Содержание к диссертации
Введение
1.Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1.Основные направления исследований по повышению эффективности скреперов 9
1.2.Основные методы расчета сопротивлений на рабочем органе скрепера 17
1.3.Конструктивные решения ножевых систем скреперов.. 31
1.4. Сущность нового способа копания грунта ковшом скрепера и задачи его исследования 35
2. Расчет сопротивлений на рабочем органе скрепера с переменной шириной копания 39
2.1.Исходные положения и допущения 39
2.2.Определение сопротивлений грунта при копании его скрепером с прямыми ножами 43
2.3. Определение сопротивлений на рабочем органе скрепера с уменьшенной шириной копания 62
2.4.Взаимосвязь между высотой заполнения и объемом грунта в ковше 71
3. Аналитические исследования процесса разработки грунта скрепе ром с пеіеменной шинной копания 76
3.1.Математические модели и расчетные условия аналитических исследований 76
3.2.Влияние высоты заполнения ковша и глубины копания на показатели процесса разработки грунта скрепером 80
3.3. Влияние ширины копания на величину сопротивлений на рабочем органе скрепера и высоту заполнения ковша грунтом 85
3.4.Рациональные параметры процесса копания грунта скрепером . 90
3.6.Влияние начальной глубины копания на возможные варианты рабочего процесса скрепера с переменной шириной копания 97
3.6.Сравнительные показатели процесса заполнения ковша скрепера с выступающим средним ножом и с переменной шириной копания 103
3.7.Выводы по результатам аналитических исследований 106
4. Аппаратура и методика экспериментальных исследований 109
4.1.Экспериментальный скрепер с переменной шириной копания 109
4.2.Датчики и аппаратура 117
4.3.Методик а экспериментальных исследований 127
4.4. Определение необходимого числа опытов, обработка результатов испытаний и оценка их достоверности 135
5. Результаты экспериментальных йсследшанйи процесса разработки грунта скрепером с переменной шириной копания 141
5.1.Изменение очертаний продольного и поперечного профилей грунта в ковше в процессе копания 141
5.2.Исследование процесса заполнения ковша скрепера с выступающим средним ножом и совковым режущим органом 148
5.3.Влияние величины начального заглубления ножей и параметров процесса уменьшения ширины копания на показатели работы скрепера по новому способу
5.4.Сравнительные показатели разработки грунта скрепером с выступающим средним ножом и с переменной шириной копания 162
5.5.Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований 170
5.6.Выводы по результатам экспериментальных исследований 176
6.Практическое использование результатов исследований 179
6.1.Методика тягового расчета скрепера с переменной шириной копания 179
6.2.Определение скорости уменьшения ширины копания и усилия на привод подвижных ножей 195
6,3.Определение производительности скрепера ДЗ-20 с переменной шириной копания с ковшом емкостырЭ м3 в производственных условиях 199
6.4.Расчет экономического эффекта от применения скрепера с переменной шириной копания в производственных условиях 207
7.Общие выводы и направление дальнейших исследований.. 211
Литература 214
Приложения 225
- Сущность нового способа копания грунта ковшом скрепера и задачи его исследования
- Определение сопротивлений на рабочем органе скрепера с уменьшенной шириной копания
- Влияние ширины копания на величину сопротивлений на рабочем органе скрепера и высоту заполнения ковша грунтом
- Определение необходимого числа опытов, обработка результатов испытаний и оценка их достоверности
Введение к работе
В Основных Направлениях экономического и социальна го развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года отмечается: "В строительном, дорожном и коммунальном машиностроении создать высокопроизводительные машины для комплексной механизации основ-* ных работ на всех стадиях строительного производства и освоить их выпуск" /I/.
Значительная часть общего объема строительных работ приходится на разработку и перемещение грунта. При выполнении этих работ используются землеройно-транспортные машины, обладающие высокой производительностью и эффективностью.
Среди землеройно-транспортных машин особое место занимают скреперы. Эти машины осуществляют полный цикл технологических операций по разработке и перемещению грунта независимо от применения других видов машин, скреперы производят копание, транспортирование грунта, его разгрузку и планировку поверхности, во время движения они предварительно уплотняют отсыпанный грунт. Благодаря этим качествам скреперы нашли широкое применение в дорожном и мелиоративном строительстве, а также при производстве вскрышных работ и открытых разработках полезных ископаемых /2-5/.
Скреперы рационально использовать при дальностях транспортирования грунта от 100 метров до 5 километров /б/. Применение этих машин в указанном диапазоне дает минимальную стоимость разработки грунта по сравнению с любым видом землеройной техники. По данным работы /7/,использование самоходных скреперов при дальности транспортирования грунта 1,5 - 2 км улучшает технико-экономические показатели в 5-8 раз по сравнению с экскаваторами и другими землеройными машинами. Масштабы производства и использования
- б -
скреперов в народном хозяйстве неуклонно возрастают. На долю скреперов приходится около 10# всего объема земляных работ /8/. Производительность скреперов пропорциональна объему набираемого в ковш грунта. Для скреперов, использующих традиционные методы воздействия на разрабатываемый массив, объем грунта в ковше увеличивается с ростом высоты заполнения, которая зависит в основном от силы тяги, развиваемой тягачом, физико-механических характеристик грунта и глубины копания, в работе /9/ на основе большого объема экспериментальных и теоретических исследований показано, что определенная высота заполнения может быть достигнута только при определенной толщине срезаемой стружки, чем больше проектируемая высота заполнения, тем на более толстой стружке должно вестись заполнение. Но, если заполнение ковша заканчивается при стружке, толщина которой будет больше минимально необходимой, то соответственно возрастает потребная сила тяги.
Скреперы традиционного типа разрабатывают грунт за счет силы тяги, передаваемой от тягача к ковшу и его режущему элементу - ножу. Сила тяги, развиваемая колесным или гусеничным тягачом, ограничена крутящим моментом двигателя или сцепным весом машины. Сопротивление грунта копанию ковшом скрепера в период набора не остается постоянным, а постепенно увеличивается с ростом высоты заполнения. Поэтому в выпускаемых в настоящее время скреперах поддержание тягового баланса на рабочем органе осуществляется за счет постепенного выглубления ковша, то есть за счет уменьшения толщины срезаемой стружки к концу набора грунта. Такой способ копания грунта скрепером обладает существенным недостатком, поскольку вместе с уменьшением глубины копания снижается возможная высота заполнения ковша в конце набора грунта, следовательно,совершенствование способа копания грунта скреперами традиционной
- 7 -конструкции является одним из резервов повышения их производительности.
С целью повышения производительности скрепера за счет увеличения объема набираемого в ковш грунта в данной работе предложен новый способ регулирования сопротивлений на рабочем органе, заключающийся в изменении площади вырезаемого грунта путем непрерывного уменьшения ширины копания при сохранении постоянной глубины копания /10/. Применение такого способа поддержания тягового баланса скрепера обеспечит увеличение глубины копания и конечной высоты заполнения по сравнению со скреперами обычной конструкции. При этом не требуется дополнительная сила тяги, так как увеличение сопротивления копанию по мере набора грунта в ковш компенсируется непрерывным уменьшением площади вырезаемого грунта за счет ширины копания.
Б связи с вышеизложенным в данной работе автором выполнено следующее:
обоснован новый способ копания грунта скрепером и разработана конструкция для его осуществления, позволяющие увеличить объем набираемого грунта без приложения к ковшу дополнительной силы тяги;
разработана методика расчета сопротивлений на рабочем органе скрепера с переменной шириной копания;
проведены аналитические исследования работы скрепера с переменной шириной копания, с прямыми и ступенчатыми ножами;
изготовлен экспериментальный образец скрепера, реализующий новый способ, разработана система датчиков и составлена методика его исследований в полевых условиях;
проведены экспериментальные исследования и определены рациональные параметры работы скрепера с переменной шириной ко-
- 8 -пания;
- разработаны чертежи и изготовлен опытный образец скрепера с переменной шириной копания на базе серийной машины ДЗ-20 и выявлен положительный эффект от его использования в условиях эксплуатации:
На защиту выносятся следующие основные положения:
способ копания грунта скрепером и конструкция ножевой системы для его осуществления;
методика тягового расчета скрепера с переменной шириной копания;
результаты аналитических и экспериментальных исследований скрепера с переменной шириной копания и с серийной ножевой системой с выступающим средним ножом;
результаты испытаний опытного образца скрепера ДЗ-20 с переменной шириной копания с ковшом 9 м3 в условиях эксплуатации*
Автор выражает благодарность кандидату технических наук
П.И.НИКУЛИНУ за помощь, оказанную при выполнении данной работы.
Сущность нового способа копания грунта ковшом скрепера и задачи его исследования
В основу разработки грунта скрепером традиционной конструкции положен принцип резания. Поэтому создание высокопроизводительных землеройных машин, в том числе и скреперов, невозможно без глубокого изучения процесса резания грунтов.
К наиболее ранним работам в этой области относятся труды В.П.Горячкина /її/ по исследованию процесса резания почв и определению рабочих сопротивлений почвообрабатывающих машин. Работа Н.Г.Домбровского /12/ была одной из первых, выполненных применительно к рабочим органам землеройных машин. Предложенная им упрощенная формула В.П.Горячкина учитывает сопротивления при помощи коэффициента удельного сопротивления копанию и размеров поперечного сечения вырезаемой стружки.
Значительный вклад в изучение процесса резания грунтов внесен А.Н.Зелениным /13,14/. Им были поставлены опыты по резанию гр.унта элементарными ножами, периметрами и в результате обработки болыюго объема экспериментальных исследований предложены формулы силы резания для ковшей экскаваторов, скреперов, отвалов бульдозеров и авто грей де ров. Эти формулы учитывают влияние глубины и ширины копания, угла резания, количества зубьев и поверхностей среза,а также высоты пригружающего слоя грунта на сопротивление копанию.
Большой этап в области исследований резания грунтов и полускальных пород связан с работами Ю.А.Ветрова /15-17/. Им проведены эксперименты по резанию гр.унта простыми острыми ножами, сложными ножами и ковшами. В результате их выполнения установлены особенности и условия отделения стружки, закономерности трения между ножом и грунтом, а также влияние износа режущего инструмента на сопротивление резанию. На основе теории предельного равновесия сыпучей среды предложены аналитические зависимости для определения сопротивления грунтов резанию и копанию отвальными и ковшовыми рабочими органами. Рассмотрены практические задачи проектирования рабочих органов землеройных машин, преимущественно одноковшовых и роторных экскаваторов.
С целью уточнения физических явлений при резании грунта Д.И.Федоров /18/ исследовал внедрение в грунт плоского штампа, клина и режущих профилей с различными углами резания, и очень подробно описал происходящие при этом явления деформации грунта и образование в нем поверхностей отрыва. Им исследовалось влияние схемы взаимодействия, формы и размеров элементарных профилей, конструкции рабочих органов, на полное и удельное усилие резания. Эти исследования позволили рекомендовать к применению рабочие органы с полукруглой режущей кромкой.
Перечисленные выше работы являются фундаментальными, поскольку в них изложены основы разрушения грунтов резанием, кроме того, следует отметить работы М.И.Гальперина /19/ и В.Д.Абергауза /20/ по исследованию процесса резания мерзлых грунтов и горных пород рабочими органами фрезерного типа. Из зарубежных, наиболее известны работы Динглингера Е. /21/, Ратье И. /22/, Кюна Г., Дресса» Кинаста Ф., Вильмса А., в которых представлены результаты экспериментов по резанию грунта элементарными ножами и отвалами. Однако ведущая роль в изучении процессов резания грунтов, раскрытию физической сущности происходящих при этом явлений и практическом использовании результатов исследований принадлежит советским ученым. Помимо Н.Г.Домбровского, А.Н.Зеленина, Ю.А.Ветрова, Д.И.Федорова крупный вклад в исследование процесса копания грунта рабочими органами экскаваторов, скреперов, погрузчиков, бульдозеров, авто грейдеров, грейдер-элеваторов, совершенствование их конструкций и методов расчета внесли К.А.Артемьев /9/, И.П.Борода-чев /6/, В.Й.Баловнев /23-25/, Д.П.Волков /26,27/, Ю.Б.Дейнего /28/, В.М.Гольдштейн /6,29/, И.А.Недорезов /30,31/, Д.И.Плешков /29,32/, Е.Р.Петерс /33/, В.к.Руднев /34-36/, В.Н.Тарасов /37/, Н.АЛльянов /38,39/, с.А.Фиделев /40/, А.М.Холодов /41,42/, В.А.Шнейдер /43/, А. А.Яркин /44/, и целый ряд других исследователей. Проведенные ими работы позволили не только дополнить и уточнить имевшиеся ранее результаты, но и более глубоко и всесторонне изучить рабочие процессы землеройных машин, создать теорию резания и копания грунтов и на этой основе конструировать новые, высокопроизводительные машины.
Глубокие и обширные исследования по резанию грунтов, проводимые советскими учеными, стали базой изучения закономерностей работы землеройных машин, в том числе и скреперов. Е.Р.Петерс /45/ одним из первых исследовал процесс копания грунта скрепером и предложил определять полное сопротивление на рабочем органе как сумму сопротивлений резанию, заполнению и перемещению призмы волочения. Разработанный им метод, дополненный впоследствии В. А.Шнейдером /46/, до настоящего времени широко применяется при проектировании новых скреперов. На основе исследования процесса наполнения ковшей О.Е.Рынсков /47/ предложил свой метод расчета сопротивления копанию применительно к рабочим органам грейферного типа. И.Я.Русинов /48/ исследовал работу скреперов в аэродромном строительстве, а Ю.Б.Дейнего /49/ в условиях массового применения этих машин при сооружении канала, что позволило определить режимы работы и фактическую их производительдасть в эксплуатации. В.Г.Ясинецкий /50/ впервые рассмотрел процесс заполнения ковша скрепера, используя прозрачную боковую стенку. Он устано вил, что в конце заполнения грунт движется в виде незначитель но расширяющегося потока с образованием плоских поверхностей скольжения. , Обе поверхности скольжения наклонены к го ризонту под углом 60-70, в зависимости от высоты слоя и разновидности грунта в ковше. Определению оптимальных параметров ковша и совершенствованию методов расчета сопротивления копанию посвящена работа К.А.Артемьева /9/. Ширина ковша должна быть не меньше высоты заполнения, а нож скрепера должен обеспечивать резание грунта шириной, меньшей, чем ширина ковша. Разработанный К.А.Артемьевым метод тягового расчета скрепера более полно учитывает влияние характеристик грунта и параметров ковша на сопротивление копанию, по сравнению с методом Петерса-Шнейдера.
Определение сопротивлений на рабочем органе скрепера с уменьшенной шириной копания
На скрепере „Michigan 210 /99/ используется поворотный нож, установленный на передней заслонке в середине ее нижней кромки. Над ножом, в передней заслонке имеется отверстие для прохода грунта в ковш, которое закрывается затвором, скрепер может вести копание грунта, используя только загрузочное устройство, или работать как обычный скрепер, поднимая заслонку вместе с поворотным ножом выше поверхности копания.
Конструкция скрепера /100/ позволяет переходить от копания по всей ширине ковша к копанию только средней частью ножевой системы. В начале заполнения ковша копание осуществляется подвижными боковыми и неподвижным средним ножом, которые одинаково заглублены. Для перехода к уменьшенной ширине копания подвижные ножи поднимаются по направляющим в боковых стенках внутрь ковша и опускается дополнительная заслонка, предотвращающая потери грунта под боковые поднятые ножи. Разновидностью рассмотренной выше конструкции ковша скрепера является ножевая система, позволяющая уменьшать ширину копания за счет подъема боковых частей ножа, которые в поднятом положении находятся над поверхностью разрабатываемого грунта и предотвращают потери грунта из ковша /101/. Две последние конструкции сочетают в себе положительные качества ножевой системы с прямыми ножами и совкового режущего органа. Однако дискретное изменение ширины копания нельзя считать наиболее рациональным, поскольку сопротивления на рабочем органе увеличиваются постепенно. Более целесообразно непрерывно уменьшать ширину копания в соответствии с ростом сопротивлений.
Сущность нового способа копания грунта ковшом скрепера и задачи его исследования Из анализа основных направлений исследований по повышению эффективности скреперов, совершенствованию методов расчета сопротивлений копанию на рабочем органе этих машин, развитию конструкций ножевых систем, можно сделать следующие выводы: 1. В результате обширных исследований процесса резания и копания грунтов, выполненных преимущественно советскими учеными, даны рекомендации, которые позволили улучшить параметры рабочего оборудования и тягачей скреперов традиционной конструкции настолько, что дальнейшее повышение их эффективности возможно, главным образом, за счет совершенствования конструкций, применения новых способов и методов разработки грунта. 2. Способ копания грунта ковшом скрепера традиционного типа, с поддержанием тягового баланса на рабочем органе за счет постепенного уменьшения глубины копания по мере увеличения объема грунта в ковше, имеет существенный недостаток, вместе с уменьшением глубины копания снижается возможная высота заполнения и объем набираемого грунта. 3. увеличение объема грунта в ковше и высоты заполнения можно получить за счет уменьшения ширины копания на конечном этапе работы скрепера. Причем, для обеспечения максимального объема набираемого грунта заполнение ковша рационально осуществлять при постоянной глубине копания. 4. Для поддержания тягового баланса скрепера при работе с постоянной глубиной копания целесообразно применять непрерывное уменьшение ширины копания по мере увеличения объема набираемого грунта. 5. Поскольку такой способ копания предложен впервые /10/, то для определения его эффективности необходимо создать соответствующую конструкцию ковша, провести теоретические и экспериментальные исследования его работы. Ковш скрепера с переменной шириной копания может иметь ножевую систему, состоящую из трех ножей, среднего неподвижного и двух крайних - подвижных, которые заходят внутрь среднего ножа или за него. Подвижные ножи по концам имеют вертикальные подрезающие ножи, для предотвращения потерь грунта по бокам. Привод ножей может осуществляться при помощи гидроцилиндров. Копание грунта начинается при полностью выдвинутых крайних ножах (рис.1.7,а). В этом случае ширина копания совпадает с шириной ковша, с увеличением объема поступающего в ковш грунта сопротивления на рабочем органе возрастают, а сила тяги ограничена сцепным весом тягача или максимальным крутящим моментом его двигателя. Наступает момент, когда сила тяги оказывается меньше сопротивления копанию. Для продолжения процесса набора грунта обычно осуществляется изменение площади вырезаемого грунта за счет уменьшения глубины копания, в новом способе также изменяется площадь разрабатываемого грунта, но путем уменьшения ширины копания, а глубина не меняется. Изменение ширины достигается постепенным втягиванием крайних подвижных ножей внутрь среднего неподвижного ножа или за него (рисі.7»б). Таким образом уменьшается сопротивление копанию, и нагрузка, на-тягач поддерживается равной или меньше, чем развиваемая им сила тяги. Ширина копания уменьшается плавно, в соответствии с увеличением объема набираемого грунта. На конечном этапе заполнения ковша ширина копания должна обеспечивать минимальное сопротивление копанию для получения максимального объема грунта.
Влияние ширины копания на величину сопротивлений на рабочем органе скрепера и высоту заполнения ковша грунтом
Во второй главе получены расчетные формулы для определения параметров процесса копания грунта скрепером, имеющим прямые или ступенчатые ножи, а также переменную ширину копания. Для проведения аналитических исследований процесса копания грунта скрепером с использованием этих формул была разработана методика тягового расчета и составлены программы для ЭЦВМ пМИР-2".
Для исследования показателей работы скрепера с прямыми или ступенчатыми ножами составлена программа (Приложение і), которая позволяет при заданных параметрах рабочего оборудования и физико-механических характеристиках грунта установить влияние высоты заполнения ковша, ширины и глубины копания на направление и размеры грунтового потока внутри ковша, сопротивление заполнению, величину пригрузки на поверхности массива перед ножом скрепера, направление поверхностей скольжения в основном массиве и границы зоны предельного равновесия грунта перед ножом, горизонтальную и вертикальную составляющие сопротивления копанию, объем грунта в ковше, сопротивление перемещению призмы волочения, сопротивление качению колес скрепера, потребную силу тяги на рабочем органе, путь и энергоемкость копания. Перечисленные показатели рассчитываются при изменении высоты заполнения ковша от нуля до конечной заданной величины, а глубина и ширина копания остаются постоянными. При этом ширина копания может быть задана равной или меньшей, чем ширина ковша.
Однако в реальных условиях работы скрепера глубина копания не остается постоянной в течение всего периода заполнения ковша. Поэтому на основе описанной выше программы расчета показателей работы скрепера с постоянной глубиной копания составлена программа, в которой глубина копания определяется в зависимости от коэффициента буксования движителя тягача (Приложение 2). Когда буксование движителя не превосходит величину, соответствующую максимально допустимой силе тяги, копание осуществляется при заданном заглублении рабочего органа. Поскольку сопротивления на рабочем органе растут вследствие увеличения высоты заполнения, то наступает момент, когда при этой глубине копание происходить не может из-за превышения коэффициента буксования наперед заданной величины. Тогда глубина копания уменьшается до тех пор, пока буксование не станет меньше заданного, т.е. движитель выйдет на режим устойчивого буксования. Таким образом, в этой математической модели изменяется не только высота заполнения ковша, но и поддерживается тяговый баланс скрепера за счет постепенного уменьшения глубины копания с ростом высоты заполнения. Рассмотренная модель в большей мере соответствует реальному процессу копания грунта серийными скреперами с прямыми или ступенчатыми ножами. Кроме перечисленных выше параметров процесса копания можно определить текущее значение глубины копания, скорость и время движения скрепера, конечную высоту заполнения и максимальный объем грунта в ковше, который может быть набран при данных параметрах тягача, рабочего оборудования и грунтовых условиях.
Поддержание тягового баланса на рабочем органе скрепера может осуществляться не только за счет постепенного выглубления ковша, но и путем непрерывного уменьшения ширины копания. Поэтому в рассмотренную выше математическую модель работы скрепера с прямыми или ступенчатыми ножами были- внесены изменения, которые учитывают особенности работы скрепера с переменной шириной копания (Приложение 3). В начале заполнения ковша поддержание в заданных пределах коэффициента буксования движителя тягача осуществляется за счет непрерывного уменьшения ширины копания. А когда ширина копания становится равной минимально заданной величине, дальнейшее регулирование сопротивлений происходит за счет постепенного уменьшения глубины копания. Принятый порядок поддержания тягового баланса полностью соответствует принципу работы скрепера с переменной шириной копания. Программа позволяет кроме перечисленных выше параметров процесса копания определить момент начала и конца уменьшения ширины копания, скорость уменьшения ширины копания и усилив на привод подвижных ножей.
Для расчета показателей процесса копания грунта скрепером с прямыми, ступенчатыми ножами и с переменной шириной копания необходимо знать параметры рабочего оборудования, тягача и физико-механические характеристики грунта.
С целью лучшего сопоставления результатов теоретических и экспериментальных исследований, для расчетов показателей процесса копания грунта приняты в качестве исходных данных следующие параметры экспериментального образца прицепного скрепера к трактору Т и физико-механические характеристики грунта.
Определение необходимого числа опытов, обработка результатов испытаний и оценка их достоверности
В результате проведенного анализа для исследуемых условий работы скрепера установлены рациональная ширина и глубина копания, которые позволяют получить максимальную высоту заполнения ковша и, следовательно, наибольший объем набираемого грунта, что обеспечит увеличение производительности машины, в серийных скреперах для повышения их производительности широко применяется ножевая система с выступающим средним ножом, которая обеспечивает в конце набора грунта переход к уменьшенной ширине копания за счет постепенного выглубления ковша. Для анализа возьмем параметры ножевых систем серийного прицепного скрепера ДЗ—III и полуприцепного ДЗ-87 с ковшами емкостью 4,5 м3, технические характеристики которых наиболее близки к исследуемым в данной работе характеристикам скрепера с переменной шириной копания, у них ширина копания выступающим средним ножом составляет 1,25 м, а наибольшая глубина - 0,05 м. При работе скрепера с такими параметрами ступенчатых ножей, из зависимостей на рисунке 3,5 видно, что конечная высота заполнения при глубине копания 0,05 м составит Нъ = 1,1 м. следует отметить, что именно на такую высоту заполнения рассчитаны ковши серийных скреперов ДЗ-ІІІ и ДЗ-87.
Если увеличить вылет среднего ножа в серийных машинах до получения в конце заполнения глубины копания средней частью п.к = =0,085 м, можно повысить конечную высоту заполнения до 1,4 м,то есть на z7fot что приведет к росту производительности этих машин. Однако увеличение вылета среднего ножа в серийной ножевой системе вызовет ухудшение планирующих качеств скрепера, а также потери грунта из ковша под боковые ножи на конечном этапе заполнения. Іфоме того, в результате поддержания тягового баланса за счет постепенного выглубления ковша, глубина копания боковыми ножами будет уменьшаться на более ранних этапах набора грунта, что приведет к интенсивюму росту удельного сопротивления на них.Малая глубина копания боковыми ножами не сможет обеспечить достаточную высоту заполнения даже в средней стадии набора грунта, то есть; при увеличенном вылете среднего ножа грунт будет продвигаться только над ним, а боковые ножи лишь создают дополнитель-ное сопротивление копанию и пополняют призму волочения разрушенным грунтом. Поэтому для серийной- ножевой системы нельзя рекомендовать увеличение вылета среднего ножа по высоте только до оптимальной глубины. Ножевая система с выступающим средним ножом, хотя и обеспечивает некоторое увеличение высоты заполнению по сравнению с прямыми ножами, но и она не позволяет получить максимально возможную высоту заполнения и наибольший объем вднта в ковше.
Логичным развитием коштрукции ножевой системы с выступающим средним ножом явилось создание и исследование /71/ работы совкового режущего органа, у которого боковые ножи отсутствуют. Он позволил при уменьшенной ширине копания обеспечить оптимальную глубину в конце заполнения и получить максимальный объем грунта в ковше. Однако совковый орган не может использоваться на малосвязных и переувлажненных грунтах, при разработке траншей с вертикальными стенками и планировке поверхности. При работе скрепера с совковым органом забой получается неровным по высоте, что затрудняет последующие проходы по этому месту. Ввиду этих недостатков совковый орган не получил применения в серийных скреперах, хотя и позволяет увеличить объем грунта в ковше, повысить производительность работы машины. Перечисленные технологические недостатки отсутствуют у ножевой системы с выступающим средним ножом. Поэтому для получения наибольшей высоты заполнения, при сохранении ровного по высоте забоя и планирующих качеств, для обеспечения работы на различных видах грунтов и отрывки траншей, целесообразно применять ножевую систему, одновременно имеющую положительные качества серийных ступенчатых ножей и совкового органа.
Для этого необходимо в начале копания при малой высоте заполнения разрабатывать грунт ступенчатыми ножами при глубине, близкой к оптимальной, а затем по мере увеличения высоты заполнения и роста сопротивления копанию поддерживать тяговый баланс. за счет плавного уменьшения ширины копания, в самом конце заполнение должно происходить при рациональной ширине и глубине копания, обеспечивающих максимальный объем грунта в ковше.
В данном разделе с помощью разработанных математических моделей процесса копания грунта скрепером,для исследуемых условий, установлены рациональные параметры ширины и глубины копания, обеспечивающие максимальный объем грунта в ковше. Показано, что известными конструкциями ножевых систем невозможно получить этот максимальный объем без ухудшения других технологических условий работы скрепера, сформулированы основные требования к новому способу работы скрепера и конструкции для его осуществления, который позволяет максимально повысить объем набираемого грунта без нарушения основных технологических характеристик серийных скреперов. В связи с этим необходимо провести подробный анализ рабочего процесса скрепера, реализующего новый способ копания /10/ с целью выяснения влияния величины начального заглубления ножей на показатели процесса заполнения ковша, и сравнения их с показателями работы скрепера с серийной ножевой системой.
