автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Обоснование параметров и создание экскавационных машин с инерционным ротором косого ступенчатого резания

2 1 № * ¡Щ/ЩИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, КУЛЬТУРЫ И ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Казахская академия транспорта и коммуникаций

На правах рукописи

НУРАКОВ СЕРИК

УДК 621.879.48

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И СОЗДАНИЕ ЭКСКАВАЦИОННЫХ МАШИН С ИНЕРЦИОННЫМ РОТОРОМ КОСОГО СТУПЕНЧАТОГО РЕЗАНИЯ

05.05.04 - Дорожные и строительные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Алматы -1998

Работа выполнена в Евразийском университете им.Л.Н.Гумилева

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Российской федерации, академик Д.П.Волков,

доктор технических наук, профессор, академик академии транспорта С.А.Джиенкулов,

доктор технических наук, профессор, академик академии транспорта Х.Н.Диметов

Научные консультанты:

доктор технических наук, профессор

Р.А.Кабашев

доктор технических наук

Р.Н.Таукелев

Ведущая организация:

АООТ ВНИИСтройдормаш

Защита состоится </-/ ь

0л&/г7Ч • 1998 г. в 15 час.

На заседании диссертационного совета Д 14.11.01 при Казахской академии транспорта и коммуникаций по адресу: 480012, г. Ал маты, ул. Шевченко, 97, зал заседаний Ученого совета КазАТК

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахской академии транспорта и коммуникаций.

Автореферат разослан с Ф^'^ЭЭВ года

Ученый секретарь

диссертационного совета /п /е^Л^^-,

канд.техн.наук, доцент У^уу^ М.С.Кульгильдиноо

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В мировой практике выполнения земляных работ больших объемов значительное место занимают зкскаоационныэ машины и, в первую очередь, роторные экскаваторы.

Особенно актуально применение роторных экскаваторов и другой техники непрерывного действия в Республике Казахстан в связи с необходимостью освоения ее богатых природных ресурсов, имеющих первостепенное значение для развития экономики страны.

При этом возникает необходимость разработки болэз прочных фунтов, крепких пород и углей, удлинение сезона работы машин в зимний период. Однако усилия копания у существующих .машин недостаточны для разработки таких сред, у них падает производительность, снимается работоспособность металлоконструкции, в определенных условиях работа экскаватора становится невозможной. А создание зкскаэатороз с высокими удельными усилиями копания (выше 0,7 МПа) ведет к росту массы машин и ухудшению их динамических характеристик.

К настоящему времени резервы дальнейшего повышения производительности и усилия копания существующих роторных экскаваторов почти исчерпаны, так как гравитационные роторы, которыми снабх&ны экскаваторы, ограничивают повышение скорости вращения и усилий копания из-за конструктивных и технологических причин: процесс разгрузки ковшей происходит в верхнем положении под действием массы находящегося в них фунта, а отделение стружки осуществляется при вращении ротора "снизу вверх" относительно забоя, что ведет к повышению динамических нафузок и нарушению устойчивости работы.

Дальнейшее совершенствование роторных экскаваторов и расширение области их применения, очевидно, должно основываться на принципиально новых технических решениях. Таким рабочим органом для зкскавационных машин является инерционный ротор косого ступенчатого резания (ИРКСР), разрабатывающий фунт при вращении "сверху вниз".

Поэтому проблема создания и обоснование параметров новых инерционных роторных органов такого типа к

экскавационным машинам (ЭМ) является актуальной, решение которой позволяет развивать высокие усилия копания и снизить энергоемкость разработки прочных грунтов, дает возможность разрабатывать более крепкие, чем в настоящее время, фунты 1> породы без падения производительности, ухудшения динамиче ских характеристик и увеличения линейных размеров и массь машин.

Цель и задачи исследования. Основной це лью исследования является совершенствование конструкций ЭК/ на основе обоснования параметров и создания принципиальна нового инерционного рабочего органа нижней разгрузки, осуще ствляющзго разработку прочных фунтов косым полусвободный резанием по ступенчатой схеме.

Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:

-сформулировать требования к конструкции ротора, по эволяющого развивать повышенные усилия копания без воэргс тания динамических нафузок, исследовать пути их реализации I разработать принципиально новую конструкцию ИРКСР для раз работки прочных грунтов;

-установить закономерности формирования усилий на ре жущих элементах новой конструкции ИРКСР и разработать ме тодику расчета усилий и мощности копания;

-исследовать влияние колебаний рабочего оборудована на процесс транспортирования фунта приемным конвейером;

-разработать динамические модели ИРКСР и экскаватор; в рабочем режиме и при передвижении экскаватора;

-провести экспериментальные исследования инерционно го ротора нижней разфузш с целью определения динамически: нафузок и удельных усилий копания в зависимости от парамет ров стружки и скорости копания;

-разработать новые конструкции и обосновать параметра ЭМ с ИРКСР, позволяющих развивать высокие усилия копания I разрабатывать прочные фунты без ухудшения динамических хг ракгеристик и нарушения устойчивости рабочего процесса;

-создать опытные образцы машин и провести комплекс ные натурные экспериментальные исследования на грунтах

высокой прочности для обоснования параметров ЭМ с высоким усилием копания при малых размерах и масса.

Основная идея работы заключается в обосновании параметров и создании принципиально новой эффективной конструкции ИРКСР с высоким усилием копания и с низкими динамическими показателями рабочего процесса, позволяющими значительно расширить область применения ЭМ при разработке прочных грунтов и пород.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследования, включающий элементы математического анализа и математической статистики, экспериментальные исследования на стендах и натурных машинах.

Научная новизна работы заключается в следующем:

-впервые рассмотрены закономерности формирования усилий на косом клине с учетом пространственности его кинематики и действия сопротивления грунта в процессе отделения стружки;

-получены аналитические зависимости для расчета касательных, боковых, нормальных составляющих усилия копания принципиально новым ИРКСР;

-разработана методика расчета мощности копания ИРКСР с учетом влияния скорости;

-разработана математическая модель для расчета точки встречи, скорости и угла падения потока фунта при разгрузке ИРКСР на конвейер;

-выявлены закономерности колебаний ИРКСР и их влияние на величину угла подъема фунта крутонаклонным конвейером;

-с учетом колебаний ИРКСР установлены закономерности процесса движения фунта на крутонаклонной части приемного конвейера в процессе разгона и в установившемся режиме;

-разработана методика расчета критических режимов вращения с учетом высоких скоростей вращения ротора-метателя и неточностей его изготовления;

-выявлены особенности динамики экскаваторов с ИРКСР: составлена полная динамическая система экскаватора и упрощенная динамическая модель ротора в рабочем режиме,

рассмотрена динамичность нагрузок при передвижении экскаватора;

-теоретическими и широкими экспериментальными исследованиями обоснованы требования к новому эффективному ИРКСР с высоким усилием копания, предназначенному для разработки прочных грунтов, и на этой основе предложен ряд принципиально новых конструкций рабочих органов и ЭМ различного назначения.

Практическая значимость работы заключается в разработке методики расчета параметров ЭМ с ИРКСР, е создании принципиально новых конструкций ЭМ для разработку прочных фунтов и пород.

Реализация работы. Результаты проведенные теоретических и экспериментальных исследований реализовань при разработке конструкторской документации и внедрена опытных образцов новых конструкций ЭМ на заводе Ленстройке-рашка (Ленинградская обл.), АО Целиндормаш и в организации ЕЦ 16S/5 (г.Ашола). Результаты работы также используются е учебном процессе Евразийского университета им.Л.Н.Гумилева Казахской академии транспорта и коммуникаций и Казахского национального технического университета для студентов специ аяьности 2803 - "Подъемно-транспортные, строительные и до рожныэ машины и оборудование", 1905 - "Горные машины".

На защиту выносятся следующие основные по ложен ия:

-математические модели, описывающие основные рабо чиэ процессы ЭМ с ИРКСР: копания, разфузкм и транспортире вания фунта рабочим органом и приемным конвейером;

-методика расчета усилий и мощности копания ИРКСР; -теоретические модели динамических процессов ИРКСР t экскаватора в рабочем режиме и при передвижении;

-принципиально новые конструкции ЭМ, созданные на ос нове теоретических разработок и ИРКСР, оригинальность кото рога подтверждена патентом;

-результаты экспериментальных исследований рабочего процесса ИРКСР, проведенные на полноразмерной стендовой

установка и опытных образцах машин в различных фунтовых условиях.

Достоверность результатов проведенных исследований подтверждена экспериментами на полноразмерном стенде, на натурных опытных образцах машин, использованием методов математического анализа и методов математической статистики для обработки опытных данных. Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях Санкт-Петербургского архитектурно-строительного университета (г.Санкт-Петербург, 1972, 1973 г.г.), Евразийского университета им. Л.Н. Гумилева (г.Ашола, 1991, 1993, 1995 г.г.), Казахской академии транспорта и коммуникаций (г.Алматы, 1893, 1995, 1997, 1998 г.г.), на научно-технических совещаниях ВНИИЗзм-маш (г.Санкг-Петербург, 1973, 1974, 1975 г.г.), завода Лзнстрой-керамика (Ленингрдаская область, 1973, 1974 г.г.), объединения Главленстройматериалы (г.Санет-Петербург, 1973, 1974 г.г.), АО "Целиндормаш" (г.Ашола, 1993, 1994 г.г.), АО "Акмоладолжары" (г.Ашола. 1995), АО завода "Дортехника" (пос.Осакаровка Карагандинской области, 1979,1981,1989 г.г.), ГАО "Экибастузкомир" (г.Экибастуз, 1973, 1893, 1993 г.г.), на 1-м Республиканском съезде по теоретической и прикладной механике (г. А л маты, ИМиМ МН-АН РК.1986 г.), на международной научно-технической конференции "Развитие строительных машин, механизации и автоматизации строительства и открытых горных работ" (г.Москва, МГСУ, 1996 г.).

В законченном виде диссертационная работа была доложена и одобрена на кафедренПодъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование" Евразийского университета им.Л.Н.Гумилева (январь, 1998 г.) и объединенном семинаре кафедр подъемно-транспортных, строительно-дорожных машин и оборудования Казахской академии транспорта и коммуникаций, Казахского национального технического университета и Казахской государственной архитектурно-строительной академии (январь, 1998 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 печатных работ, в том числе одна монофафия объемом 12 п.л.,

опубликованных в центральных журналах, сборниках научных трудов и изданиях, рекомендованных ДАНКом МН-АН РК.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов и приложений. Общий объем диссертации (без приложений) - 320 страниц машинописного текста, в том числе 132 рисунка, 10 таблиц, список литературы из 244 наименований и приложение на 73 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЬ!

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Анализ тенденций в применении и развитии конструкции ЭМ показал, что к настоящему времени резервы дальнейшего повышения производительности и усилий копания существующих роторных экскаваторов, снабженных гравитационными роторами, практически исчерпаны, а предложенные конструкции скоростным роторов недостаточно эффективны, так как они разрабатывают грунт при вращении "снизу вверх", как и гравитационные роторы.

Установлено, что наиболее перспективным является инерционный ротор нижней разгрузки (ИРНР), конструкция которого имеет ряд преимуществ по сравнению с другими скоростными роторами и перспективна для применения на карьерных экскаваторах и других машинах непрерывного действия.

В связи с тем, что в основе рабочего процесса ЭМ лежит взаимодействие его рабочего органа с фунтом, для определения возможности использования результатов имеющихся исследований при расчетах нового рабочего органа был выполнен аналитический обзор работ, посвященных резанию фунтов, транспортированию их ленточными конвейерами и динамике рабочих процессов роторных экскаваторов.

Исследования процесса резания фунтов были проведены В.П.Горячкиным, Н.Г.Домбровским, Ю.А.Ветровым,

A.Н.Зелениным, К.А.Артемьввым, И.Я.Айзенштоком,

B.Д.Абезгаузом, А.Д.Далиным, Д.И.Федоровым, Н.А.Ульяновым, В.И.Баловневым, А.М.Холодовым, И.А.Недорезовым и другими.

Благодаря работам Н.В.Мельникова, В.В.Ржевского, Д.П.Волкова, Н.Г.Домбровского, Ю.А.Ветрова,

B.М.Владимирова, Ю.А.Белякова, Р.Н.Подэрни, Э.Н.Кузина, Д.М.Федорова, В.А.Черкасова и других достигнуты большие успехи в развитии теории, расчета и конструкции роторных экскаваторов.

Весомый вклад в исследования землеройных и горнотранспортных машин внесли казахстанские ученые РАКабашзв,

C.А.Джиенкулов, Р.Н.Таукелев, И.А.Янцен, А.С.Кадыров, В. В.Харченко.ЖЖТургумбаев из Кыргызстана и другие. Для развития исследований и улучшения использования землеройной техники имеет большое значение установленный Р.А.Кабашевым фунтовый фон по Республике Казахстан.

Анализ тенденций в применении и развитии конструкций, теоретических и экспериментальных исследований роторных ЭМ позволил сформулировать цели и задачи исследования и разработать его методику.

2. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ И ИССЛЕДОВАНИЙ

ЭКСКАВАЦИОННЫХ МАШИН С ИНЕРЦИОННЫМ РОТОРОМ НИЖНЕЙ РАЗГРУЗКИ

Бесковшовый ИРНР представляет собой обечайку, на которой располагаются два ряда ножей, установленных под углом к ее образующей. Рабочий процесс осуществляется при вращении ротора "сверху вниз" относительно забоя. Такая конструкция придает ротору ряд принципиально новых достоинств: повышение производительности, снижение энергоемкости и разгружающее действие на металлоконструкцию машины.

Экспериментальные исследования ИРНР диаметром 1,54 м на глине III категории (С=16-22 удара плотномера ДсрНИИ) и на скоростях вращения от 2 до 9 м/с подтвердили его преимущества перед гравитационным, прямоточным и центробежным роторами по производительности, энергоемкости, транспортной способности и металлоемкости.

В целом результаты ранее проведенных д.т.н. Таукеле-вым и автором теоретических и экспериментальных исследований ИРНР показали его высокую эффективность и перспективность для применения на ЭМ и легли в основу предложенных ими конструкций принципиально новых ЭМ.

В конструктивных схемах стрелового роторного экскаватора, предложенного Р.Н.Таукелевым (а.с. № 214404 от 24.11.65 г.), предусмотрены различные варианты устранения просыпания грунта между инерционным ротором и лотком приемного конвейера за счет того, что приемный лоток в процессе работы располагается на горизонтальной поверхности слоя. Им создана малогабаритная и маневренная машина для погрузочно-разгрузочных работ в стесненных условиях.

С участием автора разработаны конструктивные схемы ряда роторных землеройных машин. Так, разработана схема машины для однослойной отработки забоя, которая включает дэе тягово-приводные базовые машины, имеющие между собой общую раму с жестко закрепленным на ней ИРНР, установленным поперек движений машины. Такая конструкция значительно разгружает металлоконструкцию в процессе работы ротора, делает ее высокопроизводительной и маневренной при относительно малых размерах и массе.

На основе ИРНР разработана также конструктивная схема фрезерно-роторной машины, состоящей из ходовой части и платформы, на которой впереди по ходу движения установлен ИРНР с двумя шнеками по обе его стороны, выполненными одного диаметра с ротором и установленными на одном с ним валу. Ротор и шнеки снабжены фрезерными режущими элементами.

Разработана конструкция роторно-транспортной машины типа грейдер-элеватора. На ней вместо пассивного режущего элемента поперек движения машины установлен ИРНР. Рабочий процесс осуществляется при вращении ротора "сверху вниз" относительно забоя и перемещении тяговой машины.

Работоспособность и эффективность конструкций ЭМ с ИРНР была подтверждена испытаниями с участием автора опытных образцов роторного экскаватора ЭРЭ-200И с ротором диаметром 2,4 м и роторно-траиспортной машины PTM-I с ротором диаметром 1,6 м.

Одновременно с достоинствами были установлены и недостатки исследованных ИРНР, снабженных ножами: значительная энергоемкость и повышенная динамичность при

разработка прочных грунтов, а также ограниченная ширина стружки, снижающая возможности повышения производительности.

На оснозе анализа результатов предшествующих исследований сформулированы требования к новой конструкции инерционного ротора, предназначенного для разработки прочных фунтов.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ РОТОРНЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

Изучение путей совершенствования конструкций ковшей роторных экскаваторов показало, что основными условиями их рациональности являются возможная малая энергоемкость, равномерность рабочего режима, офаничэние размеров отделяемых кусков грунта, достаточное заполнение при быстрой и полной разфузке.

На основе анализа видов резания с отделением стружки и результатов их исследований было выделено, как наиболее эффективное, косое полусвободное резание, которое широко применяется в рабочих органах сельскохозяйственных, землеройных и горных машин и было отмечено еще академиком В.П.Горячкиным и развито д.т.н. И.А.Недорезовым. Однако данных о применении в роторных экскаваторах режущих элементов в виде косых клиньев не имеется.

В связи с этим были исследованы наиболее распространенные блокированное, повторное подрезное и ступенчатое виды резания элементарными режущими элементами в виде прямого плоского и косого плоского клина с углом установки у/ = 0* и 30* при толщине а я сопз1 и ширине Ь сечения стружки, увеличивающейся от 0,5 а до значений, при которых прекращалось влияние открытой поверхности и процесс резания стабилизировался .Опыты были проведены в полевых условиях на грунтах ¡-¡V категории методом внедрения в фунт клина, при котором имитировалось резание зубом ковша роторного экскаватора, внедрение клина производилось до появления трещин, свидетельствующих о возможном характере разрушения и по которым можно замерить углы прорези. Такие опыты

просты в выполнении и сопоставимы с имеющимися в литературе данными по геометрии прорези. Экспериментами установлено, что косой клин производит отделение стружки при угле

0, как и при ступенчатой схеме прямым зубом, а скошенной к открытой боковой части массива поверхностью - как при подрезной схеме. Прорезь при в/Ь = 0,85 - 0,9 имеет наиболее оптимальное ромбовидное сечение с углом развала, достигавшим 130-140*, что соответствует максимальным значениям при ступенчатом резании и на 12-15* больше, чем при блокированном резании прямым клином и подтверждает эффективность разрушения грунта зубом в виде косого клина.

При применении высоких скоростей ротора и разработке твердых материалов требование к износостойкости режущих элементов приобретает особую актуальность. В связи с этим на основе изучения характера износа зубьев роторных экскаваторов предложена конструкция зуба косого резания, обеспечивающего еамеэатачиваемоеть в процесса рззания фунта: заостренная часть армируется твердосплавной вставкой, а разные фани наплавляются материалами различной твердости.

Автором на основе проведенного исследования зоны разрушения фунта режущим элементом в виде косого клина и анализа условий рациональности ковшей роторных экскаваторов предложена новая конструкция инерционного ротора, осуществляющего косое ступенчатое резание при вращении "сверху вниз" (патент № 1799413). Обладая всеми достоинствами ИРНР, такая конструкция позволяет разрабатывать прочные и мерзлые грунты, крепкие породы и угли, тем самым создавая возможности решения актуальной научно-технической проблемы по значительному расширению области применения ЭМ.

Рабочий орган снабжен двумя рядами режуще-транспортирующих элементов (Рис. 1а). По краям обечайки 4 в два ряда установлены стойки, в проушинах которых установлены зубья 1 и 2, имеющие разную высоту АЬ и установленные с боковым Л5 и траекгорным Др смещением. Сзади зубьев под углом к поверхности обечайки установлены транспортирующие пластины 3, предназначенные для перемещения разрушенного фунта на конвейер 5. через приемный лоток 6. Зубья (Рис.2а)

и ротор косого ступенчатого резания (патент № 1798413) 4 А

1 - передний (укороченный) зуб; 2 - второй (высокий) зуб;3 - транспортирующие элементы; 4 - обечайка ротора; 5 - приемный транспортер; б - приемный лоток;

Рис. 1

Косозубык рехсущий элемент инерционного ротора нижней разфузки

с.)

6}

а - рнсгрукция зуба; б - ступенчатая осема отделения стружки; в - схема траектории дшжшйя зуба при снятии стружки; г - оша векторов скоростей движения зуба при снятии стружки

Рис. 2

выполнены в виде косых клиньев, передние грани А и режущие кромки В которых имеют односторонние скосы к середине обечайки (<рзх), а задняя грань имеет поверхность Б, параллельную образующей обечайки (у/ - 0). Отделение стружки ротором производится по ступенчатой схеме при ромбовидном сечении стружки (Рис.2б). Резание осуществляется наименее энергоемким косым полусвободным резанием при вращении ротора "сверху вниз" относительно забоя с обрушением грунта. Такое сочетание оптимальных условий резания обеспечивает наименьшую энергоемкость и динамичность процесса, что позволяет реализовать высокие усилия копания при сохранении устойчивости рабочего органа в забое. Наличие постоянного контакта зубьев по задней площадке с поверхностью забоя способствует демпфированию колебаний рабочего органа, улучшая динамические свойства экскаватора. Усилия сопротивления копания на передней поверхности косого клина способствуют затягиванию зуба в забой и способствуют уменьшению боковых сопротивлений боковой подаче ротора. Уменьшение боковых сопротивлений обусловлено также наличием положительного заднего угла резания на боковой поверхности зуба снижающего сопротивление боковой подаче ротора. С целью повышения износостойкости на ротор устанавливаются самозатачивающиеся зубья.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ЗКСКАВАЦИОННЫХ МАШИН С РОТОРОМ КОСОГО СТУПЕНЧАТОГО РЕЗАНИЯ 4.1. Формирование усилия на режущем элементе

косого ступенчатого резания Особенностями процесса резания фунта зубом роторного рабочего органа в виде косого клина являются влияние скошенности передней грани и угла между режущей кромкой и направлением движения, принятие угла резания равным углу заострения, наличие заднего угла резания по боковой фани. Будем рассматривать зуб с острой режущей кромкой (Рис.3).

На зуб действуют сила сопротивления грунтов разрушению М„, которую будем считать приложенной к острию клина

.Р

m ■

© S

3" Ê

>« es

5,; PJ

© a

e. él

G3 p

о

C9

О

«

О

(3

У

X

©

С

i s

ж о

£ о

© о

у к о

>

«üswa-ju: ««Л

i

со

ci

s

CL

У/

ввиду небольших размеров передней грани; сила сопротивления боковой подаче ротора Re, сила отжатия зуба от забоя R3 ;силы трения F„, F*6, Fj, Р3, действующие на соответствующих гранях зуба в направлениях, противоположных движению зуба относительно забоя. Геометрические и кинематические параметры зуба и его движения в пространстве характеризуются углом резания (Хр , равным углу заострения а3, углом захвата между режущей кромкой и направлением движения, углом между проекцией задней фа ни на радиальную плоскость и образующей обечайки % равным нулю; текущим углем расположения зуба на дуге резания Д; углом установки зуба на ротора вуз, кинематическим углом вгш , задним углом резания по боковой фа ни зуба 8зэ ¡скоростями резания vp и боковой подачи vn.

Действие всех приложенных сил рассматриваем в трех направлениях: касательном (по оси X), боковом (по оси У) и нормальном (по оси Z) по отношению к направлению движения зуба.

Разложив нормальную к передней фани зуба силу Nn на оси X.Y.Z в соответствии с теорией косого глина, можно выразить боковую Rny и нормальную Rm составляющие этой силы через касательную R„x

Rny- Rnx ctg[arcctg ( ^Zfoa'' * fW* . (1)

p ^ cosap iJ;sslna? cosoi

где //„ - коэффициент трения фунта по передней фани зуба; ¿у -угол между направлением силы трения на передней фани Рп и нормалью к режущей кромке; щ - угол мегзду силой и осью X Эти формулы в упрощенном виде запишутся:

Rny.Ky.Rnx , (3)

Rn* = {<I■Rnx , (4)

где Ку, Кг коэффициенты, заменяющие множители в формулах (1) и (2) и вычисляемые по конкретным размерам зуба.

Касательное сопротивление чистому резанию косым зубом определяется по формуле:

Rnxi . К? ©<„• fc-s/лД , (5)

где Kt - удельное сопротивление резанию единичным зубом при скорости резания 2 м/с, определяемое экспериментально, МПа; Ь - ширина стружки, м; а0 - толщина стружки на уровне оси ротора, м; fij - угол поворота зуба на дуге резания, град.

Сопротивление боковой подаче зуба R6y определяется как сопротивление вдавливанию боковой грани зуба в забой:

Rey»cre • Ьзв ■ U , (6)

где сге- удельное сопротивление вдавливанию, МПа; - ширина боковой площадки контакта зуба с забоем, м; /б - длина контакта, м.

Аналогично определяется сила отжатия зуба от забоя

Fh.cr,- b„-L , (7)

где Ь„ - ширина зуба, м; - длина горизонтальной площадки задней грани зуба, м.

Силы трения на гранях зуба определяются в зависимости от соответствующих нормальных составляющих. После определения суммарных составляющих сил сопротивления по осям X, У, Z и проектирования их на оси X',Y',Z't соответственно параллельную плоскости вращения ротора, совпадающую с направлением боковой подачи ротора и направленную по радиусу ротора, получены выражения для определения касательного, бокового и нормального усилия резанию зубом:

Р'ш ~ [ КраоЬ ■ sin fit + KpQob • slnfi, • fiuVl+K2y+ KV sinyi + +/4, (Seb^de-Ky KF a0b рм (SJjJ,- K&ah slnf3i)]cose^ (8)

P'oi = (Sabmle -Ky KF Sob sin/},)■ cosOkuh, (9)

Р'ш = (¿еЬ^г - Кга0Ь зтр1 )■ создан , (10)

где 0щ,и - кинематический угол резания, град.

4.2. На основании выражений (8),(9),(10) выведены формулы для определения средних значений усилий резания ротором КСР

а)касательного

_ К* г о Ь{1 +соз01)2 X, э„Ь(1* 1+К*у+ К4, • 5/лу,

=1-- --

- К, (¿¿и,- Ку^'^^созв^,

(11)

где # - начальный угол резания, фад; ж - число зубьев на роторе, шт.

б) бокового

/V* = - ку ) 1 (12)

в) нормального

Р«сР) = (ЬЬи, - X, )сшби« - (13)

На основании выведенных зависимостей рассчитываются энергозатраты на резание и боковую подачу ротора и тормозные моменты для преодоления усилий отпора от забоя. 4.3. Получена формула для расчета мощности на копание ИРКСР с учетом влияния скорости:

А/«= »Гр+ , (14)

где ЛГР - мощность чистого резания с учетом влияния скорости, кВт; Мтр - мощность, затрачиваемая на транспортирование

разрушенного грунта ротором по забою с учетом влияния скорости и переменности массы фунта в роторе, кВт.

4.4. При рассмотрении движения центра массы сечения фунта в процессе разфузки получены формулы для определения координаты точки встречи, скорости и угла падения центра массы сечения потока фунта со сформировавшейся зоной загрузки грунта на ленте конвейера:

1 ; ; (15)

V, = /Х2в+ У\ ; (16)

77 = ®Г(ЯдХд/ Ув , (17)

где Р - дополнительное обозначение величины, включающей постоянные интефирования при решении уравнения полета грунта от ротора до поверхности зоны зафузки; Д - дискриминант квадратного уравнения для нахохадения точки встречи.

4.5. Для выяснения влияния колебаний ротора на процесс транспортирования фунта крутонаклонным приемным конвейером рассмотрены расчетные схемы движения фунта в зоне загрузки, в период разгона и в процессе установившегося движения.

В зоне зафузки воздействие возбу>здающей силы Я=Ро£/л , зависящее в основном от частоты входа зубьев в забой, учитывается посредством импульса (Рис.4). На основании этого выведено выражение для определения предельного угла наклона конвейера:

тсУ1Т (со5т] -ьртдЬ - цВ?

3аСпр Шсу,г (таг] - цсоафтдг - Ь> ' ( '

где г - время прохождения зоны зафузки, с; f - текущее значение времени, с; 8Р - импульс от периодической возбуждающей силы.

Анализ этой формулы в зависимости от изменения импульса показывает, что при определенных значениях

Расчетная схема зоны загрузки приемного конвейера с учетом колебаний

а)

а) процесс формирования и взаимодействия с

лентой потока материала в зоне загрузки;

б) векторное изображение теоремы о количестве движения при г? -з- а < тг/ 2

Рис. 4

параметров колебаний предельный угол подъема грунта может снижаться.

С учетом колебаний конвейера получено уравнение относительного движения фунта в процессе неустановившегося движения на ленте крутонаклонного конвейера, которое позволило вывести формулу для определения времени разгона:

(рг3е = Т1п1~^7:-,В ттгФо ] ' (19)

где В, Фа - дополнительные обозначения при преобразовании уравнения движения грунта.

Из этого выражения следует, что при колебаниях конвейера время и длина участка разгона увеличиваются в зависимости от амплитуды и частоты возбу>цдающей силы.

Выведены выражения для скорости и координат в зависимости от колебаний конвейера в процессе установившегося движения фунта на ленте крутонаклонного конвейера.

4.6. Рабочие частоты вращения метателей назначаются обычно, исходя из заданной производительности и дальности транспортирования фунта. Однако при этом не учитывается динамичность нафузок, которые вызывают прогибы вала, ускоренный износ опор и могут привести к серьезным авариям. В работе предложен метод определения критических скоростей вращения ротора, учитывающий особенности конструкции, в частности, влияние характеристик опор. Составлены дифференциальные уравнения изгибных колебаний участков вала, решение которых дает систему двух однородных уравнений. При критической частоте вращения определитель этой системы равен нулю, что дает возможность вычислить ее значение.

4.7. На первых стадиях исследования новых конструкций роторных экскаваторов принято рассматривать нафузки в стационарном режиме, что позволяет упростить задачу изучения их динамики с учетом влияния новых, ранее не учитываемых факторов и особенностей рабочего процесса. В соответствии с этим составлена динамическая система экскаватора с ИРКСР в вертикальной плоскости, отличительной особенностью которой

является направленность реакции от грунта "снизу вверх", а не наоборот, как во всех до настоящего времени исследованных динамических системах роторных экскаваторов. Такая особенность окажет существенное влияние на поведение динамической системы в различных режимах.

Рассмотрена упрощенная динамическая модель и составлено дифференциальное уравнение колебаний ротора КСР в вертикальной плоскости как упругой одномассовой системы. Вертикальная составляющей усилия копания определяется из

выражения: .1

/о

где = - коэффициент; - среднее количество зубьев, одновременно находящихся в забое, шт; /?ш - шаговый угол между зубьями, град.

Отличительной особенностью этой нагрузки будет направленность ее вверх, значительно меньшие значения по сравнению с приведенной массой ротора, низкая ее динамичность и наличие демпфирующей составляющих, способствующих уменьшению возможных колебаний ротора.

4.8. В связи с тем, что при использовании нового рабочего органа КСР наиболее экономично и целесообразно проектирование и изготовление не всего экскаватора, а только нового рабочего оборудования, то возникает задача определить соответствие проектируемого оборудования и базовой конструкции по динамическим показателям, одним из которых является коэффициент динамичности нагрузок на базовую конструкцию. В соответствии с этим составлена динамическая модель и выведено выражение для определения коэффициента динамичности нагрузок на экскаваторе, возникающих при переезде через неровности

Кп — А. (У&Ь К дй К< ♦ у{с/т К*- 1)

~ Я , (21)

где J - приведенный момент инерции экскаватора относительно расчетной точки О проекции центра массы на ось; Я - расстояние от центра массы экскаватора до оси X, м; т - приведенная масса экскаватора, кг, /- расстояние от точки соприкосновения гусеницы с фунтом до расчетной точки К , м; К - обозначение величины, включающей параметры экскаватора.

Полученные результаты теоретических исследований являются основой для развития методики расчета и совершенствования конструкций ЭМ с ИРКСР.

5.КОНСТРУКЦИИ ЭКСКАВАЦИОННЫХ МАШИН С ИНЕРЦИОННЫМ РОТОРОМ КОСОГО СТУПЕНЧАТОГО РЕЗАНИЯ

На основе результатов проведенных исследований и предложенной новой конструкции ИРКСР разработаны конструктивные схемы ЭМ различного назначения.

Разработано несколько вариантов проектов рабочего оборудования с ИРКСР к роторному экскаватору малой модели, которые отличаются различным конструктивным исполнением устранения просыпания грунта между ротором и забоем.

Принцип разработки фунта косым полусвободным резанием по ступенчатой схеме положен в основу конструкции рабочего органа к роторной машине для послойной разработки забоя, который выполнен составным и представляет собой смонтированные на одном валу две режущие части и одну транспортирующую - метатель, установленный мехеду ними. Ротор жестко крепится поперек движения машины на раме аналогично базовому ножевому рабочему органу. Составная конструкция рабочего органа позволяет разделить процесс копания фунта, осуществлять резание на меньших, а транспортирование на больших скоростях, тем самым более полно реализовать потенциальные возможности ИРНР.

Рабочий орган с применением режущих элементов в виде косых клиньев предложен для фрезерно-роторной машины. Он состоит из ротора-метателя нижней разфузки и левого и правого шнеков, смонтированных на одном валу и выполняемых одинаково с ротором диаметра. И ротор, и шнеки снабжены

режущими элементами, осуществляющими косое ступенчатое резание.

Режущие элементы в виде косо поставленных на ротор пластин, осуществляющих разрушение и транспортирование твердых материалов при вращении рабочего органа "сверху вниз", использованы в конструкции машины для уборки снежно-льдяных образований, смерзшейся грязи и прочих твердых загрязнений с дорог с твердым покрытием. Разработана техническая документация на рабочее оборудование к снегоуборочной машине, к фронтальному погрузчику и на навесные варианты к трактору Ш"3. Рабочий орган представляет собой барабан с установленными на нем в шахматном порядке режуще-транспортирующими элементами, каждый из которых состоит из двух пластин, расположенных под углом к плоскости вращения ротора. Разрушение убираемой среды производится режущей частью косо поставленных пластин, а оставшиеся неразрушенными участки разбиваются за счет кинетической энергии цепей при их ударе. Разрушенный материал подхватывается пластинами и выбрасывается в приемный лоток.

Таким образом, разработанными конструкциями показана возможность создания на основе ИРКСР широкого спектра машин для разработки твердых сред и значительного расширения области их применения. К достоинствам таких машин относятся также их малые размеры и масса, сохранение устойчивости работы з широком диапазоне скоростей вращения и прочности грунта.

б.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В ПРИВОДЕ И УДЕЛЬНЫХ УСИЛИЙ КОПАНИЯ ИНЕРЦИОННОГО РОТОРА НИЖНЕЙ РАЗГРУЗКИ В ПОЛИГОННЫХ УСЛОВИЯХ

Для исследования динамичности рабочего процесса и удельных усилий копания ИРНР были проведены экспериментальные исследования рабочего органа диаметром 1,54 м на полевом стенде в условиях полигона. Эти исследования имели целью установить:

-возможность реализации больших скоростей вращения ротора по условиям динамичности;

-значения, характер и динамичность нагрузок в приводе ротора в зависимости от основных параметров ротора, типа и количества режущих элементов;

-влияние на динамичность нагрузок различных категорий грунтов и параметров стружки;

-влияние скорости резания на динамические нагрузки в приводе ротора;

-возможность повышения усилий копания по условию динамичности.

В основу проведения экспериментов были приняты методика, аппаратура, средства и методы обработки результатов измерений, применяемые во ВНИИЗеммаш. Исследования проводились на глине с числом ударов плотномера ДорНИИ С= 16-22 (III категория фунтов) в условиях ее естественного залегания.

В ходе экспериментов замерялись следующие параметры: крутящим момент на валу ротора, скорость вращения ротора, отметка времени, скорость торцевой подачи тележки с ротором, размеры снимаемой стружки, физико-механические характеристики фунта; другие параметры определялись расчетом: средние и амплитудные значения крутящего момента и окружного усилия на роторе, частоты и периоды их изменений, коэффициенты динамичности (Кд), удельные усилия копания.

Варьировались следующие факторы: количество режущих элементов на обечайке ротора (1,5,8,10), количество рядов режущих элементов (1 и 2), типы режущих элементов (ножи периметр, ковш без дна), углы установки ножей на роторе (8* - 16*), грунтовые условия (песок и глина), размеры стружок (толщина а = 160-180 мм, ширина Ь = 30-60 мм, высота Ь = 770-1100 мм), скорость копания (2-9 м/с).

Полигонные исследования позволили установить: -динамичность нафузок в приводе ротора в существенной мере зависит от ширины и площади поперечного сечения стружки: при оптимальных с энергетической точки зрения параметрах стружки коэффициенты динамичности крутящего момента и окружного усилия находятся в пределах 1,20-1,44 по

сравнению с 1,35-1,45 у гравитационного ротора при значительно меньшей скорости копания (1,2 м/с); при увеличении ширины стружки и приближении поперечного се-чения к ромбическому Кд значительно возрастает и достигает предела устойчивой работы (до 1,57-1,65), что существенно ограничивает возможности повышения производительности ИРНР по условию динамичности; абсолютные значения крутящего момента и окружного усилия в исследованных пределах параметров стружки увеличиваются до 60 %;

-влияние скорости копания на динамичность нагрузок оказалось менее существенным, чем влияние параметров стружки: в пределах скоростей от 2 до 7 м/с Кд футящего момента увеличивается от 1,2 до 1,35, т.е. на 13 %, и по абсолютным значениям не превысил Кд гравитационного ротора, работающего при значительно меньших скоростях (1,2-2,0 м/с); абсолютные значения крутящего момента с полным комплектом ножей з зависимости от скорости (от 2 до 3,6 кНм) возрастали также менее интенсивно, чем от изменения параметров стружки, что свидетельствует о больших резервах повышения нагрузок в приводе ротора; аналогичный характер имеет зависимость окружного усилия на ротора; полученные значения Кд позволяют поднять пределы рабочих скоростей копания до 4-7 м/с, что выше, чем по условию энергоемкости;

-колебания нагрузок в приводе ротора соответствовали частоте и периоду вхо;эдения ножей в забой и полного оборота ротора (соответственно ом = 32,26-110,2 с"1 , Т* = 0,23-0,57с и сог = 2,69-9,2с"1, Т2 = 2,3-0,69 с); перемещений ротора ни в вертикальной, ни в горизонтальной плоскости не наблюдалось;

-реализованные при исследованных параметрах удельные усилия копания, достигающие в зависимости от размеров стружки до 0,5 МПа и в зависимости от скорости - до 0,95 МПа, при удовлетворительных динамических характеристиках нагрузок и более низкой по сравнению с гравитационным ротором удельной энергоемкости свидетельствуют о наличии резервов для дальнейшего повышения удельных усилий копания ИРНР;

-по критерию динамичности нагрузки и развиваемому удельному усилию копания инерционный ротор, снабженный

ножами, рекомендуется для применения на грунтах 1-1У категории и скоростях копания до 4-7 м/с.

В целом полевые исследования натурного образца ротора при разработке грунта в условиях его естественного залегания и широком диапазон© параметров стружки и скоростей копания подтвердили возможность повышения производительности и удельных усилий копания с учетом динамичности нагрузок и перспективность применения его для разработки более прочных фунтов.

7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ ЭКСКА&<ЩИОННЫХ МАШИН С ИНЕРЦИОННЫМ РОТОРОМ КОСОГО СТУПЕНЧАТОГО РЕЗАНИЯ

Были проведены комплексные экспериментальные исследования роторного экскаватора с ИРКСР, предназначенного для разработки прочных грунтов. Испытания проводились на кембрийской глине, хараетеризуемой числом ударов плотномера ДорНИИ С=48-60 ударов, и в зимних условиях при промерзании этой >5© глины при С =60-80 ударов. Методика проведения экспериментов была аналогична принятой при полигонных исследованиях. В соответствии с целью работы были определены задачи экспериментальных исследований экскаватора:

-установление работоспособности экскаватора по условию динамичности при разработке глины высокой прочности;

-сравнительные испытания различных конструкций режущих элементов;

-определение значений и возможности реализации высоких усилий копания при разработке прочного фунта;

-исследование зависимости динамических, энергетических и силовых параметров экскаваторов от параметров стружки, прочности грунта, скорости копания.

Исходя из задач исследования, при экспериментах замерялся широкий спектр параметров рабочего процесса: крутящий момент в приводе ротора; скорость вращения ротора; мощность, потребляемая электродвигателем привода поворотной платформы, и скорость ее вращения; горизонтальные изгибающие могленты в корневом сечении роторной стрелы;

вертикальная составляющая усилия копания на роторе; снижение напряжений в щеках подвески роторной стрелы; колебания нагрузок в приводе ротора и з металлоконструкции экскаватора; колебания рабочего органа; отметка времени; параметры стружки; углы установки роторной стрелы относительно горизонта, положение стрелы на дуге поворота и базы экскаватора в пространстве; дальность полета разгружаемого ротором грунта, угол разгрузки, размеры фунтового слоя в зоне загрузки; физико-механические свойства фунта. По результатам измерений определялись расчетом: энергоемкость, удельное усилие копания, производительность, коэффициенты динамичности, средние и амплитудные значения крутящего момента, окружного, бокового и вертикального усилий на роторе, горизонтальных изгибающих моментов на роторной стреле и напряжений в щеках подгески роторной стрелы. Проведенные эксперименты позволили установить:

-надежную работоспособность и устойчивую при отсутствии колебаний работу экскаватора с ротором КСР при разработке прочной глины на скоростях 3,2-6,7 м/с;

-более низкую (на 0,02-0,05 кВт.ч/мЗ) энергоемкость резания единичным режущим элементом КСР по сравнению с ножом в зависимости от параметров стружки и скорости резания;

-при соотношении размероз поперечного сечения стружки я„1Ь = 3-6 ИРКСР обеспечивал более низкую (на 10-15 %) по сравнению с ножами энергоемкость копания и производительность - 280 мЗ/ч; при оптимальном же соотношении размеров стружки а0!Ь = 0,75 производительность ИРКСР составляет 520 мЗ/ч;

-удельные усилия копания и резания ИРКСР ниже (до 0,1 МПа), чем у ротора с ножами; при этом достигнутые при низкой динамичности нафузки максимальные значения удельных усилий копания (до 1,55 МПа) позволяют отнести экскаватор к машинам с повышенным и высоким усилием копания и свидетельствуют о возможности дальнейшего их повышения при сохранении устойчивости рабочего процесса;

-значения крутящего момента ИРКСР меньше, чем у ротора с ножами (до 1 кН.м), а коэффициент динамичности ротора в зависимости от размеров стружки находится в пределах от

1,05 до 1,21, что значительно меньше, чем Кд у гравитационного ротора при разработке глины I-III категорий (С=16-22 удара), равный 1,35-1,45; нижние значения Кд ротора с ножами равны этим данным, а верхние превышают предельное значение Кд = 1,65, когда начинает нарушаться устойчивость работы экскаваторов с гравитационными роторами; Кд ИРКСР в пределах скоростей копания от 3,2 до 6,7 м/с равен 1,05-1,15, а ротора с ножами - 1,35-1,65, что значительно ниже, чем у гравитационных роторов, работающих при значительно меньших (до 2 м/с) скоростях и на фунтах существенно меньшей прочности;

-ИРКСР при одних и тех же параметрах стружки и скоростях имеет меньшие значения окружного усилия и коэффициента динамичности, чем ротор с ножами:

а) в зависимости от размеров стружки окружное усилие изменяется от 11,5 до 20 кН по сравнению 12,0-21 кН и в зависимости от скорости от 11,5 до 14 кН по сравнению с 11-15 кН у ротора с ножами; интенсивность возрастания окружного усилия в зависимости от скорости меньше, чем от увеличения размеров стружки;

б) коэффициенты динамичности ИРКСР в зависимости от параметров стружки возрастают от 1,06 до 1,22 и в зависимости от скорости от 1,06 до 1,18, что значительно ниже показателей ротора с ножами, изменяющимися соответственно в пределах от 1,35-1,58 и 1,33-1,56; однако следует отметить, что и ротор с ножами при такой большой твердости грунта имеет такую же динамичность, как и фавитационные роторы, но в более легких условиях работы;

-полученные значения бокового и вертикального усилий ка роторе, снижения напряжений в подвеске ротора, горизонтальных изгибающих моментов на роторной стреле и их коэффициентов динамичности позволяют сделать вывод о значительно меньших динамичности и абсолютных значений нафузок у экскаваторов с ИРКСР по сравнению с ротором, снабженным ножами;

-показана возможность разработки прочных и мерзлых грунтов при оптимальной динамичности, энергоемкости, сохранении проектной производительности и устойчивой работы машины с ИРКСР;

-полученные экспериментальные данные подтвердили выведенные теоретические зависимости для расчета усилий и мощности копания ИРКСР.

Испытания опытных образцов роторно-транспортной машины РТМ-1 и рабочего органа для зимнего содержания дорог показали работоспособность, эффективность и высокую производительность, значительно превышающую показатели базовых машин: соответственно грейдер-элеватора Д437А - в 2-5 раз, комплекта из 2-х машин - льдоскалывателя К0-707 и снегоуборочной машины Д566 - более, чем в 2 раза.

В целом испытания в производственных условиях натурных образцов машин и ИРКСР различной конструкции подтвердили перспективность создания широкого спектра ЭМ различного назначения.

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

1.В диссертационной работе выполнено обобщение и решение важной научно-технической проблемы по обоснованию параметров и созданию новых эффективных конструкций ЭМ с ИРКСР, предназначенных для разработки прочных фунтов и пород.

2.Анализ конструктивных схем ЭМ с ИРНР и результаты экспериментальных исследований опытно-промышленных образцов машин позволил выявить их недостатки и определить пути создания ИРКСР нижней разфузки, предназначенного для разработки прочных грунтов и обеспечивающего низкую динамичность, высокие усилия копания и производительность при малой массе и размерах.

3. Предложена принципиально новая конструкция ИРКСР, разрабатывающего забой косым полусвободным резанием по ступенчатой схеме и конструкции новых рабочих органов и машин, позволяющих эффективно разрабатывать прочные фунты без возрастания динамичности, энергоемкости и потери производительности и устойчивости при малых размерах и массе.

4.С учетом пространственное™ кинематики зуба и действия сил сопротивления фунта разработана методика расчета

сил на режущем элементе КСР в процессе отделения стружки и предложены математические модели для расчета усилий и мощности копания ИРКСР.

5.Выведены зависимости, учитывающие колебания конструкции роторной стрелы при транспортировании фунта наклонным конвейером.

6.Разработаны динамические модели ИРКСР и экскаватора, учитывающие особенности конструкции и рабочего процесса, и установлены математические уравнения, описывающие действующие динамические нагрузки в рабочем режиме и при передвижении.

7.Выполнены экспериментальные исследования ИРНР е?р = 1,54 м на фунте И! категории (С=16-22 удара плотномера ДорНИИ) в условиях естественного залегания, в результате которых впервые получены данные о динамичности нагрузок в приводе ротора, свидетельствующие об их возрастании (до 1,201,44) с увеличением сечения стружки и несколько меньшем увеличении (от 1,2 до 1,35) в зависимости от скорости копания, что ниже, чему фавитационных роторов, работающих при значительно меньших скоростях (до 1,2-2 м/с). Реализованные удельные усилия копания (до 1,00 МПа) при небольшой динамичности нафузок позволяют отнести такой рабочий орган к роторам с повышенным усилием копания ( К^ = 0,7-1,4 МПа). По условию динамичносш рекомендуется применение инерционного ротора, снабженного но>:сами, на фунтах !-!¥ категорий и при скоростях резания до 4-7 м/с.

8.В результате комплексных стендовых и натурных экспериментальных исследований опытных образцов ЭМ с ИРКСР установлено:

-полученные данные подтвердили выведенные теоретические зависимости для расчета усилий и мощности копания, сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований составили 14-17 %;

-производительность экскаватора ЭРЭ-200ИК с ИРКСР при разработке кембрийской глины высокой прочности (С=48-60 ударов плотномера ДорНИИ) составила 280 мЗ /ч при энергоемкости 0,20 кВт.ч/м , а при оптимальном соотношении размеров стружки (а0/ Ь = 0,75) - 520 мЗ /ч;

-реализованные без ухудшения динамики удельные усилия копания (до 1,55 МП а) позволяют отнести экскаватор с ИРКСР к машинам с высоким усилием копания;

-динамичность нагрузок в приводе ИРКСР была невысокой (Кд = 1,05-1,21), что свидетельствует о больших возможностях дальнейшего повышения усилия копания без возрастания динамичности нагрузок в приводе рабочего органа (у ротора с ножами Кд~1,57-1,65, при которых нарушается устойчивость работы экскаватора);

-значения нагрузок и напряжений в других элементах экскаватора и их коэффициентов динамичности также свидетельствуют о незначительном возрастании динамичности в конструкции экскаватора с ИРКСР по сравнению с ротором, снабженным ножами;

-колебания ротора и стрелы были незначительными, соответствовали частоте входа зубьев в забой и не влияли на процесс копания, разгрузки и транспортирования грунта конвейером;

-на основе ИРКСР возможно создание экскаваторов с повышенным усилием копания, предназначенных для разработки прочных фунтов без увеличения массы и размеров машин;

-при производственных испытаниях опытного образца ро-торно-фанспортной машины РТМ-1 с О = 1,6 м и высотой ножей 0,6 м на фунте ¡V категории была установлена работоспособность созданной машины, производительность ее составляла 870-2520 мЗ/ч (в плотном теле) и была ограничена производительностью конвейера. При увеличении производительности конвейера и более полном использовании транспортной способности ротора выработку можно довести до 4000-4500 мЗ/ч, что в 20 раз превышает производительность фадиционного ротора такого же диаметра;

-изготовление и испытания опытных образцов рабочего органа для разрушения и уборки снежно-льдяных и смерзшихся фязевых образований к снегоуборочной машине и к трактору МТЗ показали высокую производительность и хорошее качество работы: при производительности 2300 м2/ч они могут заменить комплект из 2-х машин - льдоскалывателя К0-707 и снегоуборочной машины Д566 производительностью 2080 м2/ч.

9. Теоретические и экспериментальные исследования, конструкторские разработки, изготовление опытных образцов машин с ИРКСР позволили создать высокоэффективные ЭМ различных типов и назначений.

10. В процессе выполнения работы под руководством и при участии автора разрабатывались конструктивные схемы, техническая документация, изготавливались, испытывались и внедрялись опытные образцы машин, их рабочих органов и режущих элементов, внедрение которых обеспечивает значительный технико-экономический эффект: роторного экскаватора -17280 руб, режущих элементов КСР для разработки мерзлых грунтов - 3310 руб, самозатачивающихся зубьев КСР - 15000 руб, рабочего органа для зимнего содержания дорог - 53416 тг.

Наиболее важные положения диссертации опубликованы в следующих основных работах:

1. Нураков С. Экскавационно-потрузочные машины с инерционным ротором нижней разгрузки: Монография.- Ал маты: Гылым, 1995.-С.212.

2. Нураков С. Рабочий орган роторного экскаватора. Патент N2 1799413 от § октября 1993.

3. Лебедев М.Н., Таукелев Р.Н., Нураков С. К вопросу транспортирования грунта скребковым ротором: Доклады к XXX научной конференции ЛИСИ,-Л.: Изд-во ЛИСИ, 1972.- С.15-18.

4. Лебедев М. Н., Таукелев Р. Н., Нураков С. Скребковый роторный экскаватор: Доклады к XXXI научной конференции ЛИСИ,-Л.:Изд-во ЛИСИЛ 973.-С.18-20.

5. Нураков С„ Таукелев Р.Н. Скоростные роторные рабочие органы экскаваторов: Доклады к VI научной конференции ЦИСИ-Целиноград. ЦИСИ, 1973,-С.195-197.

6. Лебедев М.Н., Таукелев Р.Н., Нураков С. Энергоемкость скоростного копания фунта скребковым ротором //Сб.трудов ЛИСИ. Исследование рабочих процессов строительных машин и автомобилей.-Л.: Изд-во ЛИСИ, 1973.- С.148-153.

7. Лебедев М.Н., Таукелев Р.Н., Нураков С. Влияние скорости на удельную энергоемкость процесса копания грунта //Известия ВУЗов. Строительство и архитектура.- Новосибирск: Изд-во НИСИ, 1974. N23.-С. 148-153.

З.НураковС., Лебедев М.Н.,Таукелев Р.Н. Экспериментальные исследования составляющих усилия копания на рабочем органе скребкового экскаватора //Сб. Исследование и расчет строительных машин.-Воронеж: Изд-во В ГУ, 1975.- Вып.2.- С.91-96.

9. Нураков С. Увеличение угла наклона ленточных конвейеров землеройных машин //Техническая информация Строительные машины, механизмы и приспособления.- Алма-Ата: КазЦНТИС Госстроя КазССР, 1977, №1.-С.2.

10. Нураков С. Усовершенствование конструкции рабочего органа роторного экскаватора //Техническая информация Строительные машины, механизмы и приспособления. - Алма-Ата: КазЦНТИС Госстроя КазССР, 1977, Рй2,- С.5.

11. Нураков С., Таукелез Р.Н. Роторным экскаватор со скоростным рабочим органом //Техническая информация Строительные машины, механизмы и приспособления. - Алма-Ата: КазЦНТИС Госстроя КазССР, 1977 . №3.- С.З.

12. Нураков С.,Таукелев Р.Н. Экспериментальные исследования энергоемкости копания грунта скребковым роторным экскаватором //Сб.статей. "Строительно-дорожные машины и механизмы". -Караганда: КарПТИ, 1977. - Вы п.4,- С.8.

13. Нураков С., Алимжанов М.Д., Исмагамбетоз М.У. Исследование критических режимов ротора //Исследование процессов и конструкций дорожных и строительных машин.- Караганда: КарПТИ, 1980,-С.6.

14. Нураков С. Исследование процесса разгрузки фунта скребковым ротором //Тем.сб. Механизация производственных процессов в горной промышленности.- Караганда: КарПТИ, 1981.- С.7.

15. Нураков С. Влияние скоростного напора фунта на увеличение угла наклона ленточного конвейера //Тем.сб. Вопросы экспериментальных исследований работы строительно-дорожных машин.- Караганда: КарПТИ, 1985.- С.7.

18. Нураков С. Исследование скребкового роторного экскаватора при разработке мерзлых фунтов //Меж.отрасл.науч.техн.конф. научных работников, специалистов и студентов "Вклад ученых ЦИСИ в ускорение НТП"(1 - 5 апр.1991).-Целиноград: ЦИСИ,1991.- С.2.

17. Нураков С. Исследование динамической системы роторного экскаватора со скребковым рабочим органом //Внутри-вуз.науч.техн.конф. Строительный комплекс и рыночная экономика (5-7 апреля 1993).- Акмола: АИСИ, 1993,- С.1.

16. Нураков С., Таукелев Р.Н. Экспериментальное исследование процесса резания грунта простыми режущими элементами //Внутривуз. науч.-техн.конф. Строительный комплекс и рыночная экономика (5-7 апреля 1993).-Акмола, АИСИ, 1993.-С.2.

19. Нураков С..Таукелев Р.Н.,Бостанов Б.У. Исследование разгона фунта иа ленточном конвейере: Сб.науч.тр. /Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог, дорожно-строительных машин и автотранспорта. - Алматы: ААДИ, 1994.- С.89-93.

20. Нураков С..Таукелев Р.Н.,Раздыков К.А. Сопоставительный анализ методов расчета транспортных энергозатрат инерционным ротором: Сб. науч-тр. по материалам межвузовск. науч. пракгич,-конф.,посаящ.30-летию Акм. инхсстр. инст-та. - Акмола: СИАУ, 1995,-С.284-292.

21. Нурашв С.,Турсумбаев Б.М. Исследование процесса неустановившегося движения грунта на ленте кругонаклонного конвейера с учетом колебаний: Сб. тр. по матер, межв. науч.-пр.конф., посвящ. 30-летию Акм. инж.-стр. инст-та. - Ашола: СИАУ, 1995.- С.292-297.

22. Hyps кое С. Состояние и перспективы развития новых конструкций экскавационно-пофузочных машин : Сб. тр. по матер, межв. на-уч.-пр. конф.,посвящ. 30-летию Акм. инж.-стр. инст-та. - Акмола: СИАУ, 1995,- С.304.

23. Нураков С.Дабашев Р.А., Ким А.Ю. Навесной рабочий орган снегопофузчика //Новости науки Казахстана. Экспресс-информация: Серия. "Развитие современной науки". - Алматы: 1985, вып.4.- С.бЗ-64.

24. Нураков С. Роторный экскаватор с рабочим органом косого ступенчатого резания Шатер, международ.науч.-техн.конф. "Развитие строительных машин, механизация и автоматизации строительства и открытых горных работ". - М.: МГСУ, 1996.- С.38-39.

25. Нуракоз С., Милюшин B.C., Успанов Б.Ш., Таукелев Р.Н. Особенности динамики эхекавационных машин с инерционными роторами ню:сней разфузки //Материалы 1-го Республ.съезда по теор.и прикл.механике. Часть 2. - Алматы: ИМиМ МН-АН РК, 1998,- С.327-328.

26. Нураков С., Милюшин B.C., Успанов Б.Ш К расчету усилий резания грунта режущими элементами инерционного ротора нижней разгрузки //Материалы 1-го Республ.съезда по теор. и прикл.механике. Часть 2.- Алматы: ИМиМ МН-АН РК, 1996,- С.329-330.

Нураков Серк

Кагаш сатьшап кесетш екшнда роторлы экскавациялык машиналардьщ параметрлерш непздеу жэне жасау

05.05.04 - Жол жэне курылыс машшшлары

Диссертация катш топырактарды ендеуге арналган экскавацня-лык машиналар курып ггане параметрлерш непздеуге арналган.

Кигаш сатьшш кесетш пршщипшде зада еюшщ ротормен то-пыракты кесу процесщщ зандылыга белгкенген хэне окьщ негвшде экскавациялык машиналардьщ ясака конструкцшшары усшшлган.

Теменп энергссъйьщдылык пен жумыс процестеришд данами-калыш жэне колет мен салмага аз загдайда хогары куш дамшу мен ешмдШки артшруга, катш топырактарды ©вдеуге муюавдк береги кнгаш сатьшап кесетш ротор мен оньщ негощдеп шшнналардьщ могары тшмдшш теарнямсн непзделш экеперимеютен дэлелденген.

Параметрлерд! есептеудщ эд1етемес1 дайындалды, роторлы машяналардьщ яада хонструкщмларынын тэшрнбел1 улг1с! жасалш сынактан откЬщщ, нэпшес1 эртурл1 улгщеп жэне кызметгеп хсогарн тшмда экскавациялык машнналарды жасаудьщ мумкщдт мен келеигел барлыгыи херсетп.

Диссертация Л.Н.Гумилёв атындаш Еуразия университетшщ курылыс машиналары кафедрасында орындалган.

320 бетке орналаскан диссертация мазмуны орыс тшнде зхазылган, юрюпеден, хет1 тараудан, тужырымдамадан, пайдаланган эдебиетгщ твшшен, косымшадан турады.

Nurakov Senk

The substantiation of the parameters and creation of excavating with inertial rotor of the oblique stepped cutting.

05.05.04,- road building machines.

The dissertation is dedicated to the creation and substantiation of the parameters of excavating machines meant for the exploitation of the firm ground.

There was established the appropriateness of the process of the exploitation of the ground by a principally new inertial rotor of the oblique stepped cutting and on its basis there was offered a new construction of excavating machines.

The following theses have been the oretically grounded and experimentally confirmed: high effectiveness of the rotor of oblique stepped cutting and similar machines of this kind, the possibility of the exploitation of the firm ground, raising the productivity of labour; intensification of the excavation with low power-consumption, dynamic working conditions, small dimensions and mass of the machines.

The methods of calculation of the parameters have been worked out. Experimental models of the new construction of the rotors have been made and tested. The possibility and respective of the creation of highly-effective excavating machines of various types and purpose have been scientifically proved.

The dissertation is carried out at the chair of building machines of the Eurasian university after L.N.Gumilyev.

The dissertation is written in Russian and rt consists of Introduction, seven chapters, conclusion, bibliography and appendix.