автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Повышение эффективности и экологичности ковшовых погрузчиков в карьерах дорожно-строительных материалов в условиях Крыма

«ч §

О На правах рукописи

В

со ^

У

У

РЯБИКОВА ИРИНА МИХАЙЛОВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ЭКОЛОГИЧНОСТИ КОВШОВЫХ ПОГРУЗЧИКОВ В КАРЬЕРАХ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ КРЫМА

05.05.04 — Дорожные и строительные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1997

Работа выполнена на кашедре " Технология механизации строительного производства" Крымского института природоохранного и курортного строительства.

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники,

академик,кандидат технических наук, профессор А.Д.Морозов

а

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Недорезов И.А. - - =

. ' кандидат технических наук,

профессор Балаховскии М.С."

Ведущая- организация:

АО Центральный научно-исследователъскиа институт организации.механизации и технической помощи строительству /АО ЦНИСМТП/

Защита состоится .часов на заседании

диссертационного совета К 053-30.11 ВАК РФ при Московском государственном автомобильно-дорожном институте /техническим университете/ по адресу: 125825, Москва, ГСП-47, Ленинградский проспект,дом 64, ауд ^¿х

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просил направлять по адресу института.

Автореферат разослан " »¿¿ОЯ/ 1397г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 053.30.11, канд.техн.наук, профессор

Г.С.Мирзоян.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Восстановление и строительство дорожной сети курортов Крыма и соответствующее развитие на полуострове промышленности строительных и дорожно-строительных материалов осуществляется в условиях соблкщения экологических требований на уровне Европейских стандартов и жестких природоохранных ограничений. Для Украины имеет большое значение реализация мероприятий по оснащений организаций по добыче строительных и дорожно-строительных материалов ковшовыми погрузчиками с высокими экологическими свойствами. Такой машиной является ковшовый погрузчик с электроприводом и нижним захватом материала.

Решение этого вопроса для Крыма имеет большое технико-экономическое значение. В этом случае карьерные хозяйства дорожно-строительных организаций получают машину, имещую высокий уровень экологической чистоты, серийно выпускаемую заводами республики с готовой системой ремонтной и сервисной службы. Погрузчик может работать как в открытых карьерах так и в подземных выработках. Для курортных районов это имеет большое природоохранное значение. В этом случае исключаются дорогостоящие рекультивационные работы.

Эксплуатация таких погрузчиков дает существенную экономию энергозатрат. Удельная энергоемкость погрузчиков с электроприводсм. ниже, чем аналогичные машины, работающие на жидком топливе.

По этим причинам в карьерах и дорожно-строительных организациях . Крыма все шире начинают применяются ковшовые погрузчики с электроприводом. Однако наряду с отмеченными достоинствами эти машины имеют низ кую эксплуатационную производительность и малую долговечность деталей Интервал надежной работы погрузчика между капитальными ремонтами находятся в пределах одного года.

Повышение эффективности ковшовых погрузчиков может быть осуществлен несколькими путями, конструктивнш совершенствованием машины, разработкой более обоснованных методов расчета деталей, использовани-

ем современных технологий изготовления деталей, а так же внедре] экономически-целесообразных методов ремонта машин.

Целью настоящего исследования является разработка теорет] ки и экспериментально обоснованных методов определения нагрузок тали ковшового погрузчика с электроприводсм и рекомендаций по у; чению износостойкости деталей и повышение на этой основе эффект; ти машины.

Научная новизна работы определяется следующими положениями

- на основании теоретического анализа уравнений движении п<

чика .на всем этапе рабочего цикла машины получены формулы для р,

*

та сил, дейстдукщих на элементы погрузчика и мощности двигателя групповом и индивидуальном приводах его основных механизмов;

- впервые' получены эмпирические формулы для определения на зок на элементы ковшового оборудования при внедрении ковша в шт материала в зависимости от влияющих факторов;

- разработана на базе полученных зависимостей методика по чету сил, действующих на элементы механизма внедрения ковша в м риал и механизма подъема ковша при зачерпывании материала;

- металлографический анализ быстроизнашивающихся деталей и работанные рекомендации по повышению износостойкости таких дета погрузчика.

Практическая ценность исследований определяется разработав методами для определения нагрузок, действующих на основные элем ковшового погрузчика в зависилости от основных параметров, хара зующих условия эксплуатации, а так же рекомендациями по повышен чества изготовления и ремонта деталей.

Реализация результатов исследований, разработанные теоре: кие и эмпирические зависимости для расчета нагрузок на основны! менты ковшового погрузчика использованы трестом "йгдорстрой",( топольским заводом ЖБИ, Бахчисарайскш заводом ЖБИ, Горловским ностроительным заводом и Александровскш машиностроительным за

при совершенствовании погрузчика типа 11ШК5.

Рекомендации по совершенствованию ремонта ковшовых погрузчики /замена материала деталей, исполвзование вибродуговой наплавки/ реа лизованы на Горловском ремонтном заводе и Бахчисарайском заводе Стр индустрии. Кроме того методы расчета нагрузок на ковшовый погрузчик с учетом эксплуатационных факторов внедрены в учебный процесс на ка федре "Технология и механизация строительного производства" Крымско го института природоохранного и курортного строительства /ШЖС/.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на научно-технической республиканской конференции -СФ ДИСИ /188! на международно.! научно-технической конференции КИПКС /1990/, на заседаниях и научных семинарах кафедры, на научно-техническом Совете Горловского ремонтного завода / 1933/. на научно-технической конференции КИСИ /1593/, на медцународной практическо-научной конференции КИШС /1994,1995,1996/.

Публикации. По результатам исследований опубликовано шесть статей, одно учебное пособие, получено одно авторское свидетельство на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений, работа имеет в целом 3.02 страниц, в том числе 140 страниц машинописного текста, 20 рисунка, 17 таблиц и II приложений на 46 машинописных страницах, списка литературы из ЮЗ наименований.

ОСНОВНОЕ ССЩЕРИНИЕ РАБОТЫ Состояние вопроса и задачи исследования.

В работе рассмотрены и проанализированы существующие конструкции ковшовых погрузчиков с электроприводом, методы определения сил, действующих на их элементы и вопросы повышения эксплуатационных свойств машины такого типа.

Исследованию нагруженности машин для земляных работ посвящены труды ведущих в этой области ученых росикской федерации и Украины:

Т.В.ЛлексееБО.х, К.Л.Артемьева, В.К.Баловнева, О.Л.БалаДинского, : Бондоровича, И.П.Борадочева, Ю.А.Бетрова, Д.П.Волкова, Л.Н.Зелен _ М.И.Гсяьперина, Э.Н.Кузина, В.П.Ломакина, И.А.Недорезова, В.В.Ни I А.В.Ольшанского,А.С.Панкратова, В.К.Руднева, А.М.Холодова, М.Ф.Ф' това и др. На основе этих исследовании создана теория рабочих п] цессов землеройных машин и фронтальных погрузчиков при взаииодей вии их рабочих органов в основном с грунтами.

Особенности нагружения фронтальных погрузчиков нашли отраде; й работах В.А.Баумана, О.Д.Гагина, О.П.Иванова, С.Г.Калмыкова, Я Кальницкого, А.Д.Костылева, Ф.А.Лапира, Г.В.Родионова, Б.П.Семка В.И.Стогова, Д.К.Томляновича. *

В области повышения уровня технической эксплуатации и в час ти износостойкости деталей транспортных, дорожно-строительных и : зоподъемных машин получили известность труды ряда ученых россши федерации и стран СНГ: Н.Г.Бегагоина, В.М.Браславского, Н.С.Бала: кого, Б.Н.Боголюбова,Д.Н.Гаркунова, Г.С.Гранова, г.С.Глушкова, М Дрозда,Г.В.Карпенко, Е.Г.Козловского, Е.Г.Коновалова, К.А.Луйк, : Михлина, Б.Ф.Хазова, В.В.Чанкина, С.А.Фидалева и др.

Результаты исследовании динамической нагруженности землерой транспортных машин и одноковшовых погрузчиков касаются в осаовна боты погрузчиков, имеющих привод от двигателей внутреннего сгора при разработке грунтов и мелкокусковатых щебеночных материалов.

В тоже время решение ряд вопросов касающихся изучения работ ковшовых погрузчиков с электроприводом при погрузке крупнокусков породы в частности определения действующих на элементы машины си мощности привода, а так же вопросов, касающихся повышения износо кости основных деталей и решения на этой основе проблем повышени шективности ковшовых погрузчиков до настоящего времени не получе Выполнение работы проводились в основном по исследованию от, ных параметров и не было произведено исследование полною цикла ты ковшовых погрузчиков, дающих всю картину действительных натр;

возникающих в деталях и узлах при погрузке строительных материалов. В работах, посвященных погрузочнш машинам, недостаточное внимание уделялось вопросам повышения- эксплуатационной надежности и долговечности, а так же экологической чистоты оборудования. ;

Материалы касающиеся рассмотрения ряда из этих вопросов получили в данной диссертации.

Обзор научно-технической литературы в области исследования ковровых погрузчиков с электроприводом в горном деле и в.карьерах строи тельных материалов, определения нагрузок и износостойкости деталей деталей позволили сиюрмулировать -цель и- задачи диссертационной работ]

Цель исследования заключается в повышении эшсиективности и эколо-гичности ковшовых шнрузчиков на основе разработки теоретическими экспериментально обоснованных методов определения ьагрузок, дейятвующи: на элементы механизмов передвижения и подъема ковша, выявления быстр! изнашивающихся деталей и разработки рекомендации по повышению эксплуг тационных свойств ковшовых погрузчиков с' электроприводом.

Поставленная цель достигается решением следующих основных задач

1. провести теоретический анализ движения ковшового погрузчика на всех этапах рабочего цикла и определить динамические нагрузки, действующие на основные механизмы к детали машины.

2. Получить эмпирическую оюрмулу для расчета максимальных нагрузок на элементы ходового устройства погрузчика привнедреник ковша в штабель материала в зависимости от основных (¿акторов.

3. Установить эмпирическую зависв.юсть для расчета максимальных нагрузок на элементы механизма подъема ковша при зачерпывании материала из штабеля в зависимости от влияющих ^акторов.

4. Подготовить и провести экспериментальные исследования на реальной машине с целью проверки соответствия полученных расчетных величин результатам экспериментов при внедрении ковша в штабель и зачерпывания материала ковшом.

5. Разработать методику расчета нагрузок, действующих на меха-

низы передвижения погрузчика и механизм подъема ковша при зачерш нии материала из штабеля.

6. Осуществить работы по изучению износа деталей, лимитирую! работу п01§)узчика с использованием современных методов макро и м] ро металлографического анализа.

7. Разработать рекомендации по повышению износостойкости де: лей погрузчика.

8. Провести технико-экономический расчет с целью определение ожидаемого эффекта от реализации результатов исследования в праз ке промышленности строительных материалов и дорожного хазяйства ] ма.

Диссертационная работа состоит из двух частей - разработки I тодов расчета действительных нагрузок в углах погрузчика и опреД| ник быстроизнашивающихся деталей и разработки рекомендаций по по: шению их износостойкости и эффективности ковшового погрузчика с : троприводом в условиях соблвдения экологических норм и ограничен: действующих в строительстве и дорожных хозяйств в курортных зона Крыма.

ТЕОРЕТИЧЕСКИ!'! АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ВНЕДРЕНИЯ К0Н11А ПОГРУЗЧИКА В

ШТАБЕЛЬ И ЗАЧЕРПЫВАНИЕ МАТЕРИАЛА. КОВШСМ.

В целях анализа процесса составлены и проанализированы урав ния движений основных механизмов ковшового погрузчика: передвиже погрузчика при внедрении ковша в штабель сыпучего и кускового ма риала и подъема ковша при зачерпывании материала. Решение получе уравнений позволило получить нагрузки, действующие на детали мех мов на всех этапах рабочего цикла машины.

Определение нагрузок в механизме передвижения машины с ковш на стреле /рис.1/ осуществляется при исходных факторах, включаки горнотехнические условия, производительность машины, кинематичес схему, передаточное число редуктора и дополнительных передач, а же механическую характеристику двигателя. При решении уравнения

рельса

цвнтр\ ТЯЖеоттт .груженого кош

зр.пно

Рис.1. Схема рабочего органа погрузочной машины 1ШН5.

делялось тяговое усилие на колесах машину, крутящие моменты и мощность приводного двигателя. Движение машины за рабочий цикл было разделено на семь периодов: а/ разгон машины; б/ равномерное движение машины вперед; в/ внедрение ковша в штабель материала без про-буксоЕКи колес; г/ внедрение кобшэ с пробуксовкой колес; д/ отход машины от забоя с ускорением; е/ равномерное движение машины от ата-беля; ж/ замедленное движение при отходе от штабеля.

Задачей анализа является определение реальных кинематических и динамических режимов работы механизма передвижения в перечисленных периодах за весь цикл работы машины. Определение действующих сил позволяет правильно произвести расчет деталей на прочность и повысить их износостойкость. Для получения расчетных величин предварительно определяется напорное усилие, размеры ковша и сцепной вес.

Анализ математической модели душ определения нагрузок в эле;,;ек-

тах ккишатическок цепи механизма передвижения погрузочной машин включает в себя ряд этапов.

Составляем уравнение движения машины, считая погрузочную ма ну одномассовой системой.

М = рт- Рен- £«(и)'±<<)-

где М - масса машины, £ - путь,пройденный машиной, рг - тяговс

усилие на колесах, и)' - коэффициен ходовых сопротивлений, - 1

машины, - уклон местности.

Сцепной вес машины:

/> _ _Рбн_ и

*ооо Га)'±цу н

|яговое усилие// на колесах машины и крутящий момент Мдв. t

приводном валу двигателя определялись по периодам движения маши* Период разгона машины: Рт* Н

где К^ — радиус колеса пслускатов, , ¿л/!, ¿^ ~ пери

ные числа и КПД редуктора, планетарного механизма и дополнителы приспособлений, Упр- приведенный момент на валу перемещения £ -ловое ускорение вала перемещения.

Период равномерного движения. Уравнение движения машины им< вид: О - Рг.р. -

Рт.р г (и>'±ь),Н

Момент на валу двигателя: У! .__Рт.р • _ ^^

Период внедрения в штабель породы. В момент внедрения ковш; ланс сил, действующих на машину, принимает вид:

Рм • /* = ' +

Усилие внедрения до пробуксовки колес:

Рбн ~ -М ~ № ¿Л *

где М- коэффициент сцепления колес с рельсами до пробуксовки к вн - глубина внедрения ковша до пробуксовки колес приншается

от общей глубины Бнедрения.

Момент на валу двигателя при внедрении ковша до пробуксовки колес: Ми Sur---— i*--:

Период внедрения ковша с пробуксовкой колес машины. В этот период уравнение движения машины будет илеть вид:

М0 ^ F г. л/, - Рг* - ¿W (u) "¿¿J;

Тяговое усилие на ободе колес'.при пробуксовке:. Pr./jp = ¿rrt'J1*

'Коэффициент сцепленияу/'принимается равньм 0,7//. При определении и)" принимается трение скольжения, а не трения качения как при определении и) . - . _ -

Момент на валу двигателя при пробуксовке колес машины:

^ _ _ Ïr.np • в л__

~ ¿р. ¿л/) Ьрб- 2.Р Q/>/}- 2?é '

В период отхода машины от штабеля тяговое усилие на колесах ■

£г.о. = ЯШ: -hflWftJ, *f

Момент на валу двигателя Мо илеет вид: -

_Гг. о • Упр -ее •

п0 ~ ¿р- ¿м- * ¿1Р ■ ¿Ъл- ;

В период равномерного отхода машины от штабеля:

Рт.р.о = »

м _ гг.р. о • Л а

"й- 0 - ¿Р • !■/!/). • 2м; ^^

В период замедленного отхода машины: Гг. 3.0 =

• С-м Як_

м 3-й = ср. ¿ре- 2м-Я?*,; Н*

Мощность на каждом периоде движения машины определяется по соответствующему крутящему моменту: , л? • .

7гб,г х-3'"

Мощность для выбора двигателя ходовой части:

. хьт

г. '

где^*/!^ - сумма мощностей в отдельные периоды, время каждого пе-

риода.

По предложенной модели исследования динамики механизма передвижения был произведен цифровой эксперимент для погрузочной машины lILQh

при производительности - а5 м3/ч. .

Максимальные нагрузки испытывает механизм передвижения при в рении, ковша в штабель материала перед началом пробуксовки колес, нагрузка должна быть исходной для расчета на прочность деталей ме низма передвижения и для установки предохранительного устройства.

Определение действующих нагрузок в механизме подъема ковша с спечивается при следующих исходных данных: известным горнотехнич ким условиям работы машины и ее производительность, размеров и ве деталей ковша и механической характеристики двигателя. Определяет угловое ускорение и скорость центра, тяжести ковша'и всего исполни тельногоя органа, усилия в ковшовых цепях, моменты на валах редук ра, момент и мощность на валу двигателя. Подъем-ковша состоит из двух периодов движения, рабочего органа: 1-й период - вращение в ша с материалом в штабеле относительно стрелы; 11-й период - вран ковша и стрелы относительно опоры машины. Для установления влиянь динамики рабочего органа на нагрузку двигателя и редуктора была £ работана математическая модель определения момента сопротивления валу двигателя с учетом сил инерции элементов механизма подъема I ша. Определение усилия в цепи производилось графоаналитическим ме дом. Механизм подъема ковша вычерчивается в 15-ти последовательнь положениях. В каждом положении определялось: усилия в ковшовых цс моменты-инерции движущихся масс и, наконец, момент сопротивления, на валу двигателя машины. • .

!Г • ¿ср. ор- иь-ер- 0.4 I/> ■ ь Ч '

где$ц- усилие в ковшовых цепях, н," Яг - радиус барабана, м; ¿<р,

Ьц'Лф > ~ передаточное отношение и КЕД, планетарного мехг

ма, цепной передачи и редуктора подъема, приведенный момент ции стрелы, ковша с грузом, барабана, шрикциона и тяговых цепей з лу подъема, кгмА... ; £г - угловое ускорение барабана, 1/сек^.-

для определения усилия в ковшовых цепях составим уравнение ] новесия мшентов относительно оси ковша "О":

$■ d- гр f0 -Ми,

гдъСф.к.- sec ковша и груза, Н; Р3- усилия зачерпывания, II; Мц -

моменты инерции ковша и груза относительно точкиО. Mhi,

Уо - момент инерции ковша с грузом; - угловое ускорение относитель но точки 0.

Момент порожнего ковша определялся методом шизического маятника ./см. приложение it I/

Момент кнерции груза определялся по Формуле:

£.к- длина нижнел стенки-ковша, м; вк - ширина передней стенки ковш. Затем определяем усилия в ковшовых цепях в различных периодах. В" начальный период вырыва ковша из штабеля материала: S • d - £ К ' jV ■ tOioL - Р4 Ala, =0

В момент ускоренного движения ковша после выхода из штабеля:

<* (rip.it- fo • + Jo• ¿f/c

* ^-/ "

Для первого и второго периодов момент сопротивления на валу двигателя определяется как указано выше.

Усилие в ковшовых цепях при установившемся движении ковша:

ы G-tp.H ■ & • e&fci-Рз = -w" у' н

Момент на валу двигателя для установившегося движения: Ss ■

¿ц. ир ■ ¿ср • /¿ц • • £ср '

В период начала одновременного подъема ковша и стрелы усилия и момент двигателя будет иметь вид:

< 6-гр.М.сг ■ • Л>-<5е.й

--'' н

S*. АГ Улр.

ИМ

~ си, • ¿Р • ¿ф- 2ч -2р-2<р ¿гр- ¿'Д ■ ¿ф '

По моментам для' каждого периода подъем ковша подсчитывавтся

мощность на валу двигателя „/ А1 ■ йот

Определенйе мощности, по которой должен выбираться двигатель механизма подъема производится по формуле:

-^л/ *"»

. где ¿б- время, за которое исполнительниц орган перемещается из с го"положения в другое.

По предложенной математической модели рассчитаны параметры низма подъема ковша для машины 1ППН5 по ряду исходных параметре« ■технической производительности машины - £5 м3/ч.

ЭКСПЕРШЕНТЛВЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Предложенные теоретические положения положены в основу при . мулировании-цели и задач экспериментального исследования, разраС - экспериментального, оборудования, программы и методики проведения тов. Цель экспериментального исследования заключалась в полученг. информации о закономерностях нагруженности ковшового погрузчика электроприводом в условиях интенсивного-заплубления ковша в штаС материала и зачерпывания породы ковшом, а так же в процессе всег бочего цикла машины; сопоставление полученных экспериментальных теоретических данных о нагруженности ковшовых погрузчиков и оце соответствия предложенных математических моделей реальнш проце

В качестве объекта исследования был выбран сершно выпускае ковшовый по1рузчик типа 1ПГШ5.

В процессе экспериментов определены максимальные нагрузки, никающие в процессе рабочего цикла. При приведении; исследований менялся метод определения механических величин электрическим спс бом. экспериментальные исследования проводились в эксперименталь лаборатории и на производстве при погрузке известняка с коэсуфищ том крепости 5 по шкале проф. М.М. Протодъяконова. Кусковатость роды рядовая: 40/6 кусков размерял 0. ..100 мм, 30$ - 100...200 мл 30 % от 200...400 мм. Удельный вес породы - 2800 н/м3.

В процессе эксперимента записывались: вкорость движения май угловая скорость полуската, усилия внедрения ковша, угловая ско£ барабана подъема, усилия в ковшовых цепях, момент на приводном I редуктора, время полного цикла работы машины.

для за\:ера напорных усилий при внедрении ковша был наготовлен специальный тензометрическии датчик.

йетёдика выявления быстроизнашивающихся деталей и установления причин быстрого износа основывается на известных положениях металлографического анализа.

На основании выполненных экспериментальных исследований дан материал по формированию эмпирических зависимостей для определения уси

лий в механизмах передвижения и зачерпывания ковша и сопоставление «

результате^ теоретического анализа с величинами, замеренными экспериментально. - »

Экспериментально установлен характер изменения усилия внедрения б штабель материала. В начале контакта ковша со штабелем среднее усилие внедрения р вн резко увеличивается, достигая 1/5 от максимального значения. Затем усилие внедрения увеличивается более плавно и лишь перед началом буксования колес достигает максимального значения

При одновременном подъеме ковша и стрелы усилие 0ц возрастает, достигая до ьэ'/Ь $мг Максимальное значение усилия в ковшовых цепях в начальный период черпания пород.

установлена эмпирическая зависимость, определяющая величину усилия внедрения ковша в штабель породы Рвн. Эта величина зависит от времени ковша с породой и свойств погружаемого материала, усилие в момент встречи ковша со штабелем Рвн приобретает максимальное значение. Эту величину рекомендуется определять по формуле:

Рен* + ^ +

где¿7= - 3844,8; ё = 18259; С = - 19610; при£ = 2,4 с

Получена эмпирическая зависимость, определяющая величину усилия в цепях подъема ковша. Максимальное усилие ^^достигается в начальный момент зачерпывания, эта величина зависит от времени движения ковша с материалом в штабеле и от свойств материала, влияние послед-, них учитывается величиной эмпирических коэффициентов, входящих в фор-

мулу. Величину^рекомендуется определять по формуле:

0ц = а - в£ где а = 37125; ё = 36948; С. = 9294; при ± =0,2 с.

ы

Полученные эмпирические формулы имеют простую структуру и р( мендованы для расчета сил, действующих на основные механизмы ков! вого погрузчика при ограниченной информации, недостаточной для ж пользования теоретических зависимостей, изменение усилий и момен1: на валу двигателя, рассчитанные по теоретическим формулам, в осн< ном соответствуют замеренным экспериментальным значениям, ^счетш значения усилий внедрения ковша в породу и в цепях подъема ковша дует определять по установленным эмпирическим зависимостям.

Расчет деталей по более достоверным нагрузкам и установка п] дохранительных устройств на эту величину нагрузок, позволяет бол1 обоснованно определять диаметры валов редукторов, осей полускато: пр., уменьшить размеры и вес отдельных деталей, по сравнению с и щими место в существующих конструкциях, заменять дорогостоящие с ли, менее дефицитными сталями.

Определение действительных нагрузок и расчет деталей на эти грузки позволяет при конструировании погрузочных машин более обо^ вано выбирать размеры и материалы проектируемых деталей и тем са значительно сократить количество быстроизнашивающихся деталей.

Соответствующая работа выполнена по исследованию износа дет ковшовых погрузчиков. На основе анализа твердости и микротвердос а так же металлографического анализа образцов установлено:

- на рабочих поверхностях зубьев валов-шестерен, изготовлен из стали 12ХНЗА происходит распад мартенсита в тонком поверхност слое в результате деформации, тепловых явлений и образования тро та. в цементованном слое зубьев имеются зерна цементита, что при дит к образованию трещин и выкрашиванию частиц поверхности слоя бьев. Такой процесс является следствием отклонения технологическ

режимов цементации и закалки деталей;

- для деталей типа вал-шестерня, изготовленных из стали 40Х,зона высокочастотной закалки зуба после произведенного улучшения не ',

к

подходит к самой ножке зуба. Незакаленный слой у ножки зуба подвер-; гается повышенному износу.

Перечисленные причины приводят к износу зубьев шестерен по начальной окружности от осповвдного износа, у головки - от окислительного износа и у ножки от теплового износа,

-для зубчатого венщ, изготовленного из стали 40, механизмов перемещения погрузочных машин, установлено, что глубина закалки зуба токами высокой частоты в-2 раза тоньше, против указанных на чертеже, твердость в закаленной зоне зуба является недостаточной- для ■ обеспечения высокой стойкости против истирания и смятия.

- зубчатые венцы звездочек, изготовленных из стали 40Х, а так же зубчатые муюты, изготовленные из стали 45, -имеют недостаточную твердость и прочность и подвергаются быстрому износу;

- валы, оси и подобные им детали у погрузочных машин подвергаются значительному износу. Микроструктура у поверхности посадочных мест состоит из сорбита, что не обеспечивает достаточную твердость и износостойкость валов;

- износ исполнительных органов погрузочных машин происходит интенсивно в связи с большими динамическими нагрузками, возникающие при внедрении ковша в штабель погружаемого материала, вырыва ковша из массы и ударе исполнительного органа об амартизаторы при разгрузке материала. Изломы, трещины и деформации стрелы являются в основном причинами их быстрого износа;

- малой долговечностью работы обладают и ковши исполнительекх органов. Основными причинами износа ковшей являются порывы днища, стенок и протирание нижней кромки от абразивного износа.

На основании выполненных экспериментальных исследований определены причины износа деталей исследуемых машин и установлен перечень

быстроизнашивающихся деталей, определены оптимальные межремонтны сроки, установлением норм расхода запасных частей и совершенство ния системы технического обслуживания и ремонта погрузочных маши Методика расчета нагрузок и технико-экономический результат исследований.

На основе выполненных исследований предложена методика расч нагрузок в элементах механизма передвижения ковшового погрузчика механизма подъема ковша на всех этапах рабочего цикла машины. Ме дика предусматривает определение максимальных нагрузок в механиг

на основе двух видов расчетных зависимостей на базе теоретическс

«

формулы и на базе эмпирической, полученной впервые на базе стать кой обработки экспериментальных данных. Эмшфические формулы рев дуется применять на предварительных этапах расчета, когда исходе информации недостаточно для использования теоретических зависимо Кроме того проведение расчета двумя методами параллельно повышг надежность в выполнении расчетов.

В этой же главе даны рекомендации по повышению износостойкс деталей ковшового погрузчика за счет более обоснованного расчетг прочностных режимов, соответствующего выбора материалов и терми1 кой обработки деталей. Выполнен комплекс теоретических и экспер] тальных исследований по прогнозированию межремонтного срока маш В заключении проведен технико-экономический анализ эффектиз ти от реализации результатов выполненных исследований. Устранен] отмеченных недостатков и внедрение рекомендуемых мероприятий да( возможность повысить межремонтный срок погрузочных машин в 2...; раза и значительно повысить уровень их технического обслуживани. и ремонта. Ожидаемый экономический эсушект за период службы ковш го погрузчика составляет 106612,6 тыс. крб. по ценам 1395 года. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫВОДЫ И НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕ^ В диссертационной работе решены ряд вопросов, обеспечиваю! повышение эффективности ковшовых погрузчиков с электроприводам

лобиях карьерных хозяйств Крыла.

1. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования по установлению зависимостей! для расчета действительных нагрузок в эле» ментах ковшового погрузчика с целью обоснованного определения прочностных размеров деталей и устранение их перегрузок, приводящих к быстрому износу деталей, выполнены исследования по определению нагрузок в элементах механизма передвижения машин, механизма подъема ковша и полного цикла работы ковшового по1рузчика с электроприводом.

2. На основании теоретического анализа рабочего циюй. ковшового погрузчика даны теоретические зависимости для определепия динамических нагрузок в основных элементах погрузчика и аюрмулы для определения мощности двигателя при групповом и индивидуальном приводах.

3.Экспериментально установлено, что усилие внедрения ковша в штабель материала Рвн быстро растет в начале внедрения ковша, в этот момент оно достигает 20% от РВн.мах., затем усилие внедрения ковша увеличивается более плавно и перед началом "буксования колес достигает максимальной величины. В дальнейшем при внедрении ковша с пробуксовкой колес усилие внедрения уменьшается до 30% от Рвн.мах. далее после выключения сцепления РВн снижается до 0.

4. Усилия в ковшовых цепях $ц имеет максимальное значение в начальный период черпания породы. Оно достигается в этот момент максимального значения та/, затем усилие уменьшается до тех пор, пока ковш не ляжет на стрелу рабочего органа. После этого в период одновременного подъема ковша и стрелы усилия в цепях мгновенно возрастают, достигая до 45% от максимального значения¡>ц /цах.

5. Установлена эмпирическая зависимость, определяющая величину внедрения ковша в штабель материала РВн, из которой следует, что эта величина зависит от времени контакта ковша с породой и свойств погружаемого материала, которые определяются величиной эмпирических коэ.и суициентов, имеющихся в структуре формулы.

6. Получена эмпирическая зависимость, определяющая величину

усилия в цепях подъема ковша Анализ формулы показывает, ч1] макс шальное усилие/^ та/ достигается в начальный период зачерш Эта величина зависит от времени движения ковша с материалом в и ле и от свбйств материала. Влияние этого ¿актора учитывается эи ческими коэффициентами, входящими в формулу.

Расхождение между экспериментальными и расчетными величина превышает 10$, что свидетельствует о соответствии разработанных тодов расчета величин сопротивления, величинам, имеющим место в сплуатации. *

Полученные эмпирические формулы рекомендованы для выполнен предварительных расчетов'в условиях ограниченной информации, ко нельзя воспользоваться теоретическими зависимостями.

?. При определении максимальных нагрузок Рвн мах и^мах у< новлено, что материал большинства быстроизнашивающихся деталей ] шовых погрузчиков не соответствует действующим нагрузкам в уело: работы машины, воледствш этого, многие детали подвергаются быс му износу от пластического деформирования и схватывания 1-го ро;

8. Изучение и выявление быстроизнашивающихся деталей ковше погрузчика позволило установить, что эти детали имеют отклоненш нормальных режимов термической и химико-термической обработки. I мендовано заменить дорогостоящую сталь 12ХНЗА сталью, 18ХГТ и до! ния за счет химико-термической обработки твердость поверхности ^ НР = 55...60 ед. Это увеличивает долговечность деталей в два рас

3. Установлено, что практически все зубчатые колеса коваовь погрузчиков изнашиваются от осповидного износа и от сопутствующе ему окислительного и теплового процессов. Осповвдный износ являс лимитирующим при износе зубчатых колес. Рекомендовано устранить грузки, превышающие допустимые, заменить марку стали.

10. Существенное влияние на долговечность ковшовых погрузч; оказывают полускаты. Поверхности качения колес полускатов изна ются за один межремонтный период до недопустимых размеров, даны

комендации. по изготовлению колес из более износостойкого материала при соответствующей технологии изготовления, износ колес из такого материала на опытных ковшовых погрузчиках уменьшается по диаметру реборды в 2,5 раза , по поверхности качения в 3 раза, по шлицевой впадине ступицы в 2,66 раза, по шлицевому выступу оси 5,2 раза.

По результатам исследований установлен перечень быстроизнашивающихся деталей и даны рекомендации по повышению их износостойкости, а так же даны рекомендации по нормам запчастей.

Дальнейшие исследования должны быть направлена на решение следующих вопросов:

1. Изучение условий эксплуатации и объемов работ в карьерных хозяйствах Крыма.

2. Уточнение методами статического анализа, действующих нагрузок при расчете деталей на усталость.

3.Изучение возможности использования экологически чистых двигателей внутреннего сгорания для ковшовых погрузчиков эксплуатирующихся в курортных зонах Крыма.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работа?

1. Карпиленко М.И., Рябикова И.М. Повышение эффективности ремо1 тов погрузочных машин на карьерах и рудниках Крыма.//Проблемы комплексной застройки южного берега Крыма. Тезисы докладов респ.научно-техн.конф..Симферополь, 1988, С17-20.

2. Рябикова И.М. Влияние геометрических параметров на прочности и износ рабочих органов погрузочных машин, применяемых в карьерах

и рудниках Крыма.// Проблемы экологии в строительстве. Тезисы докладов международной конференции.-Симферополь, 1990-96-98 с.

3. Морозов А.Д., Рябикова И.М. Экологизация технологий грузопе-реработки в стройиндустрии.// Геологические и медико-экологические проблемы промышшнно-горадских агломераций Крыма. Тезисы докл.респ. научно-техн.конф., Симферополь,1994, С 101-104.

4. Крикун Ю.А., Рябикова И.М. Анализ экологической ситуации на

предприятиях стройиндустрии.//Геологические и медико-экологическ] проблемы промышленно-городских агломераций Крыма. Тезисы докл.peí научно-техн.конф., Симферополь, IS94, С 146г- 149.

5.Рябикова И.М. Экологическая стабилизация режимов эксплуатац: погрузочных машин.//проблемы экологии и рекриаций Азово-Черномор( го региона. Тезисы докл. международной региональной конференции, Симферополь, 1995, С 56-59.

6. Морозов А.Д., Рябикова И.М. Снижение энергоемкости подъемы транспортного оборудования для предприятий стройиндустрии. учебы пособие для ВУЗов - киев: УМК ВО Украины - 1994, вУ-5-7763-1; 3 - Í0I с. ' *

7. Рябикова И.М. Результат исследования механизма подъема ков-погрузчика типа 1ППН5. //Тезисы докл.респ.научно-техннической ко; ренции, Симферополь, 1996,C8I- 84.

8. A.C. Jfc 1530349 /СССР/. Способ разделения проката на загото /рябикова И.М., Волков В.П., Васильева A.B. и др. -Опубликовано Б.И., 1989.