ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Одноковшовые универсальные гидравлические экскаваторы в последние годы стали многофункциональными машинами, выполняющими не только копание грунта, но и ряд грузоподъемных работ, мелиоративные и лесотехнические операции, работы в особых условиях (подводные, в тоннелях и т.д.).

Экскаваторы оснащаются рядом конструктивно-подобных ковшей различной емкости, от качества которых зависит их эффективность в целом. Использование неправильно спроектированных ковшей приводит к потере производительности экскаватора и увеличению энергоемкости копания.

Работа копания А _к поворотом ковша относительно рукояти вычисляется как интеграл момента силы копания М _к (Н * м) по углуb:

где 2j- полный угол поворота ковша в грунте, град.; - текущий угол поворота ковша, град;r- радиус от проушины оси поворота ковша до уровня грунтовой поверхности, м (см. рис. 1); Р _к - усилие копания, Н.

Энергоемкость копания Е определяется как отношение работы копания А _к к объемуg _rгрунта в ковше:

Е = А _К /g _r, Дж/м ³ (2)

При рациональных параметрах копания и полной загрузке ковша можно принять;q _r=q=v, м ³

гдеv- объем ковша м ³;g- объем грунта, м ³.

Однако, это условие не выполняется на практике. Анализ полученных данных показал, что налипание породы на ковш начинается после трех-пяти циклов, а после 50...60 циклов остаток породы достигает 6...9 % вместимости ковша.

В тяжелых глинистых грунтах, особенно влажных, ковш нельзя забивать плотно: разгрузка напрессованного в ковш грунта затруднена. Как показывает практика, потери времени на встряхивание уплотненного грунта превосходят выигрыш от большого заполнения ковша.

В России 25 % территории занимают зоны избыточного увлажнения, в которых при разработке грунта происходит налипание, а в зимний период и намерзание грунта на ковш экскаваторов. При этом силы трения и прилипания составляют 30...70 % от общего сопротивления копанию, а производительность снижается в 1,2...2 раза и более.

Исходя из требований технологии эксплуатации, желательно принимать, возможно большее значение угла поворота ковша в грунте, т.е. 2j. При этом снижается доля ручного труда на доработку углов выемок. Однако, очевидно, что угол 2jне может превышать 150...160 град., так как при больших углах проушина оси поворота ковша расположилась бы ниже уровня грунтовой поверхности. Кроме того, необходим запас на вход зуба в грунт и выход его из грунта. Поэтому рекомендуется принимать угол 2jв пределах 90...120 град.

Процесс заполнения ковша грунтом при вращательном копании показан на рис. 1. Как видим, в ковше остается незаполненный объем, который при добыче ила, сапропеля наполнится водой.

В связи с тем, что ковш не следует заполнять полностью и угол 2jменяется от 90 до 120 град, как было сказано выше, объем воды увеличится еще больше, что приводит к значительному увеличению энергозатрат экскаватора.

Так для экскаватора ЭО-2621А с емкостью ковша 0,25 м ³, объем воды составит более 12 л при угле 2ф равным 90 град., который получается при наложении результатов экспериментов, описанных Живейновым Н.Н. на реальную модель ковша.

Отсюда возникает необходимость освобождения ковша от воды до его подъема с целью избавления экскаватора от поднятия лишней массы. Это можно решить путем перфорации боковых стенок ковша для вытекания воды.

По техническим характеристикам экскаваторов, работающих с ковшом обратная лопата, продолжительность выполнения операции копания не превышает 5 с. Исходя из этого находим диаметры отверстий перфорации, их количество и место расположения на боковых стенках ковша.

Пусть имеется сосуд с жидкостью призматической формы (см. рис. 2) с отверстиями на стенках, где его площадь (s_ПОВ) постоянна. Принимаем отверстия круглыми с одинаковыми радиусами, которые могут быть расположены в любом месте на вертикальных стенках сосуда. Они будут находиться под напоромhжидкости, имеющейся в сосуде.

Определяя расход водыqпри истечении из отверстий, находящихся под напоромh, время истечение воды из сосуда вычисляем общее время, за которое произойдет опорожнение сосуда.

В ковшах экскаватора незаполненными остаются в основном углы задней стенки ковша в форме прямоугольной пирамиды (см. рис. 3).

Поэтому, площадь отверстияs _otbопределяем с учетом перехода сосуда к форме прямоугольной пирамиды.

Зная конкретные значения для экскаватора ЭО-2621А , а именно:v_воды= 6 л; Т = 4 с,k= 6;m= 0,62, получаем радиус отверстий, равный 8 мм.

Таким образом, чтобы избавиться от воды в объеме 12 л за 4 с достаточно на каждой из боковых сторон ковша иметь по 6 отверстий радиусом 8 мм, расположенных на трех уровнях высоты:

- 15 мм от кромки ковша - 3 отверстия;

- 22 мм - 2 отверстия;

- 28 мм - 1 отверстие.

Вырезанные отверстия не нарушая жесткость конструкции ковша и не ухудшая его производственно-технологические характеристики облегчают его вес, значительно уменьшают энергоемкость экскаватора при работе с грунтом в присутствии воды.

Поэтому предложенный способ освобождения ковша от воды существенен при работе экскаватора в зимнее время при добыче ила и сапропеля путем осаждения льда, очистке каналов, а также работах, связанных с копанием траншей при прорыве трубопровода и т.п.

Рис. 1. Заполнение ковша грунтом при вращательном копании