Математическая модель копания грунта сферическим ковшом экскаватора
https://doi.org/10.26518/2071-7296-2021-18-6-688-698
Аннотация
Введение. В статье приведена новая конструкция ковша одноковшового гидравлического экскаватора, позволяющая увеличить производительность данных машин. Увеличение производительности достигается за счет установки ковшей большего объема без изменения характеристик гидропривода. Целью представленной работы является подбор объема сферического ковша для осуществления процесса копания. Задачей исследований является получение зависимостей скоростей ковша и грунта от параметров процесса копания. Подбор объема сферического ковша позволит определить, насколько он может быть увеличен по сравнению с объемом серийного ковша для осуществления процесса копания.
Материалы и методы. Процесс копания новым ковшом был рассмотрен в виде двухмассовой реологической модели Кельвина–Фойгта. Данная модель была описана системой дифференциальных уравнений второго порядка. В системе решалась задача Коши, что позволило определить общее решение уравнения, удовлетворяющего двум уравнениям системы. В итоге были определены производные от перемещений ковша и грунта, которые есть не что иное, как скорости ковша и грунта.
Результаты. Решение приведенной системы позволило получить зависимости скоростей ковша и масс грунта от параметров процесса копания. Осуществление процесса копания возможно при положительных значениях скоростей. При подстановке в зависимости параметров процесса при условии положительности скоростей можно определить объем сферического ковша.
Практическое значение. Для упрощения и применения на практике полученных зависимостей был составлен алгоритм для расчета объема сферического ковша. Представленный алгоритм может быть реализован в программе для ЭВМ.
Об авторе
Г. Г. Бурый
Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)
Россия
Россия
Бурый Григорий Геннадьевич – канд. техн. наук., доц. кафедры «Автомобили и энергетические установки»
г. Омск
Список литературы
1. Лукашук О.А. Закономерности формирования режимных параметров главных механизмов карьерного экскаватора в процессе экскавации горных пород // Горное оборудование и электромеханика. 2019. № 3 (143). С. 14–17.
2. Баловнев В.И., Данилов Р.Г., Улитич О.Ю. Исследование управляемых ножевых систем землеройно-транспортных машин // Строительные и дорожные машины. 2017. № 2. С. 12–15.
3. Kujundžić T. Influence of crushed rock properties on the productivity of a hydraulic excavator/ Kujundžić T., Klanfar M., Korman T., Briševac Z.// Applied Sciences (Switzerland). 2021. Т. 11. №5. С. 1-15.
4. Choudhary B.S. Effect of blast induced rock fragmentation and muckpile angle on excavator performance in surface mines//Mining of Mineral Deposits. 2019. Т. 13. №3. С. 119-126.
5. Niskanen I. 4D modeling of soil surface during excavation using a solid-state 2D profilometer mounted on the arm of an excavator/ Niskanen I., Immonen M., Makkonen T., Tyni P., Hiltunen M., Kolli T., Heikkilä R., Keränen P., Hallman L., Kostamovaara J., Louhisalmi Y. 2020. Т. 112. С. 103-112.
6. Xu G. High-gain observer-based sliding mode control for hydraulic excavators/ Xu G., Yu Z., Lu N., Lyu G..// Harbin Gongcheng Daxue Xuebao. 2021. Т. 42. №6. С. 885-892.
7. Yu Y. Energy saving of hybrid hydraulic excavator with innovative powertrain/ Yu Y., Do T.С., Park Y., Ahn K.K.// Energy Conversion and Management. 2021. Т. 244.
8. Dao H.V. High accuracy contouring control of an excavator for surface flattening tasks based on extended state observer and task coordinate frame approach/ Dao H.V., Nguyen D.G., Ahn K.K., Na S.// Automation in Construction. 2021. Т. 130.
9. Бурый Г.Г., Потеряев И.К., Скобелев С.Б., Ковалевский В.Ф. Исследование сил сопротивления резанию на новой конструкции ковша гидравлического экскаватора // Горное оборудование и электромеханика. 2019. № 2 (142). С. 46–51.
10. Бурый Г.Г., Потеряев И.К., Скобелев С.Б., Ковалевский В.Ф. Сравнение процесса копания стандартным ковшом экскаватора и ковшом новой конструкции // Горное оборудование и электромеханика. 2020. № 1(147). С. 37–44.
11. Баловнев В.И., Данилов Р.Г., Улитич О.Ю. Стенд для исследования процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин // Строительные и дорожные машины. 2020. № 8. С. 3–15.
12. Берестов Е.И. Влияние трения грунта по поверхности ножа на сопротивление резанию // Строительные и дорожные машины. 2010. № 11. С. 34–38.
13. Сёмкин Д.С. О влиянии скорости рабочего органа на силу сопротивления резанию грунта // Вестник СибАДИ. 2017. № 1. С. 37–43.
14. Николаев В.А. Анализ взаимодействия кромки лезвия консольного ножа с грунтом // Вестник СибАДИ. 2020. № 2. С. 172–181.
15. Тарасов М.А. Моделирование параметров функционирования выемочной машины с вибрационным воздействием на горные породы // Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11, № 1(39). С. 85–97.
16. Трояновская И.П., Разношинская А.В., Козьминых В.А., Лещенко Е.А. Экспериментальные исследования процесса промышленного рыхления грунта // Горный журнал. 2021. № 5. С. 87–90.
17. Кузнецов И.С. Теоретические исследования процесса взаимодействия резца фрезерного рабочего оборудования экскаватора с грунтом // Вестник СибАДИ. 2021. Т. 18, № 1 (77). С. 42–50.
18. Константинов Ю.В. Методика расчёта сопротивления и момента сопротивления резанию почвы прямым пластинчатым ножом фрезы // Тракторы и сельхозмашины. 2019. № 5. С. 31–39.
19. Николаев В.А. Определение скорости цепей и размеров пласта грунта, отрезаемого ковшом агрегата для удаления верхнего слоя грунта с подстилающего слоя автодороги // Вестник СибАДИ. 2020. № 1. С. 32–43.
20. Николаев В.А. Затраты энергии на резание грунта ковшами агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодороги // Вестник СибАДИ. 2020. № 6. С. 676–688.
21. Шабанова Г.И., Савельев С.В., Бурый Г.Г. Математическое описание колебательной системы «вибрационный рабочий орган-грунт» // Вестник СибАДИ. 2013. №3 (31). С. 102–107.
22. Тарасик В.П. Физические основы процесса демпфирования колебаний в системе подвески автомобиля // Вестник Белорусско-Российского университета. 2019. № 1(62). С. 62–77.
23. Зеньков С.А., Минеев Д.А. Определение кинематических параметров ковша экскаватора // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2019. № 3. С. 30–33.
24. Tan N.D. Dynamic simulation of a hydraulic excavator to determine the joint reaction forces of boom, stick, bucket, and driving forges of hydraulic cylinders/ Tan N.D.// Inzynieria Mineralna. 2020. Т. 1. №1. C. 131-137.
Рецензия
При поддержке: Автор выражает благодарность рецензентам данной работы.
Для цитирования:
Бурый Г.Г. Математическая модель копания грунта сферическим ковшом экскаватора. Научный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ". 2021;18(6):688-698. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2021-18-6-688-698
For citation:
Buriy G.G. Mathematical model of soil digging spherical excavator bucket. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2021;18(6):688-698. (In Russ.) https://doi.org/10.26518/2071-7296-2021-18-6-688-698
Просмотров: 302
Послать статью по эл. почте 