Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса, цели и задачи исследования 9
1.1 Горные машины, применяемые для послойного разрушения пород средней крепости на карьерах 9
1.2 Конструкции рыхлителей с активными рабочими органами 12
1.3 Обзор научно-исследовательских работ посвященных послойному, стати ко-динамическому разрушению пород 27
Глава 2 Аналитическое исследование процесса нагружения тягового органа при импульсном воздействии на рабочем органе 37
2.1 Исследуемые конструктивные схемы рабочего органа 37
2.2 Уравнение движения рабочего органа 41
2.3 Влияние характеристик импульса на процесс нагружения тягового органа 50
2.4 Влияние параметров рабочего органа на процесс передачи нагрузки на тяговый орган 54
Глава 3 Экспериментальное исследование процесса разрушения горных пород 5 8
3.1 Экспериментальная установка и методика исследований 58
3.2 Результаты экспериментальных исследований статического разрушения породы 64
3.3 Результаты экспериментальных исследований комбинированного разрушения породы 69
Глава 4 Исследование динамических характеристик рыхлителя с комбинированным рабочим органом 75
4.1. Динамическая модель рыхлителя ДЗ-126А 75
4.2 Передаточные функции рыхлителя ДЗ-126А по обобщённым координатам 79
4.3 Динамические характеристики рыхлителя 87
Глава 5 Исследование напруження базовой машины рыхлителя при комбинированном разрушении породы 96
5.1 Аналитическая модель нагрузки на рабочем органе 96
5.2 Уравнение движения рыхлителя 101
5.3 Влияние параметров силового импульса на величину нагружения базовой машины рыхлителя 103
5.4 Влияние параметров рыхлителя на величину нагружения базовой машины 106
5.5 Влияние параметров статического разрушения на величину нагружения базовой машины'рыхлителя 113
5.6 Влияние параметров статического нагружения и параметров рабочего орагана на нагружение базовой машины при статическом разрушении породы 115
Глава 6 Определение экономически эффективных режимов работы рыхлителя с комбинированным рабочим органом 122
Заключение 13 5
Список использованной литературы 137
Приложения 146
- Конструкции рыхлителей с активными рабочими органами
- Уравнение движения рабочего органа
- Результаты экспериментальных исследований статического разрушения породы
- Передаточные функции рыхлителя ДЗ-126А по обобщённым координатам
Введение к работе
Современное состояние открытого способа разработки полезных ископаемых в горнодобывающей отрасли характеризуется:
- увеличением общего объёма добычи полезных ископаемых с ростом объёмов вскрышных пород на единицу полезной продукции;
- увеличением объёма разработки горных пород средней крепости и крепких в общем объёме вскрывши ( более 60 % в настоящее время ).
Если для разрушения слабых пород применение выемочного оборудования непрерывного действия, обеспечивающего наиболее высокие технико-экономические показатели, является обоснованным, то разрушение пород средней крепости, мёрзлых и крепких пород до настоящего времени в основном базируется на использовании буровзрывных работ, которые имеют циклический характер и сравнительно невысокие технико-экономические показатели. При этом увеличивается вредное воздействие на окружающую среду, снижается качество отдельных видов добываемого сырья, а потери полезных ископаемых достигают 7 - 10% и разубоживание 30 - 60%
Применение навесных статических рыхлителей на мощных тягачах для разрушения пород средней крепости, мерзлых и крепких, позволяет снизить себестоимость их разрушения в сравнении с буровзрывным способом в 1,5-2 раза и более, однако с ростом крепости пород производительность этого процесса резко снижается. Увеличение мощности базового трактора не приводит к заметному расширению области применения таких рыхлителей и ограничивается породами с коэффициентами крепости /= 6 - 8 по классификации проф. М.М. Прото-дья конова.
В настоящее время большинство горных машин, применяемых для механического разрушения пород, реализуют последовательную схему передачи энергии от двигателя к порода-разрушающему органу: двигатель - трансмиссия - порода разрушающий орган. Увеличение производительности, работающих по такой схеме горных машин, обычно достигается за счёт увеличения мощности двигателя, что в свою очередь увеличивает как габариты, так и массу машин. Такой способ увеличения производительности горных машин не позволяет кардинально улучшить их технико-экономические показатели. Поэтому повышение производительности горных машин предназначенных для разрушения пород средней крепости, мёрзлых и крепких должно базироваться на использовании иных схем передачи энергии породному массиву и создании новых средств разрушения.
Исследованиями и разработкой рыхлителей с динамическими воздействиями на разрушаемый породный массив занимались как отечественные, так и зарубежные ученые. Наиболее успешно эта работа проводилась фирмой «Катер-пиллер» (США), создавшей рыхлители с рабочими органами, оснащёнными устройствами. Отечественные разработки подобных рыхлителей носят экспериментальный характер и до сих пор их конструктивные параметры не имеют должного научного обоснования, позволяющего их эксплуатировать в различных горнотехнических условиях.
Поэтому задача повышения эффективности разрушения горных пород средней крепости, мёрзлых и крепких, при одновременном улучшении экологических характеристик горного производства, актуальна и требует научного обоснования технических решений по созданию новых породоразрушающих машин.
Цель работы заключается в обосновании и выборе параметров средств, позволяющих интенсифицировать процесс послойного разрушения горных пород средней крепости, мёрзлых и крепких, и определении возможности базовой машины рыхлителя работать с рабочим органом, оснащённым ударным устройством, включающимся при определённом статическом усилии сопротивления на рабочем органе.
Идея работы состоит в том, что при достижении заданного уровня статического сопротивления на рабочем органе рыхлителя срабатывает ударное устройство, установленное на рабочем органе, которое обеспечивает дополнительное динамическое воздействие на породный массив и повышает эффективность его разрушения.
Научные положения выносимые, на защиту:
- эффективное разрушение горных пород средней крепости, мёрзлых и крепких пород достигается применением комбинированного статико-импульсного нагружения разрушаемого массива породы, создаваемого как тяговым усилием базовой машины рыхлителя, так и силовым импульсом ударного устройства рабочего органа;
- математическая модель рыхлителя с активным рабочим органом, позволяющая определять динамические нагрузки в элементах машины при комбинированном нагружении рабочего органа;
- математическая модель рыхлителя с активным рабочим органом, позволяющая определять параметры рабочего органа и режимы работы ударного устройства из условия минимизации нагружения базовой машины рыхлителя;
- при статико-импульсном разрушении снижение нагружения базовой машины рыхлителя с активным рабочим органом может быть достигнуто установлением рационального соотношения параметров статического и динамического нагружения породного массива по установленным в работе зависимостям.
Обоснованность и достоверность научных положений, методы исследования. Теоретические исследования основаны на теории колебаний электромеханических систем, механике грунтов, математическом анализе и теории случайных процессов.
Экспериментальные исследования базируются на стендовых лабораторных исследованиях, проведённых с применением теории подобия при моделировании опытно-промышленных испытаний образцов рабочего органа. Достоверность полученных результатов подтверждена экспериментальными исследованиями, проведёнными на стенде, при удовлетворительной сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований (отклонения не превышают 10-15% ), а так же применением апробированных методов анализа вынужденных колебаний сложных систем и численного моделирования с использованием ЭВМ.
Научное значение работы заключается:
- в разработке математической модели функционирования элементов рыхлителя с активным рабочим органом, работающим в режиме комбинированного, статико-импульсного нагружения;
- в установлении закономерностей изменения нагружения базовой машины с рыхлителем активного действия от параметров импульсной нагрузки, параметров базовой машины, параметров рабочего органа и режимов работы;
- в установлении аналитических зависимостей позволяющих определять основные, конструктивные параметры активного рабочего органа рыхлителя;
- в разработке методики определения экономически обоснованных областей применения рыхлителя с активным рабочим органом.
Практическое значение работы заключается:
- в разработке методики расчёта основных параметров рыхлителя с активным рабочим органом;
- в разработке методики расчёта нагрузок на базовую машину рыхлителя с активным рабочим органом;
- в разработке методики определения областей эффективного применения рыхлителя с активным рабочим органом;
Реализация результатов работы. Разработаны технические решения позволяющие повышать эффективность работы рыхлителя с активным рабочим органом (А.с.№687179 «Рабочий орган рыхлителя» и А.с. №755425 «Способ изготовления горнорежущего инструмента» ),
Предложенные методики расчёта параметров и выбора рациональных режимов работы динамических средств, для послойного разрушения горных пород внедрены и используются в научно-технических разработках ООО «Гидротехнология».
Апробация работы. Работа и основные её положения докладывались:
- на объединённом заседании кафедр Московского государственного горного университета;
- на научно-технической секции Ковровского карьероуправления;
- на Международном научном симпозиуме «Неделя горняка», Москва 2000, 2004 и 2005г.г.;
- на Международной конференции «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых» Московский государственный геологоразведочный университет, Москва 2004г.
Конструкции рыхлителей с активными рабочими органами
Конструкции рыхлителей с активными рабочими органами можно подразделить на две основные группы: с перемещением клинового инструмента в направляющих и с его шарнирным закреплением.
Навесной рыхлитель на тракторе Т — 180, разработанный Красноярским филиалом ВНИИСДМ, имеет параллелограммную подвеску рабочего органа ( рис. 1.3 ). Зуб рыхлителя перемещается в направляющей по оси гидрозахватного ударного устройства 1. Привод ударного устройства кривошипно-шатунного типа и осуществляется от вала отбора мощности двигателя трактора. Для обеспечения угла резания ар= 40-45, ударное устройство устанавливается под углом 20-25 к поверхности породы, что создает рассогласование направлений тягового, статического усилия и действия ударного устройства, а эффективность рыхления снижается.
Корпус ударного устройства расположен непосредственно за зубом, что конструктивно обуславливает его значительную ширину, следствием этого, при входе в соприкосновение с боковыми стенками реза, создается дополнительное сопротивление рыхлению. Тяговое усилие, действуя на зуб рыхлителя, вызывает перекос хвостовика зуба в корпусе ударного устройства, увеличивает силы трения и снижает долю энергии удара, расходуемую на разрушение породы.
В конструкциях рабочих органов рыхлителей с зубом, перемещающимся в направляющей (рис. 1.4, а и б ) /17/, ударное устройство 1 выведено из зоны контакта рабочего органа с породой. В конструкции ( рис. 1.4, а ) ударное устройство 1 наносит удары по вертикальному стержню 2, передающему удар через поворотный стержень 3 хвостовику зуба 4. При этом значительная часть энергии удара теряется.
В конструкции ( рис. 1.4, б ) ударное устройство 1 предает удар зубу рыхлителя через жидкость. Под действием тягового усилия хвостовик зуба 2 входит в стойку и через жидкость в полости 3 поднимает шток 5, пружина 4 при этом сжимается. При достижении статического усилия определенной величины шток 5 входит во взаимодействие с ударным устройством. Увеличение времени действия удара, при передаче его через жидкость, способствует повышению эффективности динамического воздействия на породу. Однако, кроме гидравлических потерь и потери энергии удара от перекоса хвостовика в стойке, конструкция требует поддержания высокой степени герметизации, что в условиях контакта с породой является трудновыполнимой задачей.
Многие недостатки, свойственные конструкциям, рассмотренным выше, устранены в рабочем органе рыхлителя ( рис. 1.5 ), у которого зуб со стойкой 1, имеющей опору в подвеске рабочего органа, установлен шарнирно с возможностью поворота в сторону разрушаемой породы.По этой схеме во ВНИИстройдормаше был создан рыхлитель с гидропневматическим ударным устройством, установленный на тракторе Т-180 /18/. Рыхлитель имеет параллелограммную подвеску 3 рабочего органа, а зуб 1 со стойкой закреплен шарнирно в раме 4 рабочего органа. Зуб со стойкой имеет наковальню, по которой наносит удары гидропневматическое устройство 2. Привод ударного устройства осуществляется от гидросистемы трактора. Положительной особенностью данной конструкции рабочего органа является выведение из зоны контакта с разрушаемой породой ударного устройства. Ширина зуба рыхлителя практически не зависит от размеров ударного устройства и может иметь такие же размеры, как и у статических рыхлителей (70-100 мм). Ударное устройство полностью разгружено от воздействия статического усилия.
В работе /18/ описана конструкция рабочего органа рыхлителя (рис. 1.6), зуб которого имеет горизонтальный шарнир 3. Ударное устройство 1 по вертикальному стержню 2 передает ударные импульсы зубу 4. Конструкция данного рабочего органа достаточно проста, однако вся ударная нагрузка воспринимается стойкой рабочего органа и передается базовой машине.
Фирмой «Катерпиллер» (США) создан рыхлитель на базе трактора Д9Л с активным рабочим органом рис 1.7. Рабочий орган рыхлителя оснащен гидравлическим ударным устройством. Зуб рыхлителя установлен шарнирно с возможностью поворота вперед под воздействием силового импульса, создаваемого ударным устройством. Рабочее давление в гидросистеме 14 МПа, энергия удара 1,4 кДж, частота ударов 500-650 в минуту.
Производительность такого рыхлителя при разработке пород с коэффициентом крепости до/- 10-12, в сравнении со статическим рыхлителем, увеличилась более чем в 4 раза /96/. Характеристики рыхлителей фирмы «Катерпиллер» приведены в табл. 1.1.Фирма «Комацу» ( Япония ) создала рыхлитель активного действия DR-450-1 /97/. Рыхлитель имеет датчик давления в гидроцилиндре заглубления зуба и при достижении определенного усилия включается гидроударник. Трактор имеет мощность двигателя 235 кВт, угол рыхления 34-62, число ударов гидроударника 220-500 ударов в минуту.
На Стерлитамакском заводе строительных машин, при участии ВНИИСДМ и Гиналмаззолото, на базе трактора Т-500 был изготовлен рыхлитель с рабочим органом активного действия (рис. 1.8 ) /55/. Зуб рыхлителя 3 установлен шарнирно с возможностью перемещаться под действием гидроударного устройства 1. Имеется возможность ударного устройства 1 за счёт изменения длины стяжки 2. Энергия удара 6 кДж, частота ударов 180 или 370 в минуту.Технические характеристики отечественных рыхлителей с активными рабочими органами приведены в табл. 1.2.
В горном производстве используются пневматические, гидравлические, гидропневматические и взрывные ударные устройства.Пневматическое ударное устройство, разработанное ИГД СО АН СССР / 88 /, представлено на рис. 1.9, а. Под действием усилия поджатия инструмент 1 через втулку 2 поднимает ствол 3, преодолевая усилие пружины 5. Перемещаясь со стволом 3, толкатель 6 открывает клапан 7, обеспечивая доступ сжатого воздуха в золотниковую коробку 4 и запуск пневмоударного устройства.
Пневматические ударные устройства имеют достаточно простую конструкцию, надежны в работе и не требуют высокой герметичности в соединениях, обладают относительно небольшой массой. Однако сравнительно малая энергия единичного удара, ввиду низкого давления компрессора базового трактора и большой расход сжатого воздуха, ограничивают применение данных ударных устройств. К недостаткам пневмоударных устройств относится отсутствие независимого регулирования энергии единичного удара и частоты ударов.
Гидравлическое ударное устройство СП-62 (рис. 1.9, б), разработанное во ВНИИстройдормаше /60/, имеет корпус 1, в котором перемещается боек 2. Под действием давления масла в цилиндре 4 поршень 3 совершает возвратно-поступательное движение, которое обеспечивается гидравлическим распределительным устройством 5. Данное устройство относительно компактно и развивает достаточно большую энергию единичного удара, имеет простой в исполнении привод, однако, подобные устройства имеют ограниченные возможности по регулированию энергии и частоты ударов.
Конструкция гидрозахватного ударного устройства представлена на рис. 1.9, в/87/.
Уравнение движения рабочего органа
На рис. 2.3 представлена схема установки рабочего органа, где: 1 — порода; 2 — тяговый орган; 3 — элемент подвески; 4 — оправка; 5 — клиновой инструмент.При анализе данной системы были приняты следующие допущения: масса клинового инструмента 5 и элементов подвески 3 малы по сравнению с массой оправки 4; масса тягового органа 2 намного больше массы рабочего органа, включающего подвеску 3, оправку 4 и клиновой инструмент 5; жёсткость тягового органа 2 и оправки 4 значительно большек жёсткости подвески 3 и клинового инструмента 5.
Используя эти. допущения и рассматривая систему (рис. 2.3) в первом приближении, была принята упрощенная динамическая модель этой системы, представленная на (рис.2.4), где:С], Су- приведенные жёсткости при перемещении рабочего органасоответствено по осям X и Y, Н/м; /Jj, fa — приведенные коэффициенты демпфированияпо оси Хя Г, Н с /м; тт - приведенная масса рабочего органа, кг. В общем случае /21, 66/ такая система описывается следующей системой уравнений: Учитывая существенно меньшие вертикальные, по сравнению сгоризонтальными перемещения, система уравнений (2.4) может бытьпредставлена в видегде а - приведенная масса рабочего органа; b — коэффициент сопротивления; с приведенная жесткость; P(t) — импульсная нагрузка на рабочем органе. Поскольку импульсное воздействие на рабочий орган носит негармонический характер, то при однократном воздействии будет иметь место переходный процесс, для исследования которого и решения уравнений применяем преобразование Лапласа/37,45/. Обозначим
Выполнив соответствующие преобразования для данного случая, получим выражения для перемещения x(t) и скорости x(t)Характеристиками силового импульса являются его начальная амплитуда (Р0 ), форма и длительность, для одного из вариантов -коэффициент затухания а.
В зависимости от соотношений величин коэффициента сопротивления в и жесткости с (2.5) нами было определено три возможных случая поведения системы (параграф 2.2).Рассмотрим сначала реакцию системы, если корни действительные, т.е. D 0, к п.Для этого случая решение уравнения записывается в виде (2,18).
Поскольку возмущающий импульс передаётся элементами подвески, задачей исследования является определение параметров рабочего органа и его подвески с целью уменьшения действия силового импульса на тяговый орган. Необходимо стремиться, чтобы x(t) и x(t) были минимально возможными, так как передаваемая от рабочего органа тяговому органу нагрузка Рта определяется выражениемгде с - жесткость подвески.
Рассмотрим влияние параметров импульса при воздействии его на линейное колебательное звено - рабочий орган, при следующих допущениях:1. коэффициент демпфирования собственно рабочего органа крайне мал;2. закон действия силы трения Fmp = KmpN;
Такая запись будет справедлива при условии, что длительность действия импульса меньше ХА периода собственных колебаний рабочего органа.В экспериментальном исследовании углы резания изменялись в диапазоне от 30 до 60. Аналогичный диапазон был принят и дпя аналитического исследования.
Рассмотрим поведение рабочего органа при ар = 45; Кщр_ = 0,3 ;т„о =1 кг; с = ЫО4 даН/м.Время действия силового импульса принималось в диапазоне 2,10"5 5.10Л;.Начальная максимальная величина силового импульса PQ принималасьв диапазоне от 2.102 -s- 1,5.104 даН, тогдаПри решении этого уравнения необходимо учесть соотЕюшение а и ку а также между к и /« Решая (2.41) при а= const, получим зависимость х =f(PJ (рис. 2.5) и х f(a) (рис. 2.6). Из графиков видно, что с увеличением коэффициента затухания импульса с а = -1,5-10 до -0,6-10 с , величина смещения рабочего органа увеличивается соответственное Хтдх = 0,79- 10 3 до 1,98-10 2м.
Принимая, например, в указанном диапазоне X = 2-10" м, получим передаваемое на тяговый орган усилие Рто = 40 даІІ, т.е. 10% от расчётного тягового усилия.Поскольку при проведении лабораторных экспериментов время действия силового импульса будет находиться в диапазоне 20 — 100 мкс, то амплитуда отклонения рабочего органа не будет превышать 2-10" м, для амплитуд импульса до 7500 даІІ.
Таким образом, увеличение амплитуды силового импульса вызывает линейное (рис. 2.5) увеличение, передаваемой на тяговый орган нагрузки. Время действия силового импульса также оказывает существенное влияние на нагружение тягового органа (рис. 2.6).
Результаты экспериментальных исследований статического разрушения породы
В результате проведения экспериментальных исследованийстатического разрушения породы были построены графики зависимостей:1\.о=ПаРУ, Рт.о=ЛгУ, Pmo=f{h) Из графика зависимости Рт.А f (ар) (рис.3.4) следует, что с уменьшением угла резания ар усилие сопротивления породы разрушениюснижается, кроме значений ар = 30 - 38, при у = 10. Это объясняется увеличением угла резания за счёт упругих деформаций, при снижении прочности заостренной части резца.
Из графика зависимости Л».о.= f (/) (рис. 3.5) следует: влияние заднего угла у (на глубине 2 мм, что соответствует 0,1 м натуры) практически незначительно и усилие на резце не меняется; с увеличением глубины разрушения породы (до 4-6 мм, что соответствует глубинам 0,2 и 0,3 м при натурных исследованиях ), влияние угла у проявляется более существенно, по причине увеличения сил трения резца о породу. Наименьшее сопротивление породы разрушению возникает на резце с ар = 40" , у = 5.
Из графиков Рто = f ( h ) видно, что наибольшие усилия разрушения зарегистрированы на резцах, у которых у=(рнс. 3.6). Однако характер изменения усилия Рто в зависимости от глубины рыхления для всех исследуемых резцов ( с у 3,5 и 10) одинаков, (рис. 3.6).
Характер нарастания нагрузки на рабочем органе при статическом этапе разрушения и времени появления отдельных сколов породы изучались на рабочем органе со следующими параметрами: ар — 50; у = 10; и глубиной hp— 10мм (рис.3.7).Из осциллограммы (рис. 3.7) следует, что усилие на рабочем органе возрастает практически линейно до наступления очередного скола участка породы ( угол наклона линейного участка возрастания усилия сопротивления на рабочем органе примерно одинаков для всех сколов).
Среднее время достижения отдельного скола (для условий эксперимента на модели ) равно t - 0,37с, что в пересчёте дляпромышленных испытаний составит (при глубине рыхления 0,5 м и скорости рыхления 0,5 м/с ) tcp = 2,4 с.С учётом принятого линейного характера возрастания нагрузки на рабочем органе ( рис. 3.7 ), время достижения, например среднего значения усилия сопротивления на рабочем органе, будет равно - 1,2 с, а для глубины рыхления 0,3 м — 0,85 с. При увеличении скорости рыхления в 2 раза, время достижения среднего усилия на рабочем органе уменьшится соответственно до - 0,6 и 0,43 с.
Эти значения были приняты для задания диапазона времени статического внедрения при исследовании переходных режимов работы рыхлителя с активным рабочим органом (глава 5). исследовании При проведении экспериментов по комбинированному разрушению породы исследовалось влияние параметров силового импульса и параметров рабочего органа на нагрузку, передаваемую тяговому органу.
Изменение параметров силового импульса производилось путем изменения количества энергоносителя (ВВ). Исследованиями установлено, что начальное давление при инициировании ВВ прямо пропорционально плотности заряжания ВВ / 3 / (при проведении экспериментальных исследований для вариации начальной величины силового импульса она изменялась в диапазоне от 0,3 до 1,2 г/см ).
Изменение параметров рабочего органа выполнялась за счёт изменения массы рабочего органа и жёсткости подвески. Базовые параметры рабочего органа: тпр = 0,9 кг и Спр =5,0-104даН/м. Вариация массы рабочего органапроизводилась в диапазоне от 0,9 до 2,5 кг, а жесткости от 5,0-104 до 1,0 105 даН/м. Были приняты следующие значения:
Указанная вариация параметров рабочего органа достигаласьпосредством изменения площади поперечного сечения несущей балки подвески и массы грузов, навешиваемых на оправку рабочего органа.График экспериментальной зависимости Рто=/(Р0) представленна рис.3.8, из которого видно, что характер кривой (пунктир) хорошо совпадает с расчётными данными (сплошная линия). Однако для экспериментальной зависимости характерно несколько более быстрое возрастание Рте при увеличении Ро, что обуславливается увеличением длительности импульса нагрузки.
На рис. 3.9 показаны результаты экспериментальных исследований зависимостей Ртотах =f(m„p) и Рмлвш = /(С„р).
Из графиков Р шах=Дтпр) и . =/( ) можно заметить, чтоувеличение жёсткости и уменьшение массы рабочего органа приводит к увеличению нагрузки на тяговый орган. Данные экспериментальных замеров также достаточно хорошо согласуются с результатами аналитических расчётов (расхождение результатов не превышает 12%), что позволяет использовать разработанную во II главе методику определения динамической нагрузки на тяговый орган в качестве инженерной методики.На рис. 3.10 показан различный характер нагружения тягового органа при статическом (а) и комбинированном (б) разрушении породы.
Передаточные функции рыхлителя ДЗ-126А по обобщённым координатам
Исследование динамических характеристик рассматриваемой эквивалентной динамической модели рыхлителя произведено частотным методом. Указанный метод позволяет не решая уравнений движения системы в явном виде, определить передаточные функции системы по обобщенным координатам и амплитудно-частотные характеристики (АЧХ), что даст возможность оценить, как поведение системы при периодическом возмущении на рабочем органе, так и установить зависимость реакции системы от частоты периодического возмущения.
Система уравнений (4.1 и 4.2 ) в операторной форме имеет видПри эксплуатации рыхлителя с рабочий органом, оснащенным импульсным устройством, возможны случаи, когда рабочий орган будет работать в резонансном или близко к резонансному режиму, что повлечет за собой повышение динамических нагрузок как в элементах рабочего органа, так и в тягаче рыхлителя. В этом случае необходимо изменять либо режим рыхления, либо динамические свойства самого рыхлителя.
Первое может быть осуществлено путем изменения глубины рыхления и скорости движения тягача. Второе можно достичь, изменяя массу и жесткость рабочего органа. Оцепим влияние изменения параметров рабочего органа на резонансные частоты рыхлителя.
Рядом авторов /40,75/ установлено, что частотный диапазон нагрузок на рабочих органах породоразрушающих горных машин находится в пределах до 40 с 1. Рабочий диапазон частот исследуемого в работе импульсного устройства также не будет превышать указанных значений (глава 1). Поэтому периодическое возмущение на рабочем органе выбрано в диапазоне частот от 0,1 до 37 с"1. Приведенная масса рабочего органа изменялась в диапазоне от 0,5-104 до 0,7 104 кг, а приведённая жёсткость элементов подвески в диапазоне от 0,6-105 до 2,0-103 даН/м. Уменьшение жесткости подвески осуществлялось введением в подвеску податливых элементов. Демпфирование системы не варьировалось, так как оно мало влияет на собственные частоты системы /66/.
Расчетные варианты параметров рабочего органа представлены в таблицах 4.1,4.2.результате расчета получено 9 АЧХ для каждой из обобщенной координат Х2 и Хз Па рис. 4.3 приведены АЧХ по координате Л при вариации приведенной массы рабочего органа и приведенной жесткости.АЧХ по координате Хз при изменении приведенной массы рабочего органа и приведенной жесткости представлены на рис. 4.4.
В результате анализа полученных динамических характеристик рыхлителя можно сделать следующие выводы:резонансные колебания рабочего органа со стандартными параметрами возникают на частоте 16,75 с"1, (коэффициент динамичности на указанной частоте равен 0,77); изменение жесткости подвески рабочего органа с 2,0-105 до 0,6-Ю5 даН/м привело к смещению частоты резонансных колебаний с 21,6 до 12,0 с"1; увеличение приведённой массы рабочего органа с 0,5-10 до 0,7-104 кг привело как к снижению амплитуды резонансных колебаний с 0,23 10" до 0,16-10" м, так и к уменьшению частоты колебаний рабочего органа с 16,75 до 14,6 с 1.
Резонансные колебания трактора с рабочим органом относительно двигателя происходят на частоте 1,1 с 1, а изменение параметров рабочего органа практически не влияют ни на частоту резонанса, ни на его амплитуду.
В таблице 4.3 приведены результаты расчётов АЧХ, при вариации параметров рабочего органа. Определены параметры рабочего органа, при которых как нагрузка, передаваемая на базовую машину, так и коэффициент динамичности имеют минимальные значения. Так, например, для рабочего органа с массой 0,7-104 кг и жесткостью подвески 0,6-Ю5 даІІ/м, коэффициент динамичности, при частоте возмущающих
