются в зависимости от заданного закона движения рабочего органа (ковша) и соотношений между геометрическими параметрами рабочего оборудования и размерами рабочей зоны экскаватора.

При совместном действии главные рабочие механизмы образуют на базе "основного" механизма "объединенный" механизм, включающий те механизмы, где гидроцилиндры работают в режиме "двигатель" постоянно или частично в течение рабочего цикла.

Рациональной структурной схемой рабочего оборудования гидравлического экскаватора, характеризующейся малой величиной потерь гидравлической энергии при дросселировании, является схема, обеспечивающая функционирование гидроцилиндров в режиме "двигатель".

Комплексную оценку технического уровня конструкции гидравлического экскаватора следует производить как на основе технической характеристики экскаватора, так и рабочей характеристики, устанавливающей взаимосвязи между элементами системы "экскаватор-забой" и определяющей фактические значения производительности экскаватора и энергозатрат при отработке забоя.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается: корректностью постановки задач, адекватностью математических моделей процессу функционирования рычажно-гидравлических механизмов, сходимостью результатов расчетов с эксплуатационными характеристиками гидравлических карьерных экскаваторов.

Научная новизна заключается;

в выявлении закономерностей взаимодействия рабочих механизмов и характера формирования основных технических показателей карьерных гидравлических экскаваторов - энергозатрат, нагруженности рабочего оборудования, производительности экскаватора и др.;

в разработке математической модели и выражений для целевых функций;

в обосновании критериев оптимальности конструктивных параметров; в обосновании показателей эффективности функционирования главных рабочих механизмов;

в оценке технического уровня конструктивных схем и обосновании показателей технического совершенства.

Научное значение работы определяется разработкой метода кинематического и силового анализов рычажно-гидравлических механизмов; дальнейшим развитием теории одноковшовых экскаваторов; установлением закономерностей формирования основных технических показателей карьерных гидравлических экскаваторов; обоснованием научно-методологической базы для проектирования перспективных конструкций карьерных гидравлических экскаваторов.

Практическая ценность и реализация результатов работы заключается:

в создании математической модели карьерных гидравлических экскаваторов, которая позволяет с наибольшей полнотой выявить внешние и внутренние связи рассматриваемой системы и может служить основой для построения САПР;

в разработке алгоритма расчета целевых функций для проведения параметрической оптимизации рабочего оборудования;

в разработке конструктивных и технологических принципов проектирования перспективных конструкций карьерных гидравлических экскаваторов;

в обосновании и разработке перспективных компоновочных схем рабочего оборудования: схемы с внутренним замыканием рабочих нагрузок; схемы универсального оборудования (прямая и обратная лопаты); схемы с замыканием в поперечной плоскости.

Результаты работы используются в учебном процессе: подготовлен раздел дисциплины "Основы проектирования горных машин и оборудования", выполняются курсовые и дипломные проекты.

Проектно-конструкторская задача «Оптимизация параметров рабочего оборудования гидравлических экскаваторов» вошла в состав УИ САПР «Горные машины и их компоненты» (03.30А.ГКНТ СССР). В рамках работы выполнялась (1994-95) НИР «Создание горных машин с внутренним силовым замыканием» (грант № СПГ-35 Госкомвуза РФ).

Компоновочные схемы и расчеты параметров рабочего оборудования переданы в ОАО «Уралмаш» для разработки проектов.

Результаты исследований внедрены на ООО "ОМЗ - Горное оборудование" с экономическим эффектом 50 тыс. руб. и реализованы в рабочем проекте экскаватора ЭГ-500.

Апробация работы, Основные положения и результаты работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях в УГГГА (1975-2001), на I Всесоюзном съезде по теории механизмов и машин (г. Алма-Ата, 1977), на областной научно-технической конференции молодых специалистов (1978), на Всесоюзной научной конференции «Научные основы создания комплексно--механизированных и автоматизированных карьеров и подводной добычи полезных ископаемых» (г. Москва, 1980), на ежегодном Международном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2000-2003).

Публикации.

Основные научные результаты опубликованы в 29 печатных работах, в том числе в 9 патентах и авторских свидетельствах на изобретения.

Вклад автора в публикации, выполненные в соавторстве, состоял в формировании основной идеи /12...20/, выборе метода исследований /1...4, 21, 22/, анализе полученных результатов и подготовке на их основе методик и рекомендаций /6... 11,26/.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 141 наименований и 4 приложений; содержит 214 страниц машинописного текста, 62 рисунка, 45 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объектом исследования является внутренняя динамика рабочего оборудования карьерных гидравлических экскаваторов, определяющая эффективность рабочего процесса и производительность машин.

Область применения карьерных гидравлических экскаваторов постоянно расширяется, а их эксплуатация характеризуется повышенными энергозатратами. Поэтому основным направлением исследований является обоснование способов, обеспечивающих рациональные законы распределения мощности, необходимой для воспроизведения требуемого движения рабочего органа (ковша).

В главе 1 выполнен анализ современного состояния исследований по гидравлическим экскаваторам и определены задачи работы.

На этапе становления экскаваторостроения в нашей стране существенный вклад в создание теории гидравлических (универсальных) экскаваторов внесли Бровин В.А., Гойхбург В.К., Зарецкий Л.Б., Левитский Н.И., Лурье Г.К., Малиновский Е.Ю., Перлов А.С., Раннев А.В., Рустанович А.В., Смоляницкий Э.А. и др. ученые.

Большая роль в решении проблемы создания и внедрения карьерных гидравлических экскаваторов и обоснования рациональных технологических схем использования ЭГ принадлежит коллективам ведущих институтов -ИПКОН РАН, ИГД им. А.А. Скочинского, НИИтяжмаш ОАО Уралмаш, МИСИ, ИГД СО РАН и др. Значительный вклад в развитие теоретических

5

основ расчета и проектирования мощных карьерных гидравлических экскаваторов внесли М.С.Балаховский, В.Р.Кубачек, Н.Н.Мельников, Б.И.Сатовский, Л.С.Скобелев, В.М.Штейнцайг, Р.М.Штейнцайг и др. Отечественными учеными и специалистами достигнуты значительные успехи в создании ЭГ и разработке конструктивных схем РО. Так, ОАО Уралмаш в содружестве с ИГД им. А.А.Скочинского спроектирована и создана гамма крупнейших в мире экскаваторов ЭГ-12, ЭГ-12А и ЭГ-20.

Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований по гидравлическим экскаваторам показывает, что работы связаны с изучением особенностей рабочих процессов гидравлических экскаваторов в условиях динамического нагружения, выбором параметров гидравлических систем, разработкой основ расчета рычажно-гидравлических механизмов и методов определения основных показателей эффективности применения гидравлических экскаваторов с учетом комплексного влияния конструктивных и энерговесовых параметров.

Вместе с тем, несмотря на большой объем исследований, вопросы анализа и синтеза конструктивно-компоновочных схем рабочего оборудования и экскаваторов в целом изучены недостаточно и отсутствует систематизированная, объединяющая все этапы проектирования и расчетов концепция выбора конструктивных схем и обоснования технических параметров карьерных гидравлических экскаваторов.

В работе исследованы конструктивные особенности современных карьерных гидравлических экскаваторов, тенденции их развития и совершенствования.

Показано, что, несмотря на достижения в области создания ЭГ, они имеют ряд недостатков, обусловленных как ростом энерговооруженности оборудования, вызванным характером силового воздействия ковша на горную породу, так и низкой эффективностью процесса преобразования гидравлической энергии в механическую:

- резкое увеличение рабочих нагрузок при внедрении ковша, сопоставимых с весом машины, и, соответственно, увеличение мощности сил сопротивления внедрению ковша приводит к возрастанию энергозатрат на экскавацию горных пород (в 1,5...2 раза по сравнению с процессом черпания ковшами мехлопат);

- ввиду совместного действия главных рабочих механизмов (механизмов поворота стрелы, рукояти и ковша) при поступательном движении ковша происходит регенерирование гидравлической энергии "обратимыми" гидроцилиндрами, что приводит к снижению величины работы, реализуемой на рабочем органе;

- рабочий процесс характеризуется значительными потерями гидравлической энергии на дросселирование рабочей жидкости в переходных режимах и при рекуперации энергии;

б

- сложность управления ковшом в процессе внедрения ввиду необходимости одновременного регулирования скоростей движения трех рабочих механизмов.

В конечном счете, конструкции карьерных гидравлических экскаваторов характеризуются снижением главного параметра при оценке качества горных машин - полезной (функциональной по Г. И. Солоду) работы, выполняемой за определенное время (за время черпания или цикл экскавации).

Наблюдаемая эволюция конструктивных схем рабочего оборудования гидравлических экскаваторов от простейших "базовой" схемы и схемы с корректирующим устройством, состоящих из последовательно соединенных стрелы, рукояти и ковша, снабженных гидроцилиндрами (экскаваторы фирмы MANNESMANN DEMAG, ОАО Уралмаш и др.), к схеме с параллелограммной подвеской ковша, обеспечивающей зависимое (от движения звена "параллельно" с которым расположен ковш) движение ковша (экскаваторы фирмы LIEBHERR и др.), далее к схеме TRIPOWER (фирма ORENSTEIN-KOPPEL) и к схеме германской фирмы BOLA LADETECHNIK, выполненным с двумя параллелограммами, и, наконец, к схемам с аккумуляторами и с дополнительными вспомогательными гидроцилиндрами (экскаваторы фирм CATERPILLAR, KOMATSU и др.) отражает как стремление фирм-производителей запатентовать "фирменные" технические решения, так и потребность снизить негативное действие указанных факторов.

В конечном счете, применяемые способы повышения эффективности ЭГ за счет введения дополнительных элементов и устройств, как противоречащие логике развития технических решений, не могут и, как показывает опыт эксплуатации ЭГ с различными конструктивными схемами и результаты сравнительных испытаний в идентичных горнотехнических условиях, не приводят к заметному росту технического уровня экскаваторов.

На основе анализа компоновочных схем рабочего оборудования и современного состояния исследований по карьерным гидравлическим экскаваторам сформулированы основные задачи исследований:

разработка имитационной модели и определение качественных и количественных характеристик процесса функционирования - главных рабочих механизмов как единого гидромеханического агрегата;

установление оптимальных значений основных параметров экскаваторов;

синтез технических решений, обеспечивающих существенный рост эффективности рабочего процесса.

В главе 2 рассмотрены особенности рабочего оборудования как единого гидромеханического агрегата и разработана имитационная модель процесса функционирования главных рабочих механизмов.

Карьерный гидравлический экскаватор может рассматриваться как система, основные кинематические и силовые воздействия в которой связаны с преобразованием гидравлической энергии, вырабатываемой насосной установкой и подаваемой к гидроцилиндрам, в механическую энергию движения штоков гидроцилиндров и передачей механической энергии рабочими механизмами к ковшу (рабочему органу) при необходимом изменении количественных характеристик энергии. При этом главные рабочие механизмы (механизмы поворота стрелы, поворота рукояти и поворота ковша) представляют собой специфический гидромеханический агрегат, включающий силовое оборудование (гидроцилиндры) и рычажные механизмы в виде собственно цилиндров, штоков и соответствующих элементов рабочего оборудования (стрелы, рукояти и ковша), образующих между собой кинематические пары.

Взаимосвязи элементов рассматриваемой гидромеханической системы, изображенной на рис/ 1, определяются в результате анализа математической модели, представляющей собой функциональный преобразователь, который для каждой совокупности входных параметров (вид конструктивной схемы и геометрические параметры рабочего оборудования, установленная мощность привода и др.) устанавливает соответствующую совокупность выходных параметров (траектория вершины режущей кромки и закон движения ковша, производительность экскаватора, КПД рабочих механизмов и др.), отражающую результат функционирования системы.

Характеристики функционального преобразователя определяются передаточными функциями:

кинематической

¡Vn ~ Vm / VBHJ

силовой

lFn = F un ! F «н»

мощности

ipil= Рцп / Р« = ivn • ¡Fcu

где Уц,,, Fu,, Рщ, — скорости штоков n-х гидроцилиндров, силы на штоках и мощности сил, действующих на штоках;

VBH, FBH, Рк - скорость вершины режущей кромки ковша (скорость внедрения), касательная составляющая сил, действующих на режущей кромке, и мощность сил, реализуемых на ковше.

Математическая модель гидромеханического агрегата представлена системой уравнений:

п« = р./1Р«=1/Нрл.;

Рис ~ îvuc * *Fuc * Рк >

Рцр IVup * *Fup * »

Рис. 1. Структурная схема гидромеханического агрегата

Рак — ¡Уцк ' 'Рик' Р*

где г|м — мгновенный КПД "объединенного" механизма;

£Рдв - суммарная мощность движущих сил, действующих на штоках цилиндров, работающих в режиме "двигатель";

В*. - суммарная передаточная функция мощности движущих сил.

Взаимосвязи между конструктивными и режимными параметрами рассмотрены в главе 3.

Установлено, что фактические режимы работы гидроцилиндров при совместном действии главных рабочих механизмов определяются, главным образом, соотношениями между геометрическими параметрами элементов рабочего оборудования, а также соотношениями между линейными параметрами экскаватора и размерами рабочей зоны. При переходе гидроцилиндра из режима "двигатель" в режим "насос" соответствующий рабочий механизм перестает выполнять функцию по преобразованию движения звеньев ("исчезает" в кинематическом отношении), и в результате меняется структура "объединенного" рабочего механизма как составной части гидромеханического агрегата. Базой для образования "объединенного" механизма является "основной" механизм, функционирующий в режиме "двигатель".

На рис. 2 показаны характерные положения элементов рабочего оборудования при различных вариантах функционирования гидроцилиндров:

а - "короткая" стрела (Ьс < Ьр). Основным механизмом является механизм поворота рукояти. Гидроцилиндры механизмов поворота стрелы и ковша функционируют в режиме "насос";

б — "нормальная" стрела. Основной механизм — механизм поворота рукояти. Гидроцилиндр поворота стрелы функционирует в режимах "двигатель" (при малом вылете ковша) и "насос";

в - "длинная" стрела (Ьс » Ьр) и удлиненное рабочее оборудование . Основные механизмы — механизмы поворота рукояти и

стрелы.

Структурные формулы "объединенных" механизмов (ОМ) составят:

А — при "короткой" стреле (рис. 2,а)

ОМ = МПР,

Б - при "нормальной" стреле (рис. 2,б)

ОМ = МПР + МПС • кцс,

В - при "длинной" стреле (рис. 2,в)

ОМ = МПР + МПС,

где МПР, МПС — механизмы поворота рукояти и стрелы;

Кцс — коэффициент длительности работы гидроцилиндра стрелы в режиме "двигатель".

Таким образом, при совместном действии главных рабочих механизмов гидравлического экскаватора на базе "основного" механизма образуется "объединенный" механизм, имеющий переменную структуру и включающий механизмы, гидроцилиндры которых действуют в режиме "двигатель" постоянно или определенный отрезок времени.

Передаточные функции мощности гидроцилиндров (рис. 3) изменяются как по величине, так и по знаку. Отрицательные значения соответствуют работе гидроцилиндров в режиме насоса. Гидроцилиндры стрелы работают как в режиме "двигатель" (при подъеме рабочего оборудования), так и в режиме "насос" (при опускании рабочего оборудования). Гидроцилиндры ковша при базовой схеме и схеме с корректирующим устройством работают в режиме "насос" ввиду уменьшения углового расстояния между рукоятью и ковшом в процессе внедрения ковша, а при схемах с параллелограммами - в обоих режимах. Передаточная функция мощности цилиндра рукояти ("основного" цилиндра) является монотонно возрастающей при изменении вылета ковша.

График суммарной передаточной функции мощности движущих сил имеет вид параболы, вершина которой соответствует максимальной высоте подъема рабочего оборудования. Увеличение значений функции при малых вылетах ковша обусловлено затратами энергии на подъем рабочего оборудования, а при больших вылетах ковша — возрастанием работы движущих сил из-за компенсации регенерируемой энергии (при постоянстве мощности сил, реализуемых на ковше). При больших вылетах ковша значения функций и становятся равными (за исключением схемы LB), так как гидроцилиндры стрелы и ковша при этом действуют в режиме "насос". Максимальные значения функции и, соответственно, минимальные значения мгновенного КПД составляют:

для базовой схемы и схемы с корректирующимустройством

Брдвтах = 2,129 и Лмтт = 0,470;

для схем с параллелограммом

Брд. тах = 1,534 И Т1м.тт = 0,652.

Суммарная передаточная функция регенерируемой мощности характеризует "прирост" суммарной передаточной функции мощности движущих сил, причем алгебраическая сумма функций практически равна единице. Величина разности суммы функций и единицы равна работе сил

Рис. 3. Зависимости передаточных функций мощности от относительного вылета ковша для базовой схемы

тяжести звеньев механизмов, а знак разности противоположен знаку работы:

при подъемерабочего оборудования (БРЛ„ + Хдрг)-1>0

и при опусканиирабочего оборудования (при больших вылетах ковша)

(БРД. + БРГ)-1<0.

Доля регенерируемой энергии от общих энергозатрат при внедрении ковша в породу в среднем составляет:

для базовой схемы и схемы с корректирующим устройством — 36...40%;

для схем с параллелограммом - 20...22 %; для схем с двумя параллелограммами — 15... 18 %. Зависимости для определения передаточных функций представляют функционалы вида:

1уп= А (Ксх, П„ ГЦ,, Щ

и

1р^(Ксх,Пг,П1р,ПиР0П),

где Кс„ - коэффициент, характеризующий вид конструктивной схемы рабочего оборудования;

Пг — геометрические параметры механизмов (длины звеньев и угловые величины);

П^, - параметры траектории движения вершины режущей кромки ковша (координаты вершины режущей кромки ковша, угол наклона касательной к траектории движения, скорость внедрения);

П„ - кинематические параметры ковша (угол наклона ковша и угловая скорость ковша);

Fon — относительный фактор сил тяжести звеньев рабочего оборудования для п-го гидроцилиндра, представляющий собой отношение суммы моментов сил тяжести звеньев относительно оси вращения звена, которое поворачивается n-ым цилиндром, к силе сопротивления внедрению ковша.

Полученные аналитические зависимости для определения мощностей действующих сил позволяют оценивать и разрабатывать конструктивные схемы рабочего оборудования с рациональными режимами работы гидроцилиндров, что обеспечивает возможность проектирования энергосберегающих конструкций гидравлических экскаваторов.

В главе 4 сформулированы свойства рабочего оборудования как гидромеханического агрегата.

Оценка эффективности функционирования гидромеханического агрегата производится посредством составления энергетического баланса с учетом "вклада" каждого рабочего механизма.

Уравнения энергетического баланса при внедрении ковша в общем виде составят:

при работе всех гидроцилиндров в режиме "двигатель"

Ацс-Кс + Ацр'Кр + Ащ-К, ± ДЕ, ± Ag¡ - Атр = А,,

при наличии "обратимого" гидроцилиндра (например, цилиндра ковша), постоянно действующего в режиме "насос",

Ацс-Кс + Ацр-Кр - Ац/± ДЕК ± Aq, - А,р = А„

и при действии гидроцилиндра ковша как в режиме "двигатель", так и в режиме "насос"

Ацс-Кс + Ацр-Кр + Ащ-К*- Ацкг± ДЕК ± A0¡ - Атр = А„

где - работа движущих сил, действующих на штоках

цилиндров стрелы, рукояти и ковша;

А|1кГ - отрицательная работа силы, действующей на штоке цилиндра ковша (равная энергии, регенерируемой гидроцилиндром);

К«, Кр, К, — коэффициенты, учитывающие работу, расходуемую на преодоление сил трения в кинематических парах гидроцилиндров;

ДЕ, - приращение кинетической энергии движущихся масс механизмов;

А® - работа сил тяжести звеньев механизмов;

- работа сил трения в шарнирах; А, - работа по преодолению сил сопротивления внедрению

ковша.

Основным показателем "объединенного" механизма является суммарный КПД.

Величины суммарного КПД для "объединенного" механизма составят:

Лс!

А, Ацсг + Ац/ ± АЕ, ± Аш - Ахр -=1--

Аир* Кр

Руст-Л-К,

-= 1 •

Ацс * К« * Кцс Ацр- Кр

Ацсг + АцкГ± ДЕ, ± Ао! - А,,

Руст-П^-ОСс + Кр)

А, Ац,г± ДЕ, ± Ас! - Атр

Лс=-=1--.

Ацс-Кс н-Аир-Кр Ррт-л^-^ + Кр)

Из данных выражений следует, что структура А характеризуется малыми значениями КПД, структура В — большими значениями, а структура Б имеет промежуточные значения. В большинстве конструктивных схем карьерных гидравлических экскаваторов реализуется структура Б (с "нормальной" стрелой), поскольку в структуре В увеличение КПД достигается за счет увеличения геометрических параметров и, соответственно, металлоемкости рабочего оборудования.

На основе изучения закономерностей функционирования главных рабочих механизмов и анализа формирования энергозатрат при экскавации

15

горной породы предложены основные показатели энергетической характеристики гидромеханического агрегата (таблица 1):

передаточные функции мощности сил, действующих на штоках гидроцилиндров, - ¡Рцс, ipup и ipu*;

суммарная передаточная функция мощности движущих сил ZipM; суммарная передаточная функция регенерируемой мощности £ipr; мгновенный и суммарный КПД "объединенного" механизма. Эффективность совместного функционирования главных рабочих механизмов определяется величиной мощности сил на штоках гидроцилиндров, работающих в режиме "насос".

В качестве показателя эффективности функционирования принят коэффициент обратимости гидроцилиндров

Коб = Аг/ А„, где Аг — величина регенерируемой энергии.

В главе 5 выполнена параметрическая оптимизация карьерных гидравлических экскаваторов.

Получены выражения для целевых функций - зависимостей для определения суммарного КПД и массы рабочего оборудования; разработаны алгоритмы расчета целевых функций.

В результате исследований выявлено, что оптимальные значения соотношения длин стрелы и рукояти для рассматриваемых конструктивных схем рабочего оборудования, при которых достигается максимальное значение суммарного КПД, находятся в диапазоне

Наличие (Ьс/Ц,)0пт обусловлено действием противоречивых факторов. Так, при "короткой" стреле цилиндры стрелы и ковша действуют в

режиме "насос", что вызывает снижение полезной работы, реализуемой на ковше. При "длинной" стреле процесс внедрения ковша

сопровождается подъемом центра масс рабочего оборудования на значительную высоту, что также приводит к уменьшению КПД.

Оптимальные значения геометрических параметров элементов рабочего оборудования соответствуют "симметричному" действию цилиндров стрелы, при котором величины работ сил, действующих на штоках, в режимах "двигатель" и "насос" одинаковы.

Конструктивные схемы рабочего оборудования с оптимальными геометрическими параметрами характеризуются "симметричностью" отклонения стрелы от среднего положения при крайних положениях ковша, при которых имеет место равенство

В целом, рабочие значения параметров карьерных гидравлических экскаваторов (по техническим характеристикам) находятся близко к области оптимальных значений. Это, с одной стороны, характеризует уровень обоснованности принимаемых технических решений, а, с другой стороны, свидетельствует о том, что развитие конструкций экскаваторов подошло к такому этапу, когда технические возможности существующих схемных

Диапазон изменения передаточных функций мощности гидроцилиндров и КПД механизма

Таблица 1

Схема 1рцс ¡Рир ¡Ршс ^¡РЛ. 2>г Лмтш Лмтах Л

Базовая 0,723/-0,869* 0,880/2,125 -0,466/-0,326 1,603/2,125 -0,466/-1,195 0,471 0,714 0,618

С корректирующим устройством 0,725/-0,871 0,882/2,129 -0,463/-0,323 1,607/2,129 -0,463/-1,194 0,470 0,712 0,616

С параллелограммом 0,723/-0,869 0,641/1,576 -0,232/0,220 1,364/1,796 -0,232/-0,869 0,557 0,912 0,790

Со вспомогатель ным цилиндром 0,727/-0,875 0,638/1,579 -0,232/0,219 1,365/1,798 -0,232/-0,875 0,556 0,909 0,787

ТШРОУ/ЕИ 0,441/-0,691 0,587/1,471 0,112/0,154 1,140/1,625 0,0/-0,691 0,615 0,985 0,852

ЬВ -0,207/-0,181 1,478/1,066 0,203/0,0416 1,781/1,108 -0,207/-0,181 0,561 0,922 0,820

Примечание: *

В числителе приведены значения параметров при минимальном вылете ковша, в знамеьателе

- при максимальном.

решений практически исчерпаны.

В главе 6 разработана концепция создания перспективных конструкций гидравлических карьерных экскаваторов.

Развитие и совершенствование конструкций' карьерных гидравлических экскаваторов, как и всякий другой процесс развития, обусловлено наличием диалектических противоречий между характером рабочего процесса (содержание) и конструктивным исполнением рабочего оборудования экскаватора (форма) - при поступательном движении ковша в процессе внедрения не реализуются основные преимущества гидропривода (простота передачи энергии и полное использование установленной мощности привода в каждом рабочем механизме).

Следовательно, обязательным условием развития конструкций карьерных гидравлических экскаваторов является обоснование более совершенных принципов действия (технологических) и принципов проектирования конструкций, разрешающих отмеченные противоречия.

Исходя из требований рациональности конструктивных схем (минимальное число звеньев и наиболее выгодное течение силового потока), а также гидросистем (эффективность передачи энергии ведомым звеньям), основными принципами применительно к гидравлическим экскаваторам могут быть следующие:

- принцип функциональности рабочих механизмов (выполнение механизмом определенной операции - экскавация породы и т.д.);

принцип раздельного функционирования гидродвигателей (гидроцилиндров).

Реализация принципа функциональности рабочих механизмов позволит упростить структурную схему механизма и, главное, применить эффективную силовую схему с замыканием нагрузок, действующих на ковш.

Принцип раздельного функционирования гидроцилиндров является развитием принципа функциональности механизмов. При раздельном (независимом) действии гидроцилиндров исключается функционирование в режиме "насос" и, соответственно, потери мощности при дросселировании.

Как показывает опыт создания технических устройств и объектов, синтез перспективных конструкций основывается на разработке классификации (классов) объектов, выражающей систему основных принципов и закономерностей, присущих данной области техники.

Существующая классификация карьерных экскаваторов сложилась к началу 50-х годов XX века в результате работ Н.Г. Домбровского. Главными классификационными признаками являются вместимость ковша, определяющая единичную мощность экскаватора, и тип рабочего оборудования.

Такая совокупность признаков не позволяет в полной мере оценить технический уровень экскаватора, а лишь рассматривает варианты технического решения и конструкции экскаватора. Исходя из требований

рациональности конструктивных схем и гидравлических систем, предложена классификация рабочего оборудования карьерных экскаваторов (рис. 4), классификационные признаки которой определяют степень реализации выполняемых выемочно-погрузочных функций.

Предложенный способ систематизации позволяет идентифицировать все разработанные к настоящему времени и перспективные конструкции карьерных гидравлических экскаваторов.

Выполненный анализ различных способов разработки и экскавации горных пород (ковшом экскаватора, отвалом бульдозера, челюстями грейфера и др.) позволил обосновать новый способ экскавации, заключающийся в отделении слоев породы рабочим органом и формировании объема горной массы при встречном движении составных частей рабочего органа.

Особенности предлагаемого способа экскавации породы состоят в следующем:

экскавация породы производится путем отделения стружки (слоя) переменной толщины, т.е. сила сопротивления породы по величине сопоставима с сопротивлением породы черпанию ковшами мехлопат, что обеспечивает снижение энергоемкости экскавации горной породы;

в массиве горной породы ввиду встречного движения оппозитно расположенных частей рабочего органа происходит наложение зон упругопластических деформаций и предразрушение (ослабление) экскавируемой породы;

в результате противоположного действия сил сопротивления достигается замыкание рабочих нагрузок в пределах рабочего органа, и нагрузки практически не передаются (кроме нормальных составляющих сил) на рабочее оборудование и экскаватор в целом.

На основе постулируемых принципов разработан ряд технических решений по конструкциям рабочего оборудования карьерных гидравлических экскаваторов:

схемы рабочего оборудования с пассивным (патент № 1749390) и активными (патенты №№ 1751267 и 2026928) опорными элементами (рис. 5 и 6);

схемы универсального рабочего оборудования (прямая и обратная лопаты) с поворотными стенками ковша (патент № 2005854) и с двумя ковшами (рис. 7 и 8);

схема рабочего оборудования с замыканием в поперечной (к оси вращения платформы) плоскости (рис. 9);

схемы рабочего оборудования с подвижной рукоятью (патенты №№ 2004700 и 2004701) и др.

Основные отличия предлагаемых конструктивных схем от существующих заключаются в наличии механизма захвата и применении составной конструкции рабочего органа.

Рис. 4. Классификация рабочего оборудования (РО) карьерных экскаваторов

■ ' '' '* 1 А / /

\

Рис. 5. Схема рабочего оборудования с внутренним замыканием рабочих нагрузок (патент № 1749390)

Рис. б. Схема рабочего оборудования с активным опорным элементом

Рис. 7. Схема рабочего оборудования с ковшом, снабженным поворотными

стенками

Рис. 8. Схема рабочего оборудования с двумя ковшами

Рис. 9. Схема оборудования с замыканием в поперечной плоскости

Схемы с внутренним замыканием рабочих нагрузок за счет снятия ограничений по величине нагрузок на рабочем органе (по условиям устойчивости экскаватора или сцепления ходового оборудования с грунтом) обеспечивают существенное повышение уровня силового воздействия на забой при неизменной массе машины. При этом может быть расширена область применения экскаватора при работе без предварительной подготовки горной массы.

Схемы универсального рабочего оборудования позволяют суммировать технические возможности прямой и обратной лопат: за счет увеличения высоты забоя и сокращения при этом количества транспортных горизонтов повышается эффективность разработки месторождений полезных ископаемых. Так, по данным ИГД им. А.А. Скочинского, при совместной работе экскаваторов ЭГ-20 и ЭГО-12 объем горных работ на 1 км фронта при глубине разреза 100... 120 м сокращается на 1,5...2 млн. м3.

Схема рабочего оборудования с замыканием в поперечной плоскости может быть использована при разработке пластов малой мощности (до 0,5 м). Преимущество данной схемы заключается в повышении качества управления рабочим органом ввиду полной визуализации рабочей зоны.

В схемах с подвижной рукоятью за счет повышения кинематической подвижности рабочего оборудования обеспечивается разгрузка ковша через заднюю стенку, что позволяет упростить конструкцию экскавационно-дробильного агрегата.

Таким образом, разработанные компоновочные схемы рабочего оборудования отличаются максимальной степенью новизны (новые конструктивная схема и рабочий процесс) и высоким техническим уровнем, а именно:

- обеспечивается увеличение вместимости ковша при неизменной массе машины за счет роста рабочих нагрузок;

- достигается полная универсальность рабочего оборудования (прямая и обратная лопаты);

- за счет снижения энергоемкости рабочего процесса обеспечивается рост производительности при заданной установленной мощности привода;

- повышается эффективность операции транспортирования груженого ковша за счет исключения просыпи породы.

На основе разработанной- математической модели рабочего оборудования может быть сформирована рабочая характеристика карьерного экскаватора, представляющая собой совокупность относительных (по отношению к заданным значениям и ) значений режимных параметров в пределах рабочей зоны экскаватора.

На рис. 10 и 11 показаны годографы кинематических и силовых передаточных функций гидроцилиндров для базовой схемы. В качестве полярного угла принят угол наклона касательной к траектории движения вершины режущей кромки ковша. На основе годографов кинематических

передаточных функций цилиндров может быть осуществлен синтез системы управления, обеспечивающей требуемый закон движения ковша - с постоянным углом резания, поступательное движение ковша и т.д.

Годографы силовых передаточных функций позволяют определить фактические значения касательной и нормальной составляющих усилия на зубьях ковша при заданном усилии на штоке "движущего" цилиндра и, соответственно, оценить степень заполнения ковша по всей рабочей зоне.

Таким образом, рабочая характеристика представляет собой характеристику системы "экскаватор - забой" и позволяет получить более достоверную и полную информацию о технологических возможностях экскавационного оборудования.

В главе 7 обоснованы параметры перспективной модели гидравлического экскаватора.

Проведен функциональный анализ рабочих органов гидравлических экскаваторов с внутренним силовым замыканием. Обоснованы основные конструктивные и режимные параметры перспективной модели гидравлического экскаватора с универсальным рабочим оборудованием.

Выполнены расчеты основных параметров экскаватора с рабочим оборудованием, оснащенным двумя ковшами. Показано, что по сравнению с карьерным гидравлическим экскаватором, рабочее оборудование которого включает последовательно соединенные стрелу, рукоять и ковш, снабженные гидроцилиндрами, производительность экскаватора (при одинаковых массах машин) возрастает в 2... 2,5 раза при одновременном снижении установленной мощности приводного двигателя на 40...60 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, содержащей научно обоснованные технические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны.

Направления повышения эффективности конструкций карьерных гидравлических экскаваторов базируются на исследовании функционирования рычажно-гидравлических механизмов и изучении условий работы главных механизмов и основных закономерностей формирования режимных параметров.

В процессе выполнения работы установлен ряд новых явлений и закономерностей, характеризующих функционирование рычажно-гидравлических механизмов, предложены и обоснованы гипотезы для их объяснения.

На основании выполненных исследований разработаны технические решения по рабочему оборудованию гидравлических карьерных экскаваторов на уровне патентов.

В целом, результаты исследований позволяют сделать следующие выводы.

1. Эффективность использования карьерных экскаваторов может быть оценена величинами относительной производительности (по отношению к рабочей нагрузке) и энергозатрат на экскавацию горной породы или удельной мощности рабочей нагрузки (на 1 вместимости ковша). Современные конструкции карьерных экскаваторов ввиду нерациональности способов выемки горной породы не позволяют увеличить значения относительной производительности выше 5...7 М5/(ч-кН) (для мехлопат) и 1,5...2 м3/(ч-кН) (для гидравлических экскаваторов), и снизить значения удельной мощности ниже 20...25 (для мехлопат) и 50...65 кВт/м (для гидравлических экскаваторов).

2. Для рычажно-гидравлических механизмов характерны следующие структурные и кинематические особенности:

ввиду переменности структуры гидроцилиндра в зависимости от способа его включения в гидросистему структура механизма является многовариантной;

требуемый закон движения рабочего органа может быть реализован (теоретически) при различных значениях обобщенных координат ведущих звеньев;

в зависимости от характера относительного движения звеньев механизма гидроцилиндр, образующий с звеньями кинематические связи, может действовать в различных режимах (как двигатель, или как насос) или "отсутствовать" в кинематическом отношении ("плавающее" положение цилиндра); законы движения гидромашин (гидроцилиндров) не могут быть определены однозначно, так как они обусловливаются, с одной стороны, структурной схемой и геометрическими параметрами механизма, и, с другой стороны, определяются условиями перехода гидроцилиндров с одного режима функционирования (двигатель) на другой (насос).

Рычажно-гидравлический механизм гидравлического карьерного экскаватора представляет собой гидромеханический агрегат, включающий гидродвигатели поступательного действия, образующие с элементами рабочего оборудования (стрела, рукоять, ковш) последовательно соединенные механизмы первого класса.

Уточнено основное уравнение динамики для рычажно-гидравлических механизмов (учитываются мощности сил на штоках гидроцилиндров, функционирующих в режиме "насос").

3. Разработана имитационная модель процесса функционирования главных рабочих механизмов, устанавливающая взаимосвязи между

основными параметрами рабочего оборудования и экскаватора в целом с учетом переменности режимов работы гидроцилиндров.

Предложен способ кинематического анализа рычажно-гидравлических механизмов, основанный на методе замкнутого контура векторов скоростей звеньев.

4. Оценка конструктивных схем рабочего оборудования по величине суммарных энергозатрат на экскавацию горной породы производится посредством коэффициента обратимости гидроцилиндров Ко6, величина которого характеризует снижение величины полезной работы вследствие регенерирования гидравлической энергии. Для известных конструктивных схем рабочего оборудования величина К„б= 0,2... 1.

5. Основными показателями, характеризующими кинематические и динамические свойства главных рабочих механизмов, являются:

передаточная функция мощности, регенерируемой гидроцилиндром в режиме насоса;

суммарная передаточная функция мощности движущих сил;

суммарный КПД главных рабочих механизмов;

среднее значение относительной скорости внедрения ковша в пределах рабочей зоны.

6. В результате исследований определены оптимальные значения соотношения длин стрелы и рукояти, при которых достигается максимум КПД и максимальная величина относительной скорости внедрения ковша. С точки зрения снижения энергозатрат на экскавацию горных пород оптимальное значение соотношения между длинами стрелы и рукояти составляет Это соответствует "симметричности" отклонений стрелы от среднего положения при крайних положениях ковша.

7. Предложено оценивать эффективность системы "экскаватор-забой" посредством рабочей характеристики экскаватора, содержащей информацию о параметрах силового воздействия рабочего органа на разрабатываемый массив горной породы в зависимости от характера его движения и определяющей фактические значения энергозатрат на экскавацию горной породы и производительности экскаватора для конкретных горнотехнических условий эксплуатации.

8. Разработана классификация рабочего оборудования карьерных экскаваторов, классификационные признаки которой установлены с учетом максимально возможной реализации выемочно-погрузочных функций рабочего оборудования.

9. Сформулированы технологические и конструктивные принципы создания перспективных технических решений по гидравлическим карьерным экскаваторам, предложена методология оценки технического уровня конструкций экскаваторов. Разработан комплекс технических решений по рабочему оборудованию, формирующий новую концепцию

развития гидравлических карьерных экскаваторов на более высоком техническом уровне:

рабочее оборудование с внутренним силовым замыканием, включающее пассивный и активный опорные элементы;

универсальное рабочее оборудование (прямая и обратная лопаты) с поворотными стенками ковша и с двумя ковшами;

рабочее оборудование с замыканием в поперечной плоскости. Показано, что при одинаковых массах экскаваторов, выполненных с универсальным рабочим оборудованием и с рабочим оборудованием по базовой схеме, производительность экскаватора возрастает в 2...2,5 раза при одновременном снижении установленной мощности приводного двигателя на 40...60%.

Основные печатные работы по теме диссертации

1. Комиссаров А.П., Тонкушин А.И. К вопросу о синтезе рациональных конструктивных схем рабочего оборудования гидравлических экскаваторов // Материалы Всесоюзного съезда по теории механизмов и машин.- Алма-Ата: Наука, 1977.-С. 46.

2. Комиссаров А.П., Лаутеншлейгер А.А., Тонкушин А.И. Определение КПД механизма рабочего оборудования гидравлических экскаваторов // Механизация горных работ: Сб.- Вып. 2.- Кемерово: КПИ, 1978.- С. 233-236.

3. Комиссаров А.П., Лаутеншлейгер А.А. Оптимизация силовых параметров рабочего оборудования гидравлических экскаваторов // Статика и динамика машин: Сб.- Киев: КИСИ, 1978. - С. 81-82.

4. Комиссаров А.П., Лаутеншлейгер А.А., Тонкушин А.И. Оценка возможных режимов работы рабочего оборудования гидравлических экскаваторов // Проблемы качества и совершенствования тяжелого энергетического, транспортного и химического оборудования: Сб. Свердловск: - УПИ, 1978. - С. 79-80.

5. Комиссаров А.П. Взаимосвязь кинематических и силовых параметров рабочего оборудования гидравлического экскаватора // Теория машин металлургического и горного оборудования: Сб. - Вып.З. - Свердловск: УПИ, 1979.-С. 105-108.

6. Комиссаров А.П., Тонкушин А.И. Синтез рациональной конструктивной схемы рабочего оборудования гидроэкскаватора // Механика машин: Сб. - Вып. 57 / Ин-т машиноведения им. А.А. Благонравова.- М.: Наука, 1980. - С. 125-127.

7. Комиссаров А.П., Суслов Н.М. Особенности анализа и синтеза механизма рабочего оборудования гидравлических экскаваторов // Изв. вузов. Горный журнал. - 1989. - № 3. - С.86-90.

8. Комиссаров А.П., Лаутеншлейгер А.А., Суслов Н.М. Оценка энергетических параметров рабочего оборудования гидравлических экскаваторов. - М: Тяжелое машиностроение. - 1991. - № 8. - С. 6-7.

9. Комиссаров А.П., Сайтов В.И., Суслов Н.М. Повышение технического уровня выемочно-погрузочного оборудования // Изв. вузов. Горный журнал. -1992.-№7.-С. 86-88.

10. Комиссаров А.П., Лаутеншлейгер А.А., Сайтов В.И., Суслов Н.М. Создание карьерных выемочно-погрузочных машин с внутренним замыканием рабочих нагрузок. - М.: Тяжелое машиностроение. - 1994. - № 8. - С. 37-38.

11. А.П. Комиссаров, В.И. Сайтов и др. Функциональный анализ исполнительных органов выемочно-погрузочных машин с внутренним замыканием внешних сил // Изв. вузов. Горный журнал. - 1995. - № 9. - С. 9295.

12. Закаменных Ю.Г., Комиссаров А.П., Кубачек В.Р., Шестаков B.C. Рабочее оборудование экскаваторов: А. с. № 947297,1982.

13. Закаменных Ю.Г., Комиссаров А.П., Суслов Н.М., Шестаков B.C. Рабочее оборудование экскаватора обратная лопата: А. с. № 1062347, 1983.

14. Комиссаров А.П., Суслов Н.М., Шестаков B.C. Рабочее оборудование гидравлического экскаватора: А. с. № 1170056,1985.

15. Комиссаров А.П., Лаутеншлейгер АЛ., Сайтов В.И., Суслов Н.М. Рабочее оборудование экскаватора: Патент № 1749390,1985.

16. Комиссаров А.П., Лаутеншлейгер А.А., Сайтов В.И., Суслов Н.М. Рабочее оборудование экскаватора: Патент № 1751267,1985.

17. Комиссаров А.П., Сайтов В.И., Скобелев Л.С. Экскавационно-дробильный агрегат: Патент № 2004700,1993.

18. Комиссаров. А.П., Масленников В.А., Сайтов В.И., Скобелев Л.С. Экскавационно-дробильный агрегат: Патент № 2004701, 1993.

19. Комиссаров А.П., Сайтов В.И., Скобелев Л.С, Шестаков B.C. Рабочее оборудование экскаватора: Патент № 2005854,1994.

20. Комиссаров А.П., Лаутеншлейгер А.А., Сайтов В.И., Суслов Н.М., Скобелев Л.С. Рабочее оборудование экскаватора: Патент № 2026928,1995.

21. Бойко Г.Х., Семенников B.C., Комиссаров А.П. Создание карьерных гидравлических экскаваторов - резерв повышения эффективности горного производства // Совершенствование методов проектирования горных машин, нефтегазопромыслового и дробильно-размольного оборудования. - Сб. научных трудов: Екатеринбург, 1997. - С. 8-11.

22. Комиссаров А.П., Лагунова Ю.А. Повышение технического уровня горных машин на основе внутреннего замыкания рабочих нагрузок // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 1999.- № 8.- С. 173174.

23. Комиссаров А.П. Особенности кинематики рычажно-гидравлических механизмов // Теория машин металлургического и горного оборудования: Межвузовский сборник научных трудов. - Екатеринбург, 2000. - С. 44-48.

24. Комиссаров А.П. Использование принципа силового замыкания в конструкциях горных машин (на примере карьерных экскаваторов) // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд. МГГУ, 2000. - № 4. -С. 80-81.

25. Комиссаров А. П. Новые подходы в создании карьерных экскаваторов // Механизация строительства. - 2000. - № 2. - С. 6-7.

26. Комиссаров А.П., Суслов Н.М. Параметрическая оптимизация рычажно-гидравлических механизмов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд. МГГУ, 2002. - № 3. - С. 206-208.

27. Комиссаров А.П. Анализ закономерностей функционирования гидравлических карьерных экскаваторов // Горные машины и автоматика, 2002. - № 6. - С. 37-39.

28. Комиссаров А.П. Совершенствование конструкций карьерных гидравлических экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд. МГГУ, 2003. - № 3. - С. 118-119.

29. Комиссаров А.П. Метод оценки рабочих параметров карьерного экскаватора в конкретных условиях эксплуатации // Горные машины и автоматика. - 2003. - № 6. - С. 33-35.

Подписано в печать

Печать на ризографе. Бумага писчая.

Формат 60x84 1/16 Печ.л. 2.0

Тираж 100 экз. Заказ_

Издательство УПТА

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

Щ067 t

Введение.

1. Анализ проблемной ситуации и постановка задач исследований.

1.1. Технические особенности карьерных гидравлических экскаваторов и конструктивные схемы рабочего оборудования.

1.2. Предварительная оценка технического уровня конструкций карьерных гидравлических экскаваторов.

1.3. Анализ состояния научных исследований по карьерным гидравлическим экскаваторам.

1.4. Постановка задач исследований.

2. Разработка модели рабочего оборудования гидравлического экскаватора. 2.1. Особенности рабочего оборудования как гидромеханического агрегата.

2.2. Кинематический анализ рабочего оборудования.

2.3. Силовой анализ рабочего оборудования.

2.4. Определение энергозатрат при внедрении ковша.

2.5. Определение условной массы рабочего оборудования.

Выводы.

3. Установление взаимосвязей между конструктивными и режимными параметрами карьерных гидравлических экскаваторов.

3.1. Анализ передаточных функций рычажно-гидравлических механизмов.

3.2. Формирование энергозатрат при внедрении ковша.

3.3. Оценка влияния геометрических параметров на производительность экскаватора. iK 3.4. Оценка нагруженности рабочего оборудования.

Выводы.

4. Свойства рычажно-гидравлических механизмов карьерных гидравлических экскаваторов.

4.1. Реструктуризация рычажно-гидравлических механизмов.

4.2. Особенности кинематики рычажно-гидравлических механизмов.

4.3. Энергетическая характеристика рычажно-гидравлических механизмов.

Выводы.

5. Оптимизационные исследования карьерных гидравлических экскаваторов.

5.1. Обоснование критериев оптимальности.

5.2. Параметрическая оптимизация.

Выводы.

6. Разработка концепции создания перспективных конструкций гидравлических карьерных экскаваторов.

6.1. Обоснование технологических и конструктивных принципов проектирования карьерных гидравлических экскаваторов.

6.2. Классификация рабочего оборудования карьерных экскаваторов.

6.3. Разработка перспективных структурных схем рабочего оборудования.

6.4. Разработка рабочей характеристики карьерного экскаватора.

6.5. Методология оценки технического уровня конструкций карьерных гидравлических экскаваторов. gp Выводы.

7. Обоснование параметров перспективной модели гидравлического экскаватора.

7.1. Функциональный анализ рабочего оборудования с внутренним силовым замыканием.

7.2. Кинематический анализ рабочего оборудования перспективной модели.

7.3. Определение параметров рабочего органа с внутренним силовым замыканием.

Выводы.

Развитие открытых горных работ связано с широким использованием карьерных экскаваторов, являющихся основным видом выемочно-погрузочного оборудования.

Реформа экономики России определяет необходимость реструктуризации горнодобывающих отраслей промышленности, главной целью которой является создание конкурентоспособных высокоэффективных производств.

В настоящее время в практике открытых горных работ наблюдаются негативные тенденции в изменении горно-геологических, горнотехнических, климатических и др. условий разработки месторождений полезных ископаемых, вызываемые увеличением доли крепких скальных пород, ростом глубины карьеров, освоением новых месторождений, в основном, в районах Сибири и Крайнего Севера и другими факторами.

Изменения технологической ситуации приводят к росту материальных и энергетических затрат на добычу полезных ископаемых и, в конечном счете, к снижению эффективности горного производства.

Успешное развитие горной 11ромьш1ленности в этих условиях неразрывно связано с совершенствованием горного оборудования.

Проблема повышения эффективности горного производства особенно актуальна для угольной промышленности. Это обусловливается необходимостью более чем двухкратного увеличения объемов добычи твердого топлива при одновременном снижении его себестоимости, что предопределено основными положениями «Энергетической стратегии развития ТЭК на период до 2020 года» /1/.

В общем технологическом комплексе добычи полезных ископаемых открытым способом определяющими являются операции выемки (экскавации) и погрузки горной массы. Расходы на данные операции составляют до 40 % общих расходов на добычу полезных ископаемых.

Основным видом выемочно-погрузочного оборудования на отечественных горнодобывающих предприятиях остаются карьерные экскаваторы типа ЭКГ (мехлопаты) с вместимостью стандартного (для скальных пород со средней плотностью 2,5 т/м ) ковша от 4,6 до 20 м производства ОАО "Уралмаш" и ОАО "Ижорские заводы".

Проводимая техническая политика в области экскаваторостроения ориентирована, в основном, на модернизацию существующих конструкций и разработку модификаций действующего оборудования без существенных качественных изменений. В итоге большая часть из эксплуатируемых карьерных экскаваторов морально и физически устарела из-за отставания темпов обновления парка оборудования.

Так, например, по данным компании «РОСУГОЛЬ» в угольной промышленности (открытая угледобыча) парк одноковшовых карьерных экскаваторов практически полностью представлен механическими лопатами традиционного конструктивного исполнения типа ЭКГ. Количество мехлопат в отрасли составляет 1150 единиц при средней вместимости ковша условной мехлопаты 7,2 м3, причем более 50 % экскаваторов эксплуатируются свыше 20 лет, что уже превышает их расчетный срок службы.

Единичные экземпляры карьерных гидравлических экскаваторов (в основном, производства зарубежных фирм) эксплуатируются на угольных разрезах Южной Якутии, Приморья, Дальнего Востока и Кузбасса.

Объективное ухудшение условий разработки месторождений полезных ископаемых и потребности в техническом перевооружении горного производства ставят перед практикой проектирования экскаваторов две основные задачи: модернизация конструкций экскаваторов на базе существующих конструктивных схем; разработка и создание более производительных и надежных конструкций, реализующих эффективные рабочие процессы и характеризующихся высокой степенью конструктивной новизны.

Для существенного повышения эффективности горного производства необходимо осуществить коренную структурную перестройку на базе качественного изменения средств производства за счет разработки горных машин нового поколения, обеспечивающих резкое (в 2-3 раза) снижение затрат на разработку месторождений и добычу полезных ископаемых.

Как показывает практика открытых горных работ, о дним из основных направлений развития техники является создание и внедрение гидрофициро-ванного горного оборудования. Гидравлический привод обеспечивает целый ряд технических и технологических преимуществ по сравнению с электромеханическим. Наибольший эффект дает применение гидропривода в конструкциях карьерных одноковшовых экскаваторах - основном виде выемочно-погрузочного оборудования. Так, например, на базе экскаватора ЭКГ-5 ОАО «Уралмаш» был создан гидравлический экскаватор ЭГ-12, то есть вместимость ковша и производительность экскаватора возрасли в 2,4 раза.

В последние годы за рубежом наблюдается существенный количественный и качественный рост парка карьерных гидравлических экскаваторов (ЭГ). Крупнейшие зарубежные фирмы - CATERPILLAR, DRESSER, HARNISCHFEGER (США); MANNESMANN DEMAG, ORENSTEIN und KOPPEL, LIEBHERR (Германия); HITACHI и KOMATSU (Япония) и др. -производят экскаваторы различных типоразмеров при рабочей массе от 100 до 700 т и более при вместимости ковша до 45 м3 (по стандарту СЕСЕ*). Committee for European Construction Equipment — Европейский комитет конструирования оборудования

Выбор перспективных структурных схем рабочего оборудования, определяющих технический уровень конструкции в целом, затруднен, так как вопросы функционирования карьерных гидравлических экскаваторов как сложной многопараметрической системы изучены недостаточно, количественная оценка конструктивных решений производится лишь по отдельным техническим показателям. В частности, в аппарате проектирования карьерных гидравлических экскаваторов практически отсутствуют процедуры синтеза оптимальных решений.

Большое значение для отечественного горного машиностроения имеет разработка стратегии создания конструкций карьерных экскаваторов, учитывающей тенденции развития данного вида техники, зарубежный и отечественный опыт проектирования и эксплуатации гидравлических карьерных экскаваторов, традиции отечественного горного машиностроения и базирующейся на системном подходе к анализу и оценке технического уровня конструкций, развитии теоретических основ проектирования карьерных гидравлических экскаваторов.

Таким образом, исходя из требований практики, сформулирована научная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение и состоящая в разработке научно-методологической базы для создания перспективных конструкций карьерных гидравлических экскаваторов.

Цель работы - повышение эффективности использования карьерных гидравлических экскаваторов на основе разработки концепции создания и обоснования параметров перспективных конструкций.

Идея работы,, Синтез перспективных конструкций карьерных гидравлических экскаваторов возможен на основе применения структурных схем рабочего оборудования с внутренним замыканием внешних нагрузок.

Методы исследования. При выполнении работы использованы: методы теории механизмов и машин; математическое моделирование; вычислительный эксперимент; методы оптимизационных исследований; обобщение опыта проектирования карьерных экскаваторов. Основные научные положения, выносимые на защиту. Свойства рабочего оборудования гидравлического экскаватора как гидромеханического агрегата определяются как кинематическими параметрами рычажных механизмов, так и видом связей гидродвигателей noci^ нательного действия со звеньями механизмов.

Показа гели режимов функционирования гидроцилиндров ("двигатель" или "насос") и условия перехода из одного режима в другой обусловливаются характером относительного движения элементов рабочего оборудования и определяются в зависимости от заданного закона движения рабочего органа (ковша) и соотношений между геометрическими параметрами рабочего оборудования и размерами рабочей зоны экскаватора.

При совместном действии главные рабочие механизмы образуют на базе "основного" механизма "объединенный" механизм, включающий те механизмы, где гидроцилиндры работают в режиме "двигатель" постоянно или частично в течение рабочего цикла.

Рациональной структурной схемой рабочего оборудования гидравлического экскаватора, характеризующейся малой величиной потерь гидравлической энергии при дросселировании, является схема, обеспечивающая функционирование гидроцилиндров в режиме "двигатель".

Комплексную оценку технического уровня конструкции гидравлического экскаватора следует производить как на основе технической характеристики экскаватора, так и рабочей характеристики, устанавливающей взаимосвязи между элементами системы "экскаватор-забой" и определяющей фактические значения производительности экскаватора и энергозатрат при отработке забоя.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается: корректностью постановки задач, адекватностью математических моделей процессу функционирования рычажно-гидравлических механизмов, сходимостью результатов расчетов с эксплуатационными характеристиками гидравлических карьерных экскаваторов. Научная новизна заключается: в выявлении закономерностей взаимодействия рабочих механизмов и характера формирования основных технических показателей карьерных гидравлических экскаваторов - энергозатрат, нагруженности рабочего оборудования, производительности экскаватора и др.; в разработке математической модели и в обосновании критериев оптимальности конструктивных и режимных параметров; в определении областей оптимальных значений параметров и выявле-пии степени реализации критериев оптимальности для различных схем рабочего оборудования; в оценке технического уровня конструктивных схем и обосновании показателей технического совершенства; в разработке классификации рабочего оборудования, классификационные признаки которой характеризуют технический уровень конструкции.

Научное значение работы определяется разработкой метода кинематического и силового анализа рычажно-гидравлических механизмов; дальнейшим развитием теории одноковшовых экскаваторов; установлением закономерностей формирования основных технических показателей карьерных гидравлических экскаваторов; обоснованием научно-методологической базы для проектирования перспективных конструкций карьерных гидравлических экскаваторов.

Практическая ценность и реализация результатов работы заключается в: создании математической модели карьерных гидравлических экскаваторов, которая позволяет с наибольшей полнотой выявить внешние и внутренние связи рассматриваемой системы и может служить основой для построения САПР; разработке методики параметрической оптимизации рабочего оборудования; разработке конструктивных и технологических принципов проектирования перспективных конструкций карьерных гидравлических экскаваторов; обосновании и разработке перспективных компоновочных схем рабочего оборудования: схемы с внутренним замыканием рабочих нагрузок; схемы универсального оборудования (прямая и обратная лопаты); схемы с замыканием в поперечной плоскости.

Результаты работы используются в учебном процессе - подготовлен раздел дисциплины "Основы проектирования горных машин и оборудования", выполняются курсовые и дипломные проекты.

Проектно-конструкторская задача «Оптимизация параметров рабочего оборудования гидравлических экскаваторов» вошла в состав УИ САПР «Горные машины и их компоненты», разработанной по заданию 03.30А.ГКНТ СССР. В рамках работы выполнялась (1994-95) НИР «Создание горных машин с внутренним силовым замыканием» (грант СПГ-35 Госкомвуза РФ).

Компоновочные схемы и расчеты параметров рабочего оборудования переданы в ОАО «Уралмаш» для разработки проектов.

Результаты исследований внедрены на ООО "ОМЗ - Горное оборудование и технологии" с экономическим эффектом 50 тыс. руб. и реализованы в рабочем проекте экскаватора ЭГ-500.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях в УГГТА (1975-2001), на 1-ом Всесоюзном съезде по теории механизмов и машин (г. Алма-Ата, 1977), на областной научно-технической конференции молодых специалистов (1978), на Всесоюзной научной конференции «Научные основы создания комплексно-механизированных и автоматизированных карьеров и подводной добычи полезных ископаемых» (г.Москва, 1980), на ежегодном международном симпозиуме «Неделя горняка» (г.Москва, 2000-2003).

Публикации.

По теме опубликовано 2 Q печатных работ, в том числе 9 патентов на изобретения.

Вклад автора в публикации, выполненные в соавторстве, состоял в формировании основной идеи, выборе метода исследований, анализе полученных результатов и подготовке на их основе методик и рекомендаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 141 наименований и 5 приложений; содержит 2 # страниц машинописного текста, 62 рисунка, 45 таблиц.

ВЫВОДЫ.

Показано, что основным фактором, ограничивающим эффективное использование установленной мощности приводов копающих механизмов, является устойчивость экскаватора. Реальным путем преодоления этого ограничения является использование принципа внутреннего замыкания внешних сил.

Проведен функциональный анализ устройства замыкания внешних нагрузок на рабочее оборудование щпроэкскаватора. На основе функционального анализа определена иерархия элементов устройства.

Обоснованы основные показатели перспективной модели гидравлического экскаватора - геометрические параметры и вместимость рабочего органа, производительность экскаватора и др.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, содержащей научно обоснованные технические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны.

Направления повышения эффективности конструкций карьерных гидравлических экскаваторов базируются на исследовании функционирования рычажно-гидравлических механизмов и изучении условий работы главных механизмов и основных закономерностей формирования режимных параметров.

В процессе выполнения работы установлен ряд новых явлений и закономерностей, характеризующих функционирование рычажно-гидравлических механизмов, предложены и обоснованы гипотезы для их объяснения.

На основании выполненных исследований разработаны технические решения по рабочему оборудованию гидравлических карьерных экскаваторов на уровне патентов.

В целом, результаты исследований позволяют сделать следующие выводы.

1. Эффективность использования карьерных экскаваторов может быть оценена величинами относительной производительности (по отношению к рабочей нагрузке) и энергозатрат на экскавацию горной породы или удельной мощности рабочей нагрузки (на 1 м3 вместимости ковша). Современные конструкции карьерных экскаваторов ввиду нерациональности способов выемки горной породы не позволяют увеличить значения относительной производительности выше 5. 7 м3/ч-кН (для мехлопат) и 1,5. 2 м3/ч-кН (для гидравлических экскаваторов), и снизить значения удельной мощности ниже 20.25 кВт/м3 (для мехлопат) и 50.65 кВт/м3 (для гидравлических экскаваторов).

2. Для рычажно-гидравлических механизмов характерны следующие структурные и кинематические особенности: ввиду переменности структуры гидроцилиндра в зависимости от способа его включения в гидросистему структура механизма является многовариантной; требуемый закон движения рабочего органа может быть реализован (теоретически) при различных значениях обобщенных координат ведущих звеньев; в зависимости от характера относительного движения звеньев механизма гидроцилиндр, образующий с звеньями кинематические связи, может действовать в различных режимах (как двигатель, или как насос) или "отсутствовать" в кинематическом отношении ("плавающее" положение цилиндра); законы движения гидромашин (гидроцилиндров) не могут быть определены однозначно, так как они обусловливаются, с одной стороны, структурной схемой и геометрическими параметрами механизма, и, с другой стороны, определяются условиями перехода гидроцилиндров с одного режима функционирования (двигатель) на другой (насос).

Рычажно-гидравлический механизм гидравлического карьерного экскаватора представляет собой гидромеханический агрегат, включающий гидродвигатели поступательного действия, образующие с элементами рабочего оборудования (стрела, рукоять, ковш) последовательно соединенные механизмы первого класса.

Уточнено основное уравнение динамики для рычажно-гидравлических механизмов (учитываются мощности сил на штоках гидроцилиндров, функционирующих в режиме "насос").

3. Разработана имитационная модель процесса функционирования главных рабочих механизмов, устанавливающая взаимосвязи между основными параметрами рабочего оборудования и экскаватора в целом с учетом переменности режимов работы гидроцилиндров.

Предложен способ кинематического анализа рычажно-гидравлических механизмов, основанный на методе замкнутого контура векторов скоростей звеньев.

4. Оценка конструктивных схем рабочего оборудования по величине суммарных энергозатрат на экскавацию горной породы производится посредством коэффициента обратимости гидроцилиндров Коб, величина которого определяется в зависимости от характера относительного движения элементов рабочего оборудования и соотношения между внешними нагрузками. Для известных конструктивных схем рабочего оборудования величина К0б = 0,2. 1.

5. Основными показателями, характеризующими кинематические и динамические свойства главных рабочих механизмов, являются: передаточная функция мощности, регенерируемой гидроцилиндром в режиме насоса; суммарная передаточная функция мощности движущих сил; суммарный КПД главных рабочих механизмов; среднее значение относительной скорости внедрения ковша в пределах рабочей зоны.

6. В результате оптимизационных исследований определены оптимальные значения соотношения длин стрелы и рукояти, при которых достигается максимум КПД и максимальная величина относительной скорости внедрения ковша. С точки зрения снижения энергозатрат на экскавацию горных пород оптимальное значение соотношения между длинами стрелы и рукояти составляет 1,2<(LC/LP)<1,5. Это соответствует "симметричности" отклонений стрелы от среднего положения при крайних положениях ковша.

7. Предложено оценивать эффективность системы "экскаватор-забой" посредством рабочей характеристики экскаватора, содержащей информацию о параметрах силового воздействия рабочего органа на разрабатываемый массив горной породы в зависимости от характера его движения и определяющей фактические значения энергозатрат на экскавацию горной породы и производительности экскаватора для конкретных горнотехнических условий эксплуатации.

8. Разработана классификация рабочего оборудования карьерных экскаваторов, классификационные признаки которой установлены с учетом максимально возможной реализации выемочко-погрузочных функций рабочего оборудования.

9. Сформулированы технологические и конструктивные принципы создания перспективных технических решений по гидравлическим карьерным экскаваторам, предложена методология оценки технического уровня конструкций экскаваторов. Разработан комплекс технических решений по рабочему оборудованию, формирующий новую концепцию развития гидравлических карьерных экскаваторов на более высоком техническом уровне: рабочее оборудование с внутренним силовым замыканием, включающее пассивный и активный опорные элементы; универсальное рабочее оборудование (прямая и обратная лопаты) с поворотными стенками ковша и с двумя ковшами; рабочее оборудование с замыканием в поперечной плоскости. Показано, что при одинаковых массах экскаваторов, выполненных с универсальным рабочим оборудованием и с рабочим оборудованием по базовой схеме, производительность экскаватора возрастает в 2.2,5 раза при одновременном снижении установленной мощности приводного двигателя на 40. .60 %.

1. К вопросу технико-технологического переоснащения открытых горных разработок / М.М. Пучков, Т.Е. Удачина, В.А. Васильев, П.Р. Хаспе-ков. М.: Открытые горные работы.- 2000.- № 3,- С. 25-28.

2. Погрузочное оборудование для зарубежных карьеров. Черная металлургия. Сер. Горнорудное производство и обогащение руд. Экспресс-информация, 1990.- Вып. 7.- С. 1-2.

3. Корнеев В.П., Сапожников А.И., Пашкин Л.Н. Перспективы создания и развития карьерных гидравлических экскаваторов на ОАО "Ижорские заводы".- Горные машины и автоматика.- 2002.- № 6.- С. 20-22.

4. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ: Учебное пособие. В 2 т. Т.1.- 4-е изд., стер,- М.: Издательство Моск. гос. горн, ун-та, 2000.- 422 с.

5. Авдеев П.П., Ворончихин Ю.Г., Девяткин Ю.А. Повышение эффективности применения карьерных гидравлических экскаваторов. Горное оборудование. Реферативный сб. ЦНИИТЭИтяжмаш, 1982.- Сер. 2.- Вып. 13.- С. 11-14.

6. Трюмпер Т. Использование мощности гидравлическим экскаватором / Глюкауф.- 1996.- № 11. С. 12-14. - Рус.

7. Скобелев Л.С. Совершенствование конструкции и повышение надежности мощных карьерных гидравлических экскаваторов.- Горный журнал, 1983.- № 8.- С. 52-54.

8. Королев А.В. Экономия энергии на гидравлических экскаваторах // Строительные и дорожные машины.- 1995.- № 2,- С. 3-5.

9. Раннев А.В. Одноковшовые гидравлические экскаваторы: пути экономии энергетических ресурсов / Строительные и дорожные машины.- 2000.-№6.-С. 15-19.

10. Скобелев JI.С. Основные концепции в создании отечественных мощных гидравлических карьерных экскаваторов.// Одноковшовые экскаваторы с гидроприводом и область их применения / Реферативный сб. 2-82-10, ЦНИИТЭИтяжмаш.- 1982.- № 10. С. 15 -19.

11. Штейнцайг В.М. Концепции в конструкциях карьерных гидравлических экскаваторов за рубежом. Горное оборудование. Экспресс-информация. ЦНИИТЭИтяжмаш.- 1985.- Сер.2.- Вып. 3.- С. 1-6.

12. Тенденции совершенствования экскаваторов за рубежом. ЦНИИТЭИтяжмаш. Экспресс-информация. Зарубежный опыт. Конструирование и эксплуатация оборудования. Серия 2 Горное оборудование - Вып. 14.- М., 1988.

13. Джон Чедвик. Гидравлические экскаваторы. Горные известия. Институт МЕХАНОБР. С.-Петербург, 1996.- № 8.- С. 29-34.

14. Королев А.В. Особенности развития тяжелых гидравлических экскаваторов. Строительные и дорожные машины, 2000.- № 10.- С. 19-26.

15. К.Е. Виницкий и др. Освоение гидравлических экскаваторов нового поколения в практике открытых разработок // Горная промышленность, 1998.-М 1.-С. 30-36.

16. Новый гидравлический экскаватор фирмы ШТАСШ // Горная промышленность, 1996.- № 4.- С. 7.

17. Гидравлический экскаватор CAT 5130 // Горная промышленность, 1995.-№4.-С. 57-59.

18. Ворончихин Ю.Г. Развитие карьерных гидравлических экскаваторов АО УРАЛМАШ // Горная промышленность, 1996.- № 4.- С. 38-39.

19. Производство карьерных гидравлических экскаваторов за рубежом. Экспресс-информация.- Сер. 1. Экскаваторы и стреловые краны.- М.: ЦНИИТЭстроймаш.- 1982.- Вып. 6.

20. Giant hydraulic excavator unveiled in FRG.- Mining Journal, 1986.- V. 307.- № 7876.- P. 74.

21. Сапожников А.И., Цетлип С.Б., Бакланов И.Б. О создании гидравлического экскаватора на ОАО "Ижорские заводы" // Открытые горные работы.- 2000.-№3.- С. 38-39.

22. Скобелев Л.С., Штейнцайг В.М., Штейнцайг P.M. Создание мощных карьерных гидравлических экскаваторов. Одноковшовые экскаваторы с гидроприводом и область их применения. Реферативный сб. 2-82-10.-ЦНИИТЭИтяжмаш.- 1982.- № 10.- 43 с.

23. Краткий анализ состояния парка карьерных экскаваторов за рубежом. ЦНИИцветмет экономики и информации.- Экспресс-информация.- Горное дело.- Вып. 8.- М.-1990.- С. 1-5.

24. Гидравлические экскаваторы фирмы LIEBHERR (ФРГ). Горное оборудование. Экспресс-информация. ЦНИИТЭИтяжмаш, 1990,- Сер. 13.-Вып. 3.- С. 1-9.

25. Supper excavator break into hard rock // World Mining Equipment.-May, 1987.-P. 20-22, 24 p.

26. Устройства для соединения гидроцилиндров с ковшом и стрелою экскаваторов компании О-К. Tri-Power-Giving О-К the edge // Mining J.-1998.- 330, № 8471, O-K Suppl.- С. 5.- Англ.

27. Балаховский М.С. Гидравлический экскаватор RH120C фирмы ORENSTEIN-KOPPEL.- Горное оборудование. Экспресс-информация. ЦНИИТЭИтяжмаш, 1991.- Сер. 12-2.- Вып. 2.- С. 1-7.

28. Гидравлические экскаваторы для открытых горных разработок. Горнорудное производство. Экспресс-информация. Черметинформация, 1990.- Сер. 52,- Вып. 7.- С. 2-3.

29. Расширение ряда гидравлических экскаваторов фирмы ORENSTEIN und KOPPEL (ФРГ). Экспресс-информация.- Сер. 1, 5, 6.- М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1985.- Вып. 14.

30. Гидравлический экскаватор с прямолинейной траекторией движения ковша. Заявка Великобритании № 2031843.- Опубл. 30.04.80.

31. Поколение гидравлических экскаваторов нового типа // Горная промышленность.- 1998.- № 3.- С. 44.- Рус.

32. Рабочее оборудование гидравлического экскаватора. Патент Японии № 54-50699 и МКИ Е 02 F 3/32, НКИ 37/118R.

33. Мощные гидравлические экскаваторы РС650 и PC 1500-1 фирмы Komatsu (Япония).- Королев А.В. / Экспресс-информация.- М.: ЦНИИТЭст-роймаш.- 1984.-Вып. 13.-С. 1-5.

34. Общая методика определения уровня качества горно-шахтного и обогатительного оборудования.-М.- СЭВ,- 1971.

35. Баловнеь В.И., Волчек В.И., Новоселов Е.В. Оценка научно-технического уровня строительных и дорожных машин на стадии разработки- Строительные и дорожные машины.- 1979.- № 9.- 22 с.

36. Косталевский В.М., Лунина Н.В. Определение параметров горного оборудования для оценки его конкурентоспособности. Горное оборудование. Экспресс-информация.- ЦНИИТЭИтяжмаш.- 1986.- Сер. 2- Вып. 7.- С. 1-4.

37. Карасев Г.Н. Критерии оптимизации параметров экскаватора // Строительные и дорожные машины.- 1992 № 6.- С. 11-14.

38. Холодов A.M. Анализ основных параметров гидравлических экскаваторов // Строительные и дорожные машины.- 1992.- № 4.- С. 16-19.

39. Носков В.Н., Никишкин С.И., Ильин А.Е., Монахов С.А. Комплекс программных средств для анализа уровня, тенденций развития и характеристик экскаваторов // Строительные и дорожные машины.- 1997.- № 10.- С. 2427.

40. Борщ-Компониец Л.Б. Методика оперативной оценки карьерных гидравлических экскаваторов // Горная промышленность.- 1996.- № 1.- С. 2931.

41. Солод Г.И., Радкевич Я.М. Управление качеством горных машин.-м.;мги, 1985.-92с.

42. Солод Г.И. Основы квалиметрии.- M.J МГИ, 1991.- 84 с.

43. Савченко А.Я. Совершенствование методологии оценки качества высокопроизводительного экскавационного оборудования большой единичной мощности на этапе эксплуатации. Горные машины и автоматика.- 2001.-№ 1.- С. 4-6.

44. Штейнцайг В.М. Забойное карьерное гидрофицированное оборудование /Разработка месторождений твердых полезных ископаемых.: Итоги науки и техники.- М.- 1986.- Т. 35.- С. 51-89.

45. Сатовский Б.И., Мельников Н.Н., Скобелев Л.С., Штейнцайг В.М. О создании карьерных гидравлических экскаваторов // Горный журнал.- № 5.- 1977.-С. 41-45.

46. Сатовский Б.И., Мельников Н.Н., Скобелев Л.С., Штейнцайг В.М. Одноковшовые гидравлические экскаваторы для открытых горных работ. Горное оборудование. НИИинформтяжмаш.- 1978.- № 31.

47. Мельников Н.Н., Сатовский Б.И., Скобелев Л.С., Штейнцайг В.М. Опыт и перспективы внедрения мощных карьерных гидравлических экскаваторов // Горный журнал.- № 6.- 1979.- С. 48-51.

48. Н.Н. Мельников и др. Опыт применения гидравлических экскаваторов на разрезах. М.: Обзор ЦНИЭИуголь,- 1980.

49. Штейнцайг P.M. Создание карьерных гидравлических экскаваторов // Уголь.- 1982.- № 5.- С. 41-42.

50. Мельников Н.Н., Скобелев J1.C., Штейнцайг В.М., Штейнцайг

51. P.M. Современные карьерные гидравлические экскаваторы для открытых горных работ. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш.- Обзор.- Сер. 2.- 1982.- Вып. 31.-36 с.

52. Штейнцайг В.М., Кагермазов А.А. Сравнительная оценка технико-экономических показателей применения отечественных карьерных гидравлических экскаваторов и механических лопат.- ЦНИИТЭИтяжмаш.- Реф. сб.-№ 13.- 1982.

53. Рынок экскаваторов. Shovel by numbers / Gilewicz Peter // World Mininig Equipment.- 1999.- № 7.- C. 11-12.- Англ.

54. Вэблер Д. Сопоставительный анализ карьерного погрузочного оборудования // Горный журнал, 1995.- № 12.- С. 5-8.

55. Применение гидравлических и электрических экскаваторов. Are friends electric? / Woof Mike // World Mining Equipment.- 1998.- 22, № 8.- C. 18-19.-Англ.

56. Родионов Г.В. Основные закономерности при черпании скальныхпород ковшами породопогрузочных машин. / Расчеты, конструирование и испытания горных машин.- М.: Углетехиздат, 1957.- № 3.- С. 24-39.

57. Кальницкий Я.Б. Основные направления в конструировании погрузочных машин для горнорудной промышленности // Горный журнал, 1958.-№6.-С. 27-32.

58. Музгин С.С. Экскавация крупнокусковой горной массы.- Алма-Ата.- Наука.- 1973.- 276 с.

59. Елизарова В.Б. Сравнительные исследования нагруженности рабочего оборудования гидравлических экскаваторов / ВНИИ строит, и дор. машиностроения.- 1983.- Вып. 97.- С. 17-21.

60. Симакова Н.Е. Анализ нагрузок на рабочее оборудование одноковшового гидравлического экскаватора // Механизация строительства.-1992.-№ 12.-С. 11-13.

61. Бровин В.А. Определение параметров четырехзвенного механизма с качающимся цилиндром / Строительные и дорожные машины.- №1.- 1964.-С. 17-21.

62. Бровин В.А. Методика расчета навесного гидравлического экска-вационного оборудования / Строительное и дорожное машиностроение.- М.: ЦИНТИАМ.- 1964.- С. 57-81.

63. Оренбойм Б.Д., Розенблат А.Я., Ребеко JI.B. Гидравлические одноковшовые навесные неполноповоротные экскаваторы.- М.: Машиностроение." 1966.- 112 с.

64. Раннев А.В., Перлов А.С. К расчету рабочего оборудования и привода гидравлического экскавтора / Труды ВНИИстройдормаша.- Вып. 45.1969.

65. Рустанович А.В. Развитие конструкций рабочего оборудования одноковшовых полноповоротных гидравлических экскаваторов за рубежом / Сб. Строительные и дорожные машины. Экскаваторы и стреловые краны.-1971.- №2.

66. Смоляницкий Э.А., Перлов А.С., Королев А.В. Рабочее оборудование полноловоротных гидравлических экскаваторов (обзор).- М.: ЦНИИ-ТЭстроймаш.- 1971.

67. Гойхбург В.К., Смоляницкий Э.А. Погрузочное рабочее оборудование отечественных и зарубежных гидравлических экскаваторов (обзор).-М.: ЦНИИТЭстроймаш.- 1972.

68. Гойхбург В.К., Смоляницкий Э.А. Определение основных параметров погрузочного оборудования одноковшовых гидравлических экскаваторов //Строительные и дорожные машины.- № 7.- 1972.

69. Тотолин П.Е., Крылов A.M., Ильченко О.П. Параметры оборудования прямой лопаты гидравлического экскаватора // Строительные и дорожные машины.- 1983.- № 9.- С. 13.

70. Королев А.В. Кинематика погрузочного оборудования экскаваторов //Строительные и дорожные машины.- 1987.- № 10.- С. 6-8.

71. Григорьев А.Г. Автоматизация процесса подбора основных параметров базовой геометрии манипуляторного рабочего оборудования /Научные труды/ВНИИстройдормаш.- 1987.- Вып. 110.- С. 80-85.

72. Тимошенко В.К. Расчет механизмов с приводом от качающегося гидроцилиндра //Строительные и дорожные машины, 1988.- № 3.- С. 24-26; №4.-С. 19-21.

73. Тимошенко В.К. Выбор рациональных параметров механизма привода рукояти гидравлического экскаватора //Строительные машины, 1988.- № 12.- С. 21-23.

74. Крикун В.Я. Проектирование гидравлических стрелоподъемных механизмов одноковшовых экскаваторов //Строительные и дорожные машины.- 1997.- № 3.- С. 14-17.- Рус.

75. Карасев Г.Н., Плотников А.С. К вопросу установления функциональной связи между весом конструкции гидравлического экскаватора и его параметрами / Тр. МАДИ.- Вып. 59.- 1973.- С. 20-23.

76. Перлов А.С., Лурье Г.К. Кинематический синтез рычажных механизмов рабочего оборудования прямого действия гидравлических экскаваторов / Тр. ВНИИстройдормаш. Проблемы совершенствования одноковшовых гидравлических экскаваторов.- Вып. 73.- 1976.

77. Ребеко JI.B., Кириллов Г.В. Определение емкости ковша гидроэкскаватора с учетом устойчивости при копании // Строительные и дорожные машины.-№ 7.- 1977.

78. Крикун В.Я. Технологические резервы повышения эффективности работы гидравлических экскаваторов // Изв. вузов. Строительство и архитектура.- 1997.- № 6.- С. 110-117.

79. Панкрашкин П.В. Создание ряда отечественных строительных гидравлических полноповоротных экскаваторов. Труды ВНИИстройдорма-ша.- Вып. 73. Проблемы совершенствования одноковшовых гидравлических экскаваторов.- 1976.- С. 4-11.

80. Лурье Г.К. Разработка методики выбора оптимальных параметров рабочего оборудования одноковшовых погрузочных машин / Сб. научных трудов ЦНИИС.- Вып. 20.- 1967.

81. Лурье Г.К. Методы расчета оптимальных параметров рычажных систем рабочего оборудования землеройных машин // Тр. ВНИИтранспорт-ного строительства. Машины для земляных работ.- Вып. 79.- М.: Транспорт, 1973.

82. Башкиров В.А.- Церлюк М.Д. Оптимизация параметров стрело-подъемного механизма одноковшовых экскаваторов с гидравлическим приводом переменной производительности //Строительные и дорожные машины, 1979.-№ 10.-С. 8-10.

83. Лурье Г.К. Математическое моделирование и оптимизация параметров рычажных систем строительных машин / Сб. Статика и динамика машин.- Киев.- КИСИ.- 1978.- С. 88-89.

84. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ / Е.Ю. Малиновский, Л.Б. Зарецкий, Ю.Г. Беренгард и др. / Под ред. Е.Ю. Малиновского.- М.: Машиностроение, 1980.- 216 с.

85. Григорьев А.Г., Зарецкий Л.Б., Малиновский Е.Ю. Принципы разработки системы автоматизированного проектирования рабочего оборудования гидравлических экскаваторов / Тр. ВНИИ строительного и дорожного машиностроения.- 1988.-№ 113.-С. 19-24.

86. Штейнцайг P.M. Экспериментальные исследования экскаватора ЭГ-12. Научные основы создания комплексно-механизированных и автоматизированных карьеров и подводной добычи полезных ископаемых / Тезисы докл. Всесоюзной научной конференции.- М.- 1980.- 204 с.

87. Тотолин П.Е., Чирков В.Н. Кинематика рабочего оборудования "Марион 204-М".- Сб. Добыча угля открытым способом, 1982.- № 6.- С. 2326.

88. Чирков В.Н. Кинематика рабочего оборудования мощных карьерных гидравлических экскаваторов.- Добыча угля открытым способом: Науч.-техы реф. сб. / ЦНИЭИуголь, 1983.- № 4.- С. 20-22.

89. Штейнцайг В.М. Современные карьерные экскаваторы: Обзор.-М.: ЦНИИТЭИтяжмаш. Горное оборудование.- Сер. 2.- Вып. 2.- 1985.- 40 с.

90. Побегайло А.П., Крикун А.В. Опыт эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов. Обзор: ВНИИЭСМ.- Сер. 20.- Вып. 22.- М.- 1986.

91. Развитие техники и технологии открытой угледобычи (под ред. М.И. Щадова).-М.: Недра, 1987.-237 с.

92. Мельников Н.Н., Неволин Д.Г., Скобелев JI.C. Технология применения и параметры карьерных гидравлических экскаваторов.- Апатиты: Кольский научный центр РАН.- 1992.

93. Беляков Ю.И. Экскаваторные работы.- М.: Недра, 1992.- 288 е.: ил.

94. Слесарев Б.В. К вопросу применения мощных карьерных гидравлических экскаваторов // Открытые горные работы.- 2000.- № 3.- С. 40-43.

95. Сапожников А.И., Бакланов И.Б., Прилуцкий JI.JI. О создании и конструкции гидравлического экскаватора ЭГ-5,5 // Горные машины и автоматика.- 2002.- № 6.- С. 22-25.

96. Бойко Г.Х., Семенников B.C. Производство гидравлических экскаваторов на Уралмашзаводе // Горные машины и автоматика.- 2002.- № 6.-С. 25-28.

97. Анистратов Ю.И. Эффективность безвзрывных технологий разработки крепких горных пород на карьерах // Горная промышленность.-1997,-№2.-С. 20-23.

98. Штейнцайг P.M. Технологические аспекты автоматизации процесса копания мощных карьерных гидравлических экскаваторов.- ЦНИИ-ТЭИтяжмаш.- Реф. сб.- № 13.- 1982.

99. Штейнцайг В.М., Прахов Л.П. Совершенствование рабочего оборудования гидравлических экскаваторов.- Добыча угля открытым способом: Науч.-техн. реф. сб. / ЦНИЭИуголь, 1983.- № 3.- С. 15-18.

100. Штейнцайг P.M. Методика определения параметров и показателей эффективности применения карьерных гидравлических экскаваторов.-Люберцы: Научн. труды ИГД им. А.А. Скочинского.- 1980.- 47 с.

101. Штейнцайг В.М., Штейнцайг P.M. Определение производительности карьерных гидравлических экскаваторов / В кн. Одноковшовые экскаваторы с гидроприводом и область их применения. Реф. сб. Горное оборудование.- № 2-82-10.- ЦНИИТЭИтяжмаш, 1982.

102. Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин.- М.: Машиностроение, 1973.- 592 с.

103. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин.- М.: Наука, 1979.576 с.

104. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учебн. для вузов.- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Наука, 1998.- 640 с.

105. Комиссаров А.П., Лаутеншлейгер А.А., Тонкушин А.И. Определение КПД механизма рабочего оборудования гидравлических экскаваторов // Механизация горных работ: Сб.- Вып. 2.- Кемерово: КПИ, 1978.- С. 233236.

106. Комиссаров А.П. Взаимосвязь кинематических и силовых параметров рабочего оборудования гидравлического экскаватора // Теория машин металлургического и горного оборудования: Сб. Вып.З. - Свердловск: УПИ, 1Q7Q г Ю5-108.

107. Комиссаров А.П., Суслов Н.М. Особенности анализа и синтеза механизма рабочего оборудования гидравлических экскаваторов // Изв. вузов. Горный журнал. 1989. - № 3. - С.86-90.

108. Комиссаров А.П., Лаутеншлейгер А.А., Суслов Н.М. Оценка энергетических параметров рабочего оборудования гидравлических экскаваторов. М.: Тяжелое машиностроение. - 1991. - № 8. - С. 6-7.

109. Комиссаров А.П. Особенности кинематики рычажно-гидравли-ческих механизмов // Теория машин металлургического и горного оборудования: Межвузовский сб. научн. трудов. Екатеринбург, 2000. - С. 44-48.

110. Комиссаров А.П. Анализ закономерностей функционирования гидравлических карьерных экскаваторов // Горные машины и автоматика, 2002. № 6. - С. 37-39.

111. Комиссаров А.П., Тонкушин А.И. К вопросу о синтезе рациональных конструктивных схем рабочего оборудования гидравлических экскаваторов // Материалы Всесоюзного съезда по теории механизмов и машин.-Алма-Ата: Наука, 1977. С. 46.

112. Комиссаров А.П., Лаутеншлейгер А.А. Оптимизация силовых параметров рабочего оборудования гидравлических экскаваторов // Статика и динамика машин: Сб.- Киев: КИСИ, 1978. С. 81-82.

113. Комиссаров А.П., Тонкушин А.И. Синтез рациональной конструктивной схемы рабочего оборудования гидроэкскаватора // Механика машин: Сб. Вып. 57 / Ин-т машиноведения им. А.А. Благонравова.- М.: Наука, 1980.-С. 125-127.

114. Комиссаров А.П., Суслов Н.М. Параметрическая оптимизация рычажно-гидравлических механизмов // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд. МГТУ, 2002. - № 3. - С. 206-208.

115. Комиссаров А.П., Сайтов В.И., Суслов Н.М. Повышение технического уровня выемочно-погрузочного оборудования // Изв. вузов. Горный журнал. 1992. - № 7. С. 86-88.

116. Комиссаров А.П., Лаутеншлейгер А.А., Сайтов В.И., Суслов Н.М. Создание карьерных выемочно-погрузочных машин с внутренним замыканием рабочих нагрузок. М.: Тяжелое машиностроение. - 1994. - № 8. - С. 37-38.

117. А.П. Комиссаров, В.И. Сайтов и др. Функциональный анализ исполнительных органов выемочно-погрузочных машин с внутренним замыканием внешних сил // Изв. вузов. Горный журнал. 1995. - № 9. - С. 92-95.

118. Комиссаров А.П., Лагунова Ю.А. Повышение технического уровня горных машин на основе внутреннего замыкания рабочих нагрузок // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 1999.- № 8.- С. 173-174.

119. Комиссаров А.П. Использование принципа силового замыкания в конструкциях горных машин (на примере карьерных экскаваторов) // Горный информационно-аналитический бюллетень М.: Изд. МГГУ, 2000. - № 4. - С. 80-81.

120. Комиссаров А.П. Новые подходы в создании карьерных экскаваторов // Механизация строительства. 2000. - № 2. - С. 6-7.

121. Комиссаров А.П. Совершенствование конструкций карьерных гидравлических экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд. МГГУ, 2003. № 3. - С. 118-119.

122. Закаменных Ю.Г., Комиссаров А.П., Кубачек В.Р., Шестаков B.C. Рабочее оборудование экскаваторов: А. с. № 947297, 1982.

123. Закаменных Ю.Г., Комиссаров А.П., Суслов Н.М., Шестаков B.C. Рабочее оборудование экскаватора обратная лопата: А. с. № 1062347, 1983.

124. Комиссаров А.П., Суслов Н.М., Шестаков B.C. Рабочее оборудование гидравлического экскаватора: А. с. № 1170056, 1985.