CC BY
55
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
УДК 621.878.25
ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ КОПАННЯ ҐРУНТУ ОДНОКІВШЕВИМ ЕКСКАВАТОРОМ ІЗ ТЕЛЕСКОПІЧНИМ РОБОЧИМ ОБЛАДНАННЯМ
ХМАРА Л. А. д. т. н., проф.,
БАЄВ С. В. 2, д. т. н., проф.,
ДАХНО О. О. 3*, асп.
1 Кафедра будівельних і дорожніх машин, Державний вищий навчальний заклад "Придніпровська державна академія будівництва та архітектури", вул. Чернишевського, 24-а, 49600, Дніпропетровськ, Україна, тел. +38 (093) 267-03-86, e-mail: leonidkhmara@yahoo.com, ORCID ID: 0000-0003-3050-9302
2 Кафедра вищої математики, Державний вищий навчальний заклад "Придніпровська державна академія будівництва та архітектури", вул. Чернишевського, 24-а, 49600, Дніпропетровськ, Україна, тел. +38 (056) 744-14-03, e-mail: baev1939@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0001-5416-8261
3 Кафедра будівельних і дорожніх машин, Державний вищий навчальний заклад "Придніпровська державна академія будівництва та архітектури", вул. Чернишевського, 24-а, 49600, Дніпропетровськ, Україна, тел. +38 (066) 044-84-48, e-mail: olegdakhno@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-6916-4327
Анотація. Постановка проблеми. Виконання земляних робіт одноківшевим екскаватором зазвичай складається з трьох основних операцій: відділення від масиву та захват ґрунту, його переміщення і потім укладення в споруду або відвал [3; 5]. Розрахунки продуктивності та встановлення робочих розмірів екскаваторів під час їх проектування безпосередньо пов’язані з поняттям екскаваторного забою та об’ємом розроблюваного ґрунту. Методика визначення об’єму розроблюваного ґрунту та розрахунок забою відомі та широко застосовуються під час проектування традиційного робочого обладнання [1 - 3; 11; 14]. Наразі, у зв’язку зі збільшенням обсягів земляних робіт, збільшились і обсяги виробництва машин та різноманітного робочого обладнання для цих робіт. Особливої уваги заслуговують екскаватори, наприклад, оснащені телескопічним РО, а саме телескопічної стрілою та рукояттю [5; 7 - 9; 10; 12; 13; 14]. З використанням такого робочого обладнання досягається значне змінення геометричних параметрів екскаватора [2 - 4; 6], при цьому методика розрахунку робочого обладнання зі змінними геометричними параметрами та об’єму розроблюваного ним ґрунту відсутня. Мета статті - формування методики визначення теоретичного об’єму копання ґрунту одноківшевим екскаватором зі змінними геометричними параметрами робочого обладнання на прикладі конструкцій телескопічного робочого обладнання, запропонованих авторами [7 - 9].
Висновок. Застосування робочого обладнання з двосекційною телескопічною стрілою і традиційною рукояттю дозволяє збільшити глибину копання на 17,7 % виштовхуванням одного телескопа стріли та на 36 % у разі виштовхування обох телескопів стріли, при цьому досягається збільшення об’єму ґрунту на 29 % та 51 %, відповідно під час копання з однієї стоянки екскаватора. Проведені розрахунки за запропонованою методикою інтегральних обчислень підтверджують ефективність конструкції. Використання запропонованого робочого обладнання дозволяє збільшити об’єм розроблюваного ґрунту з однієї стоянки екскаватора, а також розширити функціональні можливості та діапазон виконуваних робіт.
Ключові слова: одноківшевий екскаватор, телескопічне робоче обладнання, визначення об’єму копання ґрунту.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОПАНИЯ ГРУНТА ОДНОКОВШОВЫМ ЭКСКАВАТОРОМ С ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИМ РАБОЧИМ ОБОРУДОВАНИЕМ
ХМАРА Л. А. 1, д. т. н., проф.,
БАЕВ С. В. 2, д. т. н., проф.,
ДАХНО О. А. 3*, асп.
1 Кафедра строительных и дорожных машин, Г осударственное высшее учебное заведение "Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры", ул. Чернышевского, 24-а, 49600, Днепропетровск, Украина, тел. +38 (093) 267-03-86, e-mail: leonidkhmara@yahoo.com, ORClD ID: 0000-0003-3050-9302
2 Кафедра высшей математики, Государственное высшее учебное заведение "Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры", ул. Чернышевского, 24-а, 49600, Днепропетровск, Украина, тел. +38 (056) 744-14-03, e-mail: baev1939@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0001-5416-8261
3 Кафедра строительных и дорожных машин, Государственное высшее учебное заведение "Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры", ул. Чернышевского, 24-а, 49600, Днепропетровск, Украина, тел. +38 (066) 044-84-48, e-mail: olegdakhno@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-6916-4327
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
51
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
Аннотация. Постановка проблемы. Производство земляных работ одноковшовым экскаватором обычно состоит из трех основных операций: отделение от массива и захват грунта, его перемещение и последующая укладка в строение или отвал [3; 5]. Расчеты производительности и установление рабочих размеров экскаваторов при проектировании непосредственно связаны с понятием экскаваторного забоя и объемом разрабатываемого грунта. Методика определения объема разрабатываемого грунта и расчет забоя известны и широко применяются при проектировании традиционного рабочего оборудования [1-3; 11; 14]. В настоящее время, в связи с повышением объемов земляных работ, увеличились и объемы производства машин и разнообразного рабочего оборудования для этих работ. Особого внимания заслуживают экскаваторы, например, оснащенные телескопическим рабочим оборудованием а именно телескопической стрелой и рукоятью [5; 7-9; 10; 12-14]. При использовании такого рабочего оборудования достигается значительное изменение геометрических параметров экскаватора [2 - 4; 6], при этом методика расчета рабочего оборудования с изменяемыми геометрическими параметрами и объема разрабатываемого им грунта отсутствует. Целью статьи является формирование методики определения теоретического объема копания грунта одноковшовым экскаватором с изменяемыми геометрическими параметрами рабочего оборудования на примере конструкций телескопического рабочего оборудования, предложенного авторами [7 - 9].
Вывод. Применение рабочего оборудования с двухсекционной телескопической стрелой и традиционной рукоятью позволяет увеличить глубину копания на 17,7 % при выдвижении одного телескопа стрелы и на 36 % при выдвижении двух телескопов стрелы, при этом достигается увеличение объема разрабатываемого грунта на 29 % и на 51 % соответственно при копании с одной стоянки экскватора. Проведенные расчеты по предложенной методике интегральных исчислений подтверждают эффективность конструкции. Использование предложенного рабочего оборудования позволяет увеличить объем разрабатываемого грунта с одной стоянки, а также расширить функциональные возможности и диапазон производимых работ.
Ключевые слова: одноковшовый экскаватор, телескопическое рабочее оборудование, объем
разрабатываемого грунта.
THEORETICAL FOUNDATIONS OF ONE-BUCKET EXCAVATOR DIGGING SOIL WITH TELESCOPIC WORKING EQUIPMENT
KHMARA L.A. 1 Dr. Sc. (Tech.), Prof.
BAYEV S.V. 2 Dr. Sc. (Tech.), Prof.
DAKHNO O.O. 3*, Postgraduate
1 Department of Building and road machines, State Higher Education Establishment “Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture”, 24-A, Chernishevskogo str., Dnipropetrovsk 49600, Ukraine, tel. +38 (093) 267-03-86, e-mail:
leonidkhmara@yahoo.com, ORCID ID: 0000-0003-3050-9302
2
Department of Higher mathematic, State Higher Education Establishment “Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture”, 24-A, Chernishevskogo str., Dnipropetrovsk 49600, Ukraine, tel. +38 (056) 744-14-03, e-mail: baev1939@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0001-5416-8261
3*
Department of Building and road machines, State Higher Education Establishment “Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture”, 24-A, Chernishevskogo str., Dnipropetrovsk 49600, Ukraine, tel. +38 (066) 044-84-48, e-mail: olegdakhno@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-6916-4327
Summary. Problem statement. Production of excavation of one-bucket excavator usually consists of three basic operations: separating from the array and capture of soil, its movement and the subsequent stacking in structure or dump [3; 5]. The calculation of productivity and the establishment of working sizes of excavators in the design are directly related with the concept of excavating slaughtering and the volume of soil digging. Method of determination of volume of digging soil and calculation of slaughtering are known and widely used in the design of the traditional working equipment [1-3; 11; 14]. At present time the volume of machinery production various working equipment are increased, in connection of increase of volume excavation. Special attention should be given to excavators, equipped with a telescopic working equipment for example, namely by telescopic boom and handle [5; 7- 9; 10; 12- 14]. Significant changing of geometrical parameters of excavator is achieved using this working equipment [2-4; 6], where in the method of calculating of the working equipment with variable geometrical parameters and volume of the soil digging is absent. The purpose of the article is a forming of methods of determining of the theoretical volume of digging of soil with one-bucket excavator with variable geometrical parameters of the working equipment, for example, of the contraction of the telescopic working equipment proposed by the authors [7- 9].
Conclusion. The use of working equipment with a two-section telescopic boom and a traditional handle allows to increase the depth of digging by 17,7 % when moving one telescope boom and 36 % when two telescope boom moving
52
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
while achieving the increase of volume of soil digging on 29 % and on 51 %, accordingly when digging from one working point of excavator. The analyzed calculations by the proposed method of integral calculus confirm the effectiveness of contractions. Using the proposed working equipment can increase the volume of soil digging from one working point as well as extend the functional possibility and a range of produced works.
Key words: one-bucket excavator, telescopic working equipment, volume of soil digging.
Постановка проблеми. Виконання земляних робіт одноківшевим екскаватором зазвичай складається з трьох основних операцій: відділення від масиву та захват ґрунту, його переміщення і потім укладення в споруду або відвал [3; 5].
Розрахунки продуктивності та встановлення робочих розмірів екскаваторів під час їх проектування безпосередньо пов’язані з поняттям екскаваторного забою та об’ємом розроблюваного ґрунту. Методика визначення об’єму розроблюваного ґрунту та розрахунок забою відомі та широко застосовуються під час проектування традиційного робочого обладнання [1 - 3; 11; 14].
Наразі, у зв’язку зі збільшенням обсягів земляних робіт, збільшились і обсяги виробництва машин та різноманітного робочого обладнання (РО) для цих робіт. Особливої уваги заслуговують екскаватори, наприклад, оснащені телескопічним РО, а саме телескопічною стрілою та рукояттю [5; 7 - 9; 10; 12 - 14]. З використанням такого РО досягається значне змінення геометричних параметрів екскаватора [2 - 4; 6], при цьому методика розрахунку РО зі змінними геометричними параметрами та об’єму розроблюваного ним ґрунту відсутня.
Мета статті - формування методики визначення теоретичного об’єму копання ґрунту одноківшевим екскаватором зі змінними геометричними параметрами РО, на прикладі конструкцій телескопічного РО, запропонованих аваторами [7 - 9] (рис. 1).
Виклад основного матеріалу. Під екскаваторним забоєм розуміють робочу зону екскаватора, яка включає в себе частину ґрунтового масиву, розроблюваного з даної стоянки екскаватора, та майданчик для встановлення екскаватора та транспортних машин. Якщо розробка ґрунту ведеться за безтранспортною схемою, до екскаваторного забою належить також майданчик із відвалом ґрунту, укладеного з даної стоянки екскаватора.
Розміри та форма забою залежать від типу та робочих розмірів екскаватора та транспортних машин, а також від розмірів земляної споруди.
Обрис поверхні ґрунтового масиву визначається робочими траєкторіями ковша. Вони змінюються у міру виймання ґрунту, але для характеристики форми та розмірів забою достатньо зафіксувати кінцеві траєкторії, обмежуючі об’єм ґрунту, розроблюваного з однієї стоянки екскаватора.
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
53
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
Рис. 1. Конструкції телескопічного робочого обладнання при виштовхнутих телескопічних секціях: 1 - основна секція стріли;2 - середня телескопічна секція; 3 - кінцева телескопічна секція; 4 - кронштейн для кріплення рукояті та гідроциліндра керування рукояттю; 5 - рукоять; 6 - чотириланковий механізм; 7 - ківш; 8, 9, 10, 11 - гідроциліндри; 12 - зубчато-рейковий механізм; 13 - клинопасова передача; 14 - гідромотор (а - патент України № 70683; б - патент України № 70686; в - патент України № 75318)
54
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
б
Рис. 2. Конструкції телескопічного робочого обладнання: a - при обох втягнутих телескопах (традиційна конструкція РО); б - при одній виштовхнутій телескопічній частині; в - обидві телескопічні частини втягнуті (а - патент України № 70683; б - патент України № 70686; в - патент України № 75318)
Оскільки екскаватори - повноповоротні машини, то виїмання ґрунту відбувається по радіальних напрямах, а поверхня розробленого масиву має вигляд поверхні обертання. Розрахунки здійснювались для конструкцій екскаватора з телескопічним робочим обла-данням, запропонованих авторами [7; 8; 9] (рис. 1).
Для загальних розрахунків екскаваторів користуються поняттям елемента забою. Під ним розуміють геометричне тіло, в межах якого може бути розроблений ґрунт з однієї стоянки екскаватора. Окреслення елемента
забою визначається кінцевими робочими траєкторіями ковша, шириною заходу, положенням екскаватора в забої.
На рисунку 2 зображено конструкції телескопічного робочого обладнання під час роботи в забої.
Розглянемо геометричні тіла, які окреслюються робочими траєкторіями ковша a, b і с - традиційного РО та телескопічного при одному та двох виштовхнутих телескопах стріли, відповідно, параметрична схема яких зображена на рисунку 3.
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
55
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
Рис. 3. Параметрична схема копання ґрунту телескопічним робочим обладнанням ( стріла, рукоять та ківш перебувають у крайніх положеннях) : а, Ь, с - робочі траєкторії ковша під час копання РО з традиційною стрілою, РО з телескопічною стрілою при одному та двох виштовхнутих телескопах, відповідно; ^то.С+Р+К ;чк>і\'( копання традиційним РО (телескопи стріли втягнуті), ^ті.С+Р+К - радіус копання РО з телескопічною стрілою при одному виштовхнутому телескопі, ^ті.С+Р + К -радіус копання РО з телескопічною стрілою при двох виштовхнутих телескопах стріли, - радіус копання ковша, к - радіус копання рукояті з
ковшем; fr-ш - відстань від площини стоянки (директриси забою) до шарніра кріплення стріли; И- глибина копання традиційним РО (телескоп стріли втягнутий), НК1, ИК2 - глибини копання РО з телескопічною стрілою при одному та обох виштовхнутих телескопах
Рис. 4. Схема для визначення теоретичного об’єму копання ґрунту ^іто.с
Для визначення теоретичного об’єму копання ґрунту (площа поперечного
перерізу позначена точками 1, 2, 4, 5, 7), розроблюваного традиційним РО, розіб’ємо
56
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
поперечний переріз на три геометричні тіла — ^іто.о ^зто.с та ^зто.с (рис. 4; 5). Тоді об’єм копання ґрунту дорівнюватиме:
т/ГЕОР. у _у іу /1\
^ТО.С ^ГТО.С ^2Т0.С т ^ЗТО.СЬ
Застосовуючи метод інтегральних обчислень (рис. 4; 5), знайдемо об’єми цих геометричних тіл.
Координати точки 2(х2г уг) знаходяться із системи рівнянь кривих ДТОіС+Р+к та Rс
1Р+К-
2{х2, Уг) =
Г(^-^ш)2 + (-у + УШ)2
(х - хм1)2 + (у - ум1У = R.I
(2)
1ТО.С+Р £Р+К
де: ДТОіС+Р+к - максимальний радіус копання ковша традиційним РО; ДР+К - максимальний радіус копання рукояті з ковшем; хш, уш - координати центру дути, описаної радіусом Дто.с+р+к і Уш = V - відстань від площини стоянки (директриси забою) до
динати точки МІУ - шарніра кріплення рукояті.
Таким чином, об’єм елемента забою Р'іто.с (рис. 4), позначений точками 0, 1, 2, З, дорівнюватиме:
^ГТО.С = 71 і"-ЯКл dy = ТТ [^Т0.с+Р+К —
(-y+V)Z]rfy , (3)
де: Нк<і = у2, - максимальна глибина копання традиційним РО.
Об’єми копання ґрунту традиційним РО 7;т0іС та ^зто.с (рис. 5), площа поперечних перетинів, позначена точками 2, 3, 5, 6 та 0, 5, 6, 7, відповідно, дорівнюватимуть:
7л.
J. KJ і'_і
,2
7Т
ІТО.С
Уь
I.
"Kd
JUT
v.
это.с
'Мі Vnp+K (У Умі)г] ^Уі (4)
(5)
77С [д6-(у- V)z]rfy^
де: Др+К - радіус рукояті з ковшем (ківш у
Рис. 5. Схема для визначення теоретичного об’єму копання ГрунтуУ2^0С та 7
зто.с
Координати точки ^) знаходять-
ся із системи рівнянь кривих та ^р+к :
6 0*6.- Уб) =
( (х -хшУ + (-у + уш)г {(х - ХМ1У + (у - ум1У = R2
R
в
Р + К
(6)
Визначаємо теоретичний об’єм копання
TEDP,
7
грунту Т1,с (рис. 6), площа поперечного перетину якого позначена точками 8, 9, 12, 13), розроблюваного телескопічним РО при одному виштовхнутому телескопі стріли:
(7)
тгТЕОР. _ у _ у і у
^ті.с ^гті.с ^;ті.с • ^зті.с
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
57
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
Рис. 6. Схема для визначення теоретичного об’єму копання ґрунту F1T1,с
Координати точки 9 (:ї 9у9) знаходяться із системи рівнянь кривих Дц.с+Р+К та
^р+к :
9(хэ, у,) =
С* _ ^ш)2 ^ І~У ^ Уш)2 = ^ті.с+р+к ’ (8)
(х-Хм2У + (у У М2 ) 2 = ДР+К
де ДТі,с+р+к - максимальний радіус копання телескопічним РО при одному виштовхнутому телескопі стріли; хМ2, уМ2 - координати точки М2, - шарніра кріплення рукояті.
Об’єм елемента забою К1Т1С (рис. 6), позначений точками 0, 8, 9, 10, дорівнюватиме: ^гті.с = п ІЯк. dy = тґ S_Hki [^ті.с+р+к —
(~У+ V)2] dY ’ (9)
де ИК1 = у9, - максимальна глибина копання телескопічним РО при одному виштовхнутому телескопі стріли.
58
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
Об’єми копання ґрунту телескопічним РО Р^ті.с та Рдті.с (рис. 7), площа поперечних перетинів позначена точками 9, 10, 11, 12 та 0, 11, 12, 13, відповідно, дорівнюватимуть:
^2Т1.С =
тгТЕОР. _ тг ^Т2.С Ґ1Т2.С
У
2Т2.С
+ V,
ЭТ2.С
(13)
(10)
‘-ма
і R 2
V кр+к
І Ri*_v—{у — Ума)2 dr>
^зті.с — ^(У V)Z]^
"іа
(її)
Координати точки 12(д;12, у12) знаходяться із системи рівнянь кривих Д12 та ^р+к :
12(д;12, у12) =
(^-%)г + (-У + Уш)г = R
12
(Хж ХМ2~)2 “1“ (У Учг)2 — ^р+к
(12)
Координати точки 15(д;15, у15) знаходяться із системи рівнянь кривих Дтг.с+р+к та ДР+К :
15(д;і5, у15) =
f (д; Д^щ) + ( у "Ь Ущ) ^тг.с+р+к , (14) ( (д: — "Р (У — Учз) — ^р+к
де: ДТг.с+р+к _ максимальний радіус копання телескопічним РО при двох виштовхнутих телескопах стріли; д:іЧЗ, учз - координати точки Afa, - шарніра кріплення рукояті.
Об’єм елемента забою V-n2.c (рис. 8), позначений точками 0, 14, 15, 16, дорівнюватиме:
Рттг.с — 711-й.- -*ш ~ ^ 2-і
-"к»
C+P + K
Визначаємо теоретичний об’єм копання ґрунту К^сР,(рис. 8), площа поперечного перетину якого позначена точками 14, 15, 17, 19, розроблюваного телескопічним РО при одному виштовхнутому телескопі стріли:
(-У+й-ш)2] ЙУ ’ (15)
де: ИК2 = у15, - максимальна глибина копання телескопічним РО при двох виштовхнутих телескопах стріли.
Рис. 8. Схема для визначення теоретичного об’єму копання ґрунту 1,гТ2.г
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
59
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
Об’єми копання ґрунту телескопічним РО Р2тг.с та ^зтз.с (рис. 9), площа поперечних перетинів, позначена точками 15, 16, 17, 18 та 0, 17, 18, 19, відповідно, дорівнюватимуть:
V,.
1S (жід, yls) —
( (ж-*ш)2 + (-у + уш)2 {(х - хмзУ + (у -учз)2 = Де
ъ І.
ІТ2.С
J'lE
43 , (18)
1Р + К
Технічний об’єм ґрунту, розроблюваний екскаватором на початку копання (рис.10):
*мз - \/йр+к-(у
л2
сЕу;
(16)
Умз)г
І^зтг.с = 71 /„ [^і2 — (у — ^ш)г] ^У- (17)
■УіВ
Координати точки 18(х12, у12) знаходяться із системи рівнянь кривих Д1В та ДР+К :
„ , ТЕ 0-Р.
Vp =%£—.$
Г І-p c*V _ ?
'ТЕХ.
360 =■
(19)
де: {З - кут обертання екскаватора від осі
руху. . . .
При подальшій роботі екскаватора слід розглядати фігури, зображені на рисунках 11 та 12.
Рис. 10. Просторова схема для визначення теоретичного об’єму копання ґрунту
60
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
Рис. 11. Траєкторії копання ґрунту телескопічним робочим обладнанням: a - обидва телескопи втягнуті (традиційна конструкція РО); б - один телескоп стріли виштовхнутий; в - обидва телескопи стріли виштовхнуті; ^TQ.C’ ^ті,с> І'тг.С — піонерні елементи забою (початкова стадія копання) під час роботи традиційним робочим обладнанням (обидва телескопи втягнуті), з одним та двома виштовхнутими телескопами стріли, відповідно; У*1Т0.С, У*2Т0.С, У*3Т0.С, У*іТ0.С, У*1Т1.С> У*2Т1.С> У*3Т1.С, У*іТ1.С, У*1Т2.С, У*2Т2.С, У*3Т2.С, У*іТ2.С - елементи за-
бою при подальшій розробці забою під час роботи традиційним робочим обладнанням (обидва телескопи втягнуті) з однією та двома виштовхнутими телескопічними секціями стріли, відповідно
Тоді об’єм розроблюваного ґрунту в забої слід визначати за наступними формулами:
1. При традиційній конструкції робочого обладнання (обидва телескопи стріли втягнуто), (рис. 12, а)
v;
ІТО.С
то.с+р+к ( У "І" )
2і
(*М1 - л/Др+к-(у-Ун02) ] dy +
Г 2
/у6 (хмі - \/йР+к-(у-УмОг) -
уР
*ТЕХ.ТО.С
360
(20)
Р №0Р' + £ї^.с),
де: п - кількість елементів забоїв.
Об’єм елемента забою дорівнюватиме:
С. І іХб ~ Vй! -С-у+V)2)
)2)]^у) ,
(21) (д|-(-у + Л,
(22)
де: ^го'Уго _ координати точки 20, визначаються аналогічно координатам точок 2, 9 і 15 - (2), (8), (14).
Рис. 12. Схема для визначення теоретичних об ’ємів копання ґрунту: а - У*1Т0.С; б - У*1Т1.С; в -У*1Т2.С
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
61
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
2. При одному виштовхнутому телескопі стріли, (рис. 12, б):
Р - JLfT/TEDP. , у* . тг*
к^ТІ.С ' МТ1.П т
V
"гЕХ-ТІ-С
Э60*
+ ^ті.г);
+ ^ІТІ.С
2Т1.С
+
Vі1 J- V* ^ЗТІ.С ' ьгТ1.С-
тгР _ Р ґt/IEOF. і уп у* \
^ТЕХ-ТІ.С ^ЛТІ.С
(23)
(24)
Об’єм елемента забою ^ііС, дорівнюва-
тиме:
V*
^ІТІ.С
= 7Г(/.
>11
"KL
Сд2
Т1.С+Р + К
- (“У+ V)2) -
(*мг - \/йР+к-Су-Умг)г) ] dY +
“СГ [(*мг ~ ^Др+К-(У-Унг)2) -(я'мг - \/йр+к-(у-У мг)2) ] dY +
/у°2 [(*іг - Vfli2-(-y+ V)2) -
{Rh - (“У + V)2)] ^у) , (25)
де х22,У22 ~ координати точки 22, визначаються аналогічно координатам точок 2, 9, 15, 20 - (2), (8), (14).
3. При двох виштовхнутих телескопах стріли, (рис. 12, в):
Р _ Р {тгТЕОР,
V
^ТЕшг.с
360:
(т/ТЕС
^Утг.с
-L Vі1 4- Т/*1 4-
І ^172.С ■ V7T7T *
+ ^т2.с); р_
360 =■
V*
^3'
уР _Е_ ґтгТЕОР. і уп у* \
^TEX-TZ.C П^Л^ТЗ.С TLj I'jTj.cl
(26)
(27)
Об’єм елемента забою Vniz, дорівнюватиме:
v;
ІТ2.С
71
(ї-
'^144
■"Ка
(Д
Т2.С+Р + К ( У "І" ^Lll) )
2і
(28)
(*мз - \/др+к-^-Унз)2) ] dy +
£" [(*мз -Уйр+К-(У-Умз)2) -
(*мз - Л/др+к-Су-^нз)2) ] dy +
Cs [(*ів - Vfiis-C-y+V)2) -(Rls - (-y+ V)2) rfy) ,
де x 24> У24 ~ координати точки 24, визначаються аналогічно координатам точок 2, 9, 15, 20, 22 - (2), (8), (14). На основі запропонованої методики в системі комп’ютерної алгебри Mathcad були проведені розрахунки з визначення об’єму розроблюваного ґрунту
гТЕОР.
^т.с 'та ^іт.с для традиційної (обидва телескопи стріли втягнуті) та телескопічної конструкції робочого обладнання (рис. 1, 2), результати яких наведено в таблицях 1 та 2, та побудовані гістограми. Були розглянуті зони роботи робочого обладнання, при куті роботи /?а робочого обладнання на 45а, 60а, 75а, 90 а та при копанні на ширину ковша. Для розрахунків при копанні на ширину ковша взято параметричний ряд ковшів фірми Caterpillar, для робочого обладнання екскаватора 336D збільшеної довжини.
Таблиця 1
Результати розрахунків із визначення об’єму розроблюваного ґрунту
Традиційна конструкція РО (обидва телескопи стріли втягнуто)
в, град 45а 60а 15° 90а
Нкоп, мм 7 327 7 327 7 327 7 327
С'У 198,95 265,27 331,59 397,91
Цто.с, м3 14,27 19,03 23,79 28,55
Телескопічна конструкція РО (один телескоп стріли виштовхнутий)
р, град 90а 180а 270а 360а
Нкоп., ММ 8463 8463 8463 8 463
^тіТ^м3 285,57 380,76 475,95 571,14
^ті.с,м3 23,63 31,51 39,39 47,26
Телескопічна конструкція РО (обидва телескопи стріли виштовхнуті)
Р, град 90а 180а 270а 360а
Нкоп , ММ 9 965 9 965 9 965 9 965
421,67 562,23 702,79 843,35
^ітг.с, м3 41,16 54,88 68,60 82,32
62
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
Рис. 13. Порівняльна гістограма показників об’єму розроблюваного ґрунту для традиційного та телескопічного РО при куті обертання на 45е, 60е, 75е, 90е
Таблиця 2
Результати розрахунків із визначення об’єму розроблюваного ґрунту при р=0
□
Об’єм ковша, м3 Ширина ковша b, м Об’єм розроблюваного ґрунту, м
Vto.c VT1.C VT2.C
qi 0,44 b1 0,6 33,83 41,1 49,89
Я2 0,59 b2 0,75 42,3 51,37 62,37
q3 0,86 b3 0,1 56,4 68,5 83,66
q4 1,08 b4 0,12 67,7 82,2 99,8
q5 1,13 b5 0,125 70,5 85,62 103,95
q6 1,19 b6 0,13 73,3 89,04 108,1
q7 1,30 b7 0,14 78,95 95,9 116,42
q 1,41 bs 0,15 84,6 102,75 124,75
Рис. 14. Гістограма показників об ’єму під час копання традиційним та телескопічним робочим обладнанням при одній та двох виштовхнутих телескопічних частинах, на ширину ковша ф=0е)
Висновок. Застосування робочого обладнання з двосекційною телескопічною стрілою і традиційною рукояттю дозволяє збільшити глибину копання на 17,7 % у разі висування одного телескопа стріли та на 36 % у випадку висування обох телескопів
стріли, при цьому досягається збільшення об’єму ґрунту на 29 % та 51 %, відповідно (табл. 1, 2, рис. 13, 14) під час копання з однієї стоянки екскаватора. Проведені розра-х у н к и за запропонованою методикою інтегральних обчислень підтверджують ефектив-
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
63
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
ність конструкції. Застосування запропоно- функціональні можливості та діапазон вико-ваного робочого обладнання дозволяє збі- нуваних робіт. льшити об’єм розроблюваного ґрунту з однієї стоянки екскаватора, а також розширити
ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА
1. Баловнев В. И. Интенсификация разработки грунтов в дорожном строительстве / В. И. Баловнев, Л. А. Хмара. - Москва : Транспорт, 1993. - 383 с.
2. Беляков Ю. И. Земляные работы / Ю. И. Беляков, А. Л. Левинзон, В. А. Галимуллин. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Стройиздат, 1990. - 281 с.
3. Ветров Ю. А. Машины для земляных работ / Ветров Ю. А. - 2-е изд., дораб. и доп. - Киев : Вища шк., 1981. - 275 с.
4. Гаркави Н. Г. Машины для земляных работ / Н. Г. Гаркави. - Москва : Высш. шк., 1982. - 335 с.
5. Машини для земляних робіт : навч. посіб. / Л. А. Хмара, С. В. Кравець, В. В. Ничке, Л. В. Назаров, М. П. Скоблюк, В. Г. Нікітін ; за заг. ред. Л. А. Хмари та С. В. Кравця. - Рівне ; Дніпропетровськ ; Харків, 2010. - 557 с.
6. Методические указания к выполнению курсового проекта “Одноковшовые гидравлические экскаваторы” к дисциплине “Машины для земляных работ” для студентов механических специальностей / Тимошенко В. К., Хмара Л. А., Деревянчук М. И., Кулик И. А. - Днепропетровск : ДИСИ, 1989. - 64 с.
7. Робоче обладнання гідравлічного екскаватора : пат. 70683 Україна : МПК E02F 3/28 / Л. А. Хмара, О. О. Дахно, О. А. Бутенко ; заявл. 14.11.2011 ; опубл. 25.06.2012, Бюл. № 12.
8. Робоче обладнання одноківшевого екскаватора : пат. 75318 Україна : МПК E02F 3/28 / Л. А. Хмара, О. О.Дахно ; заявл. 25.05.2012 ; опубл. 26.11.2012, Бюл. № 22.
9. Телескопічне робоче обладнання гідравлічного екскаватора : пат. 70686 Україна : МПК E02F 3/28 / Л. А. Хмара, О. О. Дахно, О. А. Бутенко ; заявл. 14.11.2011 ; опубл. 25.06.2012, Бюл. № 12.
10. Хмара Л. А. Визначення теоретичного об’єму копання ґрунту одноківшевим екскаватором з телескопічним робочим обладнанням / Л. А. Хмара, О. О. Дахно // Строительство, материаловедение, машиностроение. Серия : Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование : сб. науч. тр. / Приднепр. акад. стр-ва и архитектуры. - Днепропетровск, 2012. - Вып. 66 : Интенсификация рабочих процессов строительных и дорожных машин. - С. 38-49.
11. Хмара Л. А. Модернізація та підвищення продуктивності будівельних машин / Л. А. Хмара, М. П. Колісник, В. П. Станевський. - Київ : Будівельник, 1992. - 152 с.
12. Хмара Л. А. Оцінка ефективності телескопічного робочого обладнання одноковшового гідравлічного екскаватора / Л. А. Хмара // Строительство, материаловедение, машиностроение : сб. науч. тр. / Приднепр. акад. стр-ва и архитектуры. - Днепропетровск, 2002. - Вып. 15, Ч. 2. - С. 143-149. - (Стародубовские чтения).
13. Хмара Л. А. Телескопічне робоче обладнання гідравлічного екскаватора, оцінка його ефективності та визначення об'єму копання грунту / Л. А. Хмара, О. О. Дахно // Строительство, материаловедение, машиностроение. Серия : Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование : сб. науч. тр. / Приднепр. акад. стр-ва и архитектуры. - Днепропетровск : ПГАСА, 2012. - Вып. 66 : Интенсификация рабочих процессов строительных и дорожных машин. - С. 29-37.
14. Хмара Л. А. Формування та оцінка ефективності телескопічного робочого обладнання одноківшевого гідравлічного екскаватора / Л. А. Хмара, О. О. Дахно // Строительство, материаловедение, машиностроение. Серия : Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование : сб. науч. тр. / Приднепр. акад. стр-ва и архитектуры. - Днепропетровск: ПГАСА, 2012. - Вып. 66 : Интенсификация рабочих процессов строительных и дорожных машин. - С. 142-154.
REFERENCES
1. Balovnev V. I., Khmara L. A. Intensifikatsiya razrabotki gruntov v dorozhnom stroitel'stve [Intensification of digging of soil in road construction]. Moscow, Transport, 1993. 383p. (in Russian).
2. Belyakov Y. I., Levinsohn A. L., Galimullin V. A. Zemlyanye raboty [Earthworks], Moscow, Stroyizdat, 1990, 281p. (in Russian).
3. Vetrov Y. A. Mashiny dlya zemlyanye raboty [Machines for earthworks]. Kyiv, Vyscha shkola. Golovnoe izd-vo, 1981. 275р. (in Russian).
4. Garkavi N. G. Mashiny dlya zemlyanykh rabot [Machines for earthworks]. Moscow, Vyschaya shkola, 1982. 335 р. (in Russian).
64
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
НА УКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ISSN 2312-2676
5. Khmara L. A., Kravets S. V. Mashyny dlya zemlyanykh robot [Machines for earthworks]. Navchal’ny posibnyk-Manual. R., D., H. Budivel'nik, 2010. 557 p. (in Ukrainian).
6. Tymoshenko V. K., Khmara L. A., Derevyanchuk M. I., Kulik I. A. Metodicheskie ukazaniya k vypolneniyu kursovogo proekta “Odnokovshovye gidravlicheskie ekskavatory” k distsipline “Mashiny dlya zemlyanykh rabot” dlya studentov mekhanicheskikh spetsial'nostej. [Methodical instructions for implement the course of the project “Hydraulic excavators” for discipline “Machinery for earth works” for students of mechanical specialties. Dnepropetrovsk, DISI, 1989. 64p. (in Russian).
7. Khmara L. A. Dahno O. O. Butenko O. A. Patent na korisnu model № 70683 Ukraina, MPKE02F 3/28. Roboche obladnannya gіdravlіchnogo ekskavatora. Zayavl. 14.11.2011; opubl. 25.06.2012. Byul. № 12 [The patent for utility model № 70683 Ukraine, IPC E02F 3/28. Working equipment of hydraulic excavator. Claimed. 14.11.2011; publ. 25.06.2012. Bull. №12]. (in Ukrainian).
8. Khmara L. A., Dahno O. O. Patent na korisnu model № 75318 Ukraina, MPK E02F 3/28. Roboche obladnannya odnokivshevogo ekskavatora. Zayav. 25.05.2012; opubl. 26.11.2012. Byul. №22 [The patent for utility model № 75318 Ukraine, IPC E02F 3/28. The working equipment of excavator. Claimed. 25.05.2012; publ. 26.11.2012. Bull. № 22]. (in Ukrainian).
9. Khmara L. A., Dahno O. O. Butenko O. A. Patent na korisnu model № 70686 Ukraina, MPK E02F 3/28. Teleskopichne roboche obladnannya gіdravlіchnogo ekskavatora. Zayav. 14.11.2011; opubl. 25.06.2012. Byul. №12 [The patent for utility model № 70686 Ukraine, IPC E02F 3/28. Telescopic working equipment of hydraulic excavator. Claimed. 14.11.2011; publ. 25.06.2012. Bull. №12]. (in Ukrainian).
10. Khmara L .A., Dakhno O. O. Viznachennya teoretichnogo obEmu kopannya truntu odnokivshevim ekskavatorom z teleskopichnim robochim obladnannyam. [Determination of theoretical volume of soil digging of excavator with the telescopic working equipment]. Stroitel'stvo, materialovedenie, mashinostroenie - Construction, materials science, mechanical engineering. Dnipropetrovsk, PSACEA, 2012, no. 66.4.2, pp. 38-49. (in Ukrainian).
11. Khmara L. A., Kolisnyk M. P., Stanevskyy V. P. Modernizatsiya ta pidvischennya produktivnosti budivel'nikh mashin. [Modernization and increase productivity of construction machinery]. Kiev, Budivelnyk, 1992.152 p. (in Ukrainian).
12. Khmara L. A. Otsenka efektivnosti teleskopicheskogo rabochego oborudovaniya odnokovshovogo gidravlicheskogo ekskavatora [Evaluating the effectiveness of telescopic the working equipment of hydraulic excavator]. Sb. nauchnykh trudov: Stroitel’stvo, materialovedenie, mashinostroenie - Collection of scientific works: Construction, materials science, mechanical engineering. Dnepropetrovsk, PSACEA, 2002, no. 15, pp. 143-150. (in Russian).
13. Khmara L.A., Dakhno O.O. Teleskopichne roboche obladnannya gidravlichnogo ekskavatora, otsinka jogo efektivnosti ta viznachennya ob’ecty kopannya gruntu. [The telescopic working equipment of hydraulic excavator, evaluation of its effectiveness and determine of volume of digging soil]. Stroitel'stvo, materialovedenie, mashinostroenie - Construction, materials science, mechanical engineering. Dnipropetrovsk, PSACEA, 2012, no.66.4.2, pp. 29-37. (in Ukrainian).
14. Khmara L. A., Dakhno O. O. Formuvannya ta otsinka efektivnosti teleskopichnogo robochogo obladnannya odnokivshevogo gidravlichnogo ekskavatora. Sb. nauchnykh trudov:.The formation and evaluation of efficiency of telescopic working equipment of hydraulic excavator - Construction, materials science, mechanical engineering. D.: PSACEA, 2012, no. 66.4.2, pp. 142-154. (in Ukrainian).
Стаття рекомендована до друку 23.02.2015 р. Рецензент: д. т. н., проф. В. Г. Заренбін. Надійшла до редколегії: 30.03.2015 р. Прийнята до друку: 04.05.2015 р.
Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, 2015, № 5 (206)
65
