Машины и оборудование для разработки мерзлых грунтов

Для устранения перегрева предусмотрена система охлаждения вибровозбудителей.

Ковш экскаватора имеет заднюю стенку 3, боковые стенки 1, переднюю стенку 5 с полостью 10, в которой при помощи передней

В процессе работы экскаватора охлаждение нагретых вибровозбудителей осуществляется за счет циркуляции охлаждающей жидкости, которая подается из бачка 2 по трубопроводам 4 в коллектор (на рисунке не показан) и далее в полукамеры 6, 9. При этом холодная жидкость подается в нижнюю часть полукамеры 9, вытесняя горячую жидкость в заднюю полукамеру 6.

Одновременно происходит перекачивание горячей жидкости из задней полукамеры в коллектор и бачок (в объем, освобожденный поршнем). Жидкость приводится в движение установленным в бачке поршнем, который, в свою очередь, перемещается под действием силы тяжести при изменении положения ковша в процессе копания.

Применение системы охлаждения, установленной непосредственно на ковше, исключает использование приводного насоса и системы шлангов, проложенных по рабочему оборудованию, что повышает надежность и долговечность ковша, упрощает его конструкцию и снижает стоимость.

Недостатком данного способа резания является малая энергия импульса при вибрациях и необходимость подсоединения к электрической сети.

В конструкции ковша активного действия с гидравлическим возбудителем зуба (рис. 51) одни зубья 2 неподвижно закреплены

111

на днище 4, а другие 1 жестко соединены между собой и связаны с гидравлическим возбудителем, при этом в каждой из групп зубья расположены симметрично относительно средней продольной плоскости ковша. Подвижные зубья 1 установлены в направляющих 3 и с помощью жестких тяг 5 связаны с гидравлическим возбудителем 6, выбранным из различных известных конструкций (например, насоснопульсаторного, автоколебательного или другого типа).

на элементах ковша значительных механических переменных нагрузок и связанных с ними вибраций механической системы. При этом наличие группы неподвижных зубьев позволит защитить систему вибропривода от чрезмерно больших усилий при встрече ковша с непреодолимым препятствием.

Экскаваторный ковш, представленный на рис. 52, состоит из корпуса 1 с полым днищем 2, внутри которого установлены силовые установки 3 с выходными продольными валами 4, соединенными посредством конической планетарной передачи 6 с хвостовиками 5 зубьев 7. Ось каждого зуба 6 расположена под острым углом к оси продольного вала 4.

112

Во время копания грунта зубья 7 перемещаются совместно с корпусом 1, при этом силовые установки 3 вращают продольные валы 4, которые посредством конической планетарной передачи 6 вращают хвостовики 5. Т.е. зубья совершают сложное движение: вращаются вокруг своей оси и одновременно перемещаются по круговой конической поверхности (вокруг оси выходного продольного вала 4).

рого приводятся в движение с помощью эксцентрикового вала, приводимого в движение гидромотором.

2 перемещается в крайнее правое положение, способствуя захвату оторванного грунта.

113

Недостатком механизма являются повышенные потери на трение и, вследствие этого, значительный износ в трущихся парах.

Каждая из рассмотренных конструкций имеет как достоинства, так и определенные недостатки. Предлагаемый в данной работе ковш с гидравлическим активизатором зуба имеет принципиальное отличие в способе разрушения мерзлого грунта за счет поворота зубьев вокруг своей оси, что требует сравнительно меньших энергозатрат по сравнению с рассмотренными способами. Реализация предложенной конструкции может позволить создать эффективный механизм для разработки мерзлых грунтов.

6.2. Ковш с зубьями активного действия (конструкция кафедры СДМ ПГТУ)

Ковш с зубьями активного действия, разработанный на кафедре строительных и дорожных машин Пермского государственного технического университета и изготовленный в металле, состоит из следующих основных частей (рис. 54):

ковш экскаватора ЭО-2621;

гидравлический активизатор зубьев, включающий в себя гидроаккумулятор, гидрораспределитель и исполнительные гидроцилиндры;

арматура и трубопроводы.

Гидроаккумулятор служит для предотвращения прохождения ударных волн жидкости в гидросистему базового экскаватора, т.е. работает как демпфер.

Гидроаккумулятор (рис. 55) состоит из стального корпуса 2 и волногасящих перегородок 1.

Наличие гидроаккумулятора позволяет создать высокие удельные расходы на гидроцилиндры, не увеличивая проходные сечения стандартных трубопроводов экскаватора, т.к. характер работы гидроцилиндров является пульсирующим, а подачу масла от насоса считаем постоянной по времени.

114

крепящих зуб. На штоке имеются шлицы, которые входят в зацепление с втулкой. На втулке 2 нарезана шестизаходная резьба с углом подъема витков на 45°.

Рис. 57. Гидроцилиндр активизатора зуба ковша

Гильза представляет цилиндр с фланцами на концах. С одной стороны гильзы нарезана внутренняя резьба, аналогичная резьбе на втулке. Внутри гильзы помещена пружина, которая одним концом упирается в поршень, закрепленный на штоке, а другим – во втулку.

Рабочая жидкость подается в цилиндры через штуцеры.

Принцип работы гидравлического активизатора зубьев ковша.

гидроактивизатор зубьев приводится в действие от гидросистемы базового экскаватора. Для этого на экскаваторе установлен дополнительный насос и два распределителя – один с ручным управлением в приводе поступательного движения зубьев, другой с электрическим

117

управлением в приводе поворотов зубьев. Электрическое управление позволяет автоматически поворачивать зубья. Поворот зубьев идет автоматически за счет перераспределения потока жидкости (подача ее в полость между резьбовой втулкой и гильзой).

Гидрораспределительный механизм приводится во вращение гидромотором МНШ-32 (см. рис. 56). К нему подается под давлением 14 МПа рабочая жидкость. Распределительный механизм периодически сообщает гидроцилиндрам (попарно 1, 4-му и 2, 3-му) с напорной магистралью либо с магистралью слива в зависимости от угла поворота золотника. За каждый оборот золотника каждый гидроцилиндр один раз сообщается с напорным трубопроводом и соответственно один раз со сливом. В качестве конструктивной особенности является балансировка вращающегося золотника. Суммарная составляющая от сил давления, действующих на золотник, равна нулю, т.к. равны площади воздействия от сил высокого давления с обеих сторон золотника.

Гидроцилиндры служат для преобразования энергии рабочей жидкости в механическую энергию движения штока гидроцилиндра с зубом.

При соединении поршневой полости с напорной магистралью поршень перемещает шток, сжимая пружину. При соединении цилиндра со сливом происходит перемещение штока в первоначальное положение под действием пружины. Таким образом обеспечивается воз- вратно-поступательное движение зубьев.

Вращательное движение обеспечивается подачей жидкости из напорной магистрали в полость перед передним поршнем. Поршень перемещает втулку, которая с помощью шестизаходной резьбы поворачивается на угол 30°. Втулка шлицами связана со штоком, который поворачивается под действием втулки. При подключении данной магистрали к сливу зуб вращается в обратную сторону.

Таким образом, движение штока гидроцилиндра является сложным движением и состоит из независимых возвратно-поступательных и вращательных движений штока вокруг своей оси. Независимость этих движений обеспечивается подачей рабочего давления от различных источников. Вращательное движение штока вокруг своей оси зависит от давления рабочей жидкости, подводимой от экскаватора к активным органам через гидрораспределительный узел.

118

Соответственно, чем выше давление в гидросистеме экскаватора, тем больше вращательное и ударное усилия зубьев. А частота ударов зависит от скорости вращения золотника гидрораспределительного механизма, а следовательно, от расхода рабочей жидкости гидромотором МНШ-32.

Так, мощность всего устройства зависит от давления и расхода рабочей жидкости в гидросистеме базового экскаватора ЭО-2621.

6.3. Динамическая модель ковша с зубьями активного действия

Эффект вибрационного воздействия на грунт при копании зависит от многих факторов, особенно от динамических параметров рабочего органа и состояния грунта. Практика показывает, что низкочастотная вибрация зубьев ковша не только повышает степень его заполнения, но и приводит к заметному снижению силы тяги, требуемой для разрушения грунта, чем обеспечивается возможность разработки грунтов повышенной прочности без увеличения силовых характеристик привода подачи ковша и несущих конструкций экскаватора.

Данный эффект обусловлен, по-видимому, действием дополнительных динамических сил, возникающих за счет сил инерции подвижных частей рабочего органа, вовлекаемых в колебательное движение. Эти силы суммируются со статической силой тяги, повышают нагрузку на зубья и интенсифицируют процесс копания.

В реальном процессе амплитуда и закон колебаний зубьев зависят от сил сопротивления грунта, параметров системы и т.д. Поэтому для определения эффективности виброкопания необходимо найти закон колебаний зубьев [17, 18].

Шток имеет две степени свободы (рис. 58): возвратнопоступательное движение (по координате х) и возвратно-враща- тельное (по координате φ). Следовательно, можно рассматривать четыре вида движения: при синхронности возвратно-поступательного и вращательного движений, при асинхронности возвратно-поступа- тельного и вращательного движений, возвратно-поступательное движение при отсутствии вращательного и вращательное движение при отсутствии возвратно-поступательного движения зубьев. Но наиболее рациональным является движение при синхронности возвратнопоступательного и вращательного движений зуба.

119