Совершенствование технологии черпания сыпучего материала по удельным энергозатратам

погрузочного оборудования, в частности, установку независимых гидронасосов для поворота ковша и подъема стрелы и пр.

По сравнению с известными технологиями процесса черпания сыпучего материала рекомендуемая технология выполнения этого процесса имеет следующие преимущества:

- Исключаются непроизводительные потери мощности двигателя ФП на буксование в гидротрансформаторе;

- Улучшаются динамические характеристики за счет одноразового включения гидроаппаратуры управления;

- Обеспечивается жесткое кинематическое согласование подъема стрелы и поворота ковша;

- Выдерживается одна и та же траектория движения режущей кромки ножа днища ковша в штабелях сыпучего материала с различными физико-механическими свойствами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лукин A.M. Оптимизация процесса черпания сыпучего материала фронтальным погрузчиком: - Дис . канд. техн. наук. - Омск, 1984. - 199 с.

2. Михирев П.А. Основы теории ковшовых автоматизированных погрузочных органов. - Новосибирск: Наука, 1986.-166 с.

3. Стогов В.Н., Плюхин Д.С., Ефимов Г.П. Погрузочно-разгрузочные машины. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1977.-316 с.

4. Тарасов В.Н. Основы оптимизации рабочих процессов землеройно-транспортных машин: -Дис...д-ра техн. наук. -Киев, 1981.-390 с.

ЛУКИН Александр Михайлович, кандидат технических наук, доцент СибАДИ.

А.М.ЛУКИН Б. А. КАЛАЧЕВСКИЙ

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

УДК 621.869

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ

Как известно [1,6], типовой рабочий цикл ФП состоит из следующих элементов: 1 - установка погрузочного оборудования в исходное положение черпания; 2 -черпание сыпучего материала; 3 - установка погрузочного оборудования в транспортное положение; 4 - движение ФП к месту выгрузки сыпучего материала; 5 - подъем погрузочного оборудования на высоту выгрузки сыпучего материала в транспортное средство; 6 - разгрузка ковша; 7 - установка погрузочного оборудования в транспортное положение; 8 - обратное движение ФП к штабелю сыпучего материала

Для оптимальности всего рабочего цикла ФП необходимо, чтобы каждый элемент этого цикла был оптимальным по соответствующему критерию оптимальности.

В качестве критерия оптимальности при черпании сыпучего материала приняты удельные энергозатраты Еу (кДж/м3), определяемые по формуле

Е\=Е/УП1=Е,

где Е - энергозатраты на черпание; \/т - объем сыпучего материала в ковше по окончании черпания; и> множество режимных и конструктивных параметров.

Известны попытки автоматизации процесса черпания сыпучего материала [2,6, 7, 8]. Однако в настоящее время нет достаточно простых, надежных в работе систем управления процессом черпания сыпучего материала ФП. Проведенная в этом направлении работа, несмотря на, в общем-то, положительные результаты, не получила дальнейшего развития в силу громоздкости, сложности автоматизированных систем управления, а главное -неопределенности функций, обеспечивающих надежное управление процессом черпания.

СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА ПО УДЕЛЬНЫМ

ЭНЕРГОЗАТРАТАМ_

ИЗЛОЖЕНА ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА СОВМЕЩЕННОГО СПОСОБА ЧЕРПАНИЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА. В КАЧЕСТВЕ КРИТЕРИЯ ОПТИМАЛЬНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАН.МИНИМУМ ЭНЕРГОЗАТРАТ НА ИССЛЕДУЕМЫЙ ПРОЦЁСС. ПРЕДЛОЖЕНО ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ, РЕАЛИЗУЮЩЕЕ ЭТОТ ВАРИАНТ НА ФРОНТАЛЬНОМ ПОГРУЗЧИКЕ, ПРИ КОТОРОМ РЕЖУЩАЯ КРОМКА НОЖА ДНИЩА КОВША ДВИЖЕТСЯ ПАРАЛЛЕЛЬНО ЕСТЕСТВЕННОМУ ОТКОСУ ШТАБЕЛЯ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО МАТЕРИАЛА.

Известны математические модели черпания сыпучего материала различными вариантами совмещенного способа, которые по заданному критерию оптимальности позволяют оценить технологические особенности рассматриваемого процесса [3,4, 5,6].

Проведенные исследования процесса черпания сыпучего материала ФП с гидромеханической трансмиссией позволили установить, что минимально энергоемким является процесс, при котором применяется следующий алгоритм работы:

1 - установка погрузочного оборудования в исходное положение черпания с заданным углом е=7±2° наклона плоского днища ковша к опорной поверхности штабеля;

2 - внедрение режущей кромки ножа днища ковша на глубину 0,4-0,5 ширины плоского днища ковша;

3 - одновременное отключение муфты сцепления и включение тормозной системы ФП;

4 - одновременное включение гидромеханизмов подъема стрелы и поворота ковша;

5 - движение режущей кромки ножа днища ковша по траектории, параллельной линии естественного откоса штабеля разрабатываемого материала.

По окончании процесса черпания погрузочное оборудование должно быть установлено в транспортное положение. Типовой гидропривод ФП не обеспечивает выполнение этого требования.

Как известно, величины углов а естественного откоса разрабатываемого ФП шлейфа сыпучих материалов имеют значения от 350 до 45° [6]. Поэтому траекторию движения режущей кромки ножа днища ковша  рекомендуется наклонить к опорной поверхности штабеля под углом, равным 4СР. При работе на штабелях с углами естественного откоса а >4СР черпание контакт

Рис. 1 Общий вид ФП в процессе черпания сыпучего материала.

сыпучего материала по удельным энергозатратам будет несколько выше минимально необходимых энергозатрат из-за осыпания разработанного сыпучего материала под ковш Если а <40°, то удельные энергозатраты также несколько выше минимально необходимых энергозатрат из-за того, что уплотненное ядро сохраняется на режущей кромке ножа днища ковша.

Таким образом, установленная граница по величине угла а=40° позволяет осуществлять черпание на всем шлейфе сыпучих материалов с энергозатратами, близкими к минимально необходимым.

Типовая схема гидропривода погрузочного оборудования ФП не обеспечивает движение режущей кромки ножа днища ковша по оптимальной траектории в процессе черпания. Поэтому требуется его конструктивное усовершенствование.

Ниже приводится одно из таких технических решений. На рис. 1 представлен общий вид ФП в процессе черпания сыпучего материала оптимальным вариантом совмещенного способа.

Согласно рис. 1 ФП содержит спецшасси 1, типовое погрузочное оборудование 2, включающее в себя ковш 3 с установленным на его боковой стенке датчиком 4 глубины внедрения, конструкция которого полностью соответствует техническому решению по а. с. № 1071713, кл. Е 02 Р 9/22 [2]. Кроме этого, ФП содержит типовой гидропривод погрузочного оборудования, включающий в себя гидроаппаратуру управления й исполнительные механизмы : стреловые цилиндры 5; ковшовый цилиндр 6. В исходном положениичерпания сыпучего материала ковш установлен плоским днищем под углом е=7±2° к опорной поверхности штабеля. Датчик А установлен на боковой стенке ковша под углом ер естественного откоса штабеля таким образом, что эластичная мембрана контактирует с сыпучим материалом на глубине 1_п начального внедрения режущей кромки ножа днища ковша в штабель. В этот момент времени производится включение гидромеханизмов подъема стрелы й поворота ковша. Штоки стреловых и ковшового цилиндров при работе погрузочного оборудования выдвигаются с соответствующими скоростями \/55, \/к5

Датчик 4 глубины внедрения (рис. 2) подключен гидролинией 7 к сигнализатору давления 8.

Электрический контакт 9 сигнализатора давления 8 включен в электрическую цепь, содержащую бортовой источник питания 10, световой индикатор 11, исполнительный механизм 12 и электрический контакт 13 переключателя управления черпанием. Исполнительный механизм 12 через систему рычагов 14,15,16механически связан с педалями 17. 18 управления сцеплением и тормозной системой. Световой индикатор 11 и переключатель управления черпанием установлены в кабине ФП на панели приборов. В исходном положении черпания сыпучего материала контакты 9 и 13 нормально разомкнуты.

14

нЦНц-г1

Рис. 2. Схема подключения датчика глубины внедрения.

Усовершенствованный гидропривод содержит все элементы типового гидропривода 19 погрузочного оборудования (на рис.3 показан только стреловой цилиндр 6) и, кроме этого, дополнительные элементы 20-34.

На стреле неподвижно закреплен корректирующий кулачок 20, профиль которого соприкасается с роликом 21, закрепленным шарнирно на стержне 22. Стержень установлен в цилиндрические шарниры 23,24, неподвижно закрепленные на портале ФП. На стержне 22 установлена пружина 25, которая постоянно поджимает ролик 21 к профилю корректирующего кулачка 20. Нижний конец стержня 22 шарнирно соединен с муфтой 26 скольжения, которая связана с элементом управления гидронасоса 27 регулируемой производительности. В дополнительной гидросистеме установлен электрогидравлический золотник 28, электрическая цепь управления которого содержит бортовой источник питания 10 и электрический

Рис. 3. Схема доработки гидропривода погрузочного оборудования.

контакт 29 переключателя, установленного на рукоятке золотника управления стрелой гидрораспределителя типового гидропривода 19 (на рис. 3 гидрораспределитель типового гидропривода и переключатель не показаны).

В исходном положении электрогидравлический золотник 28 соединяет напорную гидролинию 30 гидронасоса 27 со ! сливной гидролинией 31. Поршневая и штоковая полости ! ковшового цилиндра 6, связанные гидролиниями 32, 33 с электрогидравлическим золотником 28, заперты. Кроме этого, электрогидралический золотник 28 гидролинией 34 связан со сливной гидролинией 31.

Поршневая и штоковая полости ковшового цилиндра 6 подключены к типовому гидроприводу 19 погрузочного оборудования (на рис. 3 эти подключения не показаны). Это позволяет осуществлять управление погрузочным оборудованием на остальных элементах рабочего цикла в | обычном порядке, изложенном в соответствующей I инструкции по эксплуатации ФП.

Усовершенствованный гидропривод погрузочного оборудования ФП работает следующим образом \ Перед началом черпания сыпучего материала погрузочное оборудование находится в положении, показанном на рис 1, а элементы управления ковшом в [ положениях, приведенных на рис. 2 и рис. 3. При движении ФП к штабелю для осуществления черпания, человек-оператор, управляющий рабочим процессом, включает переключатель управления черпанием, установленный в кабине на панели приборов. При этом действии человека-оператора нормально разомкнутый контакт 13 (см. рис. 2) замыкается. Ковш поступательным движением спецшасси ФП внедряется на начальную глубину 1-п, равную 0,4-0,5 ширины плоского днища ковша. В момент соприкосновения штабеля с эластичной мембраной датчика 4 глубины внедрения рабочая жидкость из полости, образованной корпусом датчика и эластичной мембраной, по гидролинии 7 вытесняется в поршневую полость сигнализатора давления 8, который своим контактом 9 замыкает электрическую цепь (рис. 2). В результате этого включается световой индикатор 11 в кабине человека-оператора и исполнительный механизм 12, который через систему рычагов 14,15,16 воздействует на педели 17,18 управления сцеплением и тормозной системой ФП, отключая муфту сцепления и устанавливая погрузчик на тормоза.

По сигналу светового индикатора 11 человек-оператор включает золотник гидрораспределителя в типовом гидроприводе 19 погрузочного оборудования на подъем стрелы и переключатель, установленный на рукоятке этого золотника При таких действиях человека-оператора контактом 29 замыкается электрическая цепь питания электрогидравлического золотника 28 и он перемещается в крайнее нижнее положение (рис 3). При таком положении электрогидравлического золотника напорная гидролиния 30 сообщается через гидролинию 32 с поршневой полостью ковшового цилиндра 6, а штоковая полость этого цилиндра | через гидролинию 33, канал электрогидравлического I золотника 28 и гидролинию 34 сообщается со сливной гидролинией 31. В результате этого происходит выдвижение штоков ковшового цилиндра и, следовательно, поворот ковша. При подъеме погрузочного оборудования происходит поворот стрелы и закрепленного на ней корректирующего кулачка 20. Корректирующий кулачок через ролик21, стержень 22 и муфту 26 воздействует на элемент управления гидронасоса 27, изменяя его производительность.

Профиль корректирующего кулачка изготовлен таким образом, что при повороте стрелы траектория движения режущей кромки ножа днища ковша параллельна естественному откосу штабеля разрабатываемого материала.

Такое подключение дополнительной гидроаппаратуры в типовой гидропривод погрузочного оборудования при черпании сыпучего материала позволяет при одноразовом включении

гидроаппаратуры управления вести режущую кромку ножа днища ковша по оптимальной траектории, которая обеспечивает наилучшее заполнение ковша при минимальных энергозатратах на этот процесс.

По окончании черпания человек-оператор отключает переключатель управления черпанием, установленный в кабине ФП на панели приборов. Тогда контакт 13 размыкает электрическую цепь светового индикатора 11 и исполнительного механизма 12. В результате этого педали 17, 18 управления сцеплением и тормозной системой устанавливаются в исходное положение.

По сравнению с известными разработками предлагаемое техническое решение имеет следующие преимущества:

1 - мощность двигателя ФП используется только на черпание за счет исключения буксования в гидротрансформаторе;

2 - при одноразовом включении гидроаппаратуры управления обеспечивается плавное, бесступенчатое регулирование движение ковша по заданной траектории;

3 - доработка типового гидропривода погрузочного оборудования производится стандартными гидроэлементами, которые широко распространены в строительном и дорожном машиностроении и соответствуют условиям эксплуатации ФП;

4 - простота и надежность работы из-за небольшого количества подвижных элементов;

5 - по окончании черпания погрузочное оборудование находится в транспортном положении, за счет этого уменьшается время рабочего цикла и, следовательно, возрастает производительность.

ЛИТЕРАТУРА

1. Казаринов В.М., ФохтЛ.Г. Одноковшовые погрузчики в строительстве. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1975.-239 с.

2. Лукин A.M. Одноковшовая погрузочная машина: А. с. № 1071713 (СССР).-Опубл. в Б.И., 1984, №5.

3. Лукин A.M. Динамика взаимодействия ковша погрузчика со штабелем сыпучего материала при совмещенном способе черпания. // Омск, 1983. - 63 с. -Рукопись представлена Сиб. автомоб.-дор. ин-том. Деп. в ЦНИИТЭстроймаше, №411. Опубл. в Библиограф, указ. ВНИИТИ: Деп. научн. работы, 1983. № 1, с. 94.

4. Лукин A.M. Математическая модель и программа для определения кинематических и силовых параметров погрузочного оборудования фронтальных погрузчиков. // Омск, 1986. - 62 с. - Рукопись представлена Сиб. автомоб.-дор. ин-том. Деп. в ЦНИИТЭстроймаше, № 82-ОД-86. Опубл. в Библиограф, указ. ВНИИТИ: Деп. научн. работы, 1986. № 10, с. 128.

5. Лукин A.M. Математическая модель процесса черпания сыпучего материала. // Омск, 1983. - 41 с. -Рукопись представлена Сиб. автомоб.-дор. ин-том. Деп. в ЦНИИТЭстроймаше, № 71 сд-Д83. Опубл. в Библиограф, указ. ВНИИТИ: Деп. научн. работы, 1983. № 1, с. 94.

6. Лукин A.M. Оптимизация процесса черпания сыпучего материала фронтальным погрузчиком. -Дис...канд. техн. наук. - Омск, 1984, -199 с.

7. Михирев П.А. Основы теории ковшовых автоматизированных погрузочных органов. - Новосибирск: Наука, 1986,- 166 с.

8. Тарасов В.Н., Фисенко Н.И., Лукин A.M. Способ управления процессом черпания: А. с. № 785437 (СССР). -Опубл. в Б.И., 1980, №45.

ЛУКИН Александр Михайлович, кандидат технических наук, доцент.

КАЛАЧЕВСКИИ Борис Алексеевич, доктор технических наук, заведующий кафедрой.