Совершенствование ковшовых рабочих органов экскаваторов выполнением днища в виде роликовой поверхности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.04, кандидат наук Ляшенко, Алена Юрьевна

• Ляшенко, Алена Юрьевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Ляшенко, Алена Юрьевна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Место одноковшового экскаватора в общем парке

выемочно - погрузочных машин

1.2 Рабочий орган одноковшового экскаватора -

как объект конструктивного усовершенствования

1.3 Физические процессы взаимодействия ковшовых рабочих

органов с кусковой средой: обзор результатов исследований

1.4 Математические модели процесса взаимодействия ковшовых рабочих органов с кусковой средой: обзор результатов исследований

1.5 Методы оценки технического уровня конструкции рабочих органов

одноковшовых экскаваторов: обзор результатов исследований

1.6 Краткие выводы и постановка задач исследования

2 СТАТИСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КАРЬЕРНЫХ РАБОТ ПРИ ДОБЫЧЕ НЕРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ РОСТОВСКОГО РЕГИОНА

2.1 Методика статистических исследований функционирования системы «внешняя среда - рабочие органы машин для производства карьерных работ»

2.2 Разработка структурно - следственной схемы рабочего органа экскаватора как объект взаимодействия с внешней средой

2.3 Определение объема выборки значений исследуемых параметров при проведении статистических исследований

2.4 Методика обработки результатов статистических исследований

2.5 Анализ результатов обработки данных статистических исследований

2.6 Оценка весомости влияющих факторов в технико — эксплуатационных показателях одноковшовых экскаваторов

Выводы

3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЗАИМДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОВЩА ЭКСКАВАТОРА С РАБОЧЕЙ СРЕДОЙ

3.1 Общие подходы экспериментального исследования методами математического и физического моделирования

3.2 Графоаналитическое моделирование процесса взаимодействия элементов ковша с погружаемой средой

3.3 Компьютерное моделирование процесса взаимодействия элементов ковша с погружаемой средой

3.4 Методические основы физического моделирования процесса взаимодействия элементов ковша с погружаемой средой

3.5 Определение основных физико - механических свойств взаимодействующей с элементами ковша погружаемой среды

3.6 Физическое моделирование процесса взаимодействия элементов ковша с погружаемой средой

3.7 Оценка соответствия результатов математического и физического экспериментального исследования

3.8 Разработка предложений по совершенствованию конструкции рабочего органа одноковшового экскаватора

Выводы

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ОДНОКОВШОВОГО ЭКСКАВАТОРА НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ75

4.1 Теоретические предпосылки методики и программы экспериментальных исследований

4.2 Критерии подобия при физическом моделировании рабочих процессов одноковшового экскаватора

4.3 Подготовка экспериментального стенда для исследования рабочего процесса одноковшового экскаватора

на физической модели

4.4 Программа экспериментальных исследований рабочего процесса одноковшового экскаватора на физической модели

4.5 Представление и обработка результатов исследований

4.6 Инженерная методика расчета основных конструктивных параметров и технико-эксплуатационная оценка ковша

с роликовым днищем

4.7 Пути дальнейшего развития погрузочно-транспортных комплексов карьеров нерудных материалов

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1 Результаты статистических исследований оборудования для производства карьерных работ при добыче нерудных

материалов в условиях Ростовского региона

Приложение 2 Акт практического использования научно - технической разработки ООО «Управление механизации

«Тоннельдорстрой», г. Сочи

Приложение 3 Акт о внедрении результатов диссертационных исследований ОАО «Павловскгранит»,

г. Павловск, Воронежской обл

Приложение 4 Акт о внедрении результатов диссертационных

исследований ООО «Балтик-Гран», г. Выборг

Приложение 5 Акт о внедрении результатов диссертационных

исследований в учебный процесс Шахтинского института (филиала) ЮРГТУ (НПИ)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование ковшовых рабочих органов экскаваторов выполнением днища в виде роликовой поверхности»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность задачи. Рост объемов капитального и дорожного строительства в России способствует динамичному развитию рынка нерудных материалов. Темпы его роста соответствуют росту общего рынка строительства и составляют около 10-15% в год. Благодаря повсеместному распределению месторождений, добыча и производство нерудных строительных материалов находятся практически во всех регионах страны.

Проблема дальнейшего улучшения использования техники на карьерах должна базироваться на энергосберегающих технологиях, решаться комплексно и охватывать, в том числе, разработку и внедрение высокопроизводительных машин и оборудования.

Одним из звеньев в парке машин и оборудования для производства , карьерных работ при добыче нерудных материалов являются одноковшовые экскаваторы. Использование рабочих органов рациональных конструкций и параметров при эксплуатации одноковшовых экскаваторов может значительно повысить производительность машин и оборудования для производства карьерных работ, повысить их надежность и долговечность, снизить энергозатраты и себестоимость технологического процесса. Поэтому задача улучшения конструкции рабочих органов одноковшовых экскаваторов для производства карьерных работ является весьма актуальной.

Соответствие диссертации плану работ ЮРГПУ(НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа составляет часть исследований научного направления: «Теория и принципы создания робототехнических и мехатронных систем и комплексов», утвержденного Ученым советом ГОУВПО ЮРГТУ (НПИ) 1.03.2006 г., по госбюджетной теме: ПЗ-845 «Повышение эффективности технологических и транспортирующих машин промышленности строительных материалов».

Цель работы. Снижение энергозатрат процесса погрузки нерудных материалов на карьерах путем совершенствования конструкций рабочих

органов одноковшовых экскаваторов.

Идея работы. При совершенствовании рабочих органов одноковшовых экскаваторов заданный объем единичного черпания реализуется с минимизацией коэффициента трения погружаемых скальных грунтов об днище, выполнением его в виде роликовой поверхности.

Научные положения, разработанные лично соискателем:

• установлены параметры среднестатистического экскаватора эксплуатируемого в условиях погрузки скальных грунтов, составляющих до 38 % объема добычи нерудных материалов на карьерах Ростовского региона со средним значением объема производства 139 тыс. м /год, согласно которым экскаватор является гидравлическим (58% в общем парке вы-емочно-погрузочных машин) с емкостью ковша 2,3 м (при интервале 0,65

8 м3 и сопротивлении внедрению днища ковша в штабель погружаемого грунта составляющем от 80 % и выше);

• установлено, что снижение коэффициента трения скальных грунтов по плоскостям элементов ковша при внедрении в штабель и зачерпывании, являющегося одним из факторов, определяющих энергоемкость рабочего процесса одноковшового экскаватора, возможно путем перехода от трения скольжения к трению качения выполнением днища в виде роликовой поверхности;

• уточнена математическая модель вычисления сопротивления внедрения инновационного ковша в штабель как суммы сопротивлений внедрению ядра уплотнения, роликового днища и боковых стенок в функции от глубины внедрения вводом коэффициента, учитывающего улучшение трибометрических свойств рабочей поверхности днища и определяемого отношением коэффициента трения грунта по роликовой поверхности к коэффициенту трения грунта по гладкому днищу.

Новизна научных положений состоит в том, что:

• установленные параметры среднестатистического экскаватора позволили определить значимость днища в формировании сопротивления

внедрению ковша в штабель погружаемого скального грунта, что делает нецелесообразным при совершенствовании ковшового рабочего органа варьированием конструктивными параметрами боковых стенок;

• установленная возможность снижения коэффициента трения скальных грунтов по плоскостям элементов ковша при внедрении в штабель способствовало улучшению трибометрических свойств при разработке конструкции усовершенствованного ковша с роликовым днищем;

• уточненная математическая модель определения сопротивления внедрения ковша в штабель позволяет с достаточной точностью описать рассматриваемый процесс с учетом улучшения трибометрических свойств рабочей поверхности днища.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждает применение комплекса современных апробированных методов исследований: научное обобщение выполненных к настоящему времени работ по рассматриваемому вопросу; статистические методы, планирования экспериментов, выполненных в условиях эксплуатации натурных образцов машин и оборудования для производства карьерных работ при добыче нерудных материалов, на установке для физического моделирования взаимодействия элементов ковша с погружаемой средой и физической модели рабочего оборудования одноковшового экскаватора; достаточным объемом экспериментальных данных; применение современных программных продуктов; адекватность расчетных моделей реальному процессу при принятой доверительной вероятности Р = 0,85 и относительной ошибке в определении среднего значения, не превышающей 16 %.

Научное значение работы:

• уточнена математическая модель вычисления сопротивления внедрения в штабель для ковша с улучшающим трибометрические свойства роликовым днищем как суммы сопротивлений внедрению ядра уплотнения, роликового днища и боковых стенок в функции от глубины внедре-

ния.

Практическое значение работы:

• предложено новое техническое решение конструкции ковша с роликовым днищем, обеспечивающее снижение энергоемкости рабочего процесса одноковшового экскаватора при погрузке скальных грунтов;

• разработана инженерная методика расчета основных конструктивных параметров и технико-эксплуатационной оценки ковша с роликовым днищем.

Внедрение результатов диссертационной работы.

Результаты работы нашли практическое использование в ООО «Управление механизации «Тоннельдорстрой»». Внедрены в ООО «Балтик - Гран» и ОАО «Павловскгранит».

Материалы диссертационной работы использованы при создании виртуального лабораторного практикума и внедрены в учебный процесс в виде электронного учебного издания предназначенного для студентов специальности 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование».

Получены патенты: на полезную модель № 101056 «Рабочий орган одноковшового экскаватора»; на изобретение № 2457169 «Рабочий орган погрузочной машины».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на 56 - 61 научно - практические конференции Шахтинского института (филиала) ЮРГТУ(НПИ) (2007 - 2012 года); Межрегиональные научно - технические конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Южного федерального округа «Студенческая научная весна» (г. Новочеркасск, 2009 - 2013 года); Научный симпозиум «Неделя горняка» ( г. Москва, 2010 - 2013 год); Всероссийская научная конференция - конкурс студентов выпускного курс (г. Санкт - Петербург, 2010 год); Десятая международная научно - практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промыш-

ленности» (Научно-технологические, экономические и юридические аспекты, правовая защита и коммерциализация интеллектуальной собственности) (г. Санкт-Петербург, 2010 год); Всероссийский конкурс научно -исследовательских работ, студентов, аспирантов и молодых ученых по нескольким междисциплинарным направлениям ЭВРИКА - 2011 (г. Новочеркасск, 2011 год); Первая международная научная конференция Наука. Образование. Культура: вклад молодых исследователей, (г. Новочеркасск,

2012 год); Академические фундаментальные~ исследования молодых ученых России и Германии в условиях глобального мира и новой культуры научных публикаций (г Новочеркасск, 2012 год); Энергоэффективность и энергоемкость (Ростов - на- Дону, 2012 год); 1Х-я Международная научная

конференция «Актуальные вопросы Современной техники и технологии» (г. Липецк, 2012 г); XI Международная научно - техническая конференция Чтения памяти В.Р. Кубачека (Екатеринбург 2013 год); Международная научно - практическая конференция «Прогрессивные методы обеспечения работоспособности транспортно-технологических средств, организации автотранспортных услуг и дизайна современных автомобилей» (Саратов,

2013 год).

Публикации. В настоящее время имеет 20 публикаций, в том числе 4 научных издания из перечня ВАК РФ; 8 публикации в международных сборниках; 6 публикаций в других изданиях; один патент на полезную модель и один патент на изобретение.

Объем работы. В диссертации, изложенной на 149 страницах с рисунками и таблицами, содержатся введение, четыре раздела, заключение, список использованных источников из 72 наименований, приложения.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Место одноковшового экскаватора в общем парке выемочно - погрузочных машин

Одноковшовый экскаватор - это выемочно - погрузочная машина, которая в течение цикла ковшом внедряется в грунт, заполняет им ковш, переносит его на небольшое расстояние и грузит в транспортные средства или сбрасывает в отвал.

Для оценки парка выемочно - погрузочных машин используем показатели производства землеройной техники, которые публикует «Союз машиностроителей России» [ 1 ].

К настоящему времени создано много различных типов экскаваторов и классифицируют их по различным признакам - по характеру использования, по количеству ковшей, по движительной базе. Рассмотрим спрос на тот или иной тип экскаватора, учитывая общую тенденцию постоянного роста спроса в последние годы на 40% .

Многоковшовые экскаваторы выполняют довольно специфические операции - роют траншеи, добывают руду в карьерах. Как видим, спрос на них в 3 раза меньше чем на одноковшовые (рис. 1.1).

Многоковшовые экскаваторы; 21%

Одноковшовые экскаваторы; 79%

Рисунок 1.1— Спрос на экскаваторы по количеству ковшей Экскаваторы нужны на разном ходу. Где-то удобнее применять мо-

бильные - колесные экскаваторы, а где-то, подойдут только гусеничные.

Рассматривая вопрос, на каком ходу, с использованием какой движи-тельной базы, предпочитают покупать экскаваторы, следует отметить приблизительное равенство (рис. 1.2).

Гусенчный

Колесный ! к I ) экскаватор ;

экскаватор; 52%

48%

Рисунок 1.2 - Спрос на экскаваторы по движительной базе

Предназначений у экскаваторов немало, но вот как, конкретно, эти предназначения подразделяются в пристрастиях потребителей. Как видно из диаграммы, (1.3) популярны и востребованы у потребителей экскаваторы-погрузчики. Именно они выполняют большинство землеройных работ.

Планировщик; 3%

Карьерные; 5%

Мини; 16%

-Погрузчик; 76% Рисунок 1.3 - Спрос на экскаваторы по предназначению

За 2009 год предприятиями было отгружено с заводов 1533 экскаватора, что на 31,48% больше производственных показателей. После обвала рынка в конце 2008-го — начале 2009 года на складах осталось достаточно большое количество техники, которая продолжает реализовываться. В январе — марте 2010 года увеличение выпуска продукции в тракторном, сельскохозяйственном, лесозаготовительном, коммунальном и дорожно-

строительном машиностроении в среднем составило 3,5%. По данным «Союза машиностроения России», в этом периоде в отношении экскаваторов наблюдалась существенная динамика роста (+240%).

Наибольшее увеличение производства экскаваторов зафиксировано в ОАО «Тверской экскаватор» и ЗАО «ЭКСМАШ» (в 11,2 раза), ОАО «САРЭКС» (в 3,5 раза) (рис. 1.4).

Республика Прочие; 19% Мордовия , 26%

Челябинская обл.; Ростовская обл.; 5%

22%

Тверская обл.; 21%

1

Омская обл.; 7%

Рисунок 1.4 - Диаграмма распределения производства экскаваторов

по регионам

Выполненный анализ рынка свидетельствует о востребованности одноковшовых экскаваторов у потребителей. При этом также отмечаются позитивные тенденции в следующих сегментах: переориентирование спроса на вторичную технику; развитие технических сервисных центров и всплеск интереса к навесному оборудованию. В работе уделяется внимание последнему из этих направлений.

1.2 Рабочий орган одноковшового экскаватора -

как объект конструктивного усовершенствования

Создание образцов новых типов рабочих органов - сложная, многоэтапная задача. Решение задачи начинают после изучения накопленного опыта по исследованию физических процессов взаимодействия ковшей с внешней средой, нахождения перспективной конструктивной схемы погрузочного органа (рис. 1.5) и разработки (уточнения) математических моделей рабочих процессов (рис. 1.6).

Рисунок 1.5 - Структура процедур решения задачи синтеза технических решений рабочих органов одноковшовых экскаваторов

Рисунок 1.6- Структура процедур решения задачи создания экспериментальных образцов рабочих органов одноковшовых

экскаваторов

Большой вклад в развитие теории и методов расчета параметров рабочих органов и рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов внесли ученые научных школ: Московского автомобильно-дорожного института (В.И. Баловнев) [2, 3], Московского государственного горного университета (Р.Ю. Подэрни) [4], Красноярского государственного технического университета (В.П. Павлов) [5,6], Томского государственного архитектурно - строительного университета (В.Г. Ананин) [7], Уральского государственного горного университета (А^ПГКомиссаров) [8], Ростовский государственный строительный университет (В.Е. Касьянов) [9], Новочеркасский политиехнический институт (B.C. Исаков) [10] и др.

Процесс черпания является одной из основных операций рабочего

е

цикла одноковшового экскаватора, от характера выполнения которой во многом зависит степень наполнения ковша материалом, величины сопротивлений, возникающих в процессе взаимодействия рабочего органа с рабочей средой, и затраты времени на выполнение рабочего процесса.

Выполненный и обобщенный значительный объем экспериментальных и теоретических исследований по изучению процесса взаимодействия с кусковой средой ковшового рабочего органа, как следует из обзора работ Н.Г. Домбровского, С.Г. Калмыкова, В.Н. Стогова, Г.В. Родионова, А.Д. Костылева, В.А. Баумана, И.П. Кривцова, П.А. Михирева, Р.Ф. Саб-лина, В.И. Мещерякова, C.B. Абрамова, A.M. Лукина, Н.В. Тихонова, A.A. Соловьева, Я.Б. Кальницкого, О.П. Иванова, С.С. Музгина, В.Г. Сильня, Г.Ш. Хазановича, В.Д. Ерейского, О.Д. Гагина, В.Я Крикуна, Л.Г Дроздовой, Д. П. Волкова, К. К. Шестопалова, Б. Ф. Белецкого и др. [11-18], позволил сформировать представления о физике процесса и разработать аналитический аппарат для описания взаимодействия ковша с грунтами.

1.3 Физические процессы взаимодействия ковшовых рабочих органов с кусковой средой: обзор результатов исследований

Сопротивление штабеля внедряющемуся ковшу является характери-

стикой, определяющей основные параметры экскаватора - погрузчика. Поэтому все исследователи, занимающиеся изучением погрузки в той или иной мере, касались вопроса определения усилий при внедрении ковша и зачерпывании груза [8 -29].

При изучении процесса внедрения ковшового погрузочного органа в сыпучий материал большое внимание исследователи уделяют разработке расчетных схем, отражающих качественную картину рабочего процесса (рис. 1.7) [11]. ~~ "" ~

Согласно расчетной схеме по В.А. Бауману [12] лобовая поверхность

л <р

призмы скольжения наклонена под постоянным углом —к опорной

поверхности штабеля, где <р - угол внутреннего трения сыпучего материала (рис.1.8). Под такими же углами наклонены и боковые поверхности призмы скольжения. Сопротивление внедрению определяется из условия предельного равновесия призмы скольжения с основанием ABC с помощью коэффициентов, устанавливаемых экспериментально.

В последнее время в связи с созданием погрузочных машин, работающих по совмещенному способу черпания, а также машин с верхним центром поворота ковша, необходимо знать величину сопротивлений при одновременном внедрении и повороте ковша.

В.И. Мещеряков [19] рассматривает способ черпания, при котором происходит совмещение поступательного перемещения погрузчика, подъем стрелы и поворот ковша за счет оригинальной конструкции погрузочного оборудования.

В Б М.

Рисунок 1.8 - Расчетная схема к определению сопротивлений при черпании материала ковшом погрузчика по В.А. Бауману.

Определяется зависимость горизонтальной составляющей сопротивления внедрению ковша в штабель сыпучего материала. Приводится также выражение для определения момента сил сопротивления относительно центра поворота шарнирно - сочлененной стрелы. При выводе аналитических зависимостей используются положения статики сыпучей среды.

Рисунок 1.9 - Расчетная схема взаимодеиствия ковша погрузчика со штабелем материала по В.И. Мещерякову

Эта работа отличается от предыдущих тем, что в ней получены выражения для определения горизонтальной составляющей сопротивления внедрению при взаимодействии со штабелем задней стенки ковша. Лобовая поверхность призмы материала, сформированной в ковше, уподобляется подпорной стенке ломаного очертания, что затрудняет получение удобных для расчета аналитических зависимостей. При замене ломаных подпорных стенок эквивалентными прямыми подпорными стенками теоретические зависимости можно упростить. —

В работе A.M. Лукина [20] взаимодействие ковша погрузчика со штабелем погружаемого материала рассмотрено с точки зрения динамики процесса. Суммарное сопротивление внедрению складывается из геометрической суммы следующих сопротивлений (рис. 1.10): сопротивление на плоскости сдвига, сопротивление на режущей кромке днища, суммарное сопротивление на боковых стенках ковша, сопротивление на зубьях ковша.

Рисунок 1.10 - Расчетная схема взаимодействия ковша погрузчика со штабелем сыпучего материала по A.M. Лукину

Существенный вклад в развитие теории взаимодействия ковша с погружаемым материалом внесен лабораторией механизации горных работ ИГД СО АН СССР под руководством Г.В. Родионова [21]. Большой объем экспериментальных исследований, выполненных на модельных установках, позволил Г.В. Родионову разработать расчетные схемы и методы для

определения усилий, действующих на ковш при внедрении, основыванные на измерениях области деформаций сыпучего материала от ядра уплотнения и элементов ковша [22, 23] и сформировать представления о физике процесса взаимодействия ковша с горной массой, которые сводятся к следующему.

При внедрении в штабель днища ковша или наклонной плиты (рис. 1.11, а) происходит сдвижение по плоскостям скольжения I-I и II-II, окон-туривающим призмы сдвига F\ и Fi- Эти линии возникают при нарушении предельного напряженного состояния, вызываемого перемещением наклонной плоскости. Сдвижения частиц над днищем в зоне F\ аналогичны процессам, происходящим при пассивном давлении на сыпучую массу подпорной стенки, наклоненной под углом а0 к основанию штабеля. Опыты показывают, что при а0= 0 сдвижение частиц над плоскостью в зоне Fx не происходит. Перед передней кромкой днища ковша образуется область уплотнения частиц материала - ядро уплотнения (на рис. 1.11, а - заштриховано), длина которого увеличивается с ростом глубины внедрения S, угла наклона плоскости а0 и крупности частиц. Если основание штабеля гладкое, а заостренная кромка днища ковша плотно прижата к основанию, ядро уплотнения не возникает. Это позволяет представить появление такого ядра как перемещение в штабеле куска, расположенного перед передней кромкой днища ковша, который играет роль дополнительной подпорной стенки малой высоты (рис. 1.11, б).

Аналогичные явления имеют место при внедрении боковых стенок ковшей (рис. 1.11, в). С увеличением угла наклона передней кромки внедряющегося элемента А объем зоны сдвига возрастает, что вызывает рост сопротивлений внедрению.

При повороте ковша в вертикальной плоскости - зачерпывании - в начальный период происходит уплотнение части штабеля, расположенной над днищем (рис.1.11, г). При дальнейшем повороте возникает сдвиг частиц сначала по линии 1-2, несколько позднее - по линии 1-3. Образование

и положение линии скольжения 1-2 объясняется, как и при внедрении, нарушением состояния предельного равновесия штабеля под действием давления со стороны днища ковша. От формы и объема призмы с основанием ЛВС зависят начальные сопротивления зачерпыванию, линия 1-3 - отражает влияние на объем захваченного ковшом груза.

Характер взаимодействия днища ковша со штабелем при зачерпывании зависит от положения траектории передней кромки ковша относительно начальной линии скольжения ВС (рис. 1.11, д); траектории разделяют на крутые 1 и пологие 2. Для крутых траекторий характерно уменьшение сдвигаемого объема с ростом угла поворота ковша <рк, для пологих -

на участке ВВ2 сдвигаемый объем штабеля возрастает. Поэтому зависимости моментов сопротивлений зачерпыванию М3 (<рк) для траекторий первого и второго типов отличаются положением точки и величиной М3 (рис. 1.11, е).

Как видно из анализа предлагаемых расчетных схем многие исследователи, занимающиеся изучением процесса погрузки, в той или иной мере касались вопроса определения зон деформаций штабеля, влияющих на величину усилий при внедрении ковша и зачерпывании груза.

Среди используемых исследователями методов наибольшей наглядностью обладает графоаналитический метод проф. С.С. Голушкевича. В основе этого метода лежит теории предельного напряженного состояния идеально сыпучей среды [23-27]. Согласно этой теории при рассмотрении напряженного состояния сыпучего тела силы, действующие на отдельные его частицы в точках их контакта, заменяются воображаемыми силами, непрерывно распределенными по любому сочетанию сыпучего тела. Структурные деформации сыпучего тела в состоянии упругого равновесия исключаются из рассмотрения, а напряженное состояние принимается таким, какое имеет место в начальный момент движения сыпучего тела, и характеризуется тем, что в каждой точке сыпучего тела возникает сдвиг. Такое напряженное состояние сыпучего тела называется предельным. Для практических целей проф.С.С. Голушкевичем предложен достаточно простой графический способ аналитического решения задачи плоской деформации сыпучего тела при взаимодействии с подпорной стенкой (рис. 1.12), т.е. такого состояния, когда все его точки могут перемещаться только в двух направлениях, или, иначе говоря, в одной плоскости, а напряжения в направлении, перпендикулярном этой плоскости, сохраняют постоянное значение [24, 25]. Графический способ определения давления сыпучего тела на подпорные стенки основан на следующих допущениях.

Во-первых, принимается, что формой разрушения системы, состоящей из подпорной стенки АВ и удерживаемого ею массива сыпучего тела,

является сдвиг стены в направлении давления с одновременным сползанием некоторой части сыпучего тела АВОРЕ, отделившейся от остального массива. Эта часть называется сползающей призмой.

Р уР

Рисунок 1.12 - К определению давления сыпучего тела на подпорную стенку по методу С.С. Голушкевича

Во-вторых, принимается, что сползающая призма разделяется плоскостями скольжения AF и FD на три области: область наименьших напряжений I, особую область II и область наибольших напряжений III.

В-третьих, действительная объемлющая поверхность скольжения заменяется в пределах областей I и III плоскостями, а в пределах области II сохраняется цилиндрическая поверхность, производящая которой является логарифмической спиралью с центром в верхней точке задней грани стенки.

Направление поверхностей скольжения определяется с помощью характеристических кругов, построение которых начинается с того, что в произвольном подходящем масштабе вычерчивается прямоугольный треугольник ABC, один из острых углов которого, например, угол ABC, равен углу внутреннего трения сыпучего тела ф (рис. 1.19). Из вершины прямого угла А треугольника опускается перпендикуляр AD на гипотенузу, и вершина С угла, равного 90° - ср, принимается за центр трех концентрических

окружностей, радиусы которых равны СХ), СА и СВ. Малый круг называется кругом площадок, средний - кругом вершин,а большой -кругом полюсов.

Если продолжить линию АЭ до пересечения с окружностью круга вершин в точке Е, то хорда АЕ, являющаяся одновременно касательной к окружности круга площадок, разделит круг вершин на две неравные части. Из рассмотрения четырехугольника АВЕС видно, что угол АСЕ = 2(90° -ф).

Возьмем произвольную точку М на большей по длине части окружности круга вершин и соединим эту точку с концами А и Е хорды круга вершин.

Очевидно, что

2

Если же взять точку М' на меньшей части окружности круга вершин, лежащую по другую сторону от хорды АЕ, то

¿АМ'Е = 90°+<р.

Прямые МА и МЕ (или прямые М'А и М'Е) можно рассматривать как направления одной пары площадок скольжения из бесчисленного множества таких площадок, проходящих через концы площадки, совпа-

дающей по направлению с хордой АЕ.

В-четвертых, система рассматривается в состоянии предельного равновесия, т.е. в состоянии, соответствующем начальному моменту процесса сдвига стены и сползания призмы. Это позволяет принять, что реактивные силы, действующие на сползающую призму со стороны стены и со стороны оставшейся в равновесии части сыпучего тела, а также силы взаимодействия между отдельными частями этой призмы отклоняются от нормалей к соответствующим плоскостям на углы ф0 и <р, равные углам трения сыпучего - тела по этим плоскостям. С другой стороны, поскольку рассматривается начальный момент процесса разрушения системы, оказывается возможным применить условия равновесия к ее первоначальному недеформированному состоянию. Условия равновесия сводятся к выполнению условия замкнутости многоугольника всех сил, действующих на сползающую призму. Этого достаточно для определения величины давления.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ляшенко, Алена Юрьевна, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Маркетинговое исследование. Рынок нерудных строительных материалов: рынок кварцевого песка, рынок щебня и гравия. Декабрь 2010 /ООО «Индексбокс Маркетинг».- М.: IndexBox, 2010. - С. 67

2. Баловнев В.И. Методы физического моделирования рабочих процессов дорожно - строительных машин. - М.: Машиностроение, 1969. - С. 204.

3. Баловнев В.И. Выбор и определение параметров одноковшовых экскаваторов. М.: МАДИ (ТУ), 2006. - С .71.

4. Подэрни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров: Учеб. для вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. - С. 606.

5. Павлов В. П. Рекомендации по выбору параметров экскаваторных ковшей / В. П.Павлов, А. Н.Абрамов // Трансп. строительство. 1984, № 7, -С. 35-36.

6. Зеленин А.Н. Исследование разработки грунта гидравлическими экскаваторами / А. Н. Зеленин, В. П. Павлов, М. Я. Агароник, А. В. Королев, А. С. Пер лов // Строительные и дорожные машины. - 1976. - № 10. - С. 9-11.

7. Ананин В.Г. Определение оптимальных параметров рабочего оборудования карьерного экскаватора с механическим приводом/ В. Г. Ананин //Строительные и дорожные машины. - 2007. - N 6. - С. 36-38.

8. Комиссаров А. П. Совершенствование конструкций карьерных гидравлических экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд. МГГУ, 2003. - № 3. - С. 118-119.

9. Касьянов В.Е.//Испытание экскаваторов в эксплуатации и расчет показателей их надежности ЦВМ. Надежность и контроль качества. // Инженерный вестник Дона. - 1976. - №6. - С. 15-19.

10. Исаков B.C. Патент №2460852 (RU), основной индекс МПК E02F9/22, Насосно - аккумуляторный гидравлический привод поворота платфор-

мы землеройной машины. Губин. A.B., Исаков B.C., Ерейский A.B. Опубликован 2012.09.10.

11.Стогов В.Н. Одноковшовые погрузочные машины. / Стогов В.Н. -Металлургиздат, 1959. - С. 205.

12.Баумана В. А. Исследования приводов строительных и дорожных машин. Под ред. В. А. Баумана. Издательство ЦНИИТЭстроймаш, Москва, 1967-С .167.

13.Хазанович Г.Ш., Ляшенко Ю.М., Никитин Е.В. Методика эксперимента в исследованиях процессов погрузки и транспортировки кусковых пород // Шахтинский ин-т ЮРГТУ (НПИ).- Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2003.-С. 150.

14.Крикун, В .Я. Расчет основных параметров гидравлических экскаваторов с рабочим оборудованием обратная лопата; Учебное пособие / В.Я. Крикун, В.Г. Манасян. Первое издание. - М.: АСВ, 2001. - С .104.

15.Дроздова, Л.Г. Одноковшовые экскаваторы: конструкция, монтаж и ремонт: учеб. пособие / Л.Г. Дроздова, O.A. Курбатова. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. - С. 235.

16.Волков Д. П. Строительные машины; Учебник / Волков Д. П., Крикун

B. Я. Издание второе, перераб. и доп. 2002. - С. 376.

17. Шестопалов К. К. Строительные и дорожные машины: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / К. К. Шестопалов. - М. : Издательский центр «Академия», 2008. - С. 384.

18. Белецкий Б. Ф. Строительные машины и оборудование: Справочное пособие для производственников - механизаторов, инженерно - технических работников строительных организаций, а также студентов строительных вузов, факультетов и техникумов. / Белецкий Б. Ф. Булгакова И. Г. Изд. Втрое, переработ, и дополн. - Ростов н/Д: Феникс, 2005.-

C. 608 - (Строительство).

19. Мещеряков В.И. Артемьев К.А., Абрамов С.В., и др. Определение усилий при черпании материала ковшовым захватным органом погрузчика.

127

В сб.: Исследования и испытания дорожных и строительных машин. -Новосибирск, 1977, - С. 13-17.

20. Лукин А. М. Основы теории взаимодействия ковша погрузчика со штабелем сыпучего материала // Современные проблемы транспортного строительства, автомобилизации и высокоинтеллектуальные научно-педагогические технологии : тез. докл. на Междунар. науч. конф., по-свящ. 70-летию образования СибАДИ / СибАДИ. - Омск, 2000. - Т. 3: Машины и процессы в строительстве / отв. ред. В. Б. Пермяков. - С. 4950.

21. Родионов Г.В., Михерев П.А. Основные закономерности при взаимодействии ковша со штабелем насыпного груза // Вопросы механизации погрузки скальных пород: Сб. тр. / ГГИ ЗСФ АН СССР - Новосибирск, 1957.-Вып. 19.-С. 7-18.

22. Родионов Г.В. Некоторые вопросы теории рабочего цикла породопогрузочных машин периодического действия // Вопросы механизации погрузки скальных пород: Сб. тр. / ГГИ ЗСФ АН СССР - Новосибирск, 1957. -Вып. 19.-С. 177-201.

23. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. - М.: Наука, 1990.С - 272.

24. Голушкевич С.С. Плоская задача теории предельного равновесия сыпучей среды. - Л; М.: Гостехтеориздат, 1948.

25. Голушкевич С.С. Статика предельного состояния грунтовых масс. -М.: Гостехтеориздат, 1957. - С. 286.

26. Цытович М.А. Механика грунтов: Учебник для вузов. - 3 изд. доп. — М.: Высш. шк., 1979. - С. 272.

27. Клейн Г.К. Строительная механика сыпучих тел. - М.: Госстройиздат, 1956.-С. 116-132

28. Сильня В.Г., Михайлов В.Г. К теории работы ковшового погрузочного органа в уклоне // Тр. НПИ.-Новочеркасск,1961. - Т. 130. - С.5-17.

29. Вопросы теории взаимодействия наклонной плоскости с сыпучим материалом / В.Д. Ерейский, Е.А. Крисаченко и др. // Исследование погрузоч-

ных машин, транспортных установок и вопросы их расчета: Сб. науч. тр. / НПИ. - Новочеркасск, 1970. - Т. 214. - С. 24-30.

30. Домбровский Н.Г., Панкратов С.А. Землеройные машины. - М., 1961. -С. 652.

31. Тихонов Н.В. Погрузочная машина с парными нагребающими лапами для скальных пород. - Горный журнал, 1971. № 1. - С. 56-57.

32. Стогов В.Н. Одноковшовые погрузочные машины. - М., 1959. - С. 125.

33.Родионов Г.В. О методике определения основных технических параметров породопогрузочных машин // Горные машины / ЦИТИугля. - М.: Уг-летехиздат, 1958. - № 3. - С. 67-72.

34. Кальницкий Я.Б., Филимонов А.Т. Самоходное погрузочное и доставоч-ное оборудование на подземных рудниках. - М.:, 1974.- С. 302.

35. Иванов О.П Определение необходимого веса породопогрузочных машин// Тр. НПИ. - Т. 23 / Ростов, обл. изд-во, 1952. - С. 22-27.

36. О геометрии рабочего органа ковшовых погрузочных машин / ОД. Га-гин, О.П. Иванов и др. // Тр. НПИ. - Новочеркасск, 1963. - Т. 158. - С. 79-85.

37. Гагин ОД., Иванов О.П., Сильня В.Г. Некоторые вопросы теории взаимодействия ковшового погрузочного органа с породой // Вопросы рудничного транспорта: Сб. науч. тр. - М.: Недра, 1965. - Вып. 9. - С. 298-310.

38. Гагин O.JL, Иванов О.П. Обоснование расчетной модели для описания процесса взаимодействия рабочего органа погрузочной машины со штабелем сыпучего материала // Исследования погрузочных машин, транспортных установок и вопросы их расчета: Сб. науч. тр. / НПИ. - Новочеркасск, 1970. - Т. 214. - С. 122-124.

39. Гагин О.Д., Иванов О.П., Сильня В.Г. Основные результаты экспериментального исследования взаимодействия ковша со штабелем крупнокускового груза // Исследования погрузочных машин, транспортных установок и вопросы их расчета: Сб. науч. тр. / НПИ. - Новочеркасск, 1970.-Т. 214.-С. 34-41.

40. Гагин О.Д., Иванов О.П., Симонов H.H. Определение сопротивлений внедрению ковша в штабель крупнокускового материала // Вопросы теории и расчета подъемно-транспортных и погрузочных машин: Тр. Новочерк. политехи, ин-та. - Новочеркасск, 1969.-Т. 186.-С. 71-74.

41. Ерейский В.Д. Определение сопротивлений зачерпывания сыпучего материала ковшовым погрузочным органом // Грузоподъемные и транспортные установки: Тр. Новочерк. политехи, ин-та. - Новочеркасск, 1975. - Т. 313 (Вып. И). - С. 96 -101.

42. Вопросы теории взаимодействия наклонной плоскости с сыпучим материалом / В.Д. Ерейский, Е.А. Крисаченко и др. // Исследование погрузочных машин, транспортных установок и вопросы их расчета: Сб. науч. тр. / НПИ. - Новочеркасск, 1970. - Т. 214. - С. 24 -30.

43. Ерейский В.Д., Полежаев В.Г., Иванов О.П. К определению сопротивлений внедрению ковша в сыпучий материал // Грузоподъемные и транспортные установки: Сб. науч. тр. / НПИ. - Новочеркасск, 1975. - Т.313. -С. 93-95.

44. Водяник Г. М., Дровников А. Н. Васильев Ю. А. Погрузочная машина бокового захвата с автоматическим регулируемым режимом работы // Известия СКНЦ ВШ Техн. Науки. - Ростов - н/ Дону, 1973. - №1. - С. 29-33.

45.Евстратов В.А., Ляшенко А. Ю. Актуальтные вопросы современной техники и технологии [Текст]: Сборник докладов IX - й Международной научной конференции (г. Липецк, 27 октября 2012 г.). / Отв. ред. А. В. Горбенко. - Липецк: Издательский центр «Гравис», 2012. — С. 120 - 125.

46. Носенко А. С. Теоретические исследования формирования сопротивлений внедрению клиновых лап в штабеле сыпучего материала // Шахтный и карьерный транспорт. -М.: Недра. 1990. №11. - С. 249-253

47. Носенко С. И., Носенко A.C. Погрузочные машины с гидравлическими приводами: Монография. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2002.-205 с.

48. Домбровский Н.Г., Панкратов С.А. Землеройные машины. - М., 1961. — С. 652.

49. Ерейский В.Д., Сильня В.Г., Иванов О.П. Некоторые вопросы теории взаимодействия элементов ковша со штабелем насыпного груза // Механизация и автоматизация горных работ: Докл. III науч. сессии / НПИ. -Новочеркасск, 1970. - С. 9-12.

50. Сильня В.Г., Хазанович Г.Ш. Выбор оптимальных параметров ковшовых погрузочных машин с использованием ЭЦВМ // Шахтный и карьерный транспорт. - М.: Недра, 1980. - Вып. 6. - С. 194-202.

51. Максимов В.П. . Роторно - гребковая погрузочная машина бокового захвата с регулируемыми параметрами/ П.Д. Кравченко, И. Ф. Рюмин, Т.Ф. Алексеенко // Изв. вузов. Северо - Кавказский регион. Технические науки. 1973.-№2-С. 18-21.

52. Музгин С.С. Погрузка руды самоходными машинами. - Алма-Ата: Наука, 1984. - С. 224.

53. ГОСТ Р 50779.21-2004 - Статистические методы. Правила определения и методы расчета статистических характеристик по выборочным данным. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. - С. 43.

54. Орлов А.И. Прикладная статистика. Учебник. - М.: Издательство «Экзамен», 2006.-С. 671.

55. Скурихин В.И. Математическое моделирование/ В.И. Скурихин, В.Б. Шифрин, В.В. Дубровский - Киев: Техника, 1983. -С. 270.

56. Шпаков П.С. Статистическая обработка экспериментальных данных/ П.С. Шпаков, В.Н. Попов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. - С. 268.

57. Юдин М.И. Планирование эксперимента и обработка его результатов: монография/ М.И. Юдин. - Краснодар: КГАУ, 2004. - С. 239.

58. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория вероятностей и ее инженерные приложения.- М.: Наука, 1998.- С. 254.

59. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория вероятностей - М.: Наука, 1969 -С. 368.

60. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики . -М. : Высшая школа. 1965. -С. 512.

61. Гост 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия.

62. Гост Р 53228-2008 Весы неавтоматического действия.

63. Турчанинов И.А., Медведев Р.В. Комплексное исследование физических свойств горных пород. JL, «Наука», 1973.

64. Барон Л.И., Логунцев Б.М., Позин Е.З. Определение свойств горных пород. М., 1962. - С. 332.

65. Кальницкий Я.Б., Хадсан М.Б. Оценка гранулометрического состава горной массы с учетом требования ее погрузки. - В кн.: Транспорт шахт и карьеров. М., 1971. - С. 325 - 328.

66. Савельев И.В. Курс общей физики, книга 1 «Механика». М., Наука, Физматлит, 1998. - С. 65 - 71.

67. Ляшенко А. Ю. Патент на полезную модель 101056 Российская Федерация, МПК E02F 3/40 (2006.01). Рабочий орган одноковшового экскаватора / Ю.М. Ляшенко, Е.А. Ревякина, А. Ю. Ляшенко // № 2010128718/03; заявлено 09.07.2010; опубл. 10.01.2011, Бюл.№ 1

68. Хазанович Г. Ш., Ляшенко Ю.М., Никитин Е.В. Методика эксперемен-та в исследованиях процессов погрузки и транспортировки кусковых пород: Учебно - методическое пособие / Шахтинский ин-т ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2003. - С. 150

69.The RoadBuilders' EDGE. №1, 2011. SPRINGFIELD, MISSOURI, 1480 S. State Hwy. TPrinted in U.S.A. © 2011 Construction Publications, Inc.

70.Mining Magazine USPS No: 005-829 is published monthly by Mining Communications Ltd, Albert House, 1 Singer Street, London EC2A 4BQ, England. № 6, 2008. - C. 18- 23.

71.Статистические методы в инженерных исследованиях / Бородюк В.П., Вощинин А.П., Иванов А.З. и др. / Под ред. Г.К. Круга. - М.: Высш. шк., 1983.-С. 216.

72. Ляшенко А. Ю. Патент на изобретение 2457169 Российская Федерация, МПК B65G 65/02 (2006.01); B65G 13/06 (2006.01); B65G 13/12 (2006.01). Рабочий орган погрузочной машины / Ю.М. Ляшенко, Е.А. Ревякина, А.Ю. Ляшенко // № 2011110429/11; заявлено 18.03.2011; опубл. 27.07.2012, Бюл.№ 21.