автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Повышение эффективности скрепера применением грунтонаправляющего устройства

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВШІЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОГОЖНИЙ ТЕХНІЧНИЙ ГЗ и;, УНІВЕРСИТЕТ

9 ма... тт

На правах рукопису

Власенко Ігор Володимирович

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СКРЕПЕРА ЗАСТОСУВАННЯМ ГОШОНАЛРЯМНОГО ПРИСТРОЮ

05.05.04 - машини дня земляних та дорожніх робіт

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуля наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків, 1997

Дисертація представлена у вигшщі рукопису

Робота виконана на кафедрі підйомно - транспортних, будівельних і дорожніх машин та обладнання Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету (ХДАДТУ).

Науковий керівник: Академік транспортної академії та академії будівниціва України, доктор технічних наук, професор Нічке Вільшіьм Вільгеиьмович

Офіційні опонента: Заслужений винахідникУкраіни Академік академії- будівництва України, доктор технічних наук, професор Хмара Леонід Андрійович, кандидат технічних наук, доцентСкибицький Олександр Петрович

Провідна організація: Харківська державна академія залізничного транспорту.

Захист відбудеться/«?« ОД 997р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 0217.02 Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету за адресою: 310078, м. Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомишся у бібліотеці Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету.

Авторефератразісланий С\П 1997р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор ^ЛїїТі, МД. Подригало.

Актуальність роботи. Дорожнє та будівельне машинобудування є однією з провідних галузей машинобудування, як на Україні, так і за кордоном. При цьому значну частку виробництва складають машини вдтя земляних робіт. У всьому світі спостерігається тенденція до збільшення обсягу земляних робіт, що виконуються землерийно -транспортними машинами, а це вимагає розробок нових конструкцій машин, наприклад скреперів, застосування інтенсифікаторів робочих процесів. Такий напрямок найбільш розвинено за кордоном, де виробництво скреперів провідними фірмами світу ведеться в значній мірі з застосуванням інтенсифікаторів процесу наповнення, в основному елеваторного завантаження. Вже зараз виробництво скреперів з різноманітними інтенсифікаторами перевищує випуск традиційних машин. Тенденція підвищення обсягу наукових розробок у галузі інтенсифікації робочих процесів скреперів свідчать про велику зацікавленість дослідників даною темою. Застосування інтенсифікаторів покращує ефективність скреперів, підвищує їх продуктивність, зменшує матеріалоємність, витрати палива, що особливо актуально для розвитку машинобудівної галузі України.

На території України існує БАТ "Дормаш" м. Бердянськ, що виз

пускає напівпричіпні скрепери ДЗ-87-1А місткістю ковша 5 м на базі трактору Т - 150К. У зз'язку з складним економічним станом, у якому опинилися експлуатаційні організації, з'явилася гостра необхідність у збільшенні місткості ковша при тому ж тягачі. Таке завдання може бути вирішене за рахунок застосування інтенсифікаторів процесу заповнення ковша скрепера, а також автоматизації процесу копання.

Модульне компонування скреперного агрегату різноманітними інтенсифікаторами може значно збільшити продуктивність машини для конкретних грунтових умов та виду інтенсифікатора.

Об'єкт і загальна методологія досліджень. Приведене вище, де зволяє сказати про необхідність ■ підвищення ефективності скр( перів, що визначається підвищенням продуктивності, надійност: зниженням матеріалоємкості, витрат палива.

Названа проблема може бути вирішена за рахунок застосувані грунтонапрямного пристрою (ГНП) нової конструкції. Створення т; них машин вимагає розробки математичної моделі заповнення кові скрепера, спорядженого ГНП, на основі дослідження фізики запої нення ковша: визначення раціональної місткості ковша з застос? ванням різних інтенсифікаторів залежно від режиму копання й траї спортування; визначення впливу різноманітих факторів на раціс нальну місткість ковша скрепера та встановлення раціональних of ластей застосування різних інтенсифікаторів.

Мета роботи. Підвищити ефективність роботи скрепера за рах? нок раціонального використання інтенсифікаторів, в першу чер] застосування ГНП оригінальної конструкції, яка дозволяє збільши' коефіцієнт наповнення ковша, завдяки заповненню козша на першої етапі через щілину у задній пластині ГНП, заміни коефіцієнту теї тя грунта по грунту на коефіцієнт тертя грунту про сталь, знижеі ня тиску на пласт грунту й досягнення більш стабільного режк копання.

Завдання роботи. Інтенсифікація процесу заповнення кові скрепера застосуванням ГНП. Розробка нових конструкцій грунтон; прямних пристроїв, які дозволяють максимально збільшити ефе: тивність скрепера. Створення математичної моделі заповнення кові скрепера з ГНП, визначення мінімального опору заповнення кові скрепера. Встановлення оптимальних областей застосування різн: видів інтенсифікаторів.

Наукова новизна. Запропонований новий спосіб заповнення кові скрепера, спорядженого ГНП, у якому основною відзнакою є щілина задній пластині пристрою, яка пропорційна висоті шару, :

- з -

зрізається під час копання. За рахунок цієї щілини процес заповнення ковша є розгалуженим, тобто грунт надходить через щілину чи крізь ГНП, залежно від величини опору наповнення через щілину чи ГНП. Новизна розробленої конструкції скрепера із ГНП підтверджена позитивним рішенням по запиту на авторське свідоцтво.

Розроблена математична модель процесу наповнення, визначена оптимальна місткість ковша в залежності від робочого та транспортного режиму. Встановлені раціональні області застосування різних інтенсифікаторів в залежності від параметрів ковша.

При розгляді раціонального використання різних інтенсифікаторів враховувалися параметри робочого режиму (фізико - механічні властивості грунту, 'глибини різання, місткості ковша), а також параметри транспортного режиму (кут підйому, зчеплення ходового обладнання з грунтом й таке інше). Можливість підвищення показників ефективності показана експериментальними та аналітичними дослідженнями. ,

. Вірогідність. Внаслідок обробки математичних моделей та результатів дослідів на персональному комп'ютері з використанням: математичних - Mathcad; графічних редакторів - Foxgraph, Statgraph, Photofinish, були одержані результати аналітичних та експериментальних досліджень. Експериментальна частина проводилася у достатньому обсязі на грунтовому каналі ЗДАДТУ з застосуванням планування експериментів та досліденням впливу окремих параметрів на процес наповнення, що дозволяє прослідкувати функціональні залежності, а також на навчально - науково - виробничій базі механічного .факультету ХДАДТУ.

Зіставлення результатів дослідаень дозволяє сказати про задовільну сходимість результатів теоретичних та експериментальних дослідаень (розходження 5 - 15%).

Практична цінність. Розроблена нова конструкція ковша з грун-тонапрямнимм пристроєм, що забезпечує істотне підвищення напов-

нення ковша та зниження необхідного тягового зусилля. Одержане позитивне рішення по запиту на авторське свідоцтво. Розроблен; математична модель заповнення ковша з ГНП конструкції, що пропонується, яка дозволяє визначати опір наповнення на всіх стадіж копання. Дані рекомендації по оптимальним параметрам грунтона-прямного пристрою, по раціональному застосуванню різноманітиш інтенсифікаторів залежно від грунту, що розробляється, дорожньс умов та габаритів ковша. Розроблені програми для ПЕОМ, що дозволяють моделювати процес заповнення козша скрепера з різними видами грунтонапрямних пристроїв.

Реалізація роботи. На основі теоретичних розробок створенні експериментальний взірець скрепера з конструкцією ГНП, що пропонується, на базі скрепера ДЗ - 20В у ПМК - 50 Харківського тресту "Водбуд". По результатах аналітичних та експериментальних досліджень розроблений ківш сіфепера ДЗ-87-1А збільшеної місткості (< м3}. Матеріали розробок передані для проектування скреперів у Ж "Дормаш" м. Бердянськ. Результати роботи використовуються в навчальному процесі (у курсовому та дипломному проектуванні, НДРСі).

Апробація роботи. Дисертаційна робота доповідалася та обговорювалася на засіданнях кафедр будівельних і дорожніх машин т< експлуатації дорожніх машин ХДАДТУ. Результати досліджень доповідалися на науково - технічних конференціях ХДАДТУ, міжнародни: конференціях в ВІБІ у 1991р, 1992р, в Челябінській філії НАТІ ; 1991р, на міжнародній екологічній конференції в м. Кременчуці ; 1994р, на науковій конференції м. Рівно у 1990р, на міжнародни конференциях в м. Нижній Новгород у 1991р та 1995р, в и. С. Петербурзі у 1995р та в м. Кировограді у 1996р’.

Публікації. По результатам досліджень опубліковані 14 робіт написаний параграф в монографії, одержано позитивне рішення н винахід.

-¿r-

w-^СЯГ/ \j' ■■■' У1У.« C~h - üLi, і ✓ І ґі a c-JJ'I id. Ог.1^с;Д-іс^ГЬСЯ -J -'CX j ¿¿у г ЛЯ.Г/1 yv^™-* r--i ті _ PT/fM-V'-ra pi-а ^Т’ЯТ'^І'Е . '- ^ ттm.ртЛ;,- ]_(■■■ ij

oKpihf'K, s тому '-маті 142 сторінки машинописного тексту, 13 таблиць, 34 мальліох. ."'.ру:.'•: лі:ох.:;.ур;: 2 110 найі-існувані; та 3 датків на 13 сторінках. .

па ЗаХИСТ ВИНОС/іТЬС/х * пОЬИЙ СПОСІО ЗаПОБНбпНЯ КОВІІШ СКр^Пбрсі

з ГНП на оснсг:.! розгалуженого процесу руху грунту чораз щілину та іНП; математичні г*ол?лі пронесу наповнення коБша а pj зними вилами пристроїв; математичні моделі визначання місткості кевза на основі характеристик робочого та транспортного режиму; матека-

:г. L НОТОЛ і с>і-~’ґїаЧіаННЯ сй>ЄКіИЬггОСТі. Та ОсЦ.!.ОНаЛЬН0Г0 ЬИКООИ”

:таллл іотснсиіінаторіь у оалотпості від гулу грунту, :;о олрац„с-°''сться та га'“аонтів ксеша; сегеультати ам.алітмчнм" та ан:спє!римзч~

хаЛЬі-ІИл л1/Т.Игі.:; Сгі^еГІЬрІБ о і Гііі.

Toya дисертації відд:відао чауковс:су напрядк/ роботи иаіадрн оуліаельнил та порожніх матин та ХДДЦЇУ по приорітетному напрямку науки та техніки ,’р.аугрюозоє1овлнгння.",ї р-апслсіЛЬпої пост;.а-.-_ наукових робіт Північно - Счідного .центру Транспортної Академії

з Країни УУдіО^_КОгіН(.’і^;Н-П'4 КОї^л-1 s.'v t\Hi И О і J. г; г> j.i-ч 'VH.LX f-'iaiüMH .

дпетпд'и;.,х ponim пом "РоароОка засобів стбгоєння та виппобу-

г?с.НЬ У,ц-І ó-yj 1ЬНІ-'Ьч Тр ^l-Uo^KIX. iJjO/Ty'j ldНо.ї. Kuн CIf/Vкціі З П1ДВИ“

ден/оді аноплуаталіпітгдп :•:•

1. ссм*.:) ггі nh--i."La jiwcni.n^Hh робочого псонесу скрулєса і лідвидання ефективності залсз.;с;л,я : овла скрспсра.

jI’-0>¿/í'v3 caijTiClb СКгЗбГіЗг-’Іі/іХ :я_ f.-'-jH'cíll.Sf луісdґ:.с. KOHK\ 06riTü3~

датніСТЬ ямуіиують УЛООКО^аГСОРЛТИ ЧОНСТРуРІП } і гиу^л/х М^,п/иґ

створювати нові, більш ефективні. Важливий аспект при цьому • зниження енергогмкості, металлоємкості. Але головним завдання! залишається підвищення продуктивності і надійності машин. Це завдання може бути здійснене двома напрямками:

1. Поліпшенням організації робіт скрепера.

2. Удосконаленням конструкції скрепера.

У даній роботі розглядається головним чином другий напрямок, тому подальший аналіз стану питання буде проводитись для робі' цього напрямку. У сорокових роках К. А. Артем'євим було запропоновано раціональне співвідношення габаритів ковша•сіфепера. Йог< розробки показали, що ковші повинні бути більш низькими, більї широкими і більш довгими. Удосконалення конструкцій скреперів було спрямовано головним чином на збільшення наповнення ковша, бе: застосування, по можливості, штовхачів та при TOM'/ ж тягачі Основою удосконалення є теорія різання і копання грунту, великиі вклад у розвиток якої внесли дослідники: К.А. Артем'єв, B.JI. Ба-ладінський, В.І. Баловнєв, Б.О. Бондарович, Ю.О. Ветров, Д.П Волков, М.І. Гальперін, М.Г. Домброзський, А.М. Зеленін, I.A. Не-дорєзов, В.В. НІчке, В.К. Руднєв, В.М. Тарасов, Д.І. Федоров, Л.А. Хмара, А.М. Холодов та інші.

Удосконаленням окремих частин ковша займалися: в СібДД (школа К.А. Артєм'єва), ДІБІ (школа Л.А. Хмари), ХАДІ (праці В.К Руднева), ВНДІбуддормаші, МАЦІ (школа В.І. Баловнєва). Сюд відносяться: рекомендації по похилій задній стінці, рекомендації по застосуванню похилих бокових стінок на 1/3 їх висоти, рекомендації по двохщілинному завантаженні, зменшенню ширини різання з. рахунок підйому бокових ножів в кінці наповнення ковша, розроби підгрібаючого пристрою, рекомендації по використанню більш глибоких заслінок. Ряд авторів: В.І. Баловнєв, Л.А. Хмара, В.К. Рудне: та інші провели дослідження застосування пристроїв, що забезпечу ють газоповітряним змащенням ківш скрепера.

Інтенсифікація земляних робіт тягне за собою появу нових технологій, матеріалів, нових машин та агрегатів. Обладнання парку надійними, більш ефективними машинами, заміна техніки, що застаріла, випуск багатофункціональних машин, використання однієї тягової одиниці та ряду устаткування і обладнання до неї, оснащення машин робочими органами маніпуляторами - найважливіший напрямок підвищення ефективності землерийно - транспортної техніки.

Мета даної роботи - зменшення опору наповнення, збільшення наповнення ковша скрепера, підвищення продуктивності і, на основі цього, підвищення ефективності скрепера. Для досягнення поставленої мети, вирішувалися такі завдання:

1. Зменшення опору заповнення ковша на початковій стадії копання .

2. Розробка математичної моделі заповнення ковша скрепера, спорядженного ГНП з щілиною між грунтонапрямним пристроєм та днищем ковша, визначення оптимальних параметрів ГНП.

3. Визначення оптимальної місткості ковша, спорядженого грунтонапрямним пристроєм.

4. Дослідження зони застосування ГНП у залежності від виду грунтів, що розроблюються.

5. Аналіз можливих транспортних швидкостей.

6. Визначення, максимально можливої ваги інтенсифікатора для обраного ковша.

7. Визначення впливу транспортного режиму на застосування інтенсифікаторів .

8. Порівняння ефективності праці традиційного скрепера та скреперів, спорядженних елеватором, підгрібаючою заслінкою та грунтонапрямним пристроєм.

' 9. Визначення області застосування ГНП.

2. Дослідження опору наповненню ковша скрепера, спорядженогс грунтонапрямним пристроєм.

Патентний пошук показав, що останнім часом у якості модуш для зниження опору наповнення, найбільш часто розглядається грун-тонапрямні пристрої (ГНП). Це переконливо показує перспективністі даного напрямку у досліджень.

ГНП має істотні переваги: вихід ГНП із строю не спиняє роботу скрепера, у конструкції не застосовуються додаткові двигуни, гідроциліндри, насоси. Установка, технічне обслуговування та ремонт значно спрощені у порівнянні з активними інтенсифікаторами, Але ГНП є найбільш ефективним і серед пасивних інтенсифікаторів.

Пристрій дозволяє максимально збільшити місткість ковша, ні змінюючи тягового зусилля тягача.

ГНП становить дві плити, що утворять змикаючу вирву і встановлюється в передній частині ковша біля ножової системи.

Схема сил діючих на елементарний обсяг грунту, що знаходитьс. у ГНП, представлена на рисунку 1. Тут сіКх - опір руху, реакці стінок на потік грунту, СІЄ - сила ваги елемента грунту, сІР зовнішня сила для наповнення ГНП.

Диференційне рівняння руху елемента записувається у вигляді

<±п а = сіР - сй - сЕх,

(1)

де йт та а - маса та прискорення елемента.

сіга = 2 7 д 1 В у сіх

сійх = - к Р сіх сіЄ = 2 у В у сіх

Э — 3^ + Э-

0.5 сід 0.25 • д2 ау

В'уй В2 • у3 <31:'

(2)

-з -

Перший додаток визначається характером зміни витрат грунту у функції часу, другий - становить прискорення даного шару при постійних витратах грунту. Тут В - ширина ковша, у - ширина отвору ГКП, у обраній ділянці, 7 - щільність грунту, ч - витрати грунту.

Після підстанозки вказаного, одержимо диференційне рівняння руху елементарного обсягу у грунтонапрямному пристрої.

2 — В • усіх

\

( 0.25а2 сі у 0.5д'

\,В2 • у3 сіх В • у)

СІР - к • Всіх - 2у ■ В • усіх, (3)

Після інтегрування виразу (3) одержимо (без урахування малих величин другого порядку),

Р = Р0 • Є1® + 2 А^е1“ - і),

У_і В к2

А(х) = к { К + х ■ 1:да ) - tga#

- р)^д[<р - а) + і • Ь • С03 0} 1

п Л

1 + ід(о - а)^р - р) + 2 - (і + Ьі ■ tg(/? - я))

< В //

к - коефіцієнт опору, що залежить від параметрів ГНП: величини отвору (211) та ширини різання (В), а також кута сходження пластин (а); параметрів грунту: кутів внутрішнього (ф) та

зовнішнього (р) тертя, кута розподілу часток грунту (р), коефіцієнта тертя {£), а також' геометричних розмірів часток (сі) . Коефіцієнт к є постійний у ГНП, що має прямолінійні плити, які спрямовують грунт.

Одержана залежність дозволяє визначити опір наповнення при будь - якій висоті ГНП. Застосування ГНП по всій висоті ковша не-

доцільно і по даним раніше проведених досліджень оптимальна висс та ГНП дорівнює близько половини висоти ковша. Величина куі розходження плит ГНП оптимізувалась за умови мінімальної робот заповнення ковша скрепера, спорядженного конструкцією ГНП, іг пропонується, і складає 26 - 30° залежно від грунту, що розроб ляється. Робота по заповненню ковша визначається залежністю (7)

де Р0 - опір переміщенню грунту через щілину; Р2 - опір заповненн ГНП; Р3 - опір заповненню ковша вище ГНП; V0 - обсяг грунту, щ проходить через щілину; Vl6 - обсяг грунту, який проходить чере щілину під час розгалуженого процесу; V2 - обсяг грунту, що про ходить крізь ГНП і заповнює ківш до висоти ГНП; V3 - обсяг грун ту, що проходить крізь ГНП, заповнює ківш вище верхнього рівн ГНП з утворенням "шапки".

Перша складова у виразі (7) визначається тим, що у ГНП, щ пропонується, одна із плит не торкається у нижній частині дн. ковша, а має щілину пропорційну товщині стружці z = k ЬСїр, щ зрізається. На першому етапі заповнення ківш заповнюєтся як тра' даційний, крізь щілину по дну ковша. Надалі при збільшенні опор; наповненню через щілину грунт надходить у ГНП, заповнюючи його Далі проходить заповнення ковша до рівня верхнього краю ГНП.

На останньому етапі потік фонтанує вище рівня ГНП і заповню частину ковша, що залишалася незаповненою. Зниження опору напов' ненню сягає 40 - 45%, що дозволяє збільшити робочу швидкіст: скрепера, та місткість ковша.

3. Дослідження впливу робочого та транспортного режимів н вибір типу інтенсифікатора і визначення місткості ковша.

(7)

-• ~н -

Застосування скрепера по копанню обмежено можливістю його технологічного модуля заповнюватися грунтом при заданому енергетичному модулі, при транспортуванні грунту - можливістю підніматись завантаженим скрепером на підйоми.

Маса скрепера при незмінному тягачі визначається тяговим зусиллям тягача по зчепленню, величиною підйому', опором коченню коліс скрепера та конструктивними розмірами машини.

Максимально можлива вага, яку може транспортувати даний тягач, включає у себе: вагу металоконструкції скрепера (Сс), ваг:/ інтенсифікатора (Єі) та вагу грунту (От) •

Вага інтенсифікатора залежить від місткості ковша, отже його можна визначити через коефіцієнт пропорційності К.

К = СіЛи (9)

Розміри ГНП залежать від обсягу ковша, вага підгрібаючої заслінки або елеватора пропорційні обсяг/ ковша з коефіцієнтом пропорційності 2- Тоді вага скрепера з грунтом дорівнює

Сск = Сг + Сі + ^ 7 + К ^(1 + йЫ/Ъж ~ 1) > + сі V, (9)

де Уцах = Кн V з урахуванням величини "шапки", сі - коефіцієнт ме-таллоємкості.

еск = К«У7 + ККНУ+ККНУ /У«* - 1) НУ, (10)

Зробимо спрощення ¡і = К Угау.(1 - 0)

у _ Оз: №

к^у+д^+а'

(її)

При копанні найбільшу місткість ковша можна визначити з умови, коли Т = Рюп, звідси величина його місткості

де у - частина грунту, що надходить у призму волочіння, £1 -коефіцієнт тертя грунта по грунту.

На рисунку 3 зображені графіки = І ( у ) для традиційного ковша та скрепера спорядженого ГНП, підгрібаючою заслонкою або елеватором. Криві лінії показують місткість з умови копання, прямі - з умови зчеплення у транспортному режимі.

Приймаючи, наприклад, для ковша місткістю V, що найменше заповнення ковша дорівнює Кн V, ми визначаємо кордони застосування скрепера при Кн < 1, перетин двох ліній показує кордон праворуч для відповідних інтенсифікаторів.

Аналізуючи графік, можна зробити, наприклад, висноеок, що при розробці усіх типів грунту для тягача Т - 150 КМ, найбільш ефек-

з

тивно застосовувати ковши місткістю б - 8 м .

Для певних умов (кут підйому при транспортуванні 8°, коефіцієнт зчеплення 0.7), застосування грунтонапрямного пристрою найбільш раціонально.

Максимальну шеидкість (V) необхідну для подолання підйому з кутом а не менш 8° при заданій потужності двигуна N0 визначимо залежністю

у_ Т-Ь^.к>.В-/(вт + М)

(12)

270-Лг, -ц

(13)

Оа.(біпсг + / -соє а)

Для порожнього скрепера, при застосуванні будь - якого із трьох інтенсифікаторів, чи традиційного ковша, залежність швидкості переміщення від ваги інтенсифікатора прямопропорційна. З

-/З -

іоязою додаткової металоконструкції швидкість транспортування па-зає пропорційно зростанню додаткової маси, і при транспортуванні юрожньої машини вага модуля не обмежує руху скрепера на підйом.

Аналіз руху навантаженого скрепера, коли інтенсифікатори збільшують наповненість ковша грунтом до максимального, показує до скрепер може не піднятися на підйом при транспортуванні.

На рисунку 5 показана залежність швидкості переміщення від іаги скрепера при транспортуванні супісі, з коефіцієнтом напов-гення для традиційного ковша, ковша спорядженного ГНїї, підгрібаю-юю заслонкою та елеватором відповідно 1.06, 1.28, 1.3, 1.3.

З графіка можна .знайти, наприклад, що для скрепера ДЗ-87-1А ¡а базі трактора Т - 150 КМ з ковшом місткістю б м"3, максимально допустима вага додаткової конструкції не повинна перевищувати 700 сг, з умови забезпечення підйому навантаженого скрепера на зада-іий кут (8°).

З інтенсифікаторів, що розглядаються, найбільш перспективним ?реба вважати ГНП, бо по ваговим показникам він виграє у інших.

4. Вплив параметрів ковша на енергоємкість процесу наповнення.

Вибір технологічного модуля здійснюється залежно від типу інтенсифікатора по .результатам визначення місткості ковша, які юзглянуті вище. Надалі, знаючи місткість ковша, необхідно визна-іити його основні параметри: висоту, довжину, ширину.

Методика визначення ширини ковша по- енергетичному модулю іідома, висоту і довжину визначимо для трьох інтенсифікаторів: елеватора, підгрібаючої заслінки та ГНП. Основне завдання - визичити залежність продуктивності скрепера, з застосуванням одного з трьох видів інтенсифікаторів і ковша з однаковою місткістю, від соефіціенга довжини ковша (Ь/Н).

Для елеваторного завантаження, якщо прийняти довжину елеватора постійною, можна змінювати тільки кут нахилу елеватора ; ковші. Звідси може бути змінною висота ковша. Враховуючи це, і також вплив конструктивних особливостей на заповнення ковша скрепера, місткість ковша можна визначити по формулі:

V

В • Г

С,

2 • ід0 ідфУ

(14)

де - коефіцієнт, залежний від максимальної висоти ковша і тип; грунту, 0 - кут нахилу елеватора в ковші.

Для визначення продуктивності необхідно знати шлях копанні Ьк- Величину шляху можна визначити з умови

V = В ■ Ьшх • ьк - 0.5 • В • Ьх2 • tg<;, (15)

де \ - кут нахилу ідеальної траєкторії копання до горизонталі прі клиновій схемі копання. При постійному куті \

Ьк =

МАХ +н2

tg$

1 2 • С:

tg8 tgф

1

'МАХ

tg£1 tg^

(16)

Аналізуючи графік продуктивності на рисунку 2, визначимо, щ в разі застосування елеваторного завантаження продуктивність ма найбільше значення при коефіцієнті довжини ковша, рівному 1. Та ким чином при використанні елеваторного завантаження, необхідн застосовувати короткі ковші.

Завантаження підгрібаючою заслінкою відрізняється від елева торного не тільки принципом роботи, але і навантаженнями, що ви никають при роботі заслінки.

уГНП.

вноси скрепера від відношення висота ковша до висоти ГНП

ня від величини ЩІЛИНИ.

Рисунок 3 Залежність оптимального Рисунок 4 Залежність опору копан-об'єму ковша від типу розробленого грунту для (1а-4а) робочого та (16-46) транспортного режиму.

П Л/4ІС

6,1

З а

\

\ ч

ч ---—

іі£~о /<??Г фіг

І.х

Рисунок 5 Залежність ваги інтекси- Рисунок 6 Ефективність модульного фикатора від транспортного режиму. виконанняя скрепера.

Задаючись довжиною шляху копання між двома гребками, знайдемо продуктивність скрепера, визначивши на початку обсяг заповнення.

(17)

Де ^2 - ЬК_ІЙХ

0.5

( ^мах Ьииі ),

(18)

де Іімн та - найбільша та найменша глибина копання, ЬК-МК -відстань, на якій скрепер набирає грунт.

Для цього випадку також є максимальне значення продуктивності, що відповідає коефіцієнту довжини ковша, рівному 1.52. Отже, тут для ефективного використання підгрібаючої заслонки необхідно застосовувати довгі ківіїш.

Для визначення продуктивності скрепера, спорядженного ГНП, застосуємо залежність (5). Тут максимальна продуктивність відповідає коефіцієнту довжини ковша, рівному 1.2.

Як постає з графіків, кожний з інтенсифікаторів має свою зону застосування. Для коротких ковшів Ь/Н до 1.1 еффективніше застосовувати елеваторне завантаження, при 1.1 - 1.26 треба застосовувати ГНП та для довгих ківшів з Ь/Н понад 1.26 підгрібаючу заслінку. Якщо ж розглядати питомі витрати, як найбільш об'єктивну характеристику при порівнянні, область застосування ГНП знаходиться в межах Ь/Н 1.04 - 1.34, що засвідчує ефективність даного пристрою та певну перевагу його у порівнянні з іншими.

Визначивши місткість ковша по характеристикам енергетичного модуля, можна підібрати інтенсифікатор, що дозволяє максимальне збільшити ефективність скрепера, або маючи відомий інтенсифікатор, визначити довжину та висоту ковша. •

5. Ефективність застосування модульного компонування ковша скрепера.

Відповідно до теорії систем, скреперний агрегат можна розглядати як складну систему, у склад якої входять підсистеми (тягач, скрепер), що у свою чергу, складаються із підсистем більш низького рівня (ходове устаткування, силова установка, трансмісія і таке інше), окремих груп та вузлів.

Розщеплення скрепера на енергетичний та технологічний модулі, дозволяє отримати нові машини для різноманітних углов праці, покращити функціональні можливості парку машин. Але завдання можна конкретизувати: це - розщеплення на складові частини ковша та використання інтенсифікаторов.

Прийнята технологія земляних робіт для традиційних землерийних машин, та аналіз системи оцінок ефективності їх роботи, дозволяє розглядати робочий процес машин у вигляді системного об'єкту, а робоче устаткування представити як підсистему робочого процесу землерийної машини.

Ефективність застосування модульного компонування показують графіки, наведені на Рисунку 6, де дана залежність продуктивності від відстані транспортування. Для прикладу обрані скрепери ДЗ -20В на базі трактору Т - 100МГС з місткістю ковша 7 м" (крива 1)

з

та ДЗ - 87 - 1А на базі трактору Т - 150КМ з місткістю ковша 5 м (крива 2). Криза 3 відбиває роботу скреперного агрегату, де для копання застосовується тягач Т - 100МГС, а для транспортування більш швидка машина Т - 150КМ, технологічний модуль прийнятий такий же як у скрепера ДЗ - 20В. Крива 4 показує роботу тих же модулів, що і крива 3, але у технологічному модулі застосовується

пасивний інтенсифікатор. Із поданого рисунку видно, що при малих відстанях транспортування більш еффективний традиційний скрепер,

а саме до 120 м. ДЗ - 20В, а з 120 м. до 630 м. ДЗ - 87 - 1А.

-/«? -

Засіб - копання тягачем Т -100МГС, а транспортування Т - 150КМ стає більш ефективним при перевезенні грунту на відстань понад 850 м., інтенсифікатор дозволяє знизити раціональну відстань транспортування до 630 м.

При малих відстанях транспортування застосування двох енергетичних модулів з двома технологічними менш ефективне в зв'язку' з витратами часу на заміну одного енергетичного модуля на інший.

Застосовуючи залежність (10) і (11) можна помітити, що для малозв'язних грунтів найбільш ефективно застосовувати підгрібаючу заслінку, для складних грунтів із щільностю розпушеного грунту понад 1400 кг/м~* стає більш ефективним застосування ГНП.

Аналіз робочого процесу дозволяє виявити області раціонального застосування елеваторного завантаження, підгрібаючої заслінки, при чому вид інтенсифікатора залежить як від потужності енергетичного модуля, типу грунту, що розробляється, так і від місткості ковша.

6. Експериментальні дослідження.

Метою експериментальних досліджень є перевірка аналітичних розробок і порівняння аналітичних та експериментальних даних.

Модельні випробування проводилися на грунтовому каналі ХДАДТУ, що складається з лотка з габаритами 10 • 2 м заповненого грунтом, та візка, з встановленою на ньому моделлю ковша скрепера вибраного типорозміру.

Передбачене планування грунту у лотку канапа, ущільнення та зволоження. Конструкцією візка передбачається можливість установки різноманітних робочих органів, у нашому випадку - ківш скрепера, з можливістю зміни параметрів процесу різання (кутів, глибини, швидкості різання) та довжини ковша. Проводилася тарировка з побудовою тарировочних графіків.

Особливості розгалуженого процесу вивчалися на основі певних дослідів, проведених з застосуванням пронумерованих маячків.

Проведені польові випробування на скрепері ДЗ - 20В, тягач Т - 130, підтвердили ефективність запровадженої конструкції ГНП. Експерименти проводилися традиційним ковшем, а також ковшем, спорядженим грунтонапрямним пристроєм з прямими плитами, що спрямовують грунт, та спорядженого ГНП, э щілиною поміж днищем та плитою , ближньою до задньої стінки. Випробування проводилися на грунтах різних категорій. Проведені лабораторні експерименти показали ефективність запропонованої конструкції ГНП, що має особливість - щілину поіМіж ГНП і днищем ковша.

Внаслідок порівняння продуктивності традиційного ковша та ковша спорядженого ГНП, визначено, що продуктивність останнього більша на 25 - 30%. Якщо порівнювати коефіцієнт наповнення ковша з ГНП, пластини якого торкаються днища і ковша, що має щілину поміж ГНП та днищем, то на підставі польових експериментів визначено, що остання конструкція на 10 - 15% еффективніша. Дані експериментів дозволяють казати про достатньо високу ефективність застосування ГНП, конструкції, що пропонується.

- Висновки

На основі підсумків дослідження можна зробити наступні висновки:

1. Проведений огляд першоджерел, показав актуальнсть застосування інтенсифікаторів.

2. Для підвищення ефективності робочого устаткування скрепера, необхідно спільно розглядати процес копання та режим транспортування.- Проведення такого аналізу показало, що найбільш прийнятним пристроєм для підвищення ефективності скрепера є грун-тонапрямкий.

3. ГНП дозволяє знизити опір різанню на 15 - 20% на кінцевому етапі і призми волочіння на 5 - 15%, що істотно впливає на економію енергоресурсів, підвищення надійності машини та створення більш комфортних умов для оператора.

4. Проведені розрахунки визначили зв'язок між силою тяги і

місткостю ковша скрепера, наприклад для колісного тягача класу 6

з

т, оптимальна місткість ковша, спорядженного ГНП, 5 - 8 м .

5. Як показали лабораторні та польові дослідження, ГНП, що має щілину, з висотою пропорційною товщині стружки у задній плиті г = К ЬСїр, більш ефективний у порівнянні з пристроєм, що не має щілини. Наявність щілини у ГНП поєднує переваги традиційного ковша та ковша з ГНП, особливо на першому етапі. Майже 40% грунту, що надходить у ківш, проходить крізь зазначену щілину.

6. Мінімальна робота по заповненню ковша з ГНП відповідає для середніх пересічних грунтових умов таким параметрам пристрою: куа розходження плит - 26°, величина щілини Ъ = КР Кк Нк, та висота ГНГ

- При, = 0.3 Нк без урахування висоти щілини.

7. ГНП з оптимальними розмірами має широку зону застосуванні: залежно від типу грунту, що розробляється (у > 1400 кг/'м3), прі цьому параметри пристрою залежать від параметрів ковша, типі грунту, виду енергетичного модуля, умов транспортування.

8. Застосування ГНП, конструкції, що пропонується раціональні для ковшів з коефіцієнтом довжини більш 1.08. Згідно з проведеними розрахунками, інтенсифікатори впливають на раціональну довжин; ковша, наприклад, максимальна продуктивність для ковша з ГНП про' являється при коефіцієнті довжини ковша 1.2.

9. Результати експериментальних досліджень ствєрджуют життєздатність запропонованого способу наповнення ковша скрепер з ГНП запропонованої конструкції, вірогідність математичної мо делі процесу наповнення ковша.

Основні положення дисертації відбиті у наступних працях:

-2(~

Основна література:

1. Нічке В.В., Власенко І.В., Єрмакова O.A. - Застосування грунтонапрямного пристрою для зниження рабочего опору наповнення скрепера. Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво. Збірник 20. Львів. 1993. 5 с.

2. Нічке В.В., Антонов М.А., Єрмакова O.A., Власенко І.В. -Підвищення ефективності скреперів. В кн. Робочі процеси землерийно - транспортних машин і іх інтенсифікація. Харків. ХДДДТУ. 1995. 13 с.

3. Ничке В.В., Власенко И.В., Дмитриева Л.A., Ермакова E.A. Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труда региональной научно - технической конференции. Кременчуг. 1996. 4 ,с.

Додаткова література:

4. Положительное решенние на изобретение №4926434/03. Ківш скрепера. 1991. Ничке З.В., Власенко И.В., Захаров В.И., Ермакова ЕЛ., Яблуновський B.C.

' 5. Ничке В.В., Ермакова Е.А., Власенко И.В., Иония Н.М. - Повышение эффективности скреперов совершенствованием процесса наполнения ковша. Сборник трудов научная конференции "Повышение эффективности землеройных машин." Воронеж. 1992. 2 с.

6. Ничке В.В., Власенко И.В., Шония Н.М., Шевченко Г.А. -

Снижение нагруженкости скреперов применением рациональных способов заполнения- ковша. Тезисы докладов конференции "Механизация производственных процессов в водохозяйственном строительстве." Ровно. 1SS0. 1 с. . '

7. Власенко И.В. - Снижение сопротивления наполнения ковша скрепера. Тезисы докладов научной конференции "Совершенствование подготовки специалистов в области строительства, реконструкции зданий и сооружений." Харьков. 1991. 1 с.

8. Ничке В,В., Власенко И.В., Шония Н.М., Ермакова Е.А. - Совершенствование процесса наполнения ковша скрепера. Тезисы докла-

дов научно - технической конференции, посвященной 60 - ЛЄТИЮ ВИСИ. 1991. 1 с.

S. Ничке В,В., Власенко И.В., Ермакова Е.А. - Снижение трения в процессе наполнения ковша скрепера применением грунтенаправляю-щих аппаратов. Тезисы докладов научней конференции "Триботехника

- машиностроению." Нижний Новгород. 1991. 1 с.

10. Ничке В.Б., Шонмя K.M., Ермакова Е.А., Власенко И.В. -Влияние способа заполнения ковша на режим нагружения скреперного агрегата. Тезисы докладов научной конференции "Методы ускоренных стендовых испытаний агрегатов и с/х машин на надежность." Челябинск. 1991. 1 с.

11. Ничке В.В., Власенко И.В., Антонов К.А., Ермакова Е.А. -Применение скреперов с постоянной толщиной стружки для снятия слоев грунта. Тезисы докладов международной научно - практической конференции "Актуальные вопросы охраны окружающей Среды от антропогенного воздействия." Кременчуг. 1994. 2 с.

12. Ничке В.В., Власенко И.В., Антонов H.A., Ермакова Е.А., Хамза Самир - Совершенствование процесса наполнения ковша скрепера применением грунтонагіравлявідего аппарата. Тезисы докладов международной научно - технической конференции "Строительные и дорожные машины и их использование в современных условиях."Санкт-Питербург. 1995. 2 с.

13. Ничке В.В., Власенко И.В., Антонов H.A., Ермакова Е.А. -Повышение эффективности наполнения ковша скрепера. Тезисы докладов международной научно - технической конференции "Повышение эффективности проектирования, испытания и эксплуатации двигателей, автомобилей, вездеходных, специальных строительных и дорожных машин." Нижний Новгород. 1995. 1 с.

14. Власенко I.B., Ермакова O.A., Дмітрієва Л.А. Техніко -економічне зріЕняння способів заповнення ковша скрепера. їезіси регіональної науково - практичної конференції. "Проблеми розроб-

-гаки, виробництва, експлуатації та ремонту підйомно - транспортних, будівельніх та дорожніх машин". КІБІ. Кіровоград. 1996. 1 с.

Власенко И.З. - Повышение эффективности скрепера применением грунтонаправляющего устройства.

Диссертация на соискание научной степени кандидат технических наук по специальности 05.05.04 - машины для земляных и дорожных работ ХГДЦТУ. Харьков. 1997.

К защите представляется работа, которая содержит исследования процесса наполнения грунтом ковша скрепера оснащенного грунтона-лравляющим устройством (ГНУ). Приводяться данные исследования влияния различных интенсификаторов, влияния рабочего и транспортного режима на эффективность скрепера, снабженного различными видами интенсификаторов, а также результаты экспериментальных исследований, выполненных методами математического и физического моделирования с применением вычислительной техники.

• Показано, что применение ГНУ предлагаемой конструкции, уменьшает сопротивление копания и увеличивает наполнение ковша, за счет присутствия ветвящегося процесса заполнения ковша скрепера с ГНУ, через щель между задней плитой ГНУ и днищем ковша.

В работе предложена математические модели по определению характеристик заполнения ковша с ГНУ и определение рациональных характеристик ковша/ грунту для различных интенсификаторов. Применение интенсификаторов рассматривалось с учетом характеристик транспортного и рабочего режимов.

Анализ процесса копания скрепером с ГНУ показывает, что эффективность скрепера возрастает: производительность на 35 - 45 %, долговечность на 30 - 35%, приведенные удельные затраты уменьшаются на 20 - 25%.

Ключевые слова: скрепер,- грунтонаправляющее устройство, транспортный режим, копание, интенсификатор, эффективность.

~Zk~

Vlasenko I. V.- Increase of efficiency scraper by application soil track applience.

The dissertation for an scientific degree the candidate of technical sciences on speciality 05.05,04 - machine for earth and road works. The Kharkov state automobile - road technical university. Kharkov. 1997.

To protection work is represented, which contains researches of process of filling bucket of scraper by a ground at the expense of application soil track applience (ГНУ). The research of influence various intensificators was shcv; on efficiency scraper, influence of a working and transport mode to efficiency scraper, supplied by various kinds intensiter, but also results of experimental researches, mathematical methods and physical modeling with application of computer facilities. ■

Is shown, that the application (ГНУ) of an offered design, reduces resistance digging and increases filling bucket, at ths expense of presence branchy of process of filling bucket of scraper with application of track, through crack between bacf track plate and bottom bucket. ■ .

In work is offered mathematical models on determination oJ the characteristics of filling bucket with soil track applienc* and determination of the rational characteristics bucket, ,groun< for various intensiters. The application intensiters wa: considered with allowance for of the characteristics of transpor and working modes. ■

' Ths analysis of process digging by scraper with applicatio of soil track snows, that .the efficiency scraper grows productivity on 35 - 45 %, durability on 30 - 35 %, the indicate specific costs decrease on 20-25 I. ■

Key words: scraper, soil track applience, transport mode digging, intensiter, efficiency.

Бласєнко І.В. - Підвищення ефективності скрепера застосуванням грунтонапрямного пристрою.

Автореферат дисертації на одерження вченої ступені кандидата технічних наук: Харків, 1997.

\

Декларація особистого вкладу до опублікованих праць у соав-торстві.

Тл/п Поз.сп | Ссосмстш вклад по змібту Вклад,%

1. 1. Розгляд процесу наповнення ковша скрепера з ГШІ. ЗО

л ¿. * і 2 Аналіз різких видів інтенсифікаторів, визначення раціональних конструкцій. 25

і П 0 . 3. Визначена раціональна кіісткість коешз скрепера з ГШІ. 40

■ 4. 4. Запрошновака загальна конструкція та принцип дії скреперного ковша з ГНІІ. 40

5.- 5. Визначено зростання продуктивності скрепера з ГНІІ. 30

6. С « Визначений опір наповненню у ГНП, 30

7. 7. і Зростання ефективності скрепера з ГЕП. 100

8. 8. Розглянені пасивні интенсифікатори процесу наповнення ковша скрепера. ЗО

9. 9. Визначений опір наповненню ковша скрепера з ГНП. 25

10. 10. Визначені навантаження наповненню коешэ скрепера з ГНП нової конструкції. ЗО

11. 11, Проведений аналіз інтенсивності зростання опору з ПЛІ. 25 '

12. 12. Проведений аналіз процесу наповнення з застосуванням Ш1. ■ 20

13. 13. Визначені показники ефективності для ГНП. 25

.! ^ і г—1 14. Визначені ділянки використання ГНП. 40