Содержание к диссертации
Условные обозначения 9
Введение 15
Глава 1. Состояние теории взаимодействия рабочих органов перегрузочных машин с насыпными грузами
1.1. Классификация грузов, перерабатываемых перегрузочными и подъемно-транспортными машинами
1.2. Классификация механических заборных органов перегру-зочных машин, взаимодействующих с насыпными грузами
1.3. Методы исследования и расчета процессов резания и зачерпывания грунтов и насыпных грузов заборными органами
1.3.1. Основные положения механики грунтов и сыпучей среды 34
1.3.2. Расчет сопротивлений резанию грунтов и зачерпыванию насыпных грузов перегрузочными рабочими органами
1.3.3. Влияние скорости зачерпывания на сопротивление внедрению рабочих органов в насыпной груз и грунт
1.3.4. Влияние присоединяемой массы материала на процесс за- черпывания
1.3.5. Экспериментальные методы исследования сил сопротивле- ния внедрению рабочих органов в грунты и насыпные грузы
1.4. Процесс внедрения в насыпной груз ковшового и грейфер-
ного органов
1.5. Краткие выводы и постановка задач исследования 54
Глава 2. Основы динамической теории напряженного состояния
деформируемых сред
2.1. Основные положения теории напряженного состояния де- формируемых сред
2.2. Физическая модель двойственной структуры сыпучей среды
2.3. Математическая модель напряженного состояния деформи- руемой сыпучей среды
2.4. Математическая модель напряженного состояния деформи-уемой связной среды
2.5. Физико-механическая модель свойств связности и сыпуче- сти деформируемых сред
2.6. Исходные предпосылки для разработки математической мо- дели динамического состояния среды
2.7. Математическая модель динамического состояния среды 86
2.7.1. Уравнения динамического равновесия 86
2.7.2. Начальные условия уравнений движения 89
2.7.3. Форма границ выпучивания 89
2.7.4. Напряженное состояние среды у свободной границы 92
2.7.5. Граница линий скольжения среды 94
2.7.6. Преобразование уравнений динамического напряженного состояния связной среды
2.7.7. Удовлетворение граничных условий уравнений движения 99
2.7.8. Исследование процесса внедрения деформатора в сыпучую среду
2.8. Выводы по второй главе 107
Глава 3. Исследование напряженного состояния сыпучей среды ПО
при взаимодействии ее с деформаторами
3.1. Анализ существующих исследований 110
3.2. Теоретическое исследование процесса интенсивного вне- дрения деформатора (ножа) в сыпучую среду
3.3. Исследование физико-механических характеристик сыпучей среды
3.4. Экспериментальное исследование процесса внедрения де- 119
форматора (ножа) в сыпучую среду при установившемся движении
Математическая модель давления на торцевой поверхности деформатора (ножа), внедряющегося в сыпучую среду с постоянной скоростью
Физическая модель объемного напряженного состояния сы- пучей среды при внедрении в нее деформатора Анализ влияния объемного напряженного состояния дефор- 147 мируемой среды на расчет сопротивления внедрению деформатора (ножа) в сыпучую среду
Аналитическое определение параметров внедрения дефор- матора в сыпучую среду при его вертикальном внедрении Экспериментальное исследование процесса сдвига стенкой 157 сыпучего клина
Теоретический анализ процесса сдвига 157
Экспериментальное исследование процесса сдвига 158
Анализ результатов экспериментального исследования про- цесса сдвига стенкой сыпучего клина
Выводы по третьей главе 167
Исследование напряженного состояния связной среды при взаимодействии ее с деформаторами
Общие положения 171
Экспериментальное исследование и анализ процесса вне- дрения деформатора (ножа) в связную среду
Математическая модель давления на торцевой поверхности
деформатора (ножа), внедряющегося в связную среду с по
стоянной скоростью
Исследование процесса сдвига стенкой связного клина 179
4.4.1. Экспериментальная установка и методика исследования 179
4.4.2. Результаты экспериментальных исследований 182
4.5. Характеристика напряженного состояния связной среды при интенсивном сдвиге и внедрении деформатора
4.6. Расчетная модель определения общего сопротивления пере- движению стенкой связного клина
4.7. Выводы по четвертой главе 200
Глава 5. Научное обобщение исследований процесса зачерпыва- 204
ния двухканатным грейфером насыпного груза
5.1. Предварительные замечания 204
5.2. Аналитическое определение параметров внедрения началь- ного заглубления грейфера в сыпучую среду
5.3. Аналитическое определение параметров начального заглубления грейфера при внедрении в связную среду
5.4. Расчет сопротивлений зачерпыванию сыпучего груза грей- фера, в процессе смыкания челюстей
5.5. Сопротивление зачерпыванию связного груза в процессе смыкания челюстей
5.6. Определение сопротивления, возникающего от присоеди- няемой массы зачерпываемого груза
5.7. Определение текущего веса зачерпнутого материала 233
5.8. Уточнение аналитических методов расчета грейфера 236
5.9. Исследование процесса зачерпывания методом киносъемки 241
5.10. Исследование процесса зачерпывания методом затвердева- 250 ния
5.11. Исследование процесса зачерпывания методом электротен- зометрирования
5.12. Анализ результатов эксперимента по силовому воздействию сыпучей среды на грейфер при зачерпывании
5.13. Сопоставление теоретических расчетов определения сопро- тивлений зачерпыванию грейферным механизмом сыпучих грузов и экспериментальных результатов
5.14. Выводы по пятой главе 267
Глава 6. Научное обобщение исследований процессов взаимодей ствия заборных органов перегрузочных машин с насыпным, слежавшимся и смерзшимся грузами
6.1. Предварительные замечания 270
6.2. Исследование процесса зачерпывания насыпного груза мно- гоковшовым органом
6.3. Определение влияния присоединяемой массы груза на про- цесс зачерпывания ковшовым органом
6.4. Экспериментальное исследование сопротивления резанию уплотненного рядового насыпного груза плоским ножом
6.5. Исследование влияния фракционного состава насыпного груза на сопротивление резанию
6.6. Анализ физической картины процесса внедрения периметра в кусковой груз
6.7. Экспериментальное исследование влияния зубьев на сопро- тивление внедрения периметра в кусковой груз
6.8. Анализ нагрузочных характеристик разрушения материалов 304
6.9. Теоретическое исследование процесса виброударного вне- дрения деформатора в смерзшийся груз
6.10. Экспериментальное исследование процесса внедрения виброударного рушителя в глинозем
6.10.1. Исследование физико-механических параметров глинозема 314
6.10.2. Устройство экспериментального комплекса 316
6.10.3. Оборудование для проведения экспериментов по виброудару 318
6.10.4. Методика и программа экспериментального исследования процесса внедрения виброударного рабочего органа в смерзшийся глинозем
6.10.5. Анализ экспериментальных результатов исследования виб- рорушителей
6.11. Выводы по шестой главе 335
Глава 7. Инженерные методы проектирования перегрузочных машин, оборудованных заборными органами
7.1. Предварительные замечания 340
7.2. Составление алгоритма для определения собственного веса грейфера на ЭВМ
7.3. Составление алгоритма для определения зачерпывающей способности грейфера на ЭВМ
7.4. Разработка инженерной методики расчета грейфера на осно- ве анализа полученных результатов
7.5. Сопоставление результатов натурных испытаний грейферов и их расчета по уточненной и инженерной методикам
7.6. Создание дискового (лопастного) рушителя для модерниза- ции типовой вагоноразгрузочной машины МВС-4М
7.7. Анализ расчетных параметров внедрения винтовых и диско- вых рушителей и сопоставление их с результатами производственных испытаний
7.8. Рекомендации к расчету виброударных установок, предна- значенных для разработки смерзшихся грузов
7.9. Создание опытного образца вагоноразгрузочной машины с виброударным рушителем и ее внедрение
7.10. Создание одноковшовой вагоноразгрузочной машины с бо ковой разгрузкой и ее серийное промышленное внедрение
7.11. Создание промышленного образца элеваторно-бункерной вагоноразгрузочнои машины и ее внедрение
7.12. Выводы по седьмой главе 378
7.13. Основные итоги и выводы по работе 382
7.14. Список использованной литературы 388
7.15. Приложения 411
Введение к работе
Несмотря на то, что в настоящее время экономика страны находится в сложном состоянии, объемы грузов, перерабатываемых подъемно-транспортными машинами, остаются достаточно большими. Разработка и приобретение новых технологий и, связанное с этим, расширение работ по механизации и автоматизации производственных процессов вызывают потребность в совершенствовании подъемно-транспортного оборудования.
В настоящее время в нашей стране сформирована сложная система движения грузопотоков насыпных грузов, которая включает в себя железнодорожный, речной, морской и автомобильный транспорты. Стабильность этих грузопотоков обеспечивается бесперебойной работой самого транспорта и перегрузочной техники как в местах перевалки груза с одного вида транспорта на другой, так и при его загрузке в начальной и разгрузке конечной стадии транспортного процесса. Механизация одного из наиболее трудоемких процессов -перегрузка насыпных грузов - обеспечивается применением грейферных механизмов. Грейферные краны, оснащенные ими, широко применяются в морских и речных портах, на железнодорожных станциях, в металлургической и машиностроительной промышленности, в строительстве, сельском хозяйстве, в лесотехнической и целлюлозно-бумажной промышленности и др. Следует отметить, что грейферные механизмы являются в некоторых случаях основой исполнительных органов механических роботов и манипуляторов.
Использование грейферов рациональных конструкций и параметров при эксплуатации грузоподъемных машин может значительно повысить производительность перегрузочной машины, снизить энергозатраты и себестоимость перегрузочных работ, повысить их надежность и долговечность. Поэтому задача создания широкого ряда грейферов наиболее оптимальной конструкции для различных отраслей промышленности является весьма актуальной.
Известно, что машины и механизмы, выполняющие перегрузочные one рации с насыпными грузами, работают в весьма тяжелых условиях. Атмосферные осадки и колебания температуры в процессе транспортировки или хранении насыпных грузов в некоторых случаях значительно изменяют физико-механические свойства грузов, что может привести к увеличению нагрузок на рабочие органы погрузо-разгрузочных машин. Многие грузы от внешних воздействий теряют свойства сыпучести, в связи с тем, что между частицами образуются прочные связи за счет слипания, спекания или смерзания. Некоторые материалы при транспортировке от вибрации сильно уплотняются, а при хранении их навалом слеживаются. Особенно большие трудности возникают с перегрузкой таких материалов как сера, глинозем, сода, квасцы и др. при транспортировке их в крытых железнодорожных вагонах. Образующийся в процессе транспортировки монолит значительно усложняет процесс выгрузки. Около 60% грузооборота железнодорожного транспорта составляют грузы, в основном это уголь и руды, доставляемые в полувагонах. Около 10% этого объема составляют грузы, перевозимые в крытых железнодорожных вагонах. Большая часть этих грузов разгружается на подъездных путях предприятий и железнодорожных станциях. Трудовые затраты на разгрузку одного четырехосного вагона составляет 6-8 человеко-дней. Выгрузка смерзшегося или спекающегося груза увеличивает трудоемкость разгрузки более чем в 10 раз.
Опыт Министерства путей сообщения показывает, что при небольших объемах работ применение для выгрузки не потерявших сыпучесть материалов аккумуляторных погрузчиков, оснащенных бульдозерно-грейферными ковшами, в 7 - 8 раз повышают производительность труда. Приблизительно такие же результаты получены при эксплуатации скребковой разгрузочной машины ХИИТа и разгрузочной машины типа МВС. Применение данных машин при разгрузке сильно слежавшихся, спекающихся и смерзающихся грузов является малоэффективным из-за слишком больших сопротивлений груза захвату, быстрого износа и разрушения рабочих органов.
На основании обширного материала предыдущих работ [70, 75, 96, 103, 104, 132, 139, 159, 232] и собственных исследований [163 - 167]. Таубером Б.А.
предложена методика проектированного и проверочного расчета грейфера, которая учитывает влияние многочисленных факторов на его зачерпывающую способность [165]. Позднее Зенков Р.Л. разработал графо-аналитический метод расчета грейферов, в котором основное внимание уделяется определению их зачерпывающей способности [67].
Эти методы получили дальнейшее развитие и уточнение в работах Яси-новского A.M. [239], Филякова А.Б. [175 - 178], Шевченко Н.А. [231], Соловьева В.Г. [152], Каракулина Г.Г. [78 - 82], Пронина СВ. [130], Слюсарева А.С. [147], Славина Б.М. [146], Кафа Самир Нимр [84] и др.
Интенсивное исследование грейферных механизмов в последние годы позволило уточнить конструктивные расчеты грейфера, оптимизировать его параметры, что позволило вести их разработку на уровне автоматизированного проектирования [152 - 154]. Несмотря на большое количество проведенных упомянутыми и другими авторами теоретических и экспериментальных исследований, современные методы расчета грейферных механизмов остаются в определенной степени приближенными, а возможности технического прогресса в этой отрасли подъемно-транспортного машиностроения далеко не исчерпаны.
Работы по исследованию грейферных механизмов проводились в двух основных направлениях: по исследованию процесса заполнения грейфера насыпным грузом (кривой зачерпывания, текущего веса зачерпнутого груза, характера его движения в ковше в зависимости от вида материала и возникающих при этом сопротивлений зачерпыванию) и по исследованию факторов, в основном конструктивных, влияющих на зачерпывающую способность грейфера.
Данные многочисленных экспериментальных исследований показывают, что характер процесса заполнения грейфера различными насыпными грузами определяется, с одной стороны, параметрами самого грейфера (его весом, кратностью грейферного полиспаста, формой и шириной челюстей, величиной их раскрытия и т.д.), а с другой стороны, и не в меньшей мере, - комплексом присущим грузу физико-механических свойств (коэффициентами внутреннего и внешнего трения, сцеплением груза, кусковатостью и т.д.) и характером ведения процесса зачерпывания (высотой броска, скоростью зачерпывания и т.д.).
Известные методы исследования, до недавнего времени, не позволяли получить с достаточной точностью физическую картину процесса заполнения грейфера и судить о характере сопротивлений, возникающих в процессе зачерпывания. Результаты расчета сопротивлений зачерпыванию в методиках расчета грейферных механизмов [67, 78, 165, 231] и других были основаны на закономерностях статики сыпучей среды. Эти расчеты не подтверждаются экспериментальными исследованиями [146, 147, 179]. Применение аппарата статики сыпучей среды [68] для описания процесса грейфирования идеализирует процесс зачерпывания, так как при этом не учитывается влияние на величину сопротивления таких факторов, как скорость зачерпывания, уплотнение материала перед ножом челюсти и т.д. В настоящее время имеются данные многочисленных исследований, которые подтверждают зависимость сопротивлений внедрению от скорости перемещения различных рабочих органов сельскохозяйственных, подъемно-транспортных и дорожных машин [9, 26, 61, 68, 71, 86, 170].
Проведенные нами исследования [179] процесса зачерпывания грейфером сыпучих материалов методами кино и фотосъемки, затвердевания и тензометрии позволило получить обширную информацию о процессах, происходящих при заполнении грейфера и возникающих при этом сопротивлениях. Была установлена экспериментально и обоснована теоретически зависимость сопротивлений, возникающих при зачерпывании сыпучего груза, и - как следствие -зачерпывающей способности от скорости зачерпывания. На основе теоретического и экспериментального исследования процессов интенсивного внедрения деформатора в сыпучую среду и сдвига стенкой сыпучего клина, экспериментального исследования процесса зачерпывания автором предложен способ учета влияния скорости на сопротивление зачерпыванию и на этой основе прове дено уточнение существующих аналитических методов расчета грейферов [68, 165]. Полученные результаты [179] были использованы при разработке новых методов расчета грейфера [231], при расчете сопротивлений зачерпыванию [146, 153] и прочностном расчете грейфера [239].
Позднее были разработаны оригинальные методики расчета грейферов [78, 147, 153, 231], которые более полно отражали различные факторы, сопровождающие процесс зачерпывания как внутри грейфера [78, 147], так и со стороны привода [153, 231], т.е. исследовано и влияние работы привода на процесс заполнения грейфера. Как известно, "классические" методы расчета грейферов [67, 165] базировались на фундаментальных работах по теории резания грунтов [65] и статики сыпучей среды [68]. Но, к сожалению, дальнейшее развитие теории резания, связанное с проявлением динамических свойств среды при скоростном резании, не получило дальнейшего развития, хотя совершенствование теории резания грунтов в определенной степени продолжалось [45, 92 - 94] в научных школах Ветрова Ю.А., Зеленина А.Н. и других. Поэтому последним исследователям грейферных механизмов пришлось уделить большое внимание изучению физической картины процесса зачерпывания и совершенствованию на этой основе расчетов сопротивлений грейфированию [130, 146, 147]. Как отмечается в работе [130], в настоящее время ряд вопросов, связанных с уточнением методов расчета грейферов требует дальнейшего развития. В частности, это относится к вопросу определения сил сопротивления зачерпыванию навалочных грузов. Поэтому необходимо более подробно проанализировать существующие методы определения этих сил.
Значительным этапом в исследовании грейферных механизмов явилась работа Слюсарева А.С. [147]. На основании исследования процессов, происходящих внутри грейфера и уплотнения сыпучей среды в жесткой матрице, автор предлагает теорию уплотнения сыпучего материала в жесткой матрице, позволяющей для любого исследуемого материала описать объемно-напряженное состояние материала в процессе его деформирования, что дало возможность разработать оригинальные методы расчета грейфера и других органов подъемно-транспортных машин. Хорошее совпадение теоретических и экспериментальных результатов подчеркивает справедливость теоретических предпосылок и рассуждений автора. Особо следует отметить экспериментальные исследования силовой картины нагружения грейфера и плотности материала в нем, которые выполнены на самом современном уровне.
Несмотря на большие успехи, достигнутые в области исследования грейферных механизмов, много вопросов, связанных с их расчетом, остается нерешенными. Так разработанная [147] теория уплотнения в жесткой матрице применима, скорее всего, к замкнутому объему. А в грейфере, как известно, имеется свободная поверхность. Рассмотрен только процесс уплотнения материала в третьей фазе зачерпывания, в момент смыкания челюстей и остается неясной картина на режущей кромке, где образуются ядра с более уплотненной структурой, чем внутри грейфера [65, 116, 117], которые в процессе внедрения заменяют режущую кромку. Обращая большое внимание исследованию процесса зачерпывания грейферным механизмом, ученые и в последних исследованиях [78, 130, 147] уделяли недостаточное внимание изучению сопротивлений, действующих на режущей кромке челюстей грейфера. Для создания теоретической расчетной базы проектирования различных типов рабочих органов погрузо-разгрузочных машин возникла необходимость силового и качественного исследования процессов взаимодействия различных типов забортных органов (от ножевых, ковшовых до виброударных) с широкой гаммой насыпных грузов: от легко сыпучих до смерзающихся.
Исследованием процесса виброударного взаимодействия рабочих органов со смерзшимися грузами занимались многие исследователи [11, 13, 14, 44, 60, 64, 100, 102], хотя чаще всего эти исследования относились к разработке мерзлых грунтов или транспортной переработке горных пород. На основании обширных экспериментальных исследований разработаны как методы расчета конкретных рабочих органов [100, 114, 116], так и универсальные методы рас чета процесса разрушения мерзлых грунтов и горных пород, а также теория удара [4, 14, 44, 64, 148]. Однако применение этих методов к расчету заборных органов строительных, дорожных и подъемно-транспортных машин в чистом виде, без дополнительных теоретических и экспериментальных исследований, не представляется возможным, так как остаются неясными влияния многих, как конструктивных, так и технологических факторов на работу конкретного рабочего органа. К ним в первую очередь следует отнести: влияние размеров рабочих органов и концевых эффектов, возникающих на режущих кромках; влияние формы режущей кромки; конструкции зубьев и шага их установки; условия разрушения конкретных смерзшихся грузов, влияние присоединяемой массы захватываемого материала на процесс зачерпывания и др.
Актуальность работы. Проблема повышения эффективности работы перегрузочных машин является актуальной, что связано в значительной степени с увеличением в последние годы объемов грузов, перерабатываемых в нашей стране перегрузочными машинами, с одной стороны, и старением далеко не совершенного оборудования с другой, и необходимостью создания машин, отвечающих современным техническим требованиям.
Работоспособность перегрузочных машин в значительной степени зависит от надежности рабочих органов, осуществляющих захват и дальнейшее перемещение материала. Поэтому задача создания перегрузочных машин для обработки насыпных грузов, в том числе и утративших свойства сыпучести, обладающих большой производительностью, высокой эффективностью, надежностью в работе при меньшей металлоемкости, энергоемкости и конкурентоспособности на рынке является актуальной. Создание таких машин невозможно без исследований процессов, происходящих при взаимодействии рабочего органа с материалом, и создания теоретических основ их расчета.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является создание теоретических основ расчета параметров напряженно-деформированного состояния сыпучей и связной среды, позволяющих для любого насыпного груза определить весь комплекс характеристик, описывающих напряженное состояние среды в процессе ее взаимодействия с рабочими органами перегрузочных машин, учитывающих изменение физико-механических свойств среды при изменении скорости их движения. Разработка новых и уточнение существующих методов расчета рабочих органов подъемно-транспортных и погрузо-разгрузочных машин, перерабатывающих практически всю гамму насыпных грузов, от легко сыпучих до спекающихся и смерзающихся, направлены на:
а) разработку математических моделей, характеризующих динамическое напряженное состояние деформируемых сыпучей и связной сред;
б) разработку математической модели, характеризующей динамическое напряженное состояние деформируемой связной среды при внедрении в нее деформатора;
в) исследование напряженного состояния сыпучей и связной сред при взаимодействии их с деформаторами, внедряющимися с различными скоростями, для определения влияния скорости движения деформатора на напряженное состояние сред;
г) разработку методов анализа напряженного состояния сыпучей и связной сред при интенсивном внедрении и сдвиге в них деформаторов;
д) обобщение исследований процесса зачерпывания двухканатным грейфером насыпных грузов для уточнения влияния всех факторов, влияющих на зачерпывающую способность грейферов, и учета их в аналитических методиках расчета грейферов;
е) обобщение исследований процессов взаимодействия заборных органов перегрузочных машин с насыпными слежавшимися и смерзшимися грузами для разработки инженерных методов силовых расчетов рабочих органов машин, перерабатывающих эти грузы.
Концепция работы состоит в разработке теоретических основ и методов силового расчета заборных органов перегрузочных машин, взаимодействующих с насыпными грузами, учитывающих динамических характер их де формации, направленных на создание более производительных и совершенных подъемно-транспортных и погрузо-разгрузочных машин.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Математическая модель, характеризующая динамическое напряженное состояние деформируемой сыпучей и связной сред.
Математическая модель, характеризующая динамическое напряженное состояние деформируемой связной среды при внедрении в нее деформато-ра.
Способ расчета сопротивлений на рабочих поверхностях деформато-ра и заборных органов перегрузочных машин для сыпучих и связных сред, учитывающий объемный характер и скорость движения.
Совершенствование аналитического метода расчета грейфера, учитывающего реально возникающее сопротивления груза и воздействие присоединяемой массы;
Инженерные методики силовых расчетов рабочих органов перегрузочных машин, предназначенных для переработки насыпных грузов.
Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовались фундаментальные положения, общие законы и методы теоретической и прикладной механики и математики, механики грунтов и сыпучих сред, аналитические исследования с решением дифференциальных уравнений и математическое моделирование на вычислительных машинах; физическое моделирование с использованием теории подобия; экспериментальные исследования с использованием методов скоростной киносъемки, затвердевания и электротензометрии.
Научная новизна. Результаты исследований, представленные в диссертации, по совокупности можно квалифицировать как научно обоснованное техническое решение по созданию теоретических основ проектирования рабочих органов перегрузочных машин, взаимодействующих с широкой гаммой насыпных грузов. Научная новизна работы заключается в методах определения нагрузок, действующих на рабочие органы машин, перемещающихся в насыпном грузе с различными скоростями, внесен определенный научный вклад в развитие теории прочности и динамики сыпучей среды, механики грунтов и виброударного внедрения, получены следующие оригинальные решения:
Разработаны математические модели, характеризующие динамическое напряженное состояние сыпучей и связной сред, которые учитывают изменение их физико-механических свойств в процессе деформации.
В динамической постановке в общем виде решена задача внедрения плоского штампа в полупространство сыпучей среды, построена модель напряженно-деформированного состояния среды в любой момент процесса внедрения деформатора, получены силовая характеристика деформируемого поля среды, время и глубина внедрения.
Используя экспериментальные результаты, разработаны упрощенные аналитические методы расчета процессов внедрения деформаторов как простой (типа ножа), так и сложной формы (в том числе и грейфера) в сыпучую и связную среду.
Экспериментально установлено, что направление плоскостей (линий) скольжения деформируемой сыпучей и связной среды и давление на рабочих стенках внедряющихся деформаторов зависят от скорости их движения, а изменение давления на стенках внедряющегося деформатора связано с изменением направления угла наклона плоскостей скольжения.
5. Установлены принципиально новые физические модели процесса сдвига стенкой как сыпучего, так и связного клина, которые значительно отличаются от существующих представлений о процессах внедрения.
6. Решены дифференциальные уравнения движения ковша-ротора с учетом присоединяемой массы зачерпываемого груза, установлены границы, начиная с которых учет влияния присоединяемой массы на процесс зачерпывания ковшовым органом становится необходимым, экспериментально установлена трехфазная физическая картина материала, заполняющего грейфер.
7. На основании проведенных исследований разработаны теоретические основы расчета ножевых, грейферных и ковшовых органов и винтовых, дисковых и виброударных рушителей.
Достоверность полученных данных подтверждается адекватностью математических моделей и лабораторных экспериментальных исследований, удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных результатов, использованием современных методов исследований, критическим анализом работ, посвященных данному вопросу.
Научное значение работы заключается:
в разработке научных основ расчета заборных органов перегрузочных машин, взаимодействующих с насыпными грузами, который учитывает динамический характер воздействия деформируемого груза на рабочие органы при расчете сопротивлений их внедрению;
установлении закономерностей динамического воздействия насыпного груза на заборные органы в зависимости от вида и состояния груза и скорости его зачерпывания;
установлении общих закономерностей, характеризующих динамическое напряженное состояние сыпучих и связных сред, которые позволяют математически описать широкую гамму спектра известных нагружений и объяснить физические процессы, происходящие в деформируемой среде.
Практическая ценность работы заключается в разработке методики расчета сопротивлений зачерпыванию и внедрению заборных органов в насыпной груз, которая учитывает динамические свойства деформируемой среды, что позволит более обоснованно вести проектирование не только самого заборного рабочего органа, но и всей машины, так как некоторые реально действующие нагрузки на рабочие органы могут в 2 - 3 раза превышать статические нагрузки, по которым ведется расчет большинства заборных органов. Расчет сопротивлений внедрению и сдвигу применим не только к грейферным и ковшовым заборным органам, его можно применять при расчетах скребковых и винтовых конвейеров, а также аналогичных рабочих органов технологических и дорожных машин.
Реализация результатов работы. Результаты исследований были внедрены в Астраханском речном порту, где была апробирована методика расчета грейферов для определения рационального использования парка грейферов с целью получения наибольшей производительности кранов. На основании проведенных исследований Астраханским научно-исследовательским институтом бумаги при участии автора была разработана, испытана и внедрена на Астраханском целлюлозно-бумажном комбинате серия нескольких типов малогабаритных вагоноразгрузочных машин.
Результаты исследований были использованы в курсах лекций «Строительные и дорожные машины», «Механизация ПРТС работ», «Портовые грузоподъемные машины» (ГПМ) и «Портовые машины непрерывного транспорта».
Грунтовой канал и стенды по исследованию процесса внедрения дефор-маторов в сыпучую среду, и виброударная экспериментальная установка использовались в лабораторных работах в курсе по строительным и дорожным машинам. Уточненная инженерная методика расчета грейферов использовались при выполнении курсовых проектов по ПТМ, ПГМ и «Механизации ПРТС работ» и дипломном проектировании по специальности 150900.
Апробация работы. Основные положения и результаты, разработанные в диссертации, докладывались и получили одобрение на республиканском семинаре по строительным и дорожным машинам в Киевском инженерно-строительном институте (1982 г.); Всесоюзной конференции НТО им. А.Н. Крылова в г. Горьком (1985 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Механизация и автоматизация переместительных работ на предприятиях лесного комплекса" в г. Москве (1989 г.); на республиканских научно-технических конференциях «Проблемы качества и надежности машин» в г. Могилеве 1991 г., 1994 г., 1996 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Судовые и береговые подъемно-транспортные машины и устройства»
в г. С-Петербурге (1993 г.); международной конференции «Новое в подъемно-транспортной технике» г. Москва (1994 г.); международном семинаре «Современные проблемы механики грунтов и охраны окружающей среды» г. Ростов-на-Дону (1998 г.); международной научно-технической конференции, посвященной 85-летию высшего рыбного образования в России в г. Калининграде (1998 г.); научно-технической конференции «Подъемно-транспортные машины на рубеже веков», МВТУ им. Баумана в г. Москве (1999 г.); международной научно-технической конференции «Современные проблемы геофизике, геологии, переработки и использования углеводородного сырья» в г. Атырау (2000г.); международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию основания КГТУ в г. Калининграде (2000 г.); региональной научно-технической конференции «Научные разработки ученых - решению социально-экономических задач Астраханской области» в г. Астрахани (2001 г.); международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию АГТУ в г. Астрахани (2001 г.); научной конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин» в г. Астрахани (2002 г.); научных конференциях АТИРПиХ (АГТУ) в период с 1984 по 2002 гг.
Публикации по работе. По материалам диссертационной работы опубликованы 60 работ, в том числе монография, 16 статей в теоретических, научно-практических и отраслевых журналах, 16 тезисов докладов на Всесоюзных и Международных научно-технических конференциях, 27 статей в сборниках трудов различных ВУЗов.
Структура и объем работ. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения и приложения, изложенных на 463 страницах машинописного текста, списка литературы, составляющего 253 наименования, содержит 123 рисунка и 13 таблиц.
