автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Выбор рациональных параметров рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания

На правах рукописи

ПОБЕГАЙЛО ПЕТР АЛЕКСЕЕВИЧ

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ МОЩНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ ПРЯМОГО КОПАНИЯ

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2008

003457237

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель -

кандидат технических наук, профессор

доктор технических наук, доцент

Крикун Виктор Яковлевич | Комиссаров Анатолий Павлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Подэрни Роман Юрьевич; кандидат технических наук Червяков Сергей Алексеевич

Ведущее предприятие - Институт горного дела УрО РАН (г. Екатеринбург)

Защита состоится 25 декабря 2008 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» в зале заседаний Ученого совета по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, ГСП-126

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ¿У ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

М. Л. Хазин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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

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

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

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

Таким образом, исходя из требований практики, сформулирована основная задача исследований, состоящая в разработке методики обоснования рациональных параметров рабочего оборудования гидравлических экскаваторов на ранних стадиях проектирования.

Существующий технический уровень конструкций рабочего оборудования мощных карьерных гидравлических экскаваторов не в полной мере отвечает требованиям современной горной промышленности.

Следовательно, разработка методики выбора рациональных параметров рабочего оборудования гидравлических экскаваторов на ранних стадиях проектирования, которая позволяет повысить технико-экономические показатели гидравлических экскаваторов, является актуальной научно-технической задачей, отвечающей потребностям горного производства.

Объект исследования - рабочее оборудование мощных гидравлических экскаваторов прямого копания.

Предмет исследования - процесс проектирования рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания на этапе пред-проектного анализа.

Целью работы является обоснование рациональных параметров рабочего оборудования для повышения эффективности отечественных мощных гидравлических экскаваторов прямого копания.

Идея работы состоит в разработке новой схемы проектирования рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания.

Методы исследования: включают обобщение и анализ литературных источников, теоретические и экспериментальные методы исследования, базирующиеся на классических законах математики и физики, синергетики и пр.

Научные положения, выносимые на защиту:

- процесс проектирования рабочего оборудование мощных гидравлических экскаваторов можно рассматривать как функциональный преобразователь, который для каждой совокупности исходных данных устанавливает соответствующую совокупность характеристик единичного варианта рабочего оборудования;

- выбор рациональных параметров исполнительных механизмов рабочего оборудования должен выполняться при объединении их в общую структурную схему. В качестве обязательного требования при этом выдвинем ограничение максимума реализуемого усилия на зубьях ковша наибольшим активным давлением, развиваемым насосом, при копании рукоятью и ковшом;

- показателем уровня технического совершенства конструкции рабочего оборудования и мощных гидравлических экскаваторов в целом является соотношение площади действительной рабочей зоны экскаватора, в пределах которой реализуется заданный уровень нагрузок на рабочем органе, к площади теоретической рабочей зоны.

Научная новизна работы

- Обоснована методика выбора рациональных кинематических и силовых параметров рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания на этапе предпроектного анализа.

- Предложены подходы и критерии для оценки эффективности как единичного варианта рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов, так и его отдельных механизмов.

- Выполнен вычислительный эксперимент и определены основные качественные зависимости между параметрами рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания.

Практическая ценность работы

- Предложены основы новой технологии проектирования рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания, позволяющие на стадии предпроектного анализа получить ансамбль рациональных вариантов рабочего оборудования, передаваемых к дальнейшему проектированию.

- Предложена методика выбора основных параметров рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов.

- Разработан пакет прикладных программ, реализующий указанные рекомендации на компьютере.

- Выполнен вычислительный эксперимент и определены основные качественные зависимости между параметрами рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием классических и современных мето-

дов исследований кинематических и силовых параметров рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания, хорошей сходимостью результатов теоретического анализа с данными вычислительного эксперимента, я также сравнительного анализа результатов процедур параметрического синтеза. Расхождение расчетных данных и результатов вычислительного эксперимента на превышает 15 %.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в «Дивизионе - Горное оборудование Уралмаш-Инжиниринг» машиностроительной корпорации «Уралмашзавод». Кроме того, результаты работы используются в учебном процессе на кафедре «Горные машины и комплексы» УТТУ, на кафедре «Строительные и подъемно-транспортные машины» МГСУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Горные машины и комплексы» УТТУ в 2006-2008 гг., на заседаниях кафедры «Строительные и подъемно-транспортные машины» МГСУ в период 2000-2008 гг., а также в ООО ОМЗ «ГОиТ» в 2005-2008 гг.

Результаты настоящей работы были представлены:

- на международной научно-технической конференции Интерстроймех (г. Санкт-Петербург, 2001 г.; г. Могилев, 2002 г.);

- ежегодной международной интернет-конференции молодых ученых и студентов но современным проблемам машиноведения «МИКМУС про-бмаш» (г. Москва, ИМАШ имени А. А. Благонравова, 2004, 2007 гг.);

- международной научно-технической конференции «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности. Чтения памяти В. Р. Кубачека» (г. Екатеринбург, 2006-2008 гг.);

- международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (г. Севастополь-Донецк, 2007 г.).

Личный вклад автора заключается в

- построении математических и компьютерных моделей выбора рациональных вариантов рабочего оборудования;

- исследовании процесса формирования и в разработке метода оценки, вектора силы сопротивления грунта копанию на зубьях ковша мощного карьерного гидравлического экскаватора прямого копания;

- проведении вычислительного эксперимента, анализе и обобщении полученных результатов.

Публикации. По материалам работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и четырех приложений. Общий объем работы - 297 е., в том числе основной текст - 193 с. (приведены 44 рисунка и 24 таблицы). Библиографический список содержит 162 наименований.

Автор выражает большую благодарность своим учителям, к сожалению, уже покинувшим этот мир, профессорам Гаевской К. С. и Крикуну В. Я.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе представлена информация о различных конструкционных и эксплуатационных особенностях мощных гидравлических экскаваторов (МГЭ) прямого копания, в частности об их рабочем оборудовании (РО). Приведены существующие варианты его классификации. Описаны и проанализированы экспериментальные исследования процесса экскавации и РО МГЭ на примере экскаватора ЭГ-12А. Проведен анализ существующих методов выбора рациональных кинематических и силовых параметров РО.

Отмечено, что совершенствованием РО гидравлических экскаваторов занимались и занимаются ряд ведущих отечественных и зарубежных организаций: ВНИИСДМ, МГСУ (МИСИ), УГТУ, МАДИ, НИИТяжмаш УЗТМ, СКВ «Земмаш» Тяжэкс, ИГД им. А. А. Скочинского, МГГУ, ДИСИ, КГТУ, Faculty of Mechanical Engineering the University of Queensland, Brisbane, Australia; Robotics Institute, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA, USA; Virginia Polytechnic Institute and State University, Blackburg, Virginia, USA и др.

Из большого числа ученых, работавших в указанных организациях, наиболее значительный вклад в исследования и совершенствование РО внесли: Бровин В. А., Смоляницкий Э. А., Перлов А. С., Раннев А. В., Королев А.

B., Лурье Г. К., Рустанович А. В., Зарецкий Л. Б., Иоффе А. С., Григорьев А. Г., Тарасов В. Н., Павлов В. П., Карасев Г. Н., Башкиров В. С., Тимошенко В. К., Моисеев Г. Д., Балаховский М. С., Волков Д. П., Тотолин П. Е., Крикун В. Я., Гаевская К. С., Крикун А. В., Скобелев Л. С., Штейнцайг Р. М., Штейн-цайг В. М., Башкиров В. С., Комиссаров А. П., Шестаков В. С., Шамонин А.

C., Волобоев В. Г., Коваленко М. В., Коротких П. В., Кондратьева Л. Ю., Круль К., Данчев Д. И., Janosevic D., Hall A., McAree P.R., Kecskemethy А., Cannon H., Sing S., Koivo A.J., Salcudean S.E., Bares J., Rowe P., Park В. и др.

Вместе с тем, несмотря на большой объем исследований, выполненный нами анализ показал следующее: не существует единой методики выбора рациональных кинематических и силовых параметров РО; нет методики выбора рациональных вариантов РО при предпроектном анализе (ПА); повышенную металлоемкость и низкую надежность отечественных МГЭ можно объяснить, кроме всего прочего, еще и отсутствием упомянутых методик и, следовательно, применением приближенных методов расчета; отсутствуют работы, оценивающие опыт проектирования строительных гидравлических экскаваторов для переноса его на МГЭ, а слепой перенос имеющихся методов и подходов недопустим; мало работ, рассматривающих РО МГЭ, и они не в полной мере раскрывают эту часть проектирования и расчетов; практически во всех работах не учитывается реактивное давление в гидроцилиндрах (ГЦ); имеющиеся работы в основном посвящены выбору рациональных параметров РО без учета их взаимосвязи в общей структурной схеме. Работы, которые не учитывают вышеперечиоленные замечания, не подходят для ПА; предлагаемые локальные критерии оптимизации не претендуют на роль ко*--

плексного, а создание рациональной конструкции РО до сих пор остается искусством конструктора; локальная оптимизация каждого отдельного механизма не обеспечивает автоматического выполнения предъявленных к нему функциональных требований при структурном объединении в общую схиму РО; при локальной оптимизации каждого механизма невозможно максимально полно использовать активное давление насоса. Ведь в этом случае максимальные усилия на зубьях ковша определяются не давлением настройки первичных клапанов, установленных в магистрали насоса, а максимумом реактивных давлений в запертых гидроцилиндрах, устойчивостью и проскальзыванием экскаватора; из-за отсутствия согласования параметров РО между собой невозможно максимально полное использование энергии, более половины ее уходит на нагрев рабочей жидкости; созданные в начале 90-х годов прошлого века программные средства, посвященные проектированию РО, не обновлялись и на сегодня устарели по всем своим параметрам.

Все эти предварительные изыскания показали актуальность настоящей диссертации. На основе проведенного обзора и его анализа сформулированы цель и основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе разработана математическая модель выбора рациональных силовых и кинематических параметров РО МГЭ прямого копания при ПА.

При этом процесс проектирования РО МГЭ можно представить как отображение вида:

ММ : ИД -» ПЕВРО, (1)

где ММ - набор математических моделей, описывающих процесс проектирования РО, которые и разрабатываются в этой работе;

ИД - пространство исходных данных;

ПЕВРО - пространство единичных вариантов РО.

Первая часть ММ позволяет выбрать рациональные кинематические параметры РО МГЭ прямого копания на стадии ПА. Под определяемыми тут параметрами РО имеем в виду, кинематические1 длины элементов РО, экстремальные углы перемещения их относительно друг друга и координаты пяты стрелы.

При этом рассматривается традиционная кинематическая схема РО с независимыми угловыми перемещениями стрелы, рукояти и ковша (рис. 1).

' Используемая в настоящей работе терминология применяется в МГСУ (МИСИ) с конца 70-х годов прошлого века

а - длина стрелы <АВ)} Ь - длина рукояти

с - длина отрезка межд» острием эубо ковио и ыорниром крепления ксвиа к рукояти (со).

CR /V

а - угол между горизонталью и осью стрелы; р - угол между осью стрелы и осью рукояти; у - угол между осью рукояти и отрезком, соединяющим острие зуба ковша с шарниром крепления ковша к рукояти; РУ - длина гидроцилиндра стрелы; КЬ - длина гидроцилиндра рукояти; и\У - длина гидроцилиндра ковша.

Рис. 1. Кинематическая схема РО МГЭ с независимыми угловыми перемещениями стрелы, рукояти и ковша

Последовательность выбора кинематических параметров РО при этом такова: выбор длины ковша; выбор координат пяты стрелы; выбор длины стрелы и рукояти и максимального угла между их осями ((Зтах); выбор минимальных углов между осями стрелы и рукояти (Pmm) и осью рукояти и кинематической длиной ковша (уШш); выбор экстремальных значений угла наклона оси стрелы к горизонту (amin и атах); проверка выполнения ограничения по значению максимального угла между осью рукояти и кинематической длиной ковша (уmax); проверка возможности реализации требуемой максимальной высоты копания при максимальном угле наклона оси стрелы к горизонту; построение осевого профиля рабочей зоны экскаватора.

На первую часть ММ наложены следующие основные ограничения: отношение (см. рис. 1) alb = ^должно лежать в интервале [1,2 ... 1,5]; рациональный вариант РО должен обеспечивать требуемую максимальную высоту копания при максимальном угле подъема стрелы; при варьировании линейными параметрами РО в случае, если масса МГЭ задана неизменяемой, ее диапазон отклонения от основного значения не должен быть выше ±5%; необходимо обеспечить возможность копания на максимальном требуемом радиусе на уровне стоянки экскаватора.

При этом мы ориентируемся на следующее: должен быть учтен опыт проектирования строительных гидравлических экскаваторов; необходимо минимизировать число ИД; требуется учесть особенности обрушаемого забоя.

Вторая часть ММ посвящена выбору силовых к кинематических параметров исполнительных механизмов (ИМ) РО МГЭ прямого копания.

Под определяемыми параметрами ИМ РО имеем в виду максимальную и минимальную длину соответствующих ГЦ и величину их хода; координаты

точек привязки ГЦ к элементам РО и к поворотной платформе; уточненные значения дополнительных исходных данных.

К числу последних относятся: активное давление в полостях ГЦ; реактивное давление настройки вторичных предохранительных клапанов; количество ГЦ каждого ИМ; диаметры поршней соответствующих ГЦ; минимально требуемое значение максимального реализуемого усилия на зубьях ковша.

Основными ИД к проектированию по указанной ниже схеме являются результаты поиска рациональных вариантов РО по первой части ММ.

Вторая часть ММ предполагает следующую последовательность выбора силовых и кинематических параметров ИМ РО: выбор параметров механизма привода рукояти; выбор параметров механизма привода ковша; выбор параметров механизма привода стрелы; проверка полученного варианта РО по возможности обеспечения требуемого горизонтального хода ковша на уровне стоянки экскаватора.

Принимаем: для выбора рациональных параметров ИМ РО достаточно рассмотрения раздельного копания рукоятью и ковшом; из всего многообразия возможных направлений вектора усилий на зубьях ковша целесообразен выбор его перпендикуляра к радиусу копания. При выполнении функциональных требований, предъявляемых к каждому ИМ, указанное направление будет характеризовать наибольшую реализуемую полезную нагрузку; на стадии ПА ГЦ МГЭ предполагаются нестандартизированными.

Выбор параметров механизма привода рукояти. При этом будем ориентироваться на реализацию минимального значения требуемой максимальной силы сопротивления копанию Р0, при копании рукоятью и совпадении оси рукояти с ковшом (максимальное плечо при этом - отрезок ВО, см. рис.

О-

Кроме этого, введем требование, что при работе механизма привода рукояти в начале и в конце хода ГЦ его ось занимала бы одно и то же положение (рис. 2). При этом в крайних положениях рукояти будем ориентироваться на равенство углов давления {/.ВЬ\Ьг = ¿ВЬ2Ь\). Минимальное значение усилия на зубьях ковша в этом случае создается в двух крайних точках хода ПД (см. рис. 2).

ИД к этому разделу являются: минимально требуемое значение максимального усилия Роь диаметр поршня рукояти Ор, максимальное активное давление в системе и число гидроцилиндров рукояти к, длина ковша с, длина рукояти Ъ, параметры привязки ГЦ привода рукояти АР, РК и ЬЫ, углы Ртах И Ртт-

Для двух крайних положений рукояти плечо ВЬ, относительно шарнира стрела - рукоять, требуемое для реализации заданного усилия, определим так:

Б

К

ь/ 4 г,' Ь \

*1 -- ——-см^"'

ВЬ-

Рис. 2. Расчетная схема № 1 4Р0 ¡-(Ь + с)

(2)

Далее, для указанных двух крайних положений рукояти, значение параметра ВЦт найдем по формуле (рис. 2):

'В1

( др

С05 —

I 2

(3)

-лвьм^Х

(4)

(5)

где Др - угол полного поворота рукояти, определяемый по формуле:

Теперь определим ход ГЦ рукояти:

В формуле (3) с ростом угла др параметр ВЬЦ2) также растет. Это важно учитывать при проектировании, так как этот параметр является одним из определяющих для получения максимального значения усилия на зубьях ковша.

В формуле (5) при выполнении условия др -> я ход ГЦ рукояти будет стремиться к своему максимуму. Однако в данном случае строго выполняется неравенство др * я, обусловленное свойствами записанной здесь тригонометрической функции. К тому же у современных МГЭ прямого копания, такое значение угла Др не встречается. Обычно этот угол значительно меньше.

Дальнейший поиск параметров механизма привода рукояти будем производить по следующей схеме:

КВ = - А Г)2 + Ж2 ; ЛХ = л1кв- - В11;

Ых. 2 '

лх„„.

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

ZBLL = л - arccos

/Bi.i, = arccos

kiLHB^-KB1'

+ {ВЦ(7)У -KB1

(11) (12)

2 KL„-BL

После этого выполняются проверки. Первая по полученной длине хода ГЦ привода рукояти:

KLm > ¿Л 2 0,5-KLnm, (13)

Вторая проверка, полезная при «ручном» проектировании, по сумме углов треугольника BL\L2-.

ZBLtL2 + /В1гЬ, + Д/3 = 180, (14).

Максимальное значение усилия на зубьях ковша будет достигнуто в том случае, когда плечо усилия развиваемого ГЦ привода рукояти будет максимальным (равно BLim). В связи с тем, что конец штока ГЦ в нашем случае движется по дуге окружности (ее центр расположен в шарнире

стрела - рукоять), максимальное плечо будет достигнуто тогда, когда прямая, соединяющая точку К (см. рис. 2) с точкой, расположенной на конце штока £,, станет касательной к этой дуге окружности. Это реализуется в одной точке дуги uL|i2 (степень близости этой точки к точке Ц или к середине хода ГЦ определяется удаленностью точки К от указанной дуги окружности), и она всегда расположена на первой половине хода ГЦ рукояти.

Итак, максимальное значение усилия на зубьях ковша можно определить по формуле

ртах _ к '71' Dl ' -Рает*" ' Щ(2) отш 1 _ ртт' _ ртш 1

01 - 4о^ТГ 01 'cospj~ '~вГ~ 01 (15)

Отсюда определим значение (ЛР01), - разницу между максимальным и минимальным усилиями:

(16)

"oi

С другой стороны, максимальный разброс по реализуемой силе сопротивления фунта копанию

(Aii.W.r-T- 07)

С помощью этого проектировщик может выбирать варианты ИМ привода рукояти с заданной степенью разброса (ДР01), и разницы (Д^,),.

Теперь найдем полную длину дуги и ¿,4 / - траекторию движения точки е, (см. рис. 2), и длины дуг /,, /2 до и после достижения максимального значения усилия на зубьях ковша. Для этого найдем вспомогательные параметры:

¿.ВКЦ = arcsin!

• iBL\ in — ;

IKBJ

= ¿ВКе, - АВКЦ ; (20)

Для полной длины дуги запишем:

/ = -

4(2)'"^ (21)

360

После этого найдем параметр д/, как одну из характеристик ИМ привода рукояти:

Д/ = -?_. (22)

Далее найдем параметры /, и /, и еще две характеристики ИМ привода рукояти (вторая - это площадь сектора В1,1.г):

2-К-В£1(2) -фкр _ (23)

360

I, =1-1/, (24)

Д// = —; • (25)

Д/7 (26)

360

Реализация описанного подхода на ЭВМ позволяет варьировать, при желании проектировщика, всеми ИД.

В результате применения описанного процесса проектирования конструктор получает следующие увязанные между собой параметры механизма привода рукояти: диаметр поршня гидроцилиндра рукояти (Ор), м; максимальное активное давление в полостях гидроцилиндра рукояти (рар™ю ), Па; минимальную и максимальную длины гидроцилиндра рукояти (КЬт¡п и К£тах)> м; ход поршня гидроцилиндра рукояти {1\1г), м; количество гидроцилиндров рукояти (к), шт.; проекцию отрезка между пятой стрелы и шарниром крепления гидроцилиндра рукояти к стреле на ось стрелы (АР), м; расстояние от шарнира крепления гидроцилиндра рукояти к стреле до оси стрелы (/<'А"), м; проекцию отрезка между шарниром стрела - рукоять и шарниром крепления гидроцилиндра рукояти к рукояти на ось рукояти (ВЫ), м; расстояние от шарнира крепления гидроцилиндра рукояти к рукояти до оси рукояти (1В), м.

В качестве характеристик механизма привода рукояти при их сравнении и оценке можно применять параметры: (АРт)2, (ДР0,),, Д/, АН, Д5.

Выбор параметров привода ковша осуществляется аналогично только что описанной схеме. Изменения в формулах при этом очевидны, однако есть несколько нюансов, на которых мы остановимся подробнее.

Для нормального функционирования механизмов рукояти и ковша необходимо выполнение двух требований (см. рис. 1):

• отсутствие просадки ГЦ рукояти при копании ковшом описывается следующим неравенством:

„ , < (27)

(члл - — г77' с - о ■ соз(у)

где у - угол между рукоятью и ковшом;

Л^в'ре'аст - минимально допустимое значение момента относительно шарнира стрела - рукоять , удерживаемого ГЦ рукояти, определяемое в начале ее хода следующим образом:

^-я-р^-р^-в^.&хлвци (28)

вреакт ^ '

где р^" - максимальное реактивное давление настройки вторичных предохранительных клапанов в магистралях ГЦ рукояти; вшС/Д^^сс^^;

• отсутствие просадки ГЦ ковша при копании рукоятью. В этом случае параметры механизма привода ковша должны быть подобраны таким образом, чтобы выполнялось следующее неравенство:

,р , М^-Гс-Ь-соМ-^ЕГ (29)

где - максимальное активное давление в системе, (Па); Рри™ " максимальное реактивное давление настройки вторичных предохранительных клапанов в магистралях ГЦ ковша.

М™ - максимальный момент, создаваемый ГЦ рукояти относительно шарнира стрела - рукоять, определяемый так:

(30)

вает 4

Из формул (27) - (30) следуют некоторые соотношения. Во-первых, это связь реактивного и активного давлений (рис. 3):

Р ■ I__:

р а ^sin(ZBL^L)

cos

{?)• <31)

где (Jjl¿. = ф - численный коэффициент, характеризующий разницу между

(Ли А

максимальным усилием, развиваемым при копании ковшом и максимальным усилием развиваемым при копании рукоятью; £, - численный коэффициент, равный:

(c-b-cos(y))2 (32)

(b2 +с2 -2b-c-cos(y)) ' Во-вторых, это ограничение на значение угла Aß:

Aß = ji-2-z&L,£; (33)

ZBL^L = aresin

(PJ2

Или, иначе,

др = агссоэ

(РщГ (Р.р/

Данные соотношения можно ввести как ограничения в описанную выше схему проектирования механизма привода рукояти.

Рр.МЛо 130

А

1

1

1

УЛ

9 о> «2 2М1 а ///

.и

ЗЬ Па а« ЗОИЛ а

10 20 30 40 50 60 70 80 90 10011С 72013 >14015 160 170 Гзо'

90 65 80 75 70 65 60 5 5 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 <ВИ-

Рис. 3. Характер взаимосвязи активного и реактивного давлений

Выбор параметров привода стрелы аналогичен описанной выше схеме. Изменения формул при этом очевидны, однако есть несколько моментов, на которых мы остановимся подробнее.

Для проектирования рациональной конструкции механизма привода стрелы в качестве главного требования выдвинем необходимость отсутствия просадки ГЦ стрелы при копании рукоятью и ковшом (копание стрелой не предусматривается).

В общем виде, по аналогии с формулой (2) (параметр АР аналогичен параметру ВЬ), запишем:

4 -Мтах (36) АР> V -.

~ г»2 м сглах '

■ т■ ррмкт

где Ос - диаметр поршня ГЦ стрелы; т - число ГЦ стрелы;

Рреаи ■ давление настройки вторичных предохранительных клапанов в магистрали ГЦ стрелы;

Матм - момент от веса элементов РО, грунта в ковше и усилия на зубьях ковша, определяется по формуле

МГ = ее ■ м А + л+^ Л + ро. ■ *о,, (37)

где Ос, (7р, Ск, - веса стрелы, рукояти, ковша и грунта в ковше;

К, Иь Лоь Лгр - соответствующие плечи.

Найдя положение РО с максимальным значением М™х, следует определить АР и далее получить все основные параметры механизма. Анализируя формулы (36) и (37), очевидно, что в общем случае для определения максимального следует решить достаточно громоздкую и неудобную на стадии ПА задачу переборного типа, так как заранее нужное положение РО неизвестно. Это можно было бы сделать на основании работ МГСУ, однако для этапа ПА предложим более простой подход.

Можно предположить, что максимальный момент Л/ата* будет получен на дальних (максимальных) радиусах копания.

Так как полный угол поворота стрелы на этом этапе проектирования уже известен, то будем проходить его с каким-то заданным шагом, вычисляя для каждого фиксированного положения стрелы момент М"'ы. При этом рукоять должна находиться в одном из двух возможных положений: либо параллельно уровню стоянки машины, либо в максимально отвернутом положении от стрелы; ковш для каждого дискретного положения стрелы и рукояти располагается аналогично рукояти: либо параллельно уровню стоянки, либо в максимально отвернутом положении от рукояти.

Прикидочные расчеты указывают, что максимальный момент Л/аШ8Х, скорее всего, будет получен при копании либо на максимальном радиусе копания экскаватора, либо при копании на максимальном радиусе копания на уровне стоянки машины.

После вычисления всех основных параметров механизма привода стрелы определяются дополнительные: абсцисса и ордината крепления ГЦ стрелы к поворотной платформе.

Проверка полученного варианта РО по возможности обеспечения требуемого горизонтального хода ковша на уровне стоянки экскаватора.

Для выполнения данной проверки необходимо задать величину требуемого горизонтального хода ковша на уровне стоянки машины (рис. 4). При этом на основании работ МГСУ можно рекомендовать принять значение угла между отрезком, соединяющим острие зуба ковша с шарниром рукоять-ковш и задней гранью ковша равным 50°.

Вычислив параметр ДО, и сравнив его с заданным значением для конкретного варианта РО можно либо отбросить этот вариант, либо принять для дальнейшего проектирования. В первом случае есть еще возможность попытаться немного видоизменить вариант РО, чтобы все же использовать его в дальнейшем. Для этого следует уменьшить либо угол ц, либо угол ртт. Уменьшение первого угла нежелательно, а второго возможно в некоторых пределах. Для этого надо уменьшить параметр КЬтт. В этом случае увеличится ход поршня ГЦ рукояти (следует следить при этом, чтобы разница между минимальной длиной и ходом была допустима).

В третьей главе описан вычислительный эксперимент (ВЭ).

Под ВЭ в рамках настоящей работы имеем.в виду эксперимент над ММ объекта на ЭВМ, который состоит в том, что по одним параметрам модели вычисляются другие её параметры. И на этой основе делаются выводы о свойствах явления, описываемого ММ.

Исходными данными к ВЭ послужили параметры экскаватора ЭГ-12А. Выбор обусловлен наличием достаточно полной информации по этому экскаватору, а реальное РО для ЭГ-12А по своей кинематике полностью соответствует рассматриваемому нами.

Сравнительный анализ результатов ВЭ с реальными параметрами РО ЭГ-12А показал хорошую сходимость полученных результатов с решениями, применяемыми при обычном проектировании (отклонения не превышают 15 %, (табл. 1)).

Таблица 1

Параметр ЭГ-12А Вычислительный эксперимент % разницы

1,5 1,49 0,667

а 7,5 7,504 0,053

Ь 5,0 5,003 0,060

Отах 60 64,928 - 64,065 7,590-6,345

Агат 6 2,987 50.216

Ртах 116* 116 0,0

Ртт 54 62,888-55,098 14,133-1,993

Ушах 242 219,181 9,429

7тт 162 160-180 1,234-10,0

Дополнительно в рамках данного ВЭ получены некоторые качественные зависимости основных параметров РО от параметров варьирования (IV,

Ртахз Ттт)-

ВЭ показал, что основной эффект от внедрения результатов работы обусловлен сокращением времени проектирования; снижением себестоимости проектирования; уменьшением рисков.

В четвертой главе исследована взаимосвязь ориентации вектора силы сопротивления грунта копанию с податливостью рабочей жидкости и грунта. Кроме этого, предложен новый критерий для оценки эффективности варианта РО - коэффициент эффективной площади копания.

Данный коэффициент характеризует площадь эффективной зоны копания МГЭ, в которой наблюдается наибольшая равномерность усилия на зубьях ковша при копании рукоятью и ковшом, и достигается наиболее полная реализация активного давления насоса. Указанный коэффициент Кэ определяется так:

К (38)

' Пт'

где П.,- площадь эффективной части осевого профиля рабочей зоны;

Пт- теоретическая площадь всего осевого профиля рабочей зоны, либо фактической зоны копания.

Отметим, что при рассмотрении раздельного способа копания возможно получение нескольких значений коэффициента эффективности. На наш взгляд, при этом следует считать лучшим тот вариант РО, у которого разница между этими значениями минимальна, а сами коэффициенты максимальны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе на базе выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований решена задача обоснования выбора силовых и кинематических параметров РО МГЭ прямого копания, позволяющих повысить технико-экономические показатели данного оборудования. Выполненные исследования позволили сформулировать следующие основные результаты работы:

1. Процесс проектирования РО МГЭ рассмотрен как функциональный преобразователь, который для каждой совокупности ИД устанавливает соответствующую совокупность характеристик единичного варианта РО.

2. Рациональное сочетание кинематических и силовых характеристик, обеспечивающих максимальные технологические возможности РО в конкретных условиях эксплуатации, достигнуты при рассмотрении всех элементов РО как единой механической системы.

3. Предложен подход к определению рациональных кинематических параметров РО. В качестве основного обязательного требования при этом выдвинуто достижение максимальной высоты копания, максимального радиуса копания на уровне стоянки машины.

4. Разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров механизмов привода элементов РО при объединении их в общую структурную схему. В качестве основного обязательного требования при этом выдви-

нуто ограничение максимума реализуемых усилий на зубьях ковша наибольшим активным давлением, развиваемым насосом, при копании рукоятью и ковшом.

5. Выявлена связь реактивного и активного давлений в гидравлической системе МГЭ при копании рукоятью и ковшом, что можно использовать при проектировании как одно из ограничений.

6. Показателем уровня технического совершенства конструкции РО и МГЭ в целом является соотношение площади действительной рабочей зоны экскаватора, в пределах которой реализуется заданный уровень нагрузок на рабочем органе, к площади теоретической рабочей зоны.

7. Развито исследование взаимосвязи ориентации вектора силы сопротивления грунта копанию с податливостью рабочей жидкости и грунта.

8. Разработана информационная модель РО МГЭ, дающая возможность развивать накапливаемое обеспечение автоматизации процесса проектирования РО и всего экскаватора в целом.

9. Результаты исследований используются в учебном процессе в УГГУ на кафедре «Горные машины и комплексы», в МГСУ на кафедре «Строительные и подъемно-транспортные машины», а также в МГУ имени М.В. Ломоносова.

10. Работа внедрена в «Дивизионе Горное оборудование Уралмаш-Илжиниринг машиностроительной корпорации «Уралмашзавод»».

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией:

1. Побегайло П. А. Мощные отечественные карьерные одноковшовые гидравлические экскаваторы / П. А. Побегайло // Горные машины и автоматика. - 2004. - № 2. - С. 13-22.

2. Побегайло П. А. Обобщение результатов научных исследований и опыта применения новых конструктивных решений ОПУ, нижней и поворотной рам карьерных экскаваторов / П. А. Побегайло // Горные оборудование и электромеханика. - 2006. - № 2. - С. 25-29.

2. Работы, опубликованные в других изданиях

3. Побегайло П. А. Основы методики проектирования рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания / П. А. Побегайло // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. докладов IV Международной научно-технической конференции. Чтения памяти В. Р. Кубачека. - Екатеринбург: УГГУ, 2006. - С. 42-45.

4. Побегайло П. А. О новых подходах к оценке и сравнению вариантов рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов / П. А. Побегайло // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. докладов V Международной научно-технической конференции. Чтения памяти В. Р. Кубачека. - Екатеринбург: УГГУ, 2007. - С. 172-177.

5. Побегайло П. А. О связи реактивного и активного давлений в гидравлической системе мощного гидравлического экскаватора прямого копания при копании / П. А. Побегайло // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. докладов V Международной научно-технической конференции. Чтения памяти В. Р. Кубачека. - Екатеринбург: УГГУ, 2007. - С. 15-22.

6. Побегайло П.А. Способы оценки эффективности единичного варианта рабочего оборудования мощного гидравлического экскаватора / П. А. Побегайло // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. докладов VI Международной научно-технической конференций. Чтения памяти В.Р. Кубачека. - Екатеринбург: УГГУ, 2007. - С. 70 - 72.

7. Побегайло П.А. О формировании и оценке вектора силы сопротивления грунта копанию на зубьях ковша мощного карьерного гидравлического экскаватора прямого копания / П. А. Побегайло // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. докладов VI Международной научно-технической конференций. Чтения памяти В.Р. Кубачека. -Екатеринбург: УГГУ, 2007. - С. 73 - 78, 110.

8. Побегайло П.А. О выборе рациональных кинематических параметров рабочего оборудования мощного гидравлического экскаватора прямого копания при предпроектном анализе / П. А. Побегайло // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. докладов VI Международной научно-технической конференций. Чтения памяти В.Р. Кубачека. - Екатеринбург: УГГУ, 2007. - С. 122 - 138.

9. Побегайло Г1.А. Компьютерное моделирование процесса выбора рациональных кинематических параметров рабочего оборудования мощного гидравлического экскаватора прямого копания при предпроектном анализе / П. А. Побегайло // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. докладов VI Международной научно-технической конференций. Чтения памяти В.Р. Кубачека. - Екатеринбург: УГТУ, 2007. - С. 221 -237.

Подписано в печать 15.11.2008 г. Печать на ризографе. Бумага писчая. Формат 60x84 1/16. Гарнитура Times New Roman. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ Ц 6 9

Издательство У1ТУ 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 Уральский государственный горный университет Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники издательства УГТУ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ 8 ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Конструктивные решения рабочего оборудования прямых гидравлических лопат.

1.2. Экспериментальное исследование рабочего процесса мощного гидравлического экскаватора ЭГ-12А.

1.3. Обзор литературы по теме исследования.

1.4. Постановка цели и задач исследования.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ зу ПРЯМОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЛОПАТЫ.

2.1. Абстрактное представление процесса проектирования рабочего оборудования.

2.2. Некоторые основы технологии проектирования рабочего оборудования.

2.3. Основные замечания и пояснения по математической модели выбора рациональных параметров прямой гидравлической лопаты.

2.4. Методика выбора кинематических параметров рабочего оборудования мощного гидравлического экскаватора прямого копания.

2.5. Построение осевого профиля рабочей зоны.

2.6. Локальная оптимизация рабочего оборудования.

2.7. Приближенная оценка площади осевого профиля рабочей зоны.

2.8. Связь реактивного и активного давления в гидросистеме и ее влияние на проектирование рабочего оборудования при копании.

2.9. Выбор параметров механизма привода рукояти.

2.10. Выбор параметров механизма привода ковша.

2.11. Выбор параметров механизма привода стрелы.

2.12. Проверка полученных вариантов рабочего оборудования по возможности обеспечения требуемого горизонтального хода ковша на уровне стоянки экскаватора.

2.13. Рабочая зона экскаватора как потенциальное силовое поле.

2.14. Выводы.

ГЛАВА 3. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ МОЩНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭКСКАВАТОРА ПРЯМОГО КОПАНИЯ ПРИ ПРЕДПРОЕКТНОМ АНАЛИЗЕ.

3.1. Исходные данные для моделирования.

3.2. Общие замечания и некоторые результаты.

3.3. Анализ результатов вычислительного эксперимента.

3.4. Адекватность модели.

3.5. Компьютерное моделирование процесса выбора рациональных кинематических и силовых параметров исполнительных механизмов рабочего оборудования мощного гидравлического экскаватора прямого копания при предпроектном анализе.

3.5.1. Исходные данные.

3.5.2. Анализ результатов вычислительного эксперимента.

3.5.3. Максимальная реализуемая сила сопротивления грунта копанию.

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. СПОСОБЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЕДИНИЧНОГО ВАРИАНТА РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ. Шг

4.1. Формирование и оценка вектора силы сопротивления грунта копанию на зубьях ковша мощного карьерного гидравлического экскаватора прямого копания. 161 v

4.2. Аксиоматизация теории проектирования рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов.

4.3. Применение прогрессивных методов оценки надежности, живучести и стойкости сложных систем к мощным гидравлическим экскаваторам. Постановка задачи.

4.4. Исследование нагрузок на гусеничное ходовое оборудование гидравлического экскаватора.

4.5. Математическая модель определения нагруженности одноковшового гидравлического экскаватора обратного копания.

4.6. Оценка эффективности варианта рабочего оборудования.

4.7. Выводы.

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

Задачи повышения эффективности горного производства определяют необходимость качественного изменения средств производства за счет разработки высокопроизводительных и ресурсосберегающих горных машин нового поколения, обеспечивающих резкое (в 2.3 раза и более) снижение затрат на разработку месторождений и добычу полезных ископаемых.

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

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

Таким образом, исходя из требований практики, сформулирована основная задача исследований, состоящая в разработке методики обоснования рациональных параметров рабочего оборудования гидравлических экскаваторов на ранних стадиях проектирования.

Существующий технический уровень конструкций рабочего оборудования мощных карьерных гидравлических экскаваторов не в полной мере отвечает требованиям современной горной промышленности. j

Следовательно, разработка методики выбора рациональных параметров рабочего оборудования гидравлических экскаваторов на ранних стадиях проектирования, которая позволяет повысить технико-экономические показатели гидравлических экскаваторов, является актуальной научно-технической задачей, отвечающей потребностям горного производства.

Объект исследования - рабочее оборудование мощных гидравлических экскаваторов прямого копания.

Предмет исследования - процесс проектирования рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания на этапе пред-проектного анализа.

Целью работы является обоснование рациональных параметров рабочего оборудования для повышения эффективности отечественных мощных гидравлических экскаваторов прямого копания.

Идея работы состоит в разработке новой схемы проектирования рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания.

Методы исследования: включают обобщение и анализ литературных источников, теоретические и экспериментальные методы исследования, базирующиеся на классических законах математики и физики, синергетики и пр.

Научные положения, выносимые на защиту:

- процесс проектирования рабочего оборудование мощных гидравлических экскаваторов можно рассматривать как функциональный преобразователь, который для каждой совокупности исходных данных устанавливает соответствующую совокупность характеристик единичного варианта рабочего оборудования;

- выбор рациональных параметров исполнительных механизмов рабочего оборудования должен выполняться при объединении их в общую структурную схему. В качестве обязательного требования при этом выдвинем ограничение максимума реализуемого усилия на зубьях ковша наибольшим активным давлением, развиваемым насосом, при копании рукоятью и ковшом;

- показателем уровня технического совершенства конструкции рабочего оборудования и мощных гидравлических экскаваторов в целом является соотношение площади действительной рабочей зоны экскаватора, в пределах которой реализуется заданный уровень нагрузок на рабочем органе, к площади теоретической рабочей зоны.

Научная новизна работы

- Обоснована методика выбора рациональных кинематических и силовых параметров рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания на этапе предпроектного анализа.

- Предложены подходы и критерии для оценки эффективности как единичного варианта рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов, так и его отдельных механизмов;

- Выполнен вычислительный эксперимент и определены основные качественные зависимости между параметрами рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания.

Практическая ценность работы

- Предложены основы новой технологии проектирования рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания, позволяющие на стадии предпроектного анализа (ПА) получить ансамбль рациональных вариантов рабочего оборудования, передаваемых к дальнейшему проектированию.

- Предложена методика выбора основных параметров рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов.

- Разработан пакет прикладных программ, реализующий указанные рекомендации на компьютере.

- Выполнен вычислительный эксперимент и определены основные качественные зависимости между параметрами рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием классических и современных методов исследований кинематических и силовых параметров рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания, хорошей сходимостью результатов теоретического анализа с данными вычислительного эксперимента, а также сравнительного анализ результатов процедур параметрического синтеза. Расхождение расчетных данных и результатов вычислительного эксперимента не превышает 15 %.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в «Дивизионе - Горное оборудование Уралмаш-Инжиниринг машиностроительной корпорации «Уралмашзавод»». Кроме того, результаты работы используются в учебном процессе на кафедре «Горные машины и комплексы» УГГУ, на кафедре «Строительные и подъемно-транспортные машины» МГСУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Горные машины и комплексы» УГГУ в 2006 - 2008 г., на заседаниях кафедры «Строительные и подъемно-транспортные машины» МГСУ в период 2000 - 2008 г., а также в ООО ОМЗ «ГОиТ» (ныне «Дивизионе - Горное оборудование Уралмаш-Инжиниринг машиностроительной корпорации «Уралмашзавод»») в 2005 -2008 г.

Результаты настоящей работы были представлены на конференциях:

- международная научно-техническая конференция Интерстроймех (г. Санкт-Петербург, 2001 г. и г. Могилев, 2002 г.);

- ежегодная международная интернет-конференция молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения «МИКМУС про-бмаш» (г. Москва, ИМАШ имени А. А. Благонравова, 2004, 2007 гг.);

- международная научно-техническая конференция «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности. Чтения памяти В. Р. Кубачека» (г. Екатеринбург, 2006 - 2008 гг.);

- международная научно-техническая конференция «Машиностроение и техносфера XXI века» (г. Севастополь-Донецк, 2007 г.).

Личный вклад автора заключается в

- построении математических и компьютерных моделей выбора рациональных вариантов рабочего оборудования;

- исследовании процесса формирования, и в разработке метода оценки, вектора силы сопротивления грунта копанию на зубьях ковша мощного карьерного гидравлического экскаватора прямого копания;

- проведении вычислительного эксперимента, анализе и обобщении полученных результатов.

Публикации. По материалам работы опубликовано 9 печатных работы, в том числе 2 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и четырех приложений. Общий объем работы - 297 е., в том числе: основной текст - 193 с. (приведены 44 рисунка и 24 таблицы). Библиографический список содержит 162 наименований.

4.7. Выводы

1. В настоящей главе представлены итоги некоторых исследований в области ГЭ, которые дополняют описанные ранее в этой работе результаты.

Изложенные здесь положения служат важной цели - рождению и оформлению единой теории проектирования отечественных МГЭ, и намечают пути дальнейших исследований.

2. Для оценки эффективности рациональных вариантов РО и сравнения их друг с другом следует использовать способ, описанный в настоящей главе в разделе 4.6.

1. Раннев А.В. Новый ГОСТ на одноковшовые универсальные полноповоротные экскаваторы // Строительные и дорожные машины. 1996. №10. с. 33-34.

2. Побегайло А.П. Нагруженность несущих металлоконструкций ходового оборудования карьерных гидравлических экскаваторов с оборудованием прямой лопаты: Дисс. ... канд. техн. наук. М., 1991. 186 с.

3. Крикун А.В. Нагруженность рабочего оборудования карьерного гидравлического экскаватора прямого копания: Дисс. ... канд. техн. наук. М., 1991. 250 с.

4. Побегайло П.А. Мощные отечественные карьерные одноковшовые гидравлические экскаваторы // Горные машины и автоматика. 2004. № 2. с. 13-22.

5. Побегайло П.А. и др. Мощные отечественные карьерные гидравлические экскаваторы сегодня // Интерстроймех - 2002: Материалы между-нар. науч. техн. конф. / МГТУ. Могилев, 2002. с. 181-183.

6. Побегайло П.А. Одноковшовые экскаваторы: общие сведения // Вира - Майна, 2003. № 2 . с. 9 - 1 1 .

7. Побегайло П.А. Обобщение результатов научных исследований и опыта применения новых конструктивных решений ОПУ, нижней и поворотной рам карьерных экскаваторов // Горные оборудование и электромеханика. 2006, № 2. с. 25 - 29.

8. Мельников Н.Н., Неволин Д.Г., Скобелев Л.С. Технология применения и параметры карьерных гидравлических экскаваторов. / Отв. ред. Мельников Н.Н. Апатиты: Кольский научный центр РАН, 1992. 220 с.

9. Rath Н. Development of Hydraulic for Quarring Applications. Pt. 1 // Mine & Quarry. 1987 -16, nr V2 - P. 26 - 30.

10. Комиссаров А.П. Моделирование рычажно-гидравлических механизмов и обоснование перспективных конструкций карьерных гидравлических экскаваторов: Дисс. ... докт. техн. наук. Екатеринбург, 2004. 214 с.

11. Винницкий К.Е. и др. Освоение гидравлических экскаваторов нового поколения в практике открытых горных работ // Горная промышленность. 1998. № 1. с. 30-36.

12. Висбек 3. и др. Об эффективности применения карьерных гидравлических экскаваторов // Горная промышленность. 1998. № 5.

13. Климов Л. и др. О программе кооперативного производства экскаваторов нового поколения // Горная промышленность. 1999. № 2. с. 15 — 17.

14. Хаспеков П.Р. Повышение эффективности выемочно-погрузочных работ с использованием карьерных гидравлических экскаваторов нового поколения: Дисс. ... канд. техн. наук. М., 2000.

15. Гойхбург В.К., Смоляницкий Э.А. Погрузочное рабочее оборудование отечественных и зарубежных гидравлических экскаваторов. Обзор. ЦНИИТЭстроймаш. М., 1972. 38 с.

16. Рось Я.В. Исследование динамики подъема груза силовыми гидроцилиндрами: Дисс. ... канд. техн. наук. Львов, 1969.

17. Королев А.В., Перлов А.С., Смоляницкий Э.А. Рабочее оборудование полноповоротных гидравлических экскаваторов. Обзор. ЦНИИТЭстроймаш. М., 1971. 75 с.

18. Рустанович А.В. Развитие конструкций рабочего оборудования одноковшовых полноповоротных гидравлических экскаваторов за рубежом // Сборник строительных и дорожных машин. Экскаваторы и краны. 1971. № 2 . с. 5 1 - 6 2 .

19. Королев А.В. Рабочее оборудование зарубежных гидравлических экскаваторов. Обзор. ЦНИИТЭстроймаш. М., 1982. 44 с.

20. Моисеев Г.Д. Определение оптимальных параметров рычажных систем строительных манипуляторов на базе одноковшовых экскаваторов с гидроприводом: Дисс. ... канд. техн. наук. М., 1988. 293 с.

21. Бровин В.А. Исследование и проектирование шарнирно-рычажных механизмов гидравлических экскаваторов: Дисс. ... канд. техн. наук. М., 1969.

22. Ванторин В.Д. Проектирование исполнительных механизмов строительных и дорожных машин с объемным гидроприводом // «Строительные и дорожные машины»: Реф. сбор. № 3. М., 1967.

23. Голяков И.Н. Определение оптимальных траекторий, скоростей и кинематических параметров рабочего оборудования гидравлических экскаваторов // «Строительные и дорожные машины»: Реф. сбор. № 1. М., 1966. с. 2 5 - 3 1 .

24. Жинжера А.И. Реактивные нагрузки в рабочем оборудовании экскаватора // Автомобильный транспорт. Совершенствование машин для земляных и дорожных работ: Сб. науч. тр. Выпуск № 5. / ХГФДТУ. Харьков, 2000. с. 92 - 94.

25. Тарасов В.Н. Исследования процесса разгона гидромеханизмов рабочего оборудования экскаватора при реальном законе включения золотника // Ст. в сб. «Строительные и дорожные машины». № 3. / ЦНИИТЭстроймаш. М., 1972. с. 3 - 7.

26. Отчет о НИР «Разработать типовые методики расчета основных механизмов одноковшовых гидравлических экскаваторов. Том 1. Рабочее оборудование». М.: ВНИИСДМ, 1974. 131 с.

27. Мокин Н.В., Смоляницкий Э.А. Гидравлические экскаваторы. Ч. I. Определение параметров. Новосибирск: НИИЖТ, 1976. 85 с.

28. Елизарова В.Б., Иоффе А.С. Выбор длины элементов рабочего оборудования одноковшовых гидравлических экскаваторов // Строительные и дорожные машины. 1982. № 10. с. 27 - 28.

29. Григорьев А.Г., Зарецкий Л.Б. Проектирование исполнительных механизмов в САПР рабочего оборудования гидравлических экскаваторов // Совершенствование конструкций и систем управления строительных машин: Науч. тр. №117./ ВНИИСДМ. М., 1990.

30. Григорьев А.Г. Автоматизация проектирования рабочего оборудования одноковшового гидравлического экскаватора: Дисс. ... канд. техн. наук. М., 1990. 191с.

31. РД 2201-18-84. Методические указания по выбору оптимальных параметров стрелоподъемных механизмов с гидроприводом. М.: ВНИИСДМ, 1984. 16 с.

32. Смоляницкий Э.А. Определение и оптимизация шестизвенного механизма с качающимся гидроцилиндром // Строительные и дорожные машины. 2006. № 1.

33. Павлов В.П. Расчет на ЭВЦМ рабочего оборудования гидравлических экскаваторов. Красноярск: КПИ, 1981. 43 с.

34. Живейнов Н.Н., Карасев Г.Н., Павлов В.П. Проектирование одноковшовых экскаваторов с применением ЭВМ и САПР. Красноярск: КГТУ, 1988. 184 с.

35. Башкиров B.C. Оптимизация параметров стрелоподъемного механизма одноковшовых универсальных гидравлических экскаваторов: Дисс. ... канд. техн. наук. М., 1986. 125 с.

36. Дубовик А., Тимошенко В.К. К выбору параметров стрелоподъемного механизма// Строительные и дорожные машины. 1984. № 1.

37. Тимошенко В.К. Расчет рациональных параметров стрелоподъемного механизма гидравлического экскаватора // Строительные и дорожные машины. 1986. № 3. с. 18 - 20.

38. Тимошенко В.К. Расчет механизмов с приводом от качающихся гидроцилиндров // Строительные и дорожные машины. 1988. № 3. 24 - 26, №4. с. 19-21.

39. Тимошенко В.К. Выбор рациональных параметров механизма привода рукояти гидравлического экскаватора // Строительные и дорожные машины. 1988. № 12. с. 21-23.

40. Кулик И.А., Тимошенко В.К. Исследование и выбор рациональных параметров механизма привода ковша гидравлического экскаватора // Строительные и дорожные машины. 1990. № 10. с. 22-25.

41. Тимошенко В.К. Оптимизация параметров механизма привода рукояти обратной лопаты гидравлического экскаватора // Строительные и дорожные машины. 1991. № 2. с. 25 - 26.

42. Кулик И.А., Хмара Л.А. Оптимизация выбора гидроцилиндров и расчет параметров рычажного механизма // Строительные и дорожные машины. 1991. №6. с. 19-21.

43. Отчет о НИР «Обзор и анализ состояния теории и расчета гидравлических экскаваторов». М.: МИСИ, 1983.

44. Отчет о НИР «Анализ и определение параметров рабочего оборудования гидравлических экскаваторов и привода пневмоколесного хода с гидромотор-колесами». М.: МИСИ, 1985. 68 с.

45. Отчет о НИР «Провести исследование кинематических схем и конструкций элементов рабочего оборудования гидравлических экскаваторов с целью снижения удельной материалоемкости и обоснования оптимизации рабочих параметров». М.: МИСИ, 1983.

46. Шамонин А.С. Оптимизация параметров рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов (на примере гусеничного гидравлического экскаватора с обратной лопатой): Дисс. ... канд. техн. наук. М., 1992. 207 с.

47. Крикун В.Я. Приближенная оценка сил сопротивления грунта копанию поворотом ковша обратной лопаты // Строительные и дорожные машины. 1992. №8. с. 4 - 5 .

48. Крикун А.В., Крикун В.Я. Расчет параметров привода рабочего оборудования гидравлических экскаваторов как единой механической системы // Строительные и дорожные машины. 1993. № 5. с. 27 - 29.

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

50. Крикун В.Я. Технологические резервы повышения эффективности работы гидравлических экскаваторов // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1997. № 6. с. 110-117.

51. Крикун В.Я. Привязка гидравлических цилиндров копающих механизмов к рабочему оборудованию экскаваторов // Строительные и дорожные машины. 1998. № 2. с. 14-18.

52. Крикун В.Я., Манасян В.Г. Расчет основных параметров гидравлических экскаваторов с рабочим оборудованием обратная лопата. Учеб. пособие. М.: АСВ, 2001. 104 с.

53. Коваленко М.В. Уравновешивание рабочего оборудования гидравлического экскаватора: Дисс. ... канд. техн. наук. Омск, 2004. 179 с.

54. Geu Flores F., Kecskemethy A., Pottker A. Workspace analysis and maximal force calculation of a face-shovel excavator using kinematical transformers. 12th IFToMM World Congress, Besancon, June 1 8 - 2 1 , 2007. p. 6.

55. Cannon H., Sing S. Models for automated earthmoving. In international symposium on experimental robotics, Sydney, Australia, March 1999.

56. Edwards D. J., Griffiths I. J. Artificial intelligence approach to calculation of hydraulic excavator cycle time and output. Institution of Mining and Metallurgy, 109, Jan.-Apr. 2000.

57. Nguyen Q. H. и др. Impedance control of a hydraulically actuated robotic excavator. Impedance control of a hydraulically actuated robotic excavator. Automation in Construction, 9:421-435, 2000.

58. Hall A., McAree P.R. Robust bucket position tracking for a large hydraulic excavator. Mechanism and Machine Theory, Aug. 2004.

59. Kecskemethy A. On closed form solutions of multiple-loop mechanisms. In J. Angeles, G. Hommel, and P. Kovacs, editors, Computational Kinematics, pages 263-274, 1993.

60. Kecskemethy A. MOBILE 1.3 User's Guide. Lehrstuhl furMechanik, Uni- versif'at Duisburg-Essen, 2002.

61. Hiller M., Kecskemethy A. Object-oriented programming techniques in vehicle dynamics simulation. In Proceeding of the IMACS Symposium on Mathematical Modelling, Vienna, Feb. 2-4, Volume 4, pages 673-678, 1994.

62. Hiller M., Kecskemethy A., Krupp T. Symbolic processing of multiloop mechanism dynamics using closed-form kinematics solutions. l(l):23-45, 1997.

63. Koivo A J . Kinematics of excavator (backhoes) for transferring surface material. Journal of Aerospace Engineering, 7(1):7-31, 1994.

64. Koivo A J . и др. Modeling and Control of Excavator Dynamics during Digging Operation. Journal of Aerospace Engineering, pages 10-18, January 1996.

65. Reece A.R. The Fundamental Equation of Earthmoving Mechanics. In Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 1964.

66. Hendrickson C , Oppenheim I., Romero-Lois H. A Strategic Planner for Robot Excavation. In Proc Sixth International Symposium on Automation and Robotics in Construction ISARC, pages pp. 553-560, June 1989.

67. Rye D.C. и др. Autonomous Excavator Development at the CMTE. CMTE Technical News, 1997.

68. Salcudean S.E. и др. Bilateral Matched-Impedance Teleoperation with Application to Excavator Control. In Proceedings of the 1998 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Leuven, Belgium, May 1998.

69. Sing S. Synthesis of Tactical Plans For Robotic Excavation. PhD thesis, Robotics Institute, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA, USA, January 1995.

70. Bares J., Rowe P., Sing S., Stentz A. A Robotic Excavator for Autonomous Truck Loading. Autonomous Robots, 7(2): 175-186, September 1999.

71. Salcudean S.E. и др. Impedance Control of a Teleoperated Excavator. In IEEE Transactions on Control Systems Technology, volume 10, pages 355— 367, May 2002.

72. Skibniewski M.J., Vaha P.K. Dynamic Model of Excavator. Journal of Aerospace Engineering, 6(2): 148-158, April 1993.

73. Mckeyes E. Soil Cutting and Tillage. Elsevier, 1985.

74. Boulanger P., Lapointe J. Creation of a live virtual reality model of mining environments from sensor fusion. National research council of Canada, Ottawa, Canada, 2001.

75. ГОСТ P ИСО 9004-2001. Системы менеджмента качества. Рекомендации по улучшению деятельности. М.: Госстандарт России, 2001. 46 с.

76. Фролов К.В. Методы совершенствования машин и современные проблемы машиноведенья. М.: Машиностроение, 1984. 224 с.

77. Машины для земляных работ: Учебник для вузов. / Волков Д.П. и др.; Под ред. Волкова Д.П. М.: Машиностроение, 1992. 448 с.

78. Щербаков И.С. Система автоматизации и моделирования одноковшового экскаватора с гидроприводом: Дисс. ... канд. техн. наук. Омск, 2006.

79. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.488 с.

80. Cannon Н. Extended Earthmoving with an Autonomous Excavator, Masters Thesis, Robotics Institute, Carnegie Mellon University, May 1999.

81. Park B. Development of a virtual reality excavator simulator: a mathematical model of excavator digging and a calculation methodology. Diss. Virginia Polytechnic Institute and State University, Blackburg, Virginia, USA, 2002.

82. Павлов В.П. Моделирование конструкций, приводов и рабочих процессов землеройных машин. Красноярск: ИГЩ КГТУ, 2006. 212 с.

83. Павлов В.П. Основы системотехники многоцелевых землеройных машин. Новосибирск: Издательство СО РАН; Красноярск: ИГЩ КГТУ, 2006. 332 с.

84. Павлов В.П. Автоматизированное проектирование. Схемотехнический анализ приводов и конструкций строительных и дорожных машин. Красноярск: Издательство КГТУ, 1993. 67 с.

85. Кудрявцев Е.М. Основы автоматизации проектирования машин. М.: Машиностроение, 1993. 336 с.

86. Маклаков СВ. Моделирование бизнес-процессов с AllFusion Process Modeler. М.: Диалог-МИФИ, 2004. 240 с.

87. Дубейковский В.И. Практика функционального моделирования с AllFusion Process Modeler. М.: Диалог-МИФИ, 2004. 464 с.

88. Голованов М.Е., Макеев Н.А., Побегайло П.А. Разработка методики расчета машинного времени на операцию токарной обработки ко-лечного производства и создание программного модуля на ее основе. М.: ОАО «Московский подшипник», 2005. 78 с.

89. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений, а также Хроника событий в Волшебных странах. М.: Логос, 2003. 392 с.

90. Ногин В.Д. Принятие решений в многокритериальной среде: количественный подход. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. 176 с.

91. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Дрофа, 2006. 175 с.

92. Захаров И.Г. Обоснование выбора. Теория практики. СПб.: Судостроение, 2006. 528 с.

93. Волков Д.П. Строительные машины и оборудование в двадцать первом веке // Механизация строительства. 1998. № 3. с. 2 - 5.

94. Побегайло П.А. Некоторые замечания о методологии проектирования сложных технических систем // «Машиностроение и техносфера XXI века»: XIV международная научно-техническая конференция. Том 3. /ДонНТУ. Севастополь. 2007. с. 183 - 186.

95. ГОСТ 22894-77 Экскаваторы одноковшовые универсальные гидравлические. М.: Издательство стандартов, 1978. 28 с. ИЗ. Акинфиев А.А. Современные конструкции зарубежных пневмо-колесных экскаваторов. Обзор. ЦНИИТЭстроймаш. М., 1990. 57 с.

96. Фролов К.В. Избранные труды: в 2 томах. Том 2: Машиноведение и машиностроение. М.: Наука, 2007, 523 с.

97. Владимир Васильевич Ржевский в нашей памяти: Воспоминания. Сост. В.И. Ганицкий, М.: МГГУ, 2005, 271 с.

98. Моисеев Н.Н. Математик задает вопросы... (Приглашение к диалогу). М.: Знание, 1975.

99. Балакшин О.Б. Синтез систем. М.: ИМАШ РАН, 1995. 404 с.

100. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. Санкт-Петербург: Деан, 2003. 176 с.

101. Домбровский Н.Г., Панкратов А. Землеройные машины. 4.1. М.: Госстройиздат, 1961. 651 с.

102. Побегайло П.А. Математическая модель определения нагружен- ности одноковшового гидравлического экскаватора обратного копания // Интерстроймех - 2002: Материалы межд. науч. конф. / МГТУ. Могилев, 2002. с. 179-181.

103. Вавилов В.В., Устинов А.В. Две знаменитые формулы // Квант. 2008. № 2. с. 11 - 15, 22, 58 - 59.

104. Арнольд В.И. На сколько частей делят плоскость п прямых? // Математическое просвещение. Третья серия. Выпуск 12. М.: МЦНМО, 2008. с. 95-104.

105. Вавилов В.В., Устинов А.В. Многоугольники на решетках. М.: МЦНМО, 2006. 72 с.

106. Михайлов А.П., Самарский А.А. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. 320 с.

107. Мышкис А.Д. Элементы теории математических моделей. М.: Едиториал УРСС, 2004. 192 с.

108. Блехман И.И., Мышкис А.Д., Пановко Я.Г. Прикладная математика: предмет, логика, особенности подходов. С примерами из механики. Учебное пособие. М.: КомКнига, 2005. 376 с.

109. Лагунова Ю.А., Суслов Н.М. Проектирование гидроцилиндров. Учеб. пособие. Екатеринбург: УГГУ, 2001. 81с.

110. Ганичев В.Я., Литвак А.Е. Определение параметров гидроцилиндров одноковшовых экскаваторов // Строительные и дорожные машины. 1977. № 7 . с. 2 5 - 2 6 .

111. Мокин Н.В., Смоляницкий Э.А. Гидравлические экскаваторы. Ч. II. Расчет и конструирование механизмов. Новосибирск: НИИЖТ, 1976. 72 с.

112. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных. Санкт-Петербург: Невский Диалект, 2005. 352 с.

113. Кормен Т. и др. Алгоритмы: построение и анализ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. 1296 с.

114. Седжвик Р. Фундаментальные алгоритмы на C++. Анализ. Структуры данных. Сортировка. Поиск. Санкт-Петербург: ООО «ДиаСоф-тЮП», 2002. 688 с.

115. Кнут Д.Э. Искусство программирования. Т.З. Сортировка и поиск. М.: Издательский дом «Вильяме», 2004. 832 с.

116. Лейтон Р.Б., Сэндс М., Фейнман Р.Ф. Фейнмановские лекции по физике. Вып. 1: Современная наука о природе. Законы механики; Вып. 2: Пространство. Время. Движение. М.: Едиториал УРСС, 2004, 440 с.

117. Зенкевич Л., Ющенко А.С. Основы управления манипуляцион- ными роботами. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 480 с.

118. Корендясев А.И., Саламандра Б.Л., Тывес СМ. Теоретические основы робототехники. T.l. М.: Наука, 2006. 383 с.

119. Побегайло П.А. Исследование нагрузок на гусеничное ходовое оборудование экскаватора третьей размерной группы // Интерстроймех - 2001: Материалы межд. науч. конф. /СПбГТУ. Санкт-Петербург. 2001. с. 209-210.

120. Побегайло П.А. Исследование нагрузок на гусеничное ходовое оборудование экскаватора третьей размерной группы: Дипломная работа. М.: МГСУ, 2000. 77 с.

121. Побегайло П.А. Автоматизация проектирования рабочего оборудования мощных гидравлических экскаваторов прямого копания. Дипломная работа. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова; 2006. 200 с.

122. Гальперин М.И., Домбровский Н.Г. Строительные машины. В 2 частях. Часть 2. М.: Высшая школа, 1985.

123. РД 22-158-86. Экскаваторы одноковшовые гидравлические. Рабочее оборудование. Расчет металлоконструкций на статическую прочность. М.: ВНИИСДМ, 1987.

124. Прокофьев В.Н. и др. Машиностроительный гидропривод. М.: Машиностроение, 1978.

125. Гельфанд И.М., Львовский СМ., Тоом А.Л. Тригонометрия. М.: МЦНМО,2003.

126. Демидович Б.Н., Мирон Н.А. Основы вычислительной математики. М.: Наука, 1970.

127. Успенский В.А. Что такое аксиоматический метод? Ижевск: Научно-издательский центр «Регулярная и хаотическая динамика», 2001, 96 стр.

128. Солод С В . Надежность горных выемочных машин. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003.

129. Кочкаров А.А., Малинецкий Г.Г. Обеспечение стойкости сложных систем. Структурные аспекты. Препринт ИПМ № 53. М.: ИПМ, 2005.

130. Кочкаров А.А., Салпагаров М.Б. Моделирование разрушения' сложных систем. Структурные аспекты. Препринт ИПМ № 33. М.: ИПМ, 2007.

131. Ахромеева Т.С, Курдюмов СП., Малинецкий Г.Г., Самарский А.А. Нестационарные структуры и диффузионный хаос. М.: Наука, 1992.

132. Малинецкий Г.Г. Базовые модели и ключевые идеи синергетики. Препринт ИПМ № 70. М.: ИПМ, 1994.

133. Багин Б.П., Оленич В.И. Основы статистической динамики одноковшовых экскаваторов (обзор). М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1974.

134. Гаевская К.С. Статистические исследования нагрузок рабочего1 оборудования и механизмов карьерных экскаваторов. В сб. «Вопросы механизации открытых горных и земляных работ». М.: Госгортехиздат, 1961, с. 190-197.

135. Ильин А.Е., Никишкин СИ. Автоматизированный поиск наиболее напряженных положений рабочего оборудования // Строительные и дорожные машины. 1999. № 2.

136. Круль К. Расчет нагрузок и напряженного состояния конструкции экскаватора «Браваль» // Строительные и дорожные машины. 2001. №12. с. 3 7 - 4 0 .

137. Круль К. Метод определения составляющих сопротивления грунта копанию и нагрузок в шарнирах рабочего оборудования гидравлического экскаватора // Строительные и дорожные машины. 1992. №11-12.