Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Физическое моделирование технических систем. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 116 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Одним из способов снижения сопротивления подъему пласта может быть оснащение отвалов гибкой отвальной поверхностью. Последняя обеспечивает приспосабливаемость в процессе работы формы поперечного профиля отвала к форме траектории движущейся стружки.

При всех глубинах копания (h, равной 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 см; а = 55°) горизонтальная и вертикальная составляющие силы сопротивления копанию для отвалов с гибкой лобовой поверхностью меньше, чем для отвалов обычного типа. Уменьшение горизонтальной составляющей достигает 10…25%, вертикальной – 10…20%. С уменьшением глубины копания эффект снижения усилий на модели с гибкой отвальной поверхностью увеличивается. Заметной разницы в величинах пути набора для обеих моделей не обнаружено. По сравнению с отвалами обычного типа удельная энергоемкость процесса копания грунта отвалами с гибкой лобовой поверхностью меньше на 15…25%. Основной сложностью в конструкции отвалов с гибкой лобовой поверхностью является материал поверхности, который должен иметь достаточную для условий работы бульдозеров прочность и износостойкость.

3.5. Моделирование процесса копания грунтов ковшом скрепера

Конструкция ковша скрепера более сложная, чем отвала

бульдозера. Вырезаемый пласт грунта поступает в ковш скрепера, преодолевая сопротивление некоторого объема грунта, имеющегося в ковше, и не образовывает при этом значительной призмы волочения перед ковшом.

Наиболее энергоемким является конечный этап заполнения

скрепера. На этом этапе грунт поступает в ковш в виде потока между двумя зонами неподвижного грунта. Поток движется по направлению наименьшего сопротивления. Форма потока и его направление изменяются на каждом этапе заполнения и зависят от параметров ковша и характера его заполнения, а также от параметров стружки и физико-механических свойств разрабатываемого грунта. Под влиянием сил сопротивления, действующих внутри ковша и подпора грунта, находящегося в массиве, вырезанная стружка претерпевает разрушение, а затем формируется в виде уплотненного тела и продвигается в ковш.

При работе в песчаных грунтах явления, протекающие при поступлении грунта в ковш, на конечном этапе аналогичны. При разработке глинистых связных грунтов вырезаемая стружка при движении в ковше сохраняет форму, полученную при отделении от массива. По мере нарастания сопротивления стружка ломается у ножа, и ее движение происходит в новом направлении.

Движение грунта в ковше без передней заслонки, например в ковше драглайна, характеризуется тем, что одна из поверхностей сдвига, располагающаяся у задней стенки ковша, не изменяет своего положения, средние участки грунта движутся более интенсивно, чем у краев, у стенок ковша движение грунта несколько замедляется.

Характер движения потока грунта в ковше и величина сопротивления наполнению зависят от расположения задней стенки по отношению к ножу ковша. В укороченных ковшах грунт раньше доходит до упора в заднюю стенку; первоначальные этапы заполнения ковша характеризуются значительными сопротивлениями. Более длинные ковши на первоначальных этапах оказывают меньшее сопротивление наполнению.

Изменения плотности грунта в ковше скрепера на конечной стадии заполнения подтверждают установленную закономерность движения грунта. У входа в ковш наблюдается повышенная плотность грунта, уплотненное ядро, вытянутое в направлении поступления грунта в ковш. В глубине ковша плотность грунта меньше, она убывает по высоте.

Расчетная схема процесса копания рабочими органами типа скрепер или ковш без заслонки с учетом рассмотренных явлений может быть представлена в виде схемы, показанной на рис. 3.3.

Грунт отделяется от массива плоским ножом или ножом изогнутой формы. Над всей системой расположена призма волочения грунта предельной величины. Поверхности скольжения в каждом случае имеют форму, соответствующую направлению движения с наименьшим сопротивлением. В частном случае это может быть плоскость, расположенная под углом к горизонту.

На завершающем этапе копания процесс характеризуется действием сил сопротивления разной природы: пропорциональных массе вырезаемого грунта (сопротивление призмы волочения Рпр, силы инерции Рн), а также сил, природа которых определяется наличием структурного сцепления между частицами грунта

(сопротивления резанию Рр, сопротивления внедрению лезвия в грунт - Рл) и комбинированных сил сопротивления (Тпл).

Рис. 3.3. Схема взаимодействия ковша скрепера с грунтом

Грунт, вырезаемый ножом, проходит через грунт, заполнивший ковш в направлении наименьшего сопротивления. Представляется он в виде массы, обладающей свойствами сыпучей среды без сцепления или свойствами среды со сцеплением. При необходимости можно представить, что среда, с которой взаимодействует рабочий орган, является слоистой. В последнем случае среда, на которую воздействует нож, может рассматриваться как сыпучая со сцеплением или пластичная, а среда, из которой составлена призма, как сыпучая. Система уравнений, описывающая состояние некоторого объема грунта, находящегося перед ножом, может быть составлена по аналогии с задачей, рассмотренной для бульдозера.

В грунте перед ковшом протекают пластические деформации, грунт рассматривается в виде сыпучей среды со сцеплением, которая находится под действием объемных сил. Доминирующими при этом являются силы структурного сцепления, силы веса, силы трения и (для неустановившегося процесса) силы инерции.

Уравнение равновесия элементарного объема грунта для общего случая:

0















zyx







;

0















zyx









0















zyx













tgHT )(



BHa

CostgP

пл





kkk 



Plg

kkkk 



Plv

kkkk 



lgv

kkk 

;

где

- сила инерции, приложенная в центре элементарного

объема грунта.

Предельное состояние грунта перед ножом определяется соотношением:

Сила сопротивления движению пласта внутри ковша при плоской поверхности скольжения:

где В – ширина ковша; Нк – высота ковша; а – толщина пласта.

Критерии подобия для рассматриваемого случая имеют вид:

;

kσi = 1; kσ = k

Pуд

;

; kφ = 1; kδ = 1; kσ = kC0;

; kσ = kσ1; kl = kх; kl = ky; kl = kz.

Подобие процесса при соблюдении геометрического подобия определяется соотношениями:

;

kσ kρ kl ;

kσ = kρ = kτ = kCo.

Эти условия и соответствующие формулы перехода аналогичны условиям, рассмотренным для бульдозера.

На моделях осуществляют оценку рабочего процесса скреперов с

двух- и трехсекционным телескопическим ножом с подгребающей заслонкой, газовоздушной смазкой, газодинамическими интенсификаторами. Телескопическая двухщелевая конструкция и соответствующие модификации открывают новые пути решения вопроса о форме ковшей скреперов в части возможного изменения соотношений между шириной и длиной ковша, в процессе набора грунта. Ковш скрепера приобретает свойства адаптации. Это оказывает существенное влияние на характер и силовые параметры

процесса копания и на коэффициент заполнения. Применение конструкции такого типа позволяет управлять процессом образования призмы волочения, не изменяя толщины стружки, поскольку такое изменение отрицательно сказывается на прочности стружки и на тяговосцепных свойствах машины.

Ковш телескопической конструкции состоит из одной или нескольких секций, которые могут перемещаться относительно один другого и внутри основного ковша. При наборе грунта внутренний ковш может находиться в переднем, промежуточном и заднем положениях относительно основного ковша. Начальное положение выбирается с учетом обеспечения наименьшего пути набора при наибольшем коэффициенте заполнения для грунта данного типа.

Например, с целью установления эффективности разработки грунта ковшом такого типа исследовался телескопический ковш объемом 40…45 м3. Для возможности объективного сопоставления результатов все геометрические параметры данного ковша в сложенном состоянии были такими же, как у опытного образца самоходного скрепера ДЗ-67 объемом 25 м3, изготовленного Челябинским заводом дорожных машин

им. Колющенко.

Телескопическая модель состояла из большого ковша, заслонки, малого ковша, который мог на роликах перемещаться относительно большого ковша, и задней стенки, перемещающейся на роликах внутри малого ковша. Ковш был снабжен ножами ступенчатой формы, а также заходной частью для направления грунта в малый ковш. Для соединения модели с тензоподвеской использовались задняя ось и поперечная траверса.

Чтобы проанализировать зависимость тягового усилия от пути копания для телескопического ковша объемом 40 м3 и для .ковша объемом 25 м3, обеспечивалась тождественность процессов. Для этого заднюю стенку малого ковша вначале устанавливали на таком же расстоянии от ножа, как и заднюю стенку ковша объемом 25 м3. По мере наполнения ковша и образования призмы волочения перемещали назад малый ковш и заднюю стенку вместе с грунтом. Эта операция выполнялась двумя способами. В первом случае малый ковш отодвигался быстро, т.е. за время, при котором основной ковш успевал проехать 1…2 м, затем заполнение продолжалось до конца набора. Во втором случае малый ковш и задняя стенка медленно отодвигались назад в течение всей последующей стадии набора. При этом копание производилось при одинаковой толщине

стружки, скорости н прочности грунта. В первом случае длина пути набора была больше, чем во втором, но горизонтальная составляющая сопротивления наполнению ковша на значительной части пути набора меньше. Средняя энергоемкость процесса копания почти одинакова (Эср = 200 кДж/м3). По сравнению с ними процесс набора грунта в обычный ковш более энергоемкий (Эср = 320 кДж/м3). Эти результаты необходимо рассматривать как частный случай. Численные значения параметров процесса в данном случае зависят не только от толщины стружки и скорости набора грунта в ковш, но и от соотношения между скоростями набора грунта и отодвижения внутреннего ковша назад.

Благодаря тому, что внутренний ковш в начальной стадии набора находится в переднем положении, он хорошо заполняется грунтом. После отодвигания его заднее положение заполняется передняя полость основного ковша, что обеспечивает высокий коэффициент заполнения ковша.

Геометрические параметры телескопического ковша были такими же, как у скрепера ДЗ-67 объемом 25 м3. Это позволило ответить на вопрос: каковы были бы технические параметры скрепера ДЗ-67, если бы он был изготовлен с ковшом телескопической конструкции? Вопрос этот представляет интерес при проработке эскизного или технического проекта машины. Для этого график изменения тягового усилия Т от пути набора L, полученный на модели, сопоставляют с соответствующим графиком для обычного ковша, полученного при моделировании в тех же условиях работы, применительно к скреперу ДЗ-67. В обоих случаях ковш заполнялся грунтом до одинакового объема. Из анализа результатов экспериментов следует, что ковш телескопической конструкции позволяет снизить необходимое тяговое усилие, уменьшить путь набора и энергоемкость процесса копания. Эксперименты также показали, что эффективность применения телескопического ковша возрастает с уменьшением толщины вырезаемой стружки грунта.

Аналогичным образом проводится моделирование процессов рыхления прочных мерзлых грунтов рабочим органом рыхлителя или ударной нагрузкой.

3.6. Применение методов моделирования для оценки

эффективности новых конструкций и прогнозирования

тенденций развития машин

Методы моделирования позволяют оценивать существующие машины и выявлять машину-эталон, устанавливать область рационального применения машин соответствующего типоразмера и условий их оптимального использования. В рассмотренной постановке задачи такого типа непосредственно примыкают к задачам синтеза. Решение последних встречает значительные трудности. Точная реализация модели затруднена в связи с установлением ограничений, налагаемых на параметры модели, определяющих протекание процесса. Однако на этапе создания объекта важно получить хотя бы предварительные материалы, касающиеся его синтеза.

Выбор эталона и оценка технического уровня машины.

На этапе формирования технико-экономического задания на проектирование важным является обоснование исходных технических параметров системы для соответствующих условий эксплуатации. Задача такого типа может быть решена на базе анализа соответствующих частных показателей эффективности. При оценке по обобщенному показателю эффективности это условие имеет вид:

П → min.

Условие выбора машины эталона заключается в том, что при сравнении вариантов в соответствующей типоразмерной группе машина с оптимальными техническими параметрами должна иметь меньшее значение соответствующего показателя. Машина-эталон устанавливается путем последовательного вычисления показателей эффективности для машин, составляющих исследуемую типоразмерную группу, и сопоставления полученных величин в виде ранжированного невозрастающего упорядоченного ряда:

> П

> … > П

где Пni – показатель эффективности i-гo образца в рассматриваемой типоразмерной группе.

В каждой типоразмерной группе машин можно указать такую, которая имеет в заданных условиях эксплуатации наименьшее значение показателя, что дает основание рассматривать такую машину в качестве лучшего образца – это относительный эталон. При

определении эталона необходимо принимать во внимание наличие



множества вариантов возможных условий эксплуатации.

Выбор машины-эталона по основным техническим параметрам целесообразно осуществлять по величине обобщенного показателя оценки или его вероятностной величине. Для вычисления последнего необходима информация о технических параметрах системы и условиях ее эксплуатации.

Такой показатель эффективности по существу представляет собой алгоритм, отражающий взаимосвязь параметров объекта и условий его функционирования.

Исходными данными для моделирования в детерминированном варианте решения являются:

- зависимости, определяющие характер изменения величин от

технических параметров, условий производства и эксплуатации;

- вероятные значения f, φсц, вероятные значения kK или характер

изменения в зависимости от объема ковша;

- дальность транспортирования lтр, к.п.д. систем машины. Кроме

того, необходимы данные, характеризующие условия однозначности системы.

Рассмотренные положения открывают один из путей оценки техники, выпускаемой промышленностью. В этом плане возникает возможность оценки перспективности машины, подлежащей разработке в группе машин соответствующего типоразмера. Расчет следует вести по величине коэффициента kпр:

где Xi – показатель эффективности для оцениваемой машины;

– показатель эффективности для машины эталона.

Сопоставление выполняют внутри типоразмерной группы. Если kпр > 1, машина не перспективна; при kпр = 1 она соответствует достигнутому техническому уровню; при kпр < 1 – является перспективной.

Оценка уровня эффективности машины может быть расширена таким образом, что позволит более дифференцированно оценивать объекты. Для этого необходимо учесть имеющийся разброс показателей машин, который наблюдается внутри ряда типоразмерных групп. Такой разброс является следствием условий эксплуатации, конъюнктуры производства и спроса. В этом случае на основании данных каталогов о технических характеристиках машин

исходные графики строят для наиболее вероятных условий

Рис. 3.4. Изменение показателей эффективности бульдозеров

ср



эксплуатации, характеризуемых величинами kк и lтр. Кривая, (рис.

3.4), построенная по средним точкам совокупности и обозначенная индексом IV, будет определять для данных условий некоторую группу машин среднего уровня.

На графике (рис. 3.4), можно указать зоны III и V, которые

характеризуют машины, имеющие технический уровень соответственно выше и ниже среднего. Машины, по совокупности основных технических параметров находящиеся на уровне лучших образцов, располагаются на огибающей кривой II. Перспективным образцам техники соответствует зона I. Это зона новых технических решений.

Статистические характеристики, определяющие указанные границы, можно установить на основании общих положений теории вероятностей. Количественная оценка с учетом среднего уровня

объекта возможна на базе коэффициента

представляющего собой отношение показателя Пср, который рассчитан как среднее значение Пi в данной типоразмерной группе, к показателю П0, располагающемуся на огибающей II. По известным основным техническим параметрам объекта и расчетным величинам коэффициентов kпр и kcp для соответствующих условий может быть

разработана система оценки эффективности землеройных машин

Значение

коэффициента

Оценка

Перспективность

knp > k

Не соответствует среднему уровню

Не перспективна

knp = kcp

Соответствует среднему уровню

Не перспективна

Kcp > knp > 1

Выше среднего уровня

Не перспективна

knp = 1

Соответствует лучшим образцам

Перспективна

knp < 1

Выше уровня лучших образцов

Перспективна

(таблица 3.3).

Таблица 3.3 машин

–

Оценка технической эффективности землеройных

Рассмотренные положения позволяют сочетать детерминированный и вероятностный пути решения вопросов, касающихся оценки конкретных объектов техники, особо выделяя, например, детерминированную часть процессов. Анализ системы обобщенных показателей указывает на два пути совершенствования и повышения эффективности машин:

1) благодаря движению по огибающей II, что связано с созданием

машин большого типоразмера,

2) осуществлением перехода в зону I, что связано с созданием

конструктивных решений, например, машин, работающих на новых принципах взаимодействия с грунтом.

Определение основных технических параметров машины и построение номограмм на базе анализа показателя и подобия

систем.

Чтобы сформировать рациональный комплекс технических параметров машины по заданной производительности и условиям эксплуатации, необходимо рассмотреть несколько вопросов.

На первом этапе решаются задачи, касающиеся анализа технической информации, оценки машин данной группы выпускаемых промышленностью, и установление машиныэталона в каждой типоразмерной группе. Соответствующая процедура подобного решения уже рассмотрена.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 116 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]