Обобщенная расчетная схема

АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ПРОГНОСТИЧЕСКУЮ ОЦЕНКУ ЭФФЕКТИВНОСТИ НОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

Земляные работы являются важной составной частью строительства большинства инженерных сооружений. В зависимости от типа сооружаемого объекта, объем земляных работ колеблется от 3..5% до 80…90% общего объема строительных работ. Машины для разработки грунтов и пород являются одним из основных видов техники, используемой при добыче полезных ископаемых, производстве строительных материалов, в угольной промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях.

Высокая энергоемкость земляных работ и большой их объем, не имеющий тенденции к снижению, позволяют заключить, что исследования, направленные на разработку новых технологий, обеспечивающих снижение затрат энергии при разработке грунта, являются актуальными.

Анализ конструкций современных землеройных машин показывает, что возможность достигнуть значительного снижения энергоемкости за счет дальнейшей оптимизации параметров типового рабочего оборудования практически исчерпана.

Поиск и разработка новых технологий в настоящее время в основном ведется на основе интуиции, т.к. существующие теории разработки грунтов машинами для земляных работ не решают проблему создания аналитической модели, идентификационной исследуемому процессу.

Рассмотрим принцип работы обобщенной аналитической модели, которая могла бы подсказать направление разработки принципов новой технологии копания грунта, а так же использовать ее в качестве основного инструмента, обеспечивающего прогностическую оценку эффективности нового оборудования, не имеющего аналогов. Отметим, что данную модель можно также использовать при оптимизации параметров типового рабочего оборудования.

ОБОБЩЕННАЯ ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ

КОПАНИЯ ГРУНТА

Анализ расчетных схем

Анализ расчетных схем, приведенных на рисунках, и результатов расчетов процесса копания на ЭВМ по изложенным в предыдущих лекциях методикам, позволяет сделать некоторые обобщения.

Для всех типов рабочих органов пригодна единая методика расчета сопротивлений, возникающих при копании грунта. Методика заключается в следующем. Рассматривается движение грунта по поверхностям либо внутри рабочего органа (при этом необходимо иметь ввиду и альтернативные возможности движения по разным направлениям) при каком-то заранее выбранном значении угла сдвига. Определяются силовые параметры, действующие на элементы поверхности движущейся массы грунта, в том числе и на предполагаемую площадку сдвига. После этого уточняется положение площадки сдвига и, если выбранное и расчетное значения угла сдвига не совпадают, расчеты продолжаются до совпадения их значений. При их совпадении с заданной точностью имеется полная информация о рассчитываемом процессе и всех его параметрах.

Общие закономерности расчета характерны и для нижнего расчетного элемента движущегося потока грунта, примыкающего к площадке сдвига. Эти закономерности заключаются в следующем. Определяются внешние воздействия, воспринимаемые поверхностями выделенного нижнего элемента. Эти воздействия зависят как от типа рабочего органа, так и от стадии процесса копания. После этого рассматривается равновесие нижнего элемента, и определяются неизвестные значения сил, действующих со стороны ножа и площадки сдвига.

Полученная информация обеспечивает дальнейший расчет процесса копания – определение положения площадки сдвига и окончательный расчет параметров, характеризующих копание, как геометрических, так и силовых.

Обобщенная расчетная схема

Учитывая единую физическую природу разрушения грунта при копании различными типами рабочих органов, можно перейти к составлению расчетной схемы, которая удовлетворила бы как рассмотренным, так и другим типам рабочих органов (рисунок 7.1).

В эту схему входят все силовые факторы, действующие на нижний элемент перемещаемого грунта для расчетных схем, приведенных на для различных видов резания и копания грунта. Рассмотрим их.

Сила имитирует внешнее воздействие на поверхность разрабатываемого грунта. Положение линии действия этой силы определяется углом . Для типовых рабочих органов величина силы определяется размерами призмы волочения. При искусственном воздействии на поверхность массива дополнительно необходимо задаться и расстоянием до линии ее действия. Наиболее удобно для этой цели использовать величину угла . Искусственное воздействие может осуществляться как специальными устройствами, так и движителем машины.

Сила и угол ее отклонения от нормали имитируют внешнее воздействие на поверхность выделенного элемента. Такое воздействие появляется при наличии призмы волочения, а так же может возникнуть и при воздействии механических устройств. Таким устройством может являться элеватор, установленный в ковше скрепера. При наличии между поверхностью и воздействующим на него телом сцепления, оно будет имитироваться силой .

Сила , действующая в общем случае под углом , представляет собой сопротивление перемещаемого потока грунта по поверхности рабочего органа либо сквозь грунт внутри рабочего органа.

Необходимо отметить, что для типовых конструкций бульдозеров и скреперов, работающих без каких-либо загружающих устройств, сила будет изменяться по зависимости

, (7.1)

при этом

. (7.2)

Рисунок 7.1 – Обобщенная расчетная схема.

В этих формулах:

- толщина нижнего элемента;

- толщина стружки;

- коэффициент пропорциональности, определяемый из условий движения верхних элементов перемещаемого потока;

- количество поверхностей трения: n=1 при отсутствии призмы волочения; n=2 - при ее наличии;

- сила трения по одной поверхности трения.

Эта формула отражает тот факт, что силы трения практически будут мало зависеть от толщины нижнего элемента, а, следовательно, от угла сдвига , в отличие от массы перемещаемого потока грунта, учитываемой первым членом формулы (7.1).

Таким образом, силы , , и имитируют внешнее воздействие на выделенный элемент , вес которого равен .

Отметим, что такое воздействие можно оказывать и механическими устройствами. Отличительной особенностью принятой обобщенной схемы является то, что отмеченные силы и их направление можно учитывать независимо друг от друга. Этим обеспечивается ее универсальность и пригодность для расчета эффективности рабочих органов нового типа. При этом необходимо иметь в виду, что сила может оказывать воздействие либо непосредственно на рабочий орган либо опосредствовано через вышележащий элемент грунта.

Расчетная схема допускает введение и других сил, например, сил трения торцов перемещаемого элемента о рабочее оборудование, сопротивлений сдвигу по боковым граням и других. Введение таких сил может быть оправдано лишь в тех случаях и для тех рабочих органов, где они оказывают существенное влияние на величину возникающих сопротивлений.