Учебное пособие 2165

вившемся режиме работы с глубиной резания hР = const и скоростью движения

поставленного отвала; α – угол захвата отвала; β – угол зарезания; ДН , ДК – нормальная и касательная составляющие скорости движения отвала; СК – средняя скорость перемещения (скольжения) вырезанного грунта вдоль отвала; FР t – площадь поперечного сечения стружки грунта, вырезаемой в плотном теле; VПР – объем призмы вырезанного грунта перед отвалом.

Рис. 2.42. Схема копания грунта отвальной ЗТМ непрерывного действия: а – копание всей длинной отвала; б – копание углом отвала

Рабочий орган в виде косопоставленного отвала выполняет одновременно функции режущего и транспортирующего органа. Поэтому вырезаемый из массива грунт должен без разрыва потока перемещаться в боковой валик с максимальной технической производительностью. Это достигается соответствующим подбором конструктивных и эксплуатационных параметров рабочего органа и скорости.

171

Абсолютную скорость движения отвала Д (рис. 2.42, а) разложим на скорости ДН и ДК :

относительно призмы вырезанного грунта в направлении ее вектора, а грунт соответственно смещается относительно отвала в обратном направлении со

формирования призмы волочения и сжатием вырезанного грунта при его движении. Вырезанный из массива грунт, двигаясь по криволинейной поверхности отвала, достигает его верхней кромки, заворачивается под углом опрокидывания, попадает в призму и продолжает перемещаться вдоль отвала со

средней скоростью СК , пока не сойдет с него в боковой валик.

Технические производительности ЗТМ в процессе копания грунта будут равны

для треугольной стружки (рис. 2.43, б).

Частица вырезанного грунта с одного конца отвала (а) переместится в другой конец (б) (рис. 2.43, а) и сойдет с него в боковой валик через время tП :

За время tП в плотном теле будет вырезан объем грунта VГР tП :

172

Перед отвалом за время tП сформируется призма вырезанного грунта объёмом VПР tП VПР , постоянно перемещающегося вдоль отвала со средней скоростью СК :

Исходя из непрерывности процесса резания грунта (отделения стружки грунта от массива) и перемещения его вдоль отвала в боковой валик запишем

следующее выражение для ПТК :

где FПР – средняя площадь поперечного сечения призмы вырезанного грунта, перемещающейся вдоль отвала со средней скоростью СК .

где VПР определяется по формуле (2.209).

Из выражений (2.210), (2.211)

Формулы (2.206) с учетом (2.207) и (2.214) для расчета технической

производительности П идентичны, но исходные данные (информационные

ТК

параметры) у них различны, что находит отражение в экспериментальных способах определения ПТК .

На основании формул (2.205) – (2.213) установим информационные параметры и сформулируем алгоритмы для расчета технических производительностей отвальной ЗТМ непрерывного действия в процессе копания грунта.

173

радиоволнового типа) замерить параметры VПР , СК и в операционном

блоке рассчитать значение П по формуле (2.213).

ТК

Используя данные экспериментальных замеров, определим значение коэффициента k = СК /( Д cosα).

Для ЗТМ в процессе копания грунта функция ПТК = f( hР ) является экстремальной [22, 120] и при hР = hР ОПТ имеет максимум технической производительности ПТКMAX . Управляя процессом копания грунта на режиме ПТКMAX , обеспечим в конечном счете и максимальную техническую производительность ЗТМ ПТMAX . Так реализуется локальный критерий эффективности работы ЗТМ ПТКMAX в глобальный ПТMAX .

Система управления процессом копания грунта ЗТМ на режиме ПТКMAX

строится на принципе экстремального регулирования с использованием полученных результатов.

2.5.3.Энергетика процесса функционирования рабочего органа ЗТМ

сгрунтом

На рабочем органе механическая энергия величиной EМ.РО t , подведённая от двигателя с помощью передаточного механизма, конвертируется в

где CГР t – скорость протекания процесса преобразования EМ.РО t mГР t .

Теория ЗТМ непрерывного действия позволяет получить следующие выражения:

174

получим следующее значение скорости процесса преобразования EМ.РО mГР

CГР KК / ГР = 13 м/с.

В механическом движении энергия характеризует силовые действие в пространстве (Дж = Н·м), а мощность являясь по физическому смыслу скоростью (интенсивностью) передачи энергии (Вт = Дж/с = Н·м/с), характеризует

175

процесса либо постоянная СГР t СГР const , либо переменная СГР t varia . При этом необходимая скорость СГР t увеличивается, тем самым преобразова-

тельный процесс на рабочем органе затормаживается.

На установившемся режиме энергетического процесса на рабочем органе, когда СГР const , имеем:

Процесс на рабочем органе NТ.Р t ПТ t желательно так организо-

вать, чтобы для его реализации требовалась меньшая скорость СГР , т.е. меньшее сопротивление грунта копанию. В этом случае исходная величина механической энергии на рабочем органе EМ.РО t с текущей мощностью NТ.Р t

позволит разработать большее количество грунта mГР t или VГР t с текущей производительностью ПТ t .

177

ГЛАВА 3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ САМОХОДНЫХ ЗТМ

Главной технической характеристикой ЗТМ, потенциально отражающей её функционирование, является тяговая, основу которой составляют тяговый и мощностной балансы [68, 69, 71, 81, 91, 123, 150, 152, 154]. Используя её,

представляется возможным организовать процесс разработки грунта на выбранном режиме функционирования ЗТМ [31, 37, 44, 52, 58, 59, 78].

3.1. Тяговый и мощностной балансы самоходной колёсной ЗТМ

Рабочий процесс ЗТМ включает в себя два характерных режима: тяговый, на котором непосредственно ведется разработка грунта, и транспортный [95, 150, 152, 155]. На обоих режимах работы ЗТМ движитель преодолевает тяговую нагрузку. На тяговом режиме эта нагрузка выше, чем на транспортном, из-за сопротивления грунта копанию. Поэтому тяговый расчет ЗТМ является основополагающим, так как позволяет оценить ее эксплуатационные показатели. Он начинается с составления тягового и мощностного балансов движителя и машины в целом и заканчивается формированием тяговых характеристик.

Поток механической энергии вращательного действия мощностью Nе , генерируемый в силовой установке (двигателе), через трансмиссию с КПД ТР подводится к колесному движителю с мощностью NK = Nе ТР , крутящим моментом M K и угловой скоростью K , то есть:

Колесный движитель преобразует поток механической энергии вращательного действия мощностью NK в поток механической энергии поступательного действия с тяговой мощностью NТ = NК К ( К – КПД движителя), силой тяги TK и скоростью поступательного движения Д , то есть:

Рассмотрим силовую нагруженность колесного движителя в виде обобщенной модели ведущего колеса (рис. 3.1), где: GК – вертикальная нагрузка на колесо (движитель); FK – тяговая нагрузка на колесо (движитель); RK ВЩ – нормальная реакция опорной поверхности на ведущее колесо (движитель); a – смещение реакции RK ВЩ от центральной оси колеса в сторону движения

178

(коэффициент трения качения); rC – силовой радиус ведущего колеса (движителя); Д – действительная поступательная скорость движения оси колеса (движителя); TK – тангенциальная (упорная) реакция опорной поверхности на ве-

дущее колесо, которая в эквивалентной схеме силовой загрузки (см. рис. 2.2,г) превращается в движущую силу колеса (силу тяги движителя), обеспечива-

ющую поступательное движение оси колеса со скоростью Д , преодолевая тяговую нагрузку FK .

Рис. 3.1. Схема силовой загрузки ведущего колеса

Уравнения равновесия ведущего колеса при равномерном движении по горизонтальной поверхности (см. рис. 3.1):

179

веденный коэффициент сопротивления качения (коэффициент сопротивления качения) ведущего колеса.

Из выражения (3.4) получим уравнение силового (тягового) баланса

на создание силы тяги TK для преодоления тяговой нагрузки FK .

Необходимо отметить, что абсолютная величина Pf ВЩ для ведущего и ведомого Pf ВМ колес ЗТМ не равны даже при одинаковых реакциях RK ВЩ и RK ВМ и номинальных размерах шин из-за различных значений коэффициентов сопротивления качению fВЩ и fВМ .

По результатам экспериментальных исследований Н. А. Ульянов [150] установил, что в первом приближении можно принять линейную зависимость

суглинистых грунтов ∆ = 1,0…1,5, для супесчаных ∆ = 1,5…2,0); TK / RK ВЩ

– относительная сила тяги ведущего колеса (движителя).

Таким образом, коэффициент сопротивления качению ведущего колеса fВЩ возрастает с увеличением силы тяги TK и fВЩ > fВМ .

Мощность, подведенная к колесному движителю NK = MK K , расходуется на тяговую мощность NТ = TK Д , на мощность для преодоления сопротивления качения NВЩ и мощность, затрачиваемую на буксование колес движителя N .

Таким образом, мощностной баланс колесного движителя представим следующим выражением:

180