авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Обоснование рациональных параметров скреперов с интенсификатором загрузки типа промежуточной подгребающей стенки

На правах рукописи

ЧЕБАН АНТОН ЮРЬЕВИЧ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СКРЕПЕРОВ С ИНТЕНСИФИКАТОРОМ ЗАГРУЗКИ ТИПА ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОДГРЕБАЮЩЕЙ СТЕНКИ 05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Хабаровск - 2009 2

Работа выполнена в ГОУВПО «Тихоокеанский государственный университет»

Научный консультант:

доктор технических наук, доцент Шемякин Станислав Аркадьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Никулин Павел Иванович кандидат технических наук, профессор Демиденко Анатолий Иванович

Ведущая организация:

ГОУВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Защита диссертации состоится «11» июня 2009 г. в 1500 на заседании диссертацион ного совета Д 212.294.01 в ГОУВПО «Тихоокеанский государственный университет» по адресу: 680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136, ауд. 315 л.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «Тихоокеанский госу дарственный университет».

Автореферат разослан « 7 » мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.В. Лещинский ВВЕДЕНИЕ И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Скреперы, заполняющиеся за счет тягового усилия, отлича ются простотой конструкции, однако, возникает необходимость в использовании трак тора-толкача при наборе грунта. Кроме того, загрузка малосвязных грунтов с высоким коэффициентом наполнения невозможна даже с помощью толкачей. В связи с этим уве личивается себестоимость разработки грунта и появляется зависимость технологическо го процесса скрепера от толкача. Последние 20…30 лет характеризуются поисками эф фективных интенсификаторов загрузки скреперных ковшей. Интенсификаторы типа скребковых и шнековых элеваторов нашли применение, однако, имеют существенные недостатки. У скреперов с элеваторной загрузкой затруднена работа на тяжелых грунтах и грунтах содержащих крупнообломочные включения. Кроме того, эти интенсификато ры занимают значительный объем внутри ковша и требуют дополнительных устройств для обеспечения удовлетворительной разгрузки. Перспективным является внедрение ин тенсификаторов типа промежуточных подгребающих стенок, которые занимают незна чительный полезный объем ковша, могут работать с грунтами, содержащими крупнооб ломочные включения, не препятствуют процессу разгрузки грунта из ковша и могут обеспечить высокий коэффициент наполнения существующих и удлиненных ковшей.

Такие интенсификаторы изготавливались различными организациями, а производствен ные испытания доказывали эффективность их применения. Поскольку теоретических и экспериментальных исследований скреперов с интенсификаторами подобного типа бы ло проведено недостаточно, то вопрос определения рациональных параметров скреперов с интенсификатором в виде промежуточной подгребающей стенки является актуальным.

Объект исследования - рабочее оборудование скреперов с интенсификатором за грузки типа промежуточной подгребающей стенки (ППС).

Предмет исследования - процессы загрузки и разгрузки удлиненных ковшей скре перов с применением ППС.

Целью работы является повышение производительности скреперов и снижение се бестоимости выполняемых ими работ.

Основная идея работы заключается в том, что путем применения интенсификато ра типа ППС обеспечивается загрузка существующих и удлиненных ковшей с высоким коэффициентом наполнения, увеличение производительности и снижение себестоимо сти выполняемых работ.

Задачи исследования:

- создать функциональную зависимость (целевую функцию) по определению раци ональной длины, а, следовательно, и вместимости ковша, оборудованного ППС;

- теоретически и экспериментально определить максимально возможную длину ковша из условия предельного состояния грунта при разгрузке;

- разработать метод расчета сопротивлений передвижению задней стенки в удлинен ном ковше на основе уточнения напряженного состояния грунта при разгрузке;

- исследовать процесс загрузки и разработать метод по определению сопротивления продвижению грунта внутрь ковша с помощью ППС;

- создать метод расчета гидромеханизма привода ППС;

- исследовать возможность увеличения коэффициента наполнения передней части ковша на заключительной стадии копания до полной пробуксовки колес;

- выполнить расчет технико-экономических показателей скреперов, оборудован ных ППС.

Основные научные положения, представленные к защите:

1. Вместимость ковшей скреперов, оборудованных ППС, экономически целесо образно увеличивать путем удлинения ковша существующих скреперов в 1,51…1, раза, в зависимости от параметров машины и дальности транспортировки грунта.

2. Процесс загрузки удлиненного ковша с помощью ППС аналогичен процессу разгрузки грунта с помощью задней стенки, в связи с чем в методах определения со противлений загрузке и разгрузке следует учитывать напряжения по криволинейной поверхности сдвига, боковым и нижним граням призмы выпирания путем их инте грирования.

3. У скреперов с ППС и удлиненным ковшом на заключительной стадии копания в результате увеличения сцепной силы тяжести и тяги, а также использования рывка до полной пробуксовки колес возможно повысить усилие на рабочем органе машины на 20…38% и коэффициент наполнения передней части ковша на 12…19%.



Научная новизна работы:

1. Выявлено распределение удельных давлений со стороны грунта на заднюю и бо ковые стенки ковша скрепера в процессе разгрузки и определены контуры призм выпи рания, образующихся при загрузке с помощью ППС удлиненных ковшей, а также при разгрузке с помощью задней стенки.

2. Разработаны методы расчета сопротивлений загрузке и разгрузке удлиненных ковшей скреперов.

3. Предложен метод определения динамической нагрузки на рабочий орган в за ключительной стадии копания.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты исследований, обоснований и апробаций позволяют решить в едином комплексе ряд сложных и актуальных для проектирования скреперов задач, и в частности:

- обоснованы основные параметры скреперов с интенсификаторами загрузки типа ППС;

- создана методика экспериментальных исследований по определению деформаций грунта внутри ковша под воздействием ППС и задней стенки с помощью меченых ча стиц и цветных полос;

- установлено, что работа ППС и одновременное движение скрепера при наборе грунта невозможны без дополнительного источника энергии;

- предложено в качестве дополнительного источника энергии использовать гидро аккумуляторы, заряжаемые при холостых пробегах скрепера;

- проведены производственные испытания, которые подтвердили эффективность применения скреперов с ППС.

Достоверность научных положений, изложенных в работе, подтверждается экс периментальными исследованиями в лабораторных и полевых условиях, с использо ванием современного оборудования и необходимым объемом экспериментальных данных и их хорошей сходимостью с теоретическими расчетами, а также результата ми производственных испытаний опытного образца скрепера, оборудованного ППС.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы внедрены в ОАО «Урга луголь». Лабораторное экспериментально-исследовательское оборудование внедрено в учебный процесс на кафедре «Транспортно-технологические системы в строительстве и горном деле» Тихоокеанского государственного университета (ТОГУ).

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены и одобрены на:

Международной научно-технической конференции Интерстроймех в 2003 и 2007гг.;

симпозиуме «Неделя горняка» (семинар «Горные машины и оборудование») в 2007 и 2008гг.;

симпозиуме «Дальний Восток-3» (семинар «Современные технологии добычи и переработки полезных ископаемых) 2007г.;

IV, V, VI, VII Межрегиональных научно технических конференциях с международным участием «Механики ХХI веку», г.

Братск, БрГУ, 2005-2008гг;

60-й региональной научно-практической конференции твор ческой молодежи, г. Хабаровск, ДВГУПС, 2002;

III, V краевых конкурсах молодых уче ных и аспирантов, г. Хабаровск, 2001, 2003гг;

кафедре «Транспортно-технологические системы в строительстве и горном деле» ТОГУ.

Объем и структура диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 122 наименований и 12 приложений на 29 страницах. Основное содержание работы

изложено на 175 страницах машинописного текста, включая 10 таблиц, 101 рисунок.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлены результаты обзора и сравнительного анализа спо собов и технических средств повышения эффективности работы скреперов, а также вопросов загрузки и разгрузки их ковшей.

Наиболее существенный вклад в развитие и совершенствование конструкций и методов расчета скреперов сделан Артемьевым К.А., Баловневым В.И., Недорезовым И.А., Домбровским Н.Г., Ветровым Ю.А., Зелениным А.Н., Ульяновым Н.А., Петер сом Е.Р., Никулиным П.И., Ниловым В.А., Хмарой Л.А., Шемякиным С.А., Плешко вым Д.И., Демиденко А.И., Сивковой О.Н., Мартыновым В.П., Глебовым В.Д., Бере стовым Е.И., Борисенковым В.А., Шаволовым В.С., Карповым Б.И., Матвеевым А.В., Яркиным А.А., Лещинским А.В., Лиошенко В.И., Бармаш М.А., Дрессом Г., Кюном Г., Тыро Г. и др. В настоящее время проведено большое количество работ и принят ряд решений по вопросу интенсификации загрузки ковшей скреперов. Перспектив ным направлением являются интенсификаторы типа промежуточных подгребающих стенок (ППС), перемещающие разупрочненный грунт внутри ковша из его передней части в заднюю. Данные интенсификаторы позволяют эффективно заполнять ковши значительно более длинные, чем на существующих машинах. В связи с этим, вопрос по обеспечению разгрузки таких ковшей является актуальным, но недостаточно изу ченным.

Рабочее оборудование предлагаемой конструкции скрепера отличается наличием ППС 1 (рис.1), перемещаемой внутри удлиненного ковша 2 по направляющим 3, рас положенным на наружной стороне боковых стенок ковша, с помощью рычажной си стемы 4 и гидроцилиндров 5. В начале набора грунта ППС находится в передней ча сти ковша в области передней заслонки. После того, как передняя и средняя части удлиненного ковша заполняются грунтом в работу включается ППС и, передвигаясь при помощи гидроцилиндров по нижней ветви направляющих, перемещает грунт из передней части ковша в заднюю. Высвободившаяся передняя часть ковша вновь за полняется грунтом.

На основании анализа рассмотренных работ в главе 1 сделаны следующие выво ды: существует тенденция к выпуску скреперов, оснащенных интенсификаторами за грузки ковша;

главной возможностью повышения вместимости ковша, из условия экономической целесообразности, является увеличение его длины, и приближение продольного контура ковша к профилю, рекомендуемому Артемьевым К.А.;

при ре шении задачи по определению сопротивления продвижению грунта внутрь ковша при помощи подгребающей стенки (лопасти) авторами решается плоская задача, которая справедлива для массива бесконечной ширины;

кроме того, не учитывается дополни тельный распор грунта от действия ППС в поперечном направлении к продольной оси ковша;

в работах, посвященных разгрузке ковшей также решается плоская задача без учета действительной формы призмы выпирания, сформированной под действием задней стенки;

вопросы заполнения удлиненных ковшей с помощью ППС, а также их последующей разгрузки, изучены недостаточно. В результате анализа сформулирова ны задачи исследований, указанные в общей характеристике работы.

Рис.1. Продольный профиль существующего Рис.2. Зависимость технико-экономических ( LК 0 ) и удлиненного ковша ( LКi ) оборудованного показателей скрепера ДЗ-11 с ППС от коэффициента удлинения ковша l i при Lтр 400 м и работе на супеси интенсификатором загрузки типа ППС Во второй главе разработана функциональная зависимость (целевая функция) по определению рациональной длины, а, следовательно, и вместимости ковша, оборудо ванного ППС. Обосновывается возможность разгрузки удлиненного ковша и предлага ется метод к определению сопротивления передвижению задней стенки. Дан метод определения сопротивления продвижению грунта под действием ППС при загрузке ковша. Предложен метод расчета гидромеханизма перемещения ППС, а также метод учета динамической составляющей в заключительной стадии копания.

Для определения рациональной длины ковша скрепера с ППС было выявлено, во-первых, изменение металлоемкости из условия прочности каждого элемента и скрепера в целом в зависимости от коэффициента удлинения ковша li LКi LК 0, счи тая от режущей кромки ножа до задней стенки (рис.1). Во-вторых, металлоемкость G i изменяется не прямо пропорционально удлинению ковша, а по параболическому за кону и нижняя часть параболы предопределяет наличие оптимального значения этого удлинения (рис.2). В третьих, выявлено изменение вместимости ковша Vi К, удельной металлоемкости скрепера G i Vi К, сцепной массы машины R iсц, массы шин G iш от l i. В четвертых, составлена целевая функция, определяющая изменение и удельной себе стоимости работ С i уд в зависимости от l i при заданной дальности транспортировки грунта Lтр. Дальность транспортировки грунта принималась пошагово в интервале от 100 до 3000 метров. Решение целевой функции численными методами для каждого конкретного скрепера дает возможность выявить рациональную длину ковша, при ко торой себестоимость работ достигает минимального значения (рис.2). Данные иссле дования проводились для скреперов ДЗ-87-1А, ДЗ-11, ДЗ-13, ДЗ-107.

G i S у Н А Н Р Цш G iш К дш nш П Г ЗП Н З Зт Зс З р Т Г S у G i Е н 100Т Г 2 П шТ Г С i уд 3600 q пз К iн q iд li К н К вТ Г К разр пз д 2 К R G q пз пз К i н q i д l i К н УВН сц д t доп р i сц i е G i (1) R G К N N в к 1 сц ВhК р i сц i разр R iсц, G i Lтр тр е тр G i Lтр тр е тр ll 1i гр хх Vз.с N N N i в К N N N i в N К 1 дN дN в тр в И тр где S у - удельная стоимость машины;





Н А - норма амортизационных отчислений;

Н р - норма отчислений на ТО и ремонт;

Т Г - фонд времени работы машины в году;

З П заработная плата машиниста;

Н З - начисления на заработную плату;

Зт, Зс, З р - затраты соответственно на топливо, смазочные материалы и рабочую жидкость;

Цш, G iш, nш, П ш, К дш, П Г - соответственно, удельная цена шин, масса пары шин, число шин, нормативный пробег шины, коэффициент, учитывающий затраты на доставку и замену шин, годовой пробег скрепера;

q пз и q iд - геометрические объемы ковша, соот ветственно, в области передней заслонки и в области над днищем ковша;

К iН, К н - ко пз д эффициенты учитывающие наполнение соответственно в области передней заслонки и в области над днищем ковша;

Е Н, К в, К разр, К р - соответственно, коэффициенты рен табельности машины, использования машины по времени, разрыхления грунта, удельного сопротивления резанию грунта;

G i - суммарная масса скрепера и грунта;

сц,, к, e - соответственно, коэффициенты сцепления, сопротивления качению, бук сования и уклона местности при копании;

У - коэффициент, учитывающий объем грунта перед заслонкой;

В, Н - соответственно, ширина ковша и высота наполнения;

h минимальная толщина стружки в конце копания;

N - мощность двигателя;

N в, N И, N iгр, N iхх - мощности, соответственно, затрачиваемые на привод вспомогатель в в ных механизмов, на зарядку источника питания интенсификатора (гидроаккумулято ры) во время холостого хода, на преодоление ветрового сопротивления, при движе нии с грунтом и на холостом ходу;

- КПД трансмиссии;

К дN - коэффициент, учиты вающий использование двигателя по мощности в транспортном режиме;

тр, етр, тр соответственно, коэффициенты сопротивления качению, сопротивления уклона мест ности и буксования в транспортном режиме.

Удельная металлоемкость скреперов с удлиненным ковшом несколько выше, чем у существующих скреперов. Это объясняется наличием у машин интенсификатора загруз ки. При значениях li 1,76...2,11 удельные металлоемкости существующих и проектируе мых машин с ППС отличаются незначительно. Удельная металлоемкость скреперов с удлиненными ковшами, оснащенными ППС, значительно ниже, чем у скреперов, осна щенных скребковыми и шнековыми элеваторами.

С увеличением длины ковша эксплуатационная производительность П iЭ возрас тает по параболе, достигает максимальных значений при li 2,02...2,45 (в зависимости от марки скрепера и дальности транспортировки грунта), после чего начинает сни жаться. Снижение П iЭ связано с ускоренным ростом металлоемкости скрепера. Удель ная себестоимость единицы работ, напротив, с удлинением ковша снижается и достигает минимальных значений при li 1,51...1,85, также в зависимости от марки скрепера и от дальности транспортировки грунта. При увеличении дальности транспортировки грунта рациональная длина ковша скрепера несколько возрастает.

Существенным ограничением длины ковша скрепера является возможность его разгрузки по традиционной принудительной схеме с помощью задней стенки. За рас четный случай принималось критическое состояние, когда под давлением задней стенки происходит выпирание грунта, т. е. призмы выпирания (ПВ), пересыпания ее частично через боковые стенки, а вся масса впереди ПВ не продвигается в ковше к подножевой плите.

Сопротивление движению задней стенки удлиненного ковша (рис.3 а, б ):

F Fпас Fрол Р ин, (2) где Fпас - пассивный отпор грунта ПВ надвигающейся задней стенке;

F рол сопротивление качению роликов задней стенки;

Р ин - сила инерции поступательно движущейся массы грунта и задней стенки.

Согласно расчетной схеме (рис.3а ) пассивный отпор грунта ПВ равен:

Fпас Fлоб 2 Fтр.б Fтр.дн, (3) где Fлоб - сопротивление сдвигу по лобовой поверхности ПВ;

Fтр.б - сопротивление трения грунта ПВ по боковой стенке ковша;

Fтр.дн - сопротивление трения грунта ПВ по днищу ковша.

В предельном состоянии условие равновесия призмы выпирания выглядит сле дующим образом (рис.3б ):

Р х Fлоб.

акт (4) где Р хакт - активная сила, перемещающая ПВ по поверхности сдвига.

На элементарную площадку dF dsdl действует ряд напряжений (рис.3в ). Во первых, напряжение от собственной силы тяжести грунта z ( h ) h, направленное вдоль оси Z на днище ковша и в виде бокового распора б ( h ) z ( h ) в плоскости, параллельной днищу ковша. Здесь - приведенная плотность грунта, Н/м3, h - глу бина залегания элементарной площадки, - коэффициент бокового давления в грун те, определяемый через угол бокового давления, т.е. tg. Во-вторых, нормаль ное напряжение N ( h ) со стороны ПВ. Все эти напряжения изменяются с глубиной за легания h площадки dF в массиве грунта.

Лобовое сопротивление сдвигу призмы выпирания, действующее на элементар ную площадку dF относительно неподвижного грунта, равно dFлоб ( h ) dF cos cos, (5) где ( h ) - касательное напряжение, препятствующее сдвигу;

- угол расположения эле ментарной площадки на поверхности сдвига относительно продольной оси Х;

- угол наклона призмы выпирания по поверхности сдвига к днищу ковша, зависящий от угла внутреннего трения грунта, пористости и сцепления грунта (определен экспериментально).

Путем проецирования напряжений на плоскость сдвига (рис.3в ) получим ( h ).

После подстановки ( h ) и dF интегрируем выражение 5 по Н и R.

Рис.3. Схемы к определению сопротивления движению задней стенки: а - схема к определе нию пассивного отпора грунта;

б - схема действия сил на заднюю стенку;

в - схема действия напряжений на элементарную площадку по поверхности сдвига;

;

г - схема действия напряжений в элементарных граничных объемах А и Б;

д - схема к определению длины ковша Тогда ctg hA c h sin tg 2 dR ctg ln 1 HA 2 c H sin tg 2. (6) R R2B BH H Fлоб dh R1 2 R 4 R где А - безразмерный коэффициент, введенный для упрощения записи;

- коэф фициент, имеющий размерность Н/м3 и учитывающий изменение напряжения N ( h ) с глубиной залегания элементарной площадки dF ;

с - сцепление грунта;

R1 и R 2 - ради усы кривизны ПВ на верхнем и нижнем уровне ковша.

Активная сила, сдвигающая призму выпирания по плоскости сдвига, равна BH R R2 B H Р х dh ctg cos h dR N ctg cos.

акт ln (7) 2R 4 R 0 R Окончательно, с учетом уравнений (6), (7) и неравенства (4), сопротивление сдви гу по лобовой поверхности призмы выпирания равно BH R Fлоб N ctg cos.

ln (8) 4 R Для определения Fтр.б и Fтр.дн рассмотрено напряженное состояние элементарных объемов грунта, соответствующих местоположению точек А и Б (рис.3г ). На элемен тарные объемы грунта действуют, во-первых, напряжения, возникающие от силы тяже сти грунта и направленные вдоль осей Х, У и Z ( z, х у z ). Во-вторых, в ре зультате давления задней стенки на грунт в элементарных объемах А и Б соответственно возникают напряжения х, у, z и х, у, z. Напряжения х и у, а также х и у взаимосвязаны между собой через коэффициент бокового давления в грунте ( у х, у х ). Напряжения у и у определяются из рассмотрения напряжен ного состояния элементарных объемов А и Б, а у - из равенства пассивного отпора грунта и давления на заднюю стенку.

Сопротивление трения грунта ПВ по боковой стенке ковша k Н Fтр.б Н1 у у 2 у Н 4 6tg 6tg, (9) c где - угол наклона линии АМ к днищу ковша;

1 -коэффициент трения грунта по стали;

k - длина контакта ПВ с боковой стенкой.

Составляющая Fтр.дн в уравнении (3) с учетом площади соприкосновения ПВ с днищем ковша при условии z h и длине контакта ПВ с боковой стенкой на уровне днища а Fтр.дн a0 B R 2 arcsinВ 2 R 2 0,5 B R 2 0,5 B 2 Н1.

2 (10) Сопротивления F рол и Р ин определяются по известным методам.

Для обеспечения разгрузки грунта из удлиненного ковша скрепера при условии предельного состояния (до момента сдвига ПВ) необходимо, чтобы сопротивление разгрузке грунта FП, находящегося в передней части ковша (объем АМЖКТЕФП) акт (рис.3д ) перед лобовой поверхностью ПВ, не превышало силу Р х, которая препят ствует образованию ПВ. За расчетный примем самый неблагоприятный случай, когда после открытия передней заслонки грунт, находящийся над днищем ковша, не осы пался (угол откоса грунта в ковше равен 90о).

Р х FП.

акт Условие разгрузки удлиненного ковша скрепера (11) Сопротивление разгрузке грунта, находящегося в передней части ковша перед FП Fтр.дн 2 Fтр.б, П П лобовой поверхностью ПВ, равно (12) где Fтр.дн - сопротивление от трения грунта по днищу ковша;

Fтр.б - сопротивление П П от трения грунта по боковым стенкам ковша.

С учетом давления со стороны неподвижного массива грунта АМЖКТЕФП на боковые стенки и днище ковша, упрощений и преобразований получаем длину кон такта этого грунта с боковой стенкой l0 (рис. 3д ) Р х 0,96 z 1 B 0,67 1 H 0,5 у у Н / tg акт l 0,96 z 1 B Н1 0,5 у у. (13) Длина ковша скрепера из условия предельного состояния грунта в ковше при LК а0 Н tg l0.

р разгрузке (14) С целью определения затрат энергии и мощности на перемещение ППС внутри ковша разработаны расчетные схемы (рис.4).

Сопротивление перемещению ППС Р Т можно разложить на составляющие Р х, Р z (рис.4 а, б ), которые в общем виде равны:

Р х Р р соs н c 2 Р тр.б Р тр.дн cos c Р тр cos р G G с sin c Р j, (15) Р z Р р sin н c Р тр.дн sin c Р тр sin р G G c cos с, (16) где Р р - сопротивление резанию;

Р тр.б - сопротивление трению грунта призмы вы пирания по стенке ковша;

Р тр.дн - сопротивление сдвигу основания призмы выпирания;

Р тр - сопротивление трению грунта ПВ о лобовую поверхность ППС;

G, G с - силы тя жести грунта в призме выпирания и ППС;

Рj - сопротивление, связанное с преодолени ем сил инерции при разгоне прирастающей массы грунта в ПВ;

с - угол наклона тра ектории движения ППС к горизонту;

р - угол установки ППС (резания грунта);

н угол наклона ПВ по поверхности сдвига к горизонту.

Рис.4. Схемы к определению сопротивления перемещению ППС: а - общая схема;

б - расчет ная схема;

в - схема действия сил, определяющих равновесие ПВ в предельном состоянии;

г - схема действия сил и напряжений на ПВ;

д - схема действия напряжений на элементарную площадку по поверхности сдвига;

е - схема действия напряжений в элементарных граничных объемах С и Д.

Сопротивление резанию Р р определяется как сумма напряжений, действующих на поверхность сдвига ПВ (рис.4г ). Напряжения по поверхности ПВ при загрузке имеют тот же физический смысл, что и в процессе разгрузки. Для определения сопротивления резанию рассмотрим напряжения, действующие на элементарную площадку dFн лобо вой поверхности ПВ (рис.4д ). На элементарную площадку действуют напряжения z h н и б h, возникающие от силы тяжести грунта, а также нормальное напряжение N h, н н возникающее под действием ППС на грунт. Сопротивление резанию dР Р, действующее на элементарную площадку dFн, определяется по зависимости dР Р Р h dFн сos, (17) где Р h - касательное напряжение, препятствующее резанию и приложенное к по верхности сдвига элементарной площадки;

- угол расположения элементарной пло щадки относительно продольной оси Х.

Спроецировав напряжения на поверхность сдвига, получим Р h (рис.4д ) После подстановки Р h и dFн интегрируем выражение (17) по Н и R Н. Тогда В hAн A H П H0 BR н htg 2 dR н ln н1 Н П Н 0 Н 02 н нtg 2, (18) Rн Р Р dh sin R н1 2 R н sin н 4 Rн H0 н где Ан - коэффициент;

В - ширина ковша скрепера;

R н - радиус кривизны призмы выпирания в секущих плоскостях, параллельных днищу (изменяется от R н1 до R н 2 );

Н П - высота призмы выпирания;

Н 0 - среднее значение высоты «шапки» ПВ.

Сопротивление трения грунта ПВ по боковым стенкам ковша зависит от удельных давлений, возникающих в грунте в направлении оси У (рис.4е ). Для определения Р тр.б и Р тр.дн целесообразно рассмотреть напряженное состояние элементарных объемов грунта С и Д. На элементарные объемы грунта действуют напряжения, возникающие от силы тяжести грунта х ;

у ;

z, а также напряжения хн, ун, zн и хн, ун, zн, н н н возникающие в результате давления на грунт ППС.

Сила трения грунта ПВ о боковые стенки с учетом давления грунта на стенки ковша у н ун 2 ун k н Н П Н 0 2 Н 02 Н П Н 0 3 Н 03 Н П Н 0 3 Н 03 нk Н 1 у н 0, (19) Р тр. б 1 3tg н 3tg н 2 2 где kн - длина боковой грани ПВ в верхней части;

у, у, у - коэффициенты н (Н/м3), учитывающие изменение напряжений, соответственно, у, ун, ун с глубиной н залегания грунта в ковше;

н - угол наклона линии пересечения поверхности ПВ с бо ковой стенкой;

н - угол наклона ППС к днищу ковша.

Сопротивление сдвигу основания ПВ Р тр.дн а н 0 В R н22 arcsin0,5 В R н 2 0,5 В R н22 0,25 В 2 Н П Н 0 2, (20) где 2 - коэффициент трения грунта по грунту;

а н 0 - расстояние между точками С и Д.

Силу тяжести G грунта ПВ определяем, исходя из геометрических параметров ПВ с учетом наличия «шапки» ПВ. Сопротивление трения грунта о ППС определяется как произведение суммы нормальных составляющих гравитационных и дополнительных (распорных) давлений со стороны грунта на коэффициент трения грунта о сталь.

При определении сопротивления Р j, связанного с преодолением сил инерции при разгоне прирастающей массы грунта перед ППС, следует учитывать скорость движения стенки и зависимость изменения массы грунта в ПВ от хода ППС.

Общее сопротивление продвижению ППС (рис.4а ) Р Т Р х cos, (21) здесь arctg Р z Р х - угол между вектором Р Т и направлением движения ППС.

Полученные уравнения (15), (16) позволяют расчетным путем определять состав ляющие Р х и Р z общего сопротивления Р Т перемещению ППС, а, следовательно, и усилия в штоках гидроцилиндров привода ППС.

С целью определения потребной мощности на привод интенсификатора типа ППС и обоснования возможности применения гидроаккумуляторов разработан метод расчета усилий на штоках гидроцилиндров механизма перемещения промежуточной стенки. ППС перемещается вдоль бортов ковша скрепера по направляющим при по мощи гидроцилиндров (рис.1). Для определения усилия на штоках гидроцилиндров FЦ необходимо учесть составляющие Р х и Р z сопротивления перемещению ППС, а также сопротивления качению Р Д и Р М роликов о направляющие (рис.5).

Рис.5. Схема к расчету привода ППС: а -схема действия сил;

б - зависимость усилия FЦ в гид роцилиндрах привода ППС от хода штоков цилиндров lц ;

1, 2, 3, 4- соответственно, для скреперов, ДЗ-87-1А, ДЗ-11, ДЗ-13, ДЗ-107.

Затраты мощности на привод ППС N ППС (кВт) будут равны N ППС 2 FЦ ЦЦ р 1000 1, (22) где Ц - скорость выдвижения штока гидроцилиндра;

Ц - коэффициент полезного действия гидроцилиндра;

р - коэффициент полезного действия рычажной системы.

Расчеты по приведенной зависимости показывают, что для привода интенсифи катора типа ППС в зависимости от модели скрепера, длины его ковша и свойств грунта может затрачиваться от 18,7 до 35,1% номинальной мощности двигателя базо вого тягача. Поскольку копание на заключительной стадии ведется с максимальным использованием мощности тягача, одновременное включение в работу ППС невоз можно. Следовательно, для того чтобы включить интенсификатор, необходимо оста новить скрепер и прекратить копание. Это первый способ загрузки ковша, который приводит к увеличению времени цикла машины. Возможен второй вариант загрузки ковша. Для привода ППС предлагается использовать гидроаккумуляторы, подключа емые в гидросистему по разработанной автором схеме и заряжаемые при движении скрепера с порожним ковшом в сторону забоя. Работа, выполняемая при разрядке ак кумуляторов, Аи с учетом потерь в гидросистеме должна быть не меньше работы А, совершаемой при перемещении ППС А игс А, (23) где гс - коэффициент полезного действия гидросистемы.

Работа при разрядке гидроаккумулятора (ГА) для изотермного процесса А и рнVк ln ртах рн, (24) где рн - начальное давление газа в ГА (давление в конце разряда ГА);

ртах - мак симальное давление зарядки ГА;

Vк - конструктивная (полная) емкость ГА.

Усилие на штоках гидроцилиндров FЦ при перемещении ППС изменяется, посколь ку меняются сопротивления Р х и Р z. В общем виде зависимость изменения усилия в гидроцилиндрах привода ППС от хода штока lц можно представить в графическом (рис.5б ) и аналитическом виде FЦ а цlц bцlц с цlц d ц, 3 где aц, bц, с ц, d ц - аргументы функции.

Работу А можно определить как площадь под кривой FЦ Lц А а ц L3 bц L2 с цLц d ц dlц 0,25 а цL4 0,33 bцL3 0,5 с цL2 dLц (25) ц ц ц ц ц где 0, Lц - пределы интегрирования (ход штока гидроцилиндров).

Конструктивный объем гидроаккумуляторов Vк А 0,364рмахгс. (26) У скреперов с ППС и удлиненным ковшом на заключительной стадии копания использование увеличенной силы тяги и рывка до полной пробуксовки колес дает возможность повысить усилие на рабочем органе машины. На заключительном этапе копания скреперный агрегат движется на пределе сцепления движителей с грунтом (рис.6). Полное буксование возникает вследствие отрицательных ускорений, которые возникают во время копания грунта.

Рис.6. Эквивалентная схема скреперного агрегата как жесткой системы при движении на пре деле сцепления движителей с грунтом Уравнение движения скреперного агрегата в режиме полного буксования имеет вид d 2l Р дв Fc Fн.

т (27) dt После преобразования уравнения (27) приведем его к виду d 2l c l aн, (28) dt 2 m где с - интенсивность возрастания сопротивления копанию;

Fн - сопротивление ко панию в начале заключительной стадии набора грунта;

Fc - приращение сопротивления копания в течение заключительной стадии набора грунта;

l - путь, пройденный скре пером на пределе сцепления движителей с грунтом до остановки машины;

т - масса скрепера с грунтом;

а н - ускорение скрепера в момент достижения полного буксования.

Уравнение (28) представляет собой неоднородное линейное дифференциальное уравнение второго порядка. Решив уравнение (28) при граничных условиях: t 0, l 0 и V dl dt Vн, можем определить максимальное отрицательное ускорение скрепера, кото рое возникает при скорости, равной нулю, в момент полной остановки машины 0 V V с V с с а тах a н cos arctg н Vн sin arctg н, (29) а т а т т н н где Vн - скорость скрепера в момент достижения полного буксования.

Динамическая нагрузка на рабочий орган Fдин татах. (30) Полная нагрузка на рабочий орган Fр.о Т сц Fдин Fпер.к. (31) Согласно методике Петерса Е.Р.

КВhк ВНhк хВН 2 2 уВН 2 Fр.о, с с (32) где Fпер.к - сопротивление перемещению груженого скрепера в конце копания;

Н высота грунта в ковше;

hкс - толщина срезаемой скрепером стружки на заключитель ной стадии копания.

Преобразуем уравнение (32) с учетом зависимости (31) хВ 2 уВ Н 2 Вhк Н КВhк Т сц Fдин Fпер.к 0.

с с (33) Решение уравнения (33), имеющее физический смысл, может быть представлено в виде Вh 4хВ 2 уВ КВhк Т сц Fдин Fпер.к Вhк с с с к Н. (34) 2 хВ 2 уВ Расчет по зависимости (34) для скреперов с удлиненным ковшом и ППС дает возможность определить высоту заполнения ковша Н, а, следовательно, и коэффици ент наполнения kн передней части ковша. По сравнению с существующими скрепе рами Н у скреперов с удлиненным ковшом и ППС увеличивается на 7,1…12,5%, а kн на 12…19%. Это связано с увеличенным сцепным весом и силой тяги скреперов с ППС, а также увеличением Fдин при использовании рывка.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям процесса разгрузки удлиненного ковша скрепера. В цели экспериментальных исследований входило:

определение рациональной длины ковша из условия его разгрузки;

выявление конту ров ПВ в массиве грунта при его выгрузке;

определение величин сопротивления дви жению задней стенки при разгрузке ковша для подтверждения теоретических зависи мостей по определению этих сопротивлений;

определение удельных давлений (напряжений) в грунте и их распределение по задней и боковым стенкам при прину дительной разгрузке модели ковша.

Экспериментальные исследования процесса разгрузки удлиненных ковшей про водились в лабораторных условиях на стенде, который представляет собой ковш пе ременной ширины (350…550мм) и длиной 1050мм. Ковш с помощью канатно блочной системы надвигается на неподвижную заднюю стенку. Усилие разгрузки фиксировалось тензотягой и, с помощью тензометрической аппаратуры, отобража лось на осциллографе. Путь движения ковша фиксировался датчиком перемещения.

Для исследования распределения удельных давлений грунта по боковым и задней стенкам модели ковша, а также днищу, были установлены тензометрические датчики давления, имеющие диаметр 22мм. Для определения контуров ПВ в грунт в модели ковшей закладывались цветные полосы и меченные частицы диаметром 5…6мм.

Экспериментально доказано образование ПВ при разгрузке моделей удлиненных ковшей. По результатам экспериментов с цветными полосами были определены конту ры призмы выпирания (рис.3а ) для различных моделей удлиненных ковшей скреперов при разгрузке песчаного, супесчаного, суглинистого и глинистого грунтов.

Для определения фактических контуров ПВ для скреперных ковшей получен экспериментальным путем ряд геометрических параметров: угол наклона ПВ по по верхности сдвига к днищу ковша 29... 38 о ;

радиус кривизны лобовой поверхности призмы выпирания R, оказавшийся переменной величиной и изменяющийся от R1 0,61... 0,70 В до R 2 2,50... 3,60 В (соответственно в верхней и нижней частях ПВ), где В - ширина ковша;

угол наклона линии ЛК пересечения лобовой поверхности ПВ и боковой стенки ковша, равный 37... 46 0 ;

длина основания ПВ у боковой стенки ковша (линия ЛС) а0 0,04... 0,06 В, при этом меньшие значения, R1, R 2,, а 0 соот ветствуют песчаным и супесчаным грунтам, а большие- глинистым и суглинистым.

Первоначально усилие на разгрузку резко возрастает (рис.7), достигая предель ных значений при перемещении задней стенки на расстояние 10…56 мм, после чего начинается общий сдвиг массива грунта и выгрузка его из ковша. Выявлены зависи мости изменения сопротивлений разгрузки от вместимости ковша, которые носят практически линейный характер. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показывает, что среднее отклонение не превышает 12,7%.

Рис.7. Сопротивление разгрузке удлиненного ковша: 1, 2, 3, 4- соответственно для моделей удлиненных ковшей скреперов ДЗ-87-А1;

ДЗ-11;

ДЗ-13;

ДЗ-107;

а - для супесчаного грунта;

б - для суглинистого грунта Удельное давление со стороны грунта на стенки ковша от сил гравитации изме няется линейно, от нуля на поверхности до максимума на днище по всему периметру ковша. Дополнительное (распорное) удельное давление на заднюю и боковые стенки от поверхности массива грунта до днища ковша изменяется от нуля до максимума по зависимости, близкой к линейной. Вдоль боковых стенок ковша дополнительное (распорное) удельное давление изменяется от максимума в области контакта боковой и задней стенок до нуля в области передней части ковша. В предельном состоянии величина дополнительных (распорных) удельных давлений на боковые стенки в ниж ней части ковша в области задней стенки в 3,2…16,2 раза превышает удельное давле ние от сил гравитации. Сравнение данных, полученных по теоретическим зависимо стям, с экспериментальными результатами показывает, что отклонение величины удельных давлений не превышает 14,3%.

В четвертой главе описываются экспериментальные исследования процесса за грузки удлиненного ковша скрепера с помощью ППС.

В цели экспериментальных исследований входило: определение величин сопро тивления движению ППС по установленной траектории для подтверждения результа тов расчетов по теоретическим зависимостям по определению этих сопротивлений;

получение качественной картины процесса загрузки грунта при движении ППС;

изу чение влияния работы ППС на изменение сопротивления копанию ковша скрепера;

получение фактических данных для сравнения процесса наполнения удлиненных ковшей скреперов, оборудованных ППС, и без интенсификатора;

установление кон туров призмы выпирания, образующейся перед ППС, при работе интенсификатора.

Экспериментальные исследования загрузки моделей удлиненных ковшей скрепе ров, оборудованных ППС, проводились в лаборатории кафедры «Транспортно технологические системы в строительстве и горном деле» Тихоокеанского государ ственного университета на экспериментальном стенде по резанию грунтов (рис.8а ), а также в полевых условиях с помощью вновь разработанного экспериментального стенда (рис.8б ). Для проведения исследований была изготовлена модель эксперимен тального измерительного ковша скрепера (рис.9), который может работать как в ла бораторных, так и в полевых условиях.

а б в Рис.8. Экспериментальные стенды для копания грунтов: Рис.9. Измерительный ковш а - в лабораторных условиях;

б - в полевых условиях Модель ковша оборудована интенсификатором загрузки грунта в виде ППС. Изго товлены модели удлиненных ковшей скреперов ДЗ-87-1А;

ДЗ-11, ДЗ-13 и ДЗ-107, вы полненные в масштабе 1:7. Ковш содержит приводы перемещения ППС вдоль ковша, вверх-вниз, а также поворота ППС. Тензометрическая подвеска ППС позволяет опреде лять касательную и нормальную составляющие сопротивлений перемещению стенки.

В процессе экспериментальных исследований в лабораторных и полевых услови ях на моделях ковшей скреперов были определены контуры грунта в ковше в зависи мости от типа грунта, типоразмера ковша, его длины, а также способа заполнения ков ша, а именно, или за счет тягового усилия, или с помощью ППС и тягового усилия.

При заполнении модели существующего ковша только за счет тягового усилия коэф фициент наполнения ковша грунтом kН равен 0,75…0,91, при этом меньшие значения kН соответствуют песчаным и глинистым грунтам, а большие значения супесчаным и суглинистым грунтам. В процессе заполнения модели удлиненного ковша только за счет тягового усилия коэффициент kН изменяется в пределах 0,71…0,83. Объем грун та в модели удлиненного ковша в сравнении с объемом грунта в модели существую щего ковша при загрузке обеих моделей только за счет тягового усилия увеличивает ся на 17,3…34,5%. Коэффициент наполнения удлиненного ковша, заполняющегося при помощи ППС и за счет силы тяги, составляет 1,02…1,14, при этом большие значения со ответствуют работе на супесчаных и суглинистых грунтах.

Контуры ПВ определялись по сдвигу цветных полос, закладываемых в массив грунта в ковше. Были определены: угол наклона ПВ по поверхности сдвига к днищу ковша н 42... 47 о ;

радиус кривизны лобовой поверхности призмы выпирания R н, ко торый изменяется от R н1 0,80... 1,05 В до R н 2,60... 2 10 В (соответственно в верхней 1, и нижней частях ПВ);

длина основания ПВ у боковой стенки ковша а н 0 0,03... 0,05 В, при этом меньшие значения н, R н1, R н 2, а н 0 соответствуют песчаным и супесчаным, а большие- суглинистым и глинистым грунтам;

высота призмы выпирания, перед ППС Н П 0,59... 0,71 Н, здесь Н высота ковша;

среднее значение высоты «шапки» ПВ находится в пределах Н 0 0,25... 0,31 Н П.

Теоретические и экспериментальные данные величины равнодействующей со противления продвижению ППС не отличаются более чем на 15,1%, что доказывает достаточно высокую сходимость экспериментальных и расчетных данных. Сопротив ление копанию Fк моделью ковша скрепера (рис.10) зависит от расположения задней стенки, т.е. удлинения ковша. При копании моделью удлиненного ковша сопротивление копанию значительно меньше, чем при копании моделью существующего ковша.

Рис.10. Копание суглинистого грунта моделями ковша скрепера ДЗ-11: а - изменение сопротивления копания грунта Fк от пути набора грунта Lн ;

б - изменение удельной энергоемкости Е заполнения ковша от его вместимости Vкн ;

1- модель существующего ковша;

2- модель удлиненного ковша;

3- модель удлинен ного ковша, оборудованного ППС При работе на супесчаном грунте сопротивление копанию снижается на 9…14%, на суглинистом грунте на 15…26%, а на глинистом грунте на 21…37%. Снижение сопротив ления обусловлено удлинением ковша. В данном случае задняя стенка удалена настолько, что стружка, проникающая внутрь ковша, практически не воздействует на нее. При вклю чении в работу ППС (т. А рис.10а. кривая 3) сопротивление копанию некоторое время продолжает расти (стенка движется вниз, а грунт продолжает поступать в ковш) и дости гает первого максимума значений Fк (т. Б рис.10а ). После этого значение Fк резко снижа ется, так как ППС освобождает переднюю часть ковша. Затем по мере поступления грунта в ковш Fк вновь начинает возрастать, достигая максимальных значений т. С.

По данным экспериментальных исследований рассчитана удельная энергоемкость Е процесса наполнения моделей ковшей скреперов. С увеличением вместимости ковша Е, отне сенная к Vкн, на всех типах грунтов возрастает. Это связано с тем, что срезанный ножом грунт с увеличением длины и вместимости ковша необходимо перемещать на большие расстояния.

Наибольшую Е имеют существующие ковши, заполняющиеся только за счет тягового усилия (рис.10б ). Удлиненные ковши, заполняющиеся только за счет тягового усилия, имеют Е на 14,7…37,1% меньше, чем существующие ковши равной вместимости.

Удельная энергоемкость заполнения удлиненного ковша, оборудованного ППС, меньше, чем у существующего ковша равной вместимости при работе в сыпучих грунтах- на 12,5…19,7%, при работе в связных грунтах- на 24,7…35,4%. Некоторое увеличение Е копания удлиненным ковшом с ППС (на 2,5…10,7% в сравнении с за полнением удлиненного ковша только за счет тягового усилия), обусловлено затрата ми энергии на привод ППС.

В пятой главе определяются технико-экономические показатели скреперов, обо рудованных ППС;

проводятся сравнительные расчеты себестоимости работы скреперов с ППС и гидроаккумуляторами (ГА) и скреперов с ППС без ГА;

осуществляется сравне ние различных моделей скреперов и комплектов машин по производительности и себе стоимости;

проводится оценка экономической эффективности инвестиционного проекта по модернизации скреперов;

приводится экономический эффект от технологии произ водства земляных работ с применением скрепера с удлиненным ковшом и ППС.

В результате теоретических исследований (по целевой функции) выявлено, что за полнение ковша без остановки скрепера (с применением ГА) уменьшает время наполне ния ковша на 25…35%, что ведет к увеличению производительности на коротких плечах возки, но скреперы без ГА проще по конструкции, имеют меньшую массу и стоимость.

Сравнительные технико-экономические расчеты обоих вариантов, за главный показатель в которых принималась удельная себестоимость производства землеройно-транспортных работ С уд, показали, что при дальности транспортировки до 1160…1320м скреперы с ППС и ГА экономически более эффективны, чем скреперы с ППС без ГА (рис.11), при больших плечах возки эффективнее применение скреперов с ППС без ГА.

Эксплуатационная производительность существующих скреперов при дальности транспортировки грунта 400 м ниже на 16…27%, чем у машин, работающих с толка чом или оснащенных ППС. Применение интенсификатора загрузки или толкача поз воляет полностью заполнять ковш, а на некоторых грунтах даже с «шапкой». Эксплу атационная производительность скреперов ДЗ-87-1А, ДЗ-11, ДЗ-13, ДЗ-107, оснащен ных ППС, несколько выше (на 3…10%), чем у существующих машин, работающих с толкачом. Увеличение производительности достигается за счет значительного увели чения объема ковшей. Скреперы, оснащенные ППС, экономически выгодно исполь зовать на расстояниях до 1700…2850м в зависимости от марки машины. При транс портировке грунта на большие расстояния экономически более выгодно использовать существующие скреперы с толкачом. Удельная себестоимость работ, выполняемых скреперами, загружающихся только за счет тягового усилия тягача, при любой даль ности транспортировки выше на 9…18%, чем у скреперов с ППС (рис.11).

Рис.11. Зависимости С уд различных комплектов машин от дальности транспортировки грунта Lтр : 1 скрепер ДЗ-13 с удлиненным ковшом и ППС с ГА;

2- тоже без ГА;

3- существующий скрепер ДЗ-13;

4- су ществующий скрепер ДЗ-13 в комплекте с толкачом;

5- скрепер ЗТМ-129 со шнековым элеватором;

6- скре пер ДЗ-155-1 со скребковым элеватором;

7- комплект экскаватор ЭО-5225-06 и автосамосвалы КамАЗ- Удельная себестоимость работ, выполняемых скрепером ДЗ-13 с удлиненным ковшом, оборудованным ППС и ГА, при дальности транспортировки грунта 400 м, на 3…9% меньше, чем у скрепера ЗТМ-129 со шнековым элеватором и на 5…12% меньше, чем у скрепера ДЗ-155-1 со скребковым элеватором (с увеличением дально сти транспортировки разница увеличивается). Это связано с тем, что удельная ме таллоемкость скрепера с удлиненным ковшом значительно меньше (на 18…22%) удельной металлоемкости скреперов, оборудованных шнековым и скребковым элева торами. В сравнении с комплектом «экскаватор-автосамосвал» скрепер ДЗ-13 с удли ненным ковшом и ППС экономически целесообразно использовать при разработке и транспортировке грунта на расстояние до 3400 м. При дальности транспортировки грунта 400 м удельная себестоимость работ скрепера с ППС почти на 50% ниже удельной себестоимости работ комплекта «экскаватор-автосамосвал» (рис.11).

Благодаря более высокой производительности и меньшей себестоимости работ предпочтительнее использовать скреперы с удлиненными ковшами, оборудованными ППС с ГА, чем существующие скреперы, загружающиеся только за счет тягового уси лия. Так, годовая экономия от использования модернизированных скреперов ДЗ-87-1А;

ДЗ-11, ДЗ-13;

ДЗ-107 составит соответственно 407, 400, 515, 1440 тыс. рублей в год.

Срок окупаемости модернизированных машин составит 2,63…3,69 года.

Производственные испытания модернизированного скрепера ДЗ-107 с удлинен ным ковшом, оснащенным ППС, в комплекте с выемочной машиной фрезерного типа КСМ-4000 проводились в ОАО «Ургалуголь» совместно с кафедрой «Транспортно технологические системы в строительстве и горном деле» ТОГУ и Институтом горно го дела ДВО РАН. При дальности транспортировки 3,2 км модернизированный скре пер достигал производительности 59 м3/час, а существующий скрепер- только 45м3/час. Технология с применением модернизированных скреперов оказалась эко номичнее существующей технологии, связанной с погрузкой грунта в автосамосвалы, поскольку отсутствует простой автосамосвалов под загрузкой, простой КСМ- при замене автосамосвалов и отпадает необходимость в бульдозерах на отвалах. Рас четный ЧДД за 7 лет работы от предлагаемой технологии составляет по ОАО «Урга луголь» 39700000 руб.

Общие выводы по работе:

1. Разработанная функциональная зависимость (целевая функция), позволяет численными методами определить величину рационального удлинения ковша при условии минимальных затрат на выполнение земляных работ. При оснащении скре перов интенсификаторами загрузки типа ППС, согласно целевой функции, экономи чески целесообразно увеличивать длину их ковшей по сравнению с существующими в 1,51…1,88 раза в зависимости от марки машин.

2. Теоретические и экспериментальные исследования процесса разгрузки удли ненных ковшей из условия предельного состояния грунта, характеризующегося отсут ствием сдвига призмы выпирания, подтвердили возможность разгрузки ковшей даже с большими коэффициентами удлинения, чем те, которые получены из условия целевой функции. Допустимые коэффициенты удлинения ковша скрепера из условия разгрузки находятся в интервале 1,47…2,42 в зависимости от типа грунта и марки машины.

3. Разработанный метод определения сопротивления разгрузке удлиненного ковша скрепера, учитывающий величину пассивного отпора грунта надвигающейся задней стенке, силу инерции на разгон грунта и задней стенки в удлиненном ковше, сопротивле ние качению роликов стенки, позволяет на стадии проектирования скреперов с удлинен ными ковшами получить достоверные результаты, поскольку отклонения расчетных зна чений указанного сопротивления от экспериментальных данных не превышают 12,7%.

4. Пассивный отпор грунта надвигающейся задней стенке следует определять как сумму сопротивлений сдвигу по лобовой поверхности ПВ, трения грунта ПВ по боко вым стенкам, а также днищу ковша, с учетом напряженного состояния грунта, нахо дящегося в предельном равновесии.

5. Вскрыта физическая картина процесса загрузки и предложен метод определения сопротивлений продвижению ППС в процессе заполнения удлиненного ковша скрепера, учитывающий контуры ПВ, напряжения, действующие по лобовой и боковым граням ПВ, трение грунта о ППС, сопротивления связанные с преодолением силы тяжести при продвижении ППС, силу инерции на разгон прирастающей массы грунта. Полученные результаты расчета по этому методу удовлетворительно совпадают с результатами экс периментальных исследований (расхождение в пределах 15,1%).

6. Разработана конструктивная схема гидромеханизма привода ППС и предложен метод расчета этого механизма с учетом возможности применения гидроаккумуляторов.

7. Исследовано влияние увеличенной массы скрепера с удлиненным ковшом на за полнение передней части ковша в заключительной стадии копания при наличии отрица тельных ускорений. Доказана возможность увеличения коэффициента наполнения перед ней части ковша на 12…19% в результате увеличения силы тяги скрепера и динамической нагрузки на рабочий орган.

8. Технико-экономические расчеты, проведенные с учетом результатов теоретиче ских и экспериментальных исследований, а также производственных испытаний, пока зали эффективность применения скреперов с интенсификатором загрузки типа ППС.

Прогнозируемый доход (чистый дисконтированный) от внедрения скрепера с ППС за лет эксплуатации (срок службы скрепера) составляет 2340…7711 тыс. рублей в зависи мости от марки машины.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Чебан А.Ю. Сопротивление разгрузке удлиненных ковшей скреперов / А.Ю.

1.

Чебан, С.А. Шемякин // Строительные и дорожные машины. - 2008. - №6. - С. 45-48.

Чебан А.Ю. Повышение эффективности послойно-полосовой технологии 2.

открытых горных работ с применением выемочных машин фрезерного типа и скреперов / С.А. Шемякин, А.Ю. Чебан, Е.С. Клигунов // Горный журнал. - 2003.

- №4-5. - С. 48-50.

Чебан А.Ю. Комплексная механизация открытых горных работ с применением 3.

скреперов / С.А. Шемякин, А.Ю. Чебан, Е.А. Лобанова // ИНТЕРСТРОЙМЕХ-2002:

Материалы междунар. науч.-техн. конф. - Могилев: МГТУ, 2002. – С. 331-315.

Чебан А.Ю. Сравнительные технико-экономические показатели скреперов с 4.

подгребающими стенками / А.Ю. Чебан, С.А. Шемякин, Р.А. Эунап // ИН ТЕРСТРОЙМЕХ-2007: материалы междунар. науч.-техн. конф. / Самарск. гос. арх. строит. ун-т. – Самара, 2007. - С. 319-322.

Чебан А.Ю. Процессы загрузки и разгрузки ковшей скреперов с подгребающей 5.

стенкой / А.Ю. Чебан, С.А. Шемякин // ИНТЕРСТРОЙМЕХ-2007: материалы между нар. науч.-техн. конф. / Самарск. гос. арх.- строит. ун-т. – Самара, 2007. - С. 212-217.

Чебан А.Ю. Обоснование параметров скреперов с подгребающим устройством 6.

внутри ковша / А.Ю. Чебан, С.А. Шемякин // Горный информац.-аналитич. бюл. 2008. - №2. - С. 338-343.

Чебан А.Ю. Технологические решения по повышению эффективности откры 7.

тых горных работ с применением скреперов и бульдозерно-скреперных агрегатов / С.А. Шемякин, Е.С. Клигунов, А.Ю. Чебан // Горный информац.-аналитич. бюл. 2007. - №4. - С. 277-281.

Чебан А.Ю. Параметры скреперов для внедрения в послойно-полосовые техно 8.

логии открытых горных работ / А.Ю. Чебан, С.А. Шемякин // Дальний Восток-3: от дельный выпуск горного информац.-аналитич. бюл. - 2007. - №ОВ 16. - С. 285-294.

Чебан А.Ю. Стенд для испытания передач: Пат. 2153659 Российская Федерация, 9.

МПК G 01 М 13/02. / Шемякин С.А., Чебан А.Ю., Вербицкий Г.М. ;

заявитель и патен тообладатель Хабаровский гос. техн. ун-т. - №99106641/28 ;

заявл. 29.03.99 ;

опубл.

27.07.00, Бюл. № 21 - 4 с.

10. Чебан А.Ю. Скрепер: Пат. 2348761 Российская Федерация, МКП7 Е02F 3/64. / Ше мякин С.А., Клигунов Е.С., Чебан А.Ю., Губарь А.А. ;

заявитель и патентообладатель Ти хоокеанский гос. ун-т. - №2007128185/03 ;

заявл. 23.07.07 ;

опубл. 10.03.09, Бюл. № 7 – 9 с.

11. Чебан А.Ю. Определение рациональной длины ковша скрепера с подгребаю щим устройством / С.А. Шемякин, А.Ю. Чебан, Е.А. Шишкин, Р.А. Эунап // Механи ки XXI веку: IV Межрегиональная науч.-технич. конф. с международным участием:

сборник докладов. - Братск: ГОУВПО «БрГУ», 2005. - С. 121-123.

12. Чебан А.Ю. Определение весовых параметров скрепера с удлиненным ковшом / А.Ю.

Чебан, С.А. Шемякин // Механики XXI веку: VI Всероссийская науч.-технич. конф. с между народным участием: сборник докладов. - Братск: ГОУВПО «БрГУ», 2007. - С. 141-144.

13. Чебан А.Ю. Определение динамической нагрузки на ковш скрепера на заклю чительной стадии копания грунта / Чебан А.Ю., Шемякин С.А, Нам Т.С. // Механики XXI веку:VII Всероссийская науч.-технич. конф. с международным участием: сбор ник докладов. - Братск: ГОУВПО «БрГУ», 2008. - С. 410-412.

Чебан А.Ю. Расчет энергоемкости процесса заполнения ковша скрепера, обо 14.

рудованного интенсификатором загрузки в виде промежуточной подгребающей стен ки / А.Ю. Чебан, С.А. Шемякин // Механики ХХI веку: VII Всероссийская науч. технич. конф. с международным участием: сборник докладов. - Братск: ГОУВПО «БрГУ», 2008. - С. 413-416.

Чебан Антон Юрьевич ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СКРЕПЕРОВ С ИНТЕНСИФИКАТОРОМ ЗАГРУЗКИ ТИПА ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОДГРЕБАЮЩЕЙ СТЕНКИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать 27.04.09. Формат 60х84 1/ Бумага писчая. Гарнитура «Таймс». Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,3.

Тираж 100 экз. Зак.129.

Отдел оперативной полиграфии Тихоокеанского государственного университета 680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.