Обзор и анализ существующих методов определения основных параметров одноковшовых гидравлических экскаваторов

- © П.А. Побегайло,

Э.А. Смоляницкий, 2015

УДК 621.879.34

П.А. Побегайло, Э.А. Смоляницкий

ОБЗОР И АНАЛИЗ

СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОДНОКОВШОВЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ

Выполнен обзор и анализ существующих методов определения основных параметров одноковшовых гидравлических экскаваторов. Выделено три возможных подхода и указаны их коренные недостатки. Главный вывод по итогам работы -отсутствие в России научно обоснованной теории одноковшовых гидравлических экскаваторов.

Ключевые слова: гидравлические экскаваторы, основные параметры, анализ методов определения основных параметров.

Технический уровень и эффективность работы экскаватора определяется, прежде всего, сочетанием его основных параметров. Поэтому комплексное исследование взаимосвязей между ними должно явиться одной из важнейших задач в теории общих расчетов экскаваторов.

Действительно, этому вопросу для машин с механическим приводом посвящено большое число работ, наиболее фундаментальными из которых являются труды Н.Г. Домбровского, А.С. Реброва, Е.Я. Тимошпольского, А.И. Ястребова, Л.В. Зайцева, Е.Р. Пе-терса, В. И. Баловнева, А.Н. Зеленина, И.П. Керова, С.Е. Канторера и др.

Авторами разработаны три основные метода определения параметров экскаватора. Первый из них использует классический метод теории подобия, позволяющий определять линейные размеры машины, емкость ковша, нагрузки и длительность операций новой машины через коэффициент подобия и массу машины аналога. Он включает также элементы «стахостического» подобия, при котором численные значения критерия подобия находятся в определенном диапазоне возможных значений.

В отдельных случаях этот метод дополняется рядом эмпирических зависимостей, непосредственно не вытекающих из физических закономерностей, отражающих взаимосвязь явлений.

Изложенный метод позволяет создавать работоспособные машины, соответствующие мировому опыту конструирования и эксплуатации.

Принципиальный недостаток этого метода заключается в том, что параметры новой машины получены на основании анализа конструктивных решений уже эксплуатирующихся машин, которые могли быть не оптимальными, а к моменту воспроизводства стали устаревшими.

Этот метод обрекает отечественное экскаваторостроение на хроническое отставание.

В основу второго метода положено моделирование основных технологических процессов, которое позволяет определять такие удельные показатели новой машины, как сопротивление копанию, энергоемкость процесса, производительность, металлоемкость и т.п.

Второй метод позволяет уточнять и корректировать результаты расчета первого.

Применение рассмотренных выше методов определения основных параметров экскаватора приводит в ряде случаев к существенным ошибкам при расчете усилий, мощности и продолжительности рабочих операций, т.к. в них (кроме работ Л.В. Зайцева) не затронуты вопросы взаимосвязи параметров машины, обусловленные физической природой явлений, а также ограничения, налагаемые габаритами транспортных средств и параметрами земляных сооружений. Необходимо также отметить, что оптимальные для одного типоразмера машин соотношения основных параметров могут оказаться нерациональными или даже нереализуемыми для экскаваторов другого типоразмера.

Кроме того, назначение машины, тип привода, основной вид рабочего оборудования, габариты обслуживающих транспортных средств, требования к тяговым и скоростным характеристикам ходового оборудования оказывают значительное влияние на взаимосвязь основных параметров экскаватора.

Изложенное выше свидетельствует о бессмысленности использования многочисленных эмпирических зависимостей, отражающих взаимосвязь параметров в механическом экскаваторе для определения основных параметров одноковшового гидравлического экскаватора.

Третий метод определения основных параметров экскаватора основан на оценке экономической эффективности производства и эксплуатации машины. Здесь в качестве критерия оптимизации принимаются удельные приведенные затраты, учитывающие сменную производительность машины, стоимость машиносмены, удельные капиталовложения, нормативный коэффициент окупаемости.

Типичной работой, использующей этот метод, является диссертация

А.С. Плотникова [1]. Так как она является первой в большом перечне подобных работ (в части применяемого метода), то остановимся только на ней.

Для раскрытия зависимостей, входящих в показатель приведенных затрат, А.С. Плотников принимает следующие допущения:

• копание происходит по траектории постоянной кривизны, т.е. одним копающим механизмом, а вырезаемое сечение грунта является сегментом;

• сила сопротивления грунта копанию подчиняется зависимости А.Н. Зеленина;

• нагрузки и энергоемкость остальных операций цикла соответствуют значениям, полученным при использовании эмпирических зависимостей, связывающих между собой массу экскаватора или рабочего оборудования с максимальным усилием и радиусом копания.

При принятых допущениях третий метод практически сведен к первым двум со всеми присущими им недостатками. Поэтому достоверность результатов исследований не может не вызывать сомнений. Так, например, рекомендуемый для получения максимальной производительности экскаватора оптимальный угол поворота ковша при копании принят равным 44-50 градусам. А это не отвечает условию, налагаемому кинематикой процесса копания. В.И. Баловнев в своих работах доказал нецелесообразность использования принятой модели математического описания для определения силы сопротивления грунта копанию. Он же показал, что линейная зависимость силы сопротивления грунта копанию от площади срезаемой стружки дает результаты, более близкие к материалам экспериментальных исследований.

Если воспользоваться этим результатом и принять, что сила сопротивления грунта резанию пропорцио-

нальна толщине стружки и ширине ковша можно для копания ковшом получить зависимость, позволяющую определять удельную энергоемкость процесса резания. Анализ этой зависимости показывает, что удельная энергоемкость процесса резания при принятых допущениях не зависит от угла поворота ковша при копании.

Таким образом, если копающие механизмы обеспечены требуемой мощностью, то длительность копания может изменяться только либо с изменением коэффициента полезного действия рабочего оборудования и гидравлического привода, либо из-за совмещения копания с операцией подъема рабочего оборудования.

Последнее, однако, не может сказаться на суммарной продолжительности цикла, поскольку в этом случае не будет затрачена работа (а следовательно, и время) другим исполнительным механизмом рабочего оборудования.

Другими словами, угол поворота ковша при копании не связан с минимизацией приведенных затрат на разработку кубометра грунта.

Не обосновано также предложение по повышению в полтора раза мощности силовой установки экскава-

тора. Оно не подтверждается физиологическими возможностями машиниста экскаватора.

Рассматривая технико-экономический метод определения параметров экскаватора, следует заметить, что используемое обычно выражение удельных приведенных затрат может быть упрощено, т.к. удельная стоимость основных моделей одноковшовых гидравлических экскаваторов практически остается неизменной.

Приведенный анализ методов определения типоразмеров и параметров одноковшовых экскаваторов убедительно подтверждает отсутствие в отрасли фундаментальных теоретических и экспериментальных исследований, посвященных рассматриваемым вопросам.

Выводы. Основным итогом настоящей работы является осознание того, что развитие отечественного экскаваторостроения сдерживается отсутствием в отрасли теории одноковшовых гидравлических экскаваторов, и не разработаны теоретические предпосылки для создания конструктивно-унифицированного типораз-мерного ряда одноковшовых гидравлических экскаваторов, соответствующего оптимальной структуре парка.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Плотников АС Разработка рекомен- с гидроприводом обратная лопата: Дисс. даций на определение ж^даьк тарме- канд.' техн. наук. - М. 1974. ЕШ тров к расчету одноковшового экскаватора

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

Побегайло Петр Алексеевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: petrp214@yandex.ru, ИМАШ им. А.А. Благонравова РАН,

Смоляницкий Эдуард Анатольевич - кандидат технических наук, Заслуженный изобретатель СССР, член редколлегии журнала «Строительные и дорожные машины», ученик член-корр. АН УССР С.Н. Кожевникова.

UDC 621.879.34

THE REVIEW AND THE ANALYSIS OF THE EXISTING METHODS OF DETERMINATION OF KEY PARAMETERS OF HYDRAULIC EXCAVATORS

PobegaHo P.A., Candidate of Engineering Sciences, Senior Researcher,

e-mail: petrp214@yandex.ru, Institute for Machine Science named after A.A. Blagonravov

of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia,

Smolyanitskii E.A., Member of an Editorial Board of the «Construction and Road Cars» Magazine, Moscow, Russia.

In article the review and the analysis of the existing methods of determination of key parameters of hydraulic excavators is made. Three possible approaches are allocated and their radical shortcomings are specified. The main conclusion following the results of work - absence in Russia the evidence-based theory of hydraulic excavators.

Key words: hydraulic excavators, key parameters, analysis of methods of determination of key parameters.

REFERENCES

1. Plotnikov A.S. Razrabotka rekomendatsii na opredelenie iskhodnykh parametrov k raschetu odnok-ovshovogo ekskavatora s gidroprivodom obratnaya lopata (Разработка рекомендаций на определение исходных параметров к расчету одноковшового экскаватора с гидроприводом обратная лопата), Candidate's thesis, Moscow, 1974.

_ ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ

ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ

О ПРАКТИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ НЕКОТОРЫХ КОНСТРУКЦИЙ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

Горинов Сергей Александрович - кандидат технических наук, главный научный консультант, e-mail: Akaz2006@yandex.ru, ООО «Глобал Майнинг Эксплозив-Раша»

Брагин Павел Александрович - главный специалист по БВР, e-mail: pavelbragin83@mail.ru, ООО «Глобал Майнинг Эксплозив-Раша»,

Польский Александр Викторович - директор, e-mail: polskyi80@mail.ru, ТОО «КарГСП», Пустовалов Игорь Анатольевич - директор, e-mail: igpkz@mail.ru, ТОО «ЭСЦВМ».

Приведен критический обзор технических решений по предложенным конструкциям скважинных зарядов для отбойки горных пород, вытекающих из патента Республики Казахстан № 24458 [1].

Ключевые слова: скважинный заряд ВВ, конструкция скважинного заряда, скорость детонации ВВ.

THE PRACTICAL SOME DESIGNS DOWNHOLE EXPLOSIVE SUBSTANCES

Gorinov S.A., Candidate of Technical Sciences, Chief Scientific Consultant, e-mail: Akaz2006@yandex.ru, LLC «Global mining Explosiv-Russia», Russia, Bragin P.A., Chief Specialist Drilling and Blasting, e-mail: pavelbragin83@mail.ru, LLC «Global mining Explosiv-Russia», Russia,

Pol'skiy A.V., Director of LLP «Cargs», e-mail: polskyi80@mail.ru, Russia, Pustovalov I.A., Director of LLP «ASCUM», e-mail: igpkz@mail.ru, Russia.

Provides a critical overview of the technical solutions proposed by Cohntrue designs borehole charges for blasting rocks derived from a patent of the Republic of Kazakhstan No 24458 [1].

Key words: borehole explosive charge, the design of the downhole charge, the speed of detonation of explosives.