Введение к работе
Актуальность задачи. Рост объемов капитального и дорожного строительства в России способствует динамичному развитию рынка нерудных материалов. Темпы его роста соответствуют росту общего рынка строительства и составляют около 10-15% в год. Благодаря повсеместному распределению месторождений, добыча и производство нерудных строительных материалов находятся практически во всех регионах страны.
Проблема дальнейшего улучшения использования техники на карьерах должна базироваться на энергосберегающих технологиях, решаться комплексно и охватывать, в том числе, разработку и внедрение высокопроизводительных машин и оборудования.
Одним из звеньев в парке машин и оборудования для производства карьерных работ при добыче нерудных материалов являются одноковшовые экскаваторы. Использование рабочих органов рациональных конструкций и параметров при эксплуатации одноковшовых экскаваторов может значительно повысить производительность машин и оборудования для производства карьерных работ, повысить их надежность и долговечность, снизить энергозатраты и себестоимость технологического процесса. Поэтому задача улучшения конструкции рабочих органов одноковшовых экскаваторов для производства карьерных работ является весьма актуальной.
Соответствие диссертации плану работ ЮРГПУ(НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа составляет часть исследований научного направления: «Теория и принципы создания робото-технических и мехатронных систем и комплексов», утвержденного Ученым советом ГОУВПО ЮРГТУ (НПИ) 1.03.2006 г., по госбюджетной теме: ПЗ-845 «Повышение эффективности технологических и транспортирующих машин промышленности строительных материалов».
Цель работы. Снижение энергозатрат процесса погрузки нерудных материалов на карьерах путем совершенствования конструкций рабочих органов одноковшовых экскаваторов.
Идея работы. При совершенствовании рабочих органов одноковшовых экскаваторов заданный объем единичного черпания реализуется с минимизацией коэффициента трения погружаемых скальных грунтов об днище, выполнением его в виде роликовой поверхности.
Научные положения, разработанные лично соискателем:
установлены параметры среднестатистического экскаватора эксплуатируемого в условиях погрузки скальных грунтов, составляющих до 38 % объема добычи нерудных материалов на карьерах Ростовского региона со средним значением объема производства 139 тыс. м /год, согласно которым экскаватор является гидравлическим (58% в общем парке выемочно-погрузочных машин) с емкостью ковша 2,3 м (при интервале 0,65 -^ 8 м и
сопротивлении внедрению днища ковша в штабель погружаемого грунта составляющем от 80 % и выше);
установлено, что снижение коэффициента трения скальных грунтов по плоскостям элементов ковша при внедрении в штабель и зачерпывании, являющегося одним из факторов, определяющих энергоемкость рабочего процесса одноковшового экскаватора, возможно путем перехода от трения скольжения к трению качения выполнением днища в виде роликовой поверхности;
уточнена математическая модель вычисления сопротивления внедрения инновационного ковша в штабель как суммы сопротивлений внедрению ядра уплотнения, роликового днища и боковых стенок в функции от глубины внедрения вводом коэффициента, учитывающего улучшение трибометрических свойств рабочей поверхности днища и определяемого отношением коэффициента трения грунта по роликовой поверхности к коэффициенту трения грунта по гладкому днищу.
Новизна научных положений состоит в том, что:
установленные параметры среднестатистического экскаватора позволили определить значимость днища в формировании сопротивления внедрению ковша в штабель погружаемого скального грунта, что делает нецелесообразным при совершенствовании ковшового рабочего органа варьированием конструктивными параметрами боковых стенок;
установленная возможность снижения коэффициента трения скальных грунтов по плоскостям элементов ковша при внедрении в штабель способствовало улучшению трибометрических свойств при разработке конструкции усовершенствованного ковша с роликовым днищем;
уточненная математическая модель определения сопротивления внедрения ковша в штабель позволяет с достаточной точностью описать рассматриваемый процесс с учетом улучшения трибометрических свойств рабочей поверхности днища.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждает применение комплекса современных апробированных методов исследований: научное обобщение выполненных к настоящему времени работ по рассматриваемому вопросу; статистические методы, планирования экспериментов, выполненных в условиях эксплуатации натурных образцов машин и оборудования для производства карьерных работ при добыче нерудных материалов, на установке для физического моделирования взаимодействия элементов ковша с погружаемой средой и физической модели рабочего оборудования одноковшового экскаватора; достаточным объемом экспериментальных данных; применение современных программных продуктов; адекватность расчетных моделей реальному процессу при принятой доверительной вероятности Р = 0,85 и относительной ошибке в определении среднего значения, не превышающей 16 %. Научное значение работы:
уточнена математическая модель вычисления сопротивления вне-
дрения в штабель для ковша с улучшающим трибометрические свойства роликовым днищем как суммы сопротивлений внедрению ядра уплотнения, роликового днища и боковых стенок в функции от глубины внедрения. Практическое значение работы:
предложено новое техническое решение конструкции ковша с роликовым днищем, обеспечивающее снижение энергоемкости рабочего процесса одноковшового экскаватора при погрузке скальных грунтов;
разработана инженерная методика расчета основных конструктивных параметров и технико-эксплуатационной оценки ковша с роликовым днищем.
Внедрение результатов диссертационной работы.
Результаты работы нашли практическое использование в ООО «Управление механизации «Тоннельдорстрой»». Внедрены в ООО «Балтик - Гран» и ОАО «Павловскгранит».
Материалы диссертационной работы использованы при создании виртуального лабораторного практикума и внедрены в учебный процесс в виде электронного учебного издания предназначенного для студентов специальности 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование».
Получены патенты: на полезную модель № 101056 «Рабочий орган одноковшового экскаватора»; на изобретение № 2457169 «Рабочий орган погрузочной машины».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на 56 - 61 научно - практические конференции Шахтинского института (филиала) ЮРГТУ(НПИ) (2007 - 2012 года); Межрегиональные научно - технические конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Южного федерального округа «Студенческая научная весна» (г. Новочеркасск, 2009 - 2013 года); Научный симпозиум «Неделя горняка» ( г. Москва, 2010-2013 год); Всероссийская научная конференция - конкурс студентов выпускного курс (г. Санкт - Петербург, 2010 год); Десятая международная научно - практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Научно-технологические, экономические и юридические аспекты, правовая защита и коммерциализация интеллектуальной собственности) (г. Санкт-Петербург, 2010 год); Всероссийский конкурс научно - исследовательских работ, студентов, аспирантов и молодых ученых по нескольким междисциплинарным направлениям ЭВРИКА - 2011 (г. Новочеркасск, 2011 год); Первая международная научная конференция Наука. Образование. Культура: вклад молодых исследователей, (г. Новочеркасск, 2012 год); Академические фундаментальные исследования молодых ученых России и Германии в условиях глобального мира и новой культуры научных публикаций (г Новочеркасск, 2012 год); Энергоэффективность и энергоемкость (Ростов - на- Дону, 2012 год); 1Х-я Международная научная конференция «Актуальные вопросы Современной техники и технологии» (г. Липецк, 2012 г); XI Международная научно -
техническая конференция Чтения памяти В.Р. Кубачека (Екатеринбург 2013 год); Международная научно - практическая конференция «Прогрессивные методы обеспечения работоспособности транспортно-технологических средств, организации автотранспортных услуг и дизайна современных автомобилей» (Саратов, 2013 год).
Публикации. В настоящее время имеет 20 публикаций, в том числе 4 научных издания из перечня ВАК РФ; 8 публикации в международных сборниках; 6 публикаций в других изданиях; один патент на полезную модель и один патент на изобретение.
Объем работы. В диссертации, изложенной на 149 страницах с рисунками и таблицами, содержатся введение, четыре раздела, заключение, список использованных источников из 71 наименований, приложения.
