автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Нагруженность рабочего оборудования карьерного гидравлического экскаватора прямого копания

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ Ж К В. КУЙБЫШЕВА

НАГРУЯЕННОСТЬ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ КАРЬЕРНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭКСКАВАТОРА ПРЯМОГО КОПАНИЯ

Специальность 05. 05. 04 - Дорожные и строительные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Москва

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте им. В. В. Куйбышева на кафедре "Строительные машины".

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук, профессор

ВОЛКОВ Д. П.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук

ПЛАВЕЛЬСКИЯ Е. П.

кандидат технических наук, доцент СКЕЛЬ ЕИ.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ: Производственное Объединение

"Уралмаш" г.Свердловск

Защита диссертации состоится с-^о^с-е в часов на

заседании специализированного Совета К 053.11.03 в Московском инженерно-строительном институте им. В. Е Куйбышева по адресу: Ярославское шоссе, д. 26 в ауд. N° 509г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв, заверенный печатью организации, по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, МИСИ им. Е Е Куйбышева, Ученый совет.

Автореферат разослан 1991г.

Ученый секретарь специализированного совета \ '

кандидат технических наук, профессор . ! ЕЕ.ТОТОЛИН

■ I '

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для удовлетворения потребностей народного хозяйства нашей страны в постоянно увеличивающихся объемах производства горных и земляных работ необходимо качественное изменение существующего парка землеройной техники и, в частности, основной его единицы - экскаваторного оборудования. Наиболее рациональным направлением решения указанной проблемы является увеличение единичной мощности экскавационных машин, которое должно сопровождаться ростом производительности труда и снижением себестоимости продукции. Это относится и к гидравлическим экскаваторам, в настоящее время практически вытеснившим из отечественной строительной индустрии традиционные механические лопаты.

В .зарубежной промышленности два последних десятилетия характеризуются широким использованием мощных гидравлических экскаваторов. Высокие эксплуатационные характеристики и популярность этой техники у заказчиков свидетельствуют о ее конкурентоспособности с традиционными канатными лопатами. Ряд иностранных фирм стабильно ориентируется на производство данной продукции. .

В отечественной практике в этом вопросе имеется существенное отставание от зарубежного опыта Работы по созданию и промышленной апробации мощных карьерных гидравлических экскаваторов, начатые в Советском Союзе в конце 70-х годов, продвинулись весьма незначительно и ощутимых результатов не приняли. Эксплуатация- трех опытных образцов, выпущенных за истекший период, выявила их низкую надежность. Одной из причин явилось отсутствие целого ряда научных положений, необходимых на стадии проектирования новой техники и доводки опытных образиоЕ. Иу разработке " и посвящена настоящая работа.

Цель и задачи исследований. Целью работы является повышение эффективности мощных карьерных гидравлических экскаваторов. Для ее достижения решены следующие основные задачи: разработана методика определения нагруженности карьерного гидравлического экскаватора, разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров механизмов привода элементов рабочего оборудования и выработаны предложения по выбору рациональных режимов экскавации.

Научная новизна.

1. Разработан пакет прикладных программ по определению наг-

руженности карьерного гидравлического экскаватора, ориентированный на интерактивный режим работы с конкретным пользователем.

2. Исследованы энергетические характеристики рабочего процесса карьерного гидравлического экскаватора и на этой основе разработаны рекомендации по устранению непроизводительных энергозатрат.

3. Исследовано нагружение гидроцилиндров рабочего оборудования, выявлена причинность негативных явлений и предложены мероприятия по их устранению.

4. На основании статистической обработки экспериментального материала предложены эмпирические зависимости для определения зоны копания карьерного гидравлического экскаватора при разработке обрушаемого забоя.

5. Определена взаимосвязь ориентации вектора силы сопротивления грунта копанию с податливостью рабочей жидкости и разрабатываемого грунта и уточнен диапазон вариации угла наклона этого вектора.

6. Разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров механизмов привода элементов рабочего оборудования.

7. Разработаны рекомендации по выбору рациональных режимов экскавации, исследованы возможности автоматизации процессов и выявлено необходимое информационное обеспечение машиниста.

Практическая ценность работы. Разработана методика определения параметров нагруженности карьерных гидравлических экскаваторов, позволяющая на стадии проектирования экскаватора определять рациональную конструкцию его элементов с позиции их нагру-жения для обеспечения требуемой надежности. Реализация рекомендаций по выбору параметров механизмов привода элементов рабочего оборудования позволит снизить непроизводительные энергозатраты при копании и увеличить производительность карьерных гидравли-. ческих экскаваторов.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в ПО"Уралмаш" и ПСГИжорский завод" и использованы при проектировании мощных карьерных гидравлических экскаваторов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседании кафедры "Строительные машины" МИСЙ им. В. Е Куйбышева, а также на НТО ПО "Уралмаш" и ПО"Ижорский завод".

Публикации. По теме диссертации опубликованы три печатные

работы и получено два положительных решения Госкомизобретений о признании заявки изобретением.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованных источников из 33 наименований и четырех приложений. Общий объем работы -250 с., в том числе: основной текст - 173 с. (приведены 18 рисунков и 13 таблиц), список использованных источников - 4 с. В приложениях (73 е.) приведены техническая характеристика экскаватора ЭГ-12А, краткое описание двух изобретений, разработанных с участием автора, и результаты апробационных расчетов по разработанной в диссертации программе расчета параметров нагруженнос-ти.

На защиту выносятся:

1. Методика определения нагруженности карьерного гидравлического экскаватора и алгоритмы программно-вычислительного комплекса, отличающиеся универсальностью их использования для прочностных расчетов, конструкторских и технологических проработок.

2. Реаультаты экспериментальных исследований энергетических характеристик рабочего процесса и нагруженности гидроцилиндров рабочего оборудования.

3. Экспериментальные данные по ориентации вектора силы сопротивления грунта копанию в различных режимах копания и теоретические положения по уточнению диапазона вариации угла наклона этого вектора к радиусу копания.

4. Рекомендации по выбору рациональных параметров механизмов привода элементов рабочего оборудования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, определены основные положения, выносимые на защиту, изложена научная новизна и дана краткая информация по содержанию работы.

В первой главе представлена информация о зарубежном и отечественном опыте создания и эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов, проанализировано состояние вопроса в части существующих методов расчета нагруженности рабочего оборудования и сформулированы задачи исследования.

Отмечены Еысокие эксплуатационные показатели зарубежных зкс-

каваторов, их популярность у заказчиков и стабильная ориентация ряда иностранных фирм на выпуск данного вида техники. Приведены результаты промышленного освоения трех карьерных гидравлических экскаваторов производства ПО "Уралмаш". Проанализированы причины отказов и низкой надежности этих машин. Определена взаимосвязь низкой надежности с отсутствием современных методов расчета, необходимых на стадии проектирования новой техники и доводки опытных образцов.

Отмечено, что в настоящее время методики определения параметров нагруженности карьерных гидравлических экскаваторов не существует. Отсутствуют и адаптационные работы по использованию методов расчета применяемых в смежных отраслях. Установлено, что в области строительного гидроэкскаваторостроения вопрос изучен гораздо глубже. Здесь, в процессе расчета по программе МЕСН вычисляются реакции сопротивления грунта копанию, собственно и определяющие нагруженность всего экскаватора в целом. Вместе с тем, указано, что достаточная изученность рассматриваемого вопроса в области строительного гидроэкскаваторостроения не дает основания для формального' распространения методики расчета на карьерные гидравлические экскаваторы, в силу специфики режимов нагружения, а также различия в размерах исследуемых объектов.

Определены основные задачи исследований, включающие разработку пакета программ по определению параметров нагруженности карьерных гидравлических экскаваторов, анализ экспериментального материала по нагруженности и энергетическим параметрам рабочего процесса, сопоставление теоретических и экспериментальных данных, апробационные расчеты применительно к экскаватору ЭГ-12А, разработку рекомендаций по выбору рациональных параметров механизмов привода элементов рабочего оборудования и рациональных режимов экскавации.

Вторая глава посвящена разработке пакета прикладных программ по определению нагруженности карьерного гидравлического экскаватора

Подробно описаны алгоритмы отдельных модулей, структурно взаимосвязанных в программно-вычислительном комплексе, ориентированном на работу в режиме диалога с конкретным пользователем. В качестве параметров, определяющих расчетные положения рабочего оборудования, выбраны координаты острия зуба ковша и угол наклона его передней грани к горизонту, ¡предусмотрено задание конкретных

значений указанных- параметров, а также шага их изменения. В последнем случае расчетные положения определяются автоматически по всей рабочей зоне экскаватора или ее фрагменту, интересующему пользователя. В такой постановке, программа одинаково удобна для выполнения прочностных расчетов, конструкторских и технологических проработок, в связи с чем область ее применения охватывает значительную часть работ по созданию и доводке карьерных гидравлических экскаваторов. При использовании программы может быть получена следующая наиболее значительная выходная информация:

- координаты характерных точек осевого профиля рабочей зоны;

- граничные значения угла наклона передней грани зуба ковша к горизонту;

- максимальные реализуемые силы сопротивления грунта копанию в каждом расчетном положении;

- реакции в шарнирах рабочего оборудования;

- напряжения в заданных сечениях стрелы и рукояти.

Неопределенность в выборе направления максимальной реализуемой силы сопротивления грунта копанию устраняется введением угла наклона ее вектора к вертикали и перебором данного параметра в диапазоне от 0 до 350°. Шаг угла задается пользователем. Для определения максимальной величины силы сопротивления грунта копанию выбирается минимальное из восьми возможных ее значений, ограниченных максимальными активными или реактивными давлениями в полостях каддой из трех групп гидроцилиндров (стрелы, рукояти, ковша) либо устойчивостью или проскальзыванием экскаватора.

Выделены три группы расчетных положений элементов рабочего оборудования. Первая характеризуется расположением острия зуба ковша внутри рабочей зоны и углом, наклона зуба в интервале между его экстремумами. Вторая - расположением острия зуба на контуре рабочей зоны. Третья - экстремальными значениями угла наклона зуба ковша. Вторая и третья группы отличаются крайними положениями поршней одной, двух или трех пар гидроцилиндров, в результате чего в ряде случаев исключается возможность ограничения максимальных реактивных нагрузок посредством срабатывания вторичных предохранительных клапанов и возникает вероятность повышенного нагружения металлоконструкций рабочего оборудования.

Отмечается, что использование программы снижает затраты времени на выполнение рутинных операций в процессе проектирования и повышает качество расчетов. Рассматриваются перспективы совер-

юенствования и применения разработанного программного комплекса и подчеркивается возможность его использования в качестве базы для создания системы автоматизированного проектирования рабочего оборудования карьерных гидравлических экскаваторов.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований карьерного гидравлического экскаватора ЭГ-12А.

Исследованы энергетические характеристики рабочего процесса. Рассматривается плоское перемещение элементов рабочего оборудования при выполнении операции копания, транспортирования груженого ковша на выгрузку и порожнего - в забой. Потери энергии в коммутационных линиях гидросистемы не учитываются. Иными словами, гидроцилиндры считаются гидронасосами. Такая постановка позволяет оценить параметры элементов рабочего оборудования и режимы экскавации, выбранные конкретным оператором. Введено понятие коэффициента полезного действия:

1?Р.О. , (1)

А ГЦ

где Апол - полезная работа, затрачиваемая на копание и транспортирование грунта на выгрузку;

Агц - работа, создаваемая гидроцилиндрами рабочего оборудования.

За время осциллографической записи данный параметр составил =51%. Остальная часть энергии расходовалась на нагрев рабочей жидкости: через подъем рабочего оборудования и последующее его опускание и при выполнении операции копания. В рабочих циклах КПД рабочего оборудования варьировался в пределах от 35% до 70%. Таким образом, от 30% до 65% энергии, развиваемой гидроцилиндрами, затрачивалось на нагрев рабочей жидкости, в результате чего нарушался нормальный температурный режим гидропривода и снижалась надежность составляющих его элементов.

Основная доля непроизводительных энергозатрат, связанная с подъемом и опусканием рабочего оборудования, была обусловлена отсутствием энергосберегающих систем. Дополнительные затраты энергии при копании были вызваны дросселированием рабочей жидкости из поршневых полостей гидроцилиндров стрелы и просадкой рукояти в стопорных режимах работы экскаватора.

Исследована нагруженность гидроцилиндров рабочего оборудования. Наибольшие значения усилий на штоках зарегистрированы для

гидроцилиндров стрелы. Здесь преобладают усилия в диапазоне от 1609 до 2413 кН, соответствующем интервалу давлений в поршневых полостях в 10-15 МПа, доля которых составляет 40,4%. 1&ксимум нагруженности штоков наблюдается при выполнении операции копания. Значительная доля усилий на штоках гидроцилиндров рукояти в диапазоне от 4021 до 4825 кН (25-30 МПа), составляющая 7.6Х, объясняется продолжительностью периода работы экскаватора в режиме просадки рукояти. Аналогичный показатель для гидроцилиндров ковша составляет лишь О, IX. Низкая нагруженность пггоков гидроцилиндров ковша в совокупности с нецелесообразностью использования просадки рукояти для копания указывают на необходимость корректировки параметров механизмов привода элементов рабочего оборудования экскаватора ЭГ-12А.

Выявлены негативные явления, возникающие в результате упора поршня в днище корпуса гидроцилиндра. В этом случае давление, развиваемое насосом, возрастает до уровня настройки первичных предохранительных клапанов. При неодновременном достижении днища парой поршней каэдой группы гидроцилиндров на одном из его штоков возникает дополнительное усилие, разгружающее на ту же величину другой оток. В результате появляется скручивающий момент, дополнительно нагружающий металлоконструкции рабочего оборудования. Дополнительные усилия на штоках гидроцилиндров стрелы, рукояти и ковша составили 510, 320 и 290 кН соответственно. После переключения насоса рабочая жидкость запирается на участке от распределителей до гидроцилиндров включительно, при давлении, соответствуем настройке первичных предохранительных клапанов, и выдерживается до следующего подключения данных гидроцилиндров. Для исключения возможности возникновения рассмотренного процесса требуется оснащение экскаватора автоматической системой, отключающей полости гвдроцилиндров от насосов при достаточном приближении поршня к днищу корпуса

Исследован диапазон изменения длины гидроцилиндров при выполнении операции копания. Полностью использовался только ход поршней гидроцилиндров ковша Для гидроцилиндров рукояти зарегистрировано несколько увеличенное минимальное значение их длины. Что касается гидроцилиндров стрелы, то здесь использовалось лишь =572 максимального хода их поршней. Заштрихованная область на рис. 1 представляет собой зону копания экскаватора ЭГ-12А. Шгрих-пунктирная линия получена в результате построения контура рабочей

зоны с использованием экспериментальных данных по экстремальным значениям длины гидроцилиндров при выполнении операции копания. Отличие ограничиваемой ею области от зоны копания объясняется необязательным соответствием диапазонных значений длины одного из гидроцилиндров всему диапазону значений другого. Внешняя сплошная линия на рис. 1 - контур рабочей зоны экскаватора ЭГ-12А. В связи с значительным отличием рабочей зоны от зоны копания, для обруша-емого забоя предлагаются две схемы расчета нагруженности элементов конструкции экскаватора. Первая из них предусматривает определение максимальных, в том числе и редкодействующих, нагрузок по всей рабочей зоне экскаватора для расчета его элементов конструкции на статическую прочность. Вторая схема предполагает выделение в зоне копания основных нагрузок, определяющих усталостную долговечность элементов конструкции. Для определения зоны копания экскаватора на стадии его проектирования предлагаются следующие операции. На базе статистической информации для операции копания

переопределяются два экстремальных значения длин гидроцилиндров.

Максимальная длина гидроцилиндра стрелы при выполнении операции копания:

то.» тт

С 1с )коп = 1с + 0,6-л1с , (2)

тщ

где 1с - минимальная длина гидроцилиндра стрелы; д1с - ход поршня гидроцилиндра стрелы. Минимальная длина гидроцилиндра рукояти при выполнении операции копания:

mm mm

(1р )КОП = lp + 0,05-л1р , (3)

mm

где lp - минимальная длина гидроцилиндра рукояти; д1р - ход поршня гидроцилиндра рукояти. Остальные экстремумы остаются неизменными. Для переопределенных значений строится контур, аналогичный штрихпунктирной линии на рис.1. Область, ограниченная этим контуром, рассекается двумя горизонталями. Первая из них соответствует уровню стоянки экскаватора, вторая - определяется ординатой, равной половине кинематической высоты построенного контура. Область внутри контура между двумя описанными горизонталями представляет собой расчетные положения острия зуба ковша для второй схемы расчета.

Для экскаватора ЭГ-12А на основании статистической обработки получен диапазон вариации угла наклона вектора силы сопротивления грунта копанию Ро к радиусу копания. Граничные значения рассматриваемого параметра составили 70° и 150°. Угол наклона вектора силы Ро к отрезку, соединяющему острие зуба ковша с пятой стрелы, варьировался в пределах от 110° до 180°, смещаясь к верхней границе при дросселировании рабочей жидкости из поршневых полостей гидроцилиндров стрелы. Для выяснения причинности этого явления рассмотрена взаимосвязь ориентации вектора суммарной силы сопротивления грунта копанию с податливостью рабочей жидкости и жесткостью разрабатываемого грунта. Для конкретизации, в качестве копаюшего механизма выбрана рукоять. В этом случае отрезок BD (рис. 2) имитирует радиус копания. Перпендикулярная к радиусу копания реакция грунта R определится давлением в поршневых полостях гидроцилиндров рукояти. Для равенства суммы моментов относительно пяты стрелы, потребуется дополнительное ( относительно удерживаю-

В

Рис. 2. Формирование вектора суммарной силы сопротивления грунта

копанию.

щэго собственный вес ) усилие на штоках ее гидроцилиндров дРс, или, что то же самое, дополнительное реактивное давление лрс в поршневых полостях. Так как приращение давления д рс связано со сжатием дополнительного объема рабочей жидкости ьУ

дрс (4)

где V - текущий объем жидкости в исследуемых полостях;

объемный модуль упругости рабочей жидкости, понадобится линейное перемещение поршня д1, приводящее к повороту ту конструкции относительно пяты стрелы по часовой стрелке. В результате появится реактивная составляющая N. пропорциональная жесткости грунта Сг и его сжатию дт

- Сг-ЛГП (Б)

Баланс моментов относительно пяты стрелы определится следующим образом:

КСС^АВВ-^^АЬВ-**'^= О > (6)

- 13 -

где Бс - диаметр- поршня гидроцилиндра стрелы;

Кс - количество гидроцилиндров стрелы;

Ъс - плечо силы Рс, создаваемой гидроцилиндрами стрелы, относительно пяты стрелы.

Выразим сжатие дополнительного объема рабочей жидкости а V через линейное перемещение поршня д1 и его диаметр Бс

ду = . (7)

4

В связи с однозначностью количественной взаимосвязи параметров д1 идт в каждом расчетном положении рабочего оборудования, решение уравнений (4),(5),(6) и (7) приведет к определению конкретного значения реактивной составляющей N. а следовательно и вектора силы сопротивления грунта копанию Ро. Качественная оценка указанных зависимостей позволяет сделать следующие выводы. Предельное положение суммарной силы Ро совпадает по направлению с отрезком АО, что объясняется отсутствием необходимости в возникновении дополнительного усилия д.Рс, и соответствует грунту, значительно более жесткому в сравнении со столбом жидкости, запертой в поршневых полостях гидроцилиндров стрелы. Как частный случай указанного предельного положения силы Ро может рассматриваться и режим дросселирования рабочей жидкости из рассматриваемых полостей.

В связи с изложенным предлагается следующий подход к выбору диапазона направлений вектора силы сопротивления грунта копанию Ро. Нижняя граница принимается равной 70° на основании статистической информации, полученной в результате экспериментальных исследований. Верхняя граница соответствует направлению, совпадающему с отрезком, соединяющим острие зуба ковша с пятой стрелы. Угол отсчитывается от радиуса копания по часовой стрелке.

Проведен сопоставительный анализ теоретических и экспериментальных данных. В качестве сравнительного параметра выбрана сила сопротивления грунта копанию. При срабатывании одного из ограничивающих факторов, заключающихся в достижении максимума активных или реактивных дав'лений в полостях гидроцилиндров, потере устойчивости или проскальзывании экскаватора, величина отношения экспериментального значения к расчетному варьируется в пределах от 0,88 до 1,10, указывая на удовлетворительную сходимость, что подтверждает целесообразность использования разработанной программы

расчета нагруженности карьерных гидравлических экскаваторов.

Четвертая глава посвящена апробации разработанной программы по определению нагруженности карьерного гидравлического экскаватора. Приведены расчетные значения максимальной реализуемой силы сопротивления грунта копанию и определена необходимость корректировки параметров механизмов привода элементов рабочего оборудования. Сопоставлены напряжения в металлоконструкциях стрелы и рукояти, полученные в результате использования методов сопротивления материалов и конечнозлементного анализа. Предложено поэтапное использование программного комплекса конечнозлементного анализа для пяти вариантов единичного нагружения и разработанной в диссертации программы расчета.

В пятой главе исследовано состояние вопроса по выбору рациональных параметров механизмов привода элементов рабочего оборудования и разработаны рекомендации по решению этой задачи.

Установлено, что в настоящее время общей методики выбора рациональных параметров механизмов привода рабочего оборудования л« не существует. Ряд специальных исследований посвящен выбору рациональных параметров отдельных механизмов без учета их взаимосвязи в общей структурной схеме рабочего оборудования. Отмечается, что выдвинутые в этих работах локальные критерии оптимизации не претендуют на роль комплексного, а создание оптимальной конструкции рабочего оборудования остается искусством конструктора.

Предложен вариант проектирования механизмов привода элементов рабочего оборудования, учитывающий их объединение в общую структурную схему. В качестве основного обязательного требования выдвинуто ограничение максимума реализуемых усилий на зубьях ковша наибольшим активным давлением, развиваемым насосом, при копании рукоятью и ковшом. Под выбором рациональных параметров механизмов привода элементов рабочего оборудования понимается рациональная установка гидроцилиндров при объединении отдельных механизмов в общую схему рабочего оборудования. Для выбора окончательного варианта предложены дополнительные требования, целесообразность выполнения которых определяется в каждом конкретном случае проектирования.

В шестой главе разработаны рекомендации по выбору рациональных режимов экскавации, определены возможности автоматизации рабочих процессов»и выявлено необходимое информационное обеспечение машиниста.

- 15 -ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана программа расчета нагруженности карьерных гидравлических экскаваторов "REX", ориентированная на работу в режиме диалога с конкретным пользователем. В качестве параметров, определяющих расчетные положения рабочего оборудования, выбраны координаты острия зуба ковша и угол наклона его передней грани к горизонту. В такой постановке, программа одинаково удобна для выполнения прочностных расчетов, конструкторских и технологических проработок, в связи с чем область ее применения охватывает значительную часть работ по созданию и доводке карьерных гидравлических экскаваторов. При использовании программы пользователем может быть получена следующая наиболее значительная выходная информация:

- координаты характерных точек осевого профиля рабочей зоны;

- граничные значения угла наклона передней грани зуба ковша к горизонту;

- максимальные реализуемые силы сопротивления грунта копанию в каждом расчетном положении;

- реакции в шарнирах рабочего оборудования;

- напряжения в заданных сечениях стрелы и рукояти.

Удовлетворительная сходимость расчетного и экспериментального материала, полученная в результате проведения'сопоставительного анализа, подтвердила целесообразность использования разработанной программы расчета Для ее применения при модернизации конструкции и создании новой техники предусмотрена возможность изменения первоначально заданных исходных параметров. В части прочностных расчётов предлагается следующая последовательность. На стадии формирования конструкции стрелы и рукояти рекомендуется использование известных методов сопротивления материалов, реализованных в разработанной программе, а при сформированной конструкции - поэтапное применение программного комплекса конечноэле-ментного анализа для пяти вариантов единичного нагружения и программы "REX" для перебора всех возможных сочетаний нагрузок. Разработанная программа может рассматриваться и как база для создания комплексной системы автоматизированного проектирования карьерных гидравлических экскаваторов.

2. На основании экспериментального материала исследованы энергетические характеристики рабочего процесса. Полезная работа,

затрачиваемая на копание и транспортирование грунта на выгрузку, составила «51% от работы, создаваемой гидроцилиндрами рабочего оборудования. Выявлена причинность непроизводительных энергозатрат. Основная их доля связана с подъемом и опусканием рабочего оборудования и обусловлена отсутствием энергосберегающих систем. Дополнительные затраты энергии при копании вызваны просадкой гидроцилиндров рукояти в стопорных режимах работы экскаватора и дросселированием рабочей жидкости из поршневых полостей гидроцилиндров стрелы при повышенном реактивном давлении.

3. Исследована нагруженность гидроцилиндров рабочего оборудования и выявлены негативные явления, заключающиеся в следующем. При неодновременном достижении днища корпуса парой поршней каждой группы гидроцилиндров появляется скручивающий момент, дополнительно нагружающий металлоконструкции рабочего оборудования, а после переключения насоса рабочая жидкость запирается на участке от распределителей до гидроцилиндров включительно при давлении, соответствующем настройке первичных предохранительных клапанов, и выдерживается до следующего подключения данных гидроцилиндров. Для исключения возможности возникновения этого процесса предлагается оснащение экскаватора автоматической системой, отключающей полости гидроцилиндров от насосов при достаточном приближении поршня к днищу корпуса.

4. По экспериментальным данным для экскаватора ЭГ-12А определена реальная зона копания при разработке обрушаемого забоя и предложены эмпирические зависимости для ее определения на стадии проектирования экскаватора.

5. Исследована взаимосвязь ориентации вектора силы сопротивления грунта копанию с податливостью рабочей жидкости и грунта и для сокращения диапазона направлений указанного вектора на стадии проектирования экскаватора предложен следующий подход. Нижняя граница угла наклона этого вектора к радиусу копания принимается равной 70° на основании экспериментального материала, верхняя -соответствует направлению, совпадающему с отрезком, соединяющим острие зуба ковша с пятой стрелы, в силу возможности дросселирования рабочей жидкости из поршневых полостей гидроцилиндроЕ стрелы при копании.

6. Разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров механизмов привода элементов рабочего оборудования при их объединении е общую структурную схему. В качестве основного обя-

зательного требования выдвинуто ограничение максимума реализуемых усилий на зубьях ковша наибольшим активным давлением, развиваемым насосом, при копании рукоятью и ковшом. Для выбора окончательного варианта предложены дополнительные требования, целесообразность выполнения которых определяется в каждом конкретном случае проектирования.

7. С целью сокращения непроизводительных энергозатрат и снижения нагруженности элементов конструкции разработаны рекомендации по выбору рациональных режимов экскавации применительно к экскаватору ЭГ-12А без его модернизации.

8. Определена целесообразность автоматизации рабочего процесса экскаватора и выявлено необходимое информационное обеспечение машиниста. Для горизонтального перемещения зуба ковша вдоль "подошвы" забоя предложены три возможных варианта системы автоматического копания. Выявлена необходимость обеспечения машиниста информацией о давлениях, по крайней мере, в поршневых полостях каждой группы гидроцилиндров. Предлагается предусмотреть систему автоматического отключения насосной установки от гидроцилиндров при срабатывании вторичных предохранительных клапанов. Определена целесообразность автоматического запирания полостей гидроцилиндров до момента упора их поршней в днище корпуса. Предлагается оснащение кабины машиниста сигнализацией, информирующей о включении режима принудительного опускания стрелы.

9. Результаты работы внедрены в ПО "Уралмаш" и ПО "Ижорский завод".

По теме диссертации опубликованы следующие работы и получены положительные решения Госкомизобретений о признании заявки изобретением:

1. Крикун A.B. и др.Опыт эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов. Обзор ВНИИЭСМ. Серия 20. Выпуск 22, М., 1986.

2. Крикун А. В. и др. Динамическое нагружение системы "рабочее оборудование - гидропривод" экскаватора ЭГ-12А в режиме предразг-рузочной подготовки коЕша при отработке верхней части высоких забоев. М., 1987 - рукопись депонирована в ЦНЖТЭИТяжмаш, N2 1729 -тм.

3. Крикун А. В. и др. Реализуемые усилия на зубьях ковша карьерных гидравлических экскаваторов с оборудованием прямого копания в различных режимах черпания. В сб. науч. тр. Исследования коне-

трукций и работы землеройной техники. Моск. инж. -строит, ин. -т им. Е Е Куйбышева. М.: МИСИ,1989,с. 71-78.

4. Крикун А. Е и др. Устройство автоматического управления гидравлическим экскаватором. Заявка N2 4401144/23-03(048087) от 31.03.88. Решение Госкомизобретений от 25.04.89 о признании изобретением.

5. Крикун А. Е и др. Рабочее оборудование гидравлического экскаватора. Заявка N54666484/31-03(040740) от 24.03.89. Решение Госкомизобретений от 22.11. 89 о признании изобретением.

Подписана а печать 06.05. ¡93{ Тираж

/00 Экз.

Отлгмпно ■ ротапринтом цехе Гиредмт