CC BY
63
УДК [624.113+692.1131(075.8)
ЗЕМЛЕРОЙНАЯ МАШИНА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
А.В. Гаврюков, доцент, к.т.н., Донбасская национальная академия строительства и архитектуры
Аннотация. Рассматривается конструкция землеройной машины непрерывного действия, транспортной установкой которой является ленточный конвейер с изменяющейся длиной транспортирования и поперечным сечением ленты. Приведены результаты исследований давления грунта по длине трубчатой части ленты транспортной установки.
Ключевые слова: машина, конвейер, изменяющая длина, поперечное сечение ленты.
Введение
Поставленная временем задача требует создания все более высокопроизводительных, малоэнергоемких, универсальных строительных машин. Последние разработки в области конвейерного транспорта позволяют решить эту задачу.
Анализ публикаций
Исследование гидравлических экскаваторов [1] выявило, что при работе обратной лопатой полезное использование энергии составляет порядка 51%. Из них реализуется на подъем стрелы (14,7%), поворот рукояти (17,3%), поворот ковша (15,8%) и поворот платформы (3,2%). Следовательно, потери энергии в рабочем цикле экскаватора составляют порядка 49%. Наибольшие потери возникают в гидрораспределителях в процессе дроссельного регулирования скоростей рабочего движения (20%) и в первичных предохранительных клапанах (17,2%). Значительно меньше потери в сливных гидролиниях (7,5%), в исполнительных механизмах и вторичных предохранительных клапанах (4,3%). Большую часть времени нагрузка экскаватора связана с постоянным изменением действующих усилий и скоростей в процессе выполнения различных операций. В интервале максимального нагружения гидроцилиндров операции копания, составляющего всего лишь 10% от продолжительности всего цикла. Потери энергии в рабочем цикле экс-
каватора и в гидрораспределителях можно значительно сократить за счет изменения конструкции механизма выгрузки грунта из забоя, сделав его непрерывным.
Цель и постановка задачи
Целью является разработка и исследование экономичной землеройной машины с высокоэффективным транспортирующим оборудованием. Основные задачи: предложить свою конструкцию землеройной машины, использующей основные базовые элементы одноковшового гидравлического экскаватора, исследовать возможности транспортирующего оборудования.
Решение задачи
Предлагаемая землеройная машина непрерывного действия (рис. 1) состоит из ходового механизма 1; поворотной платформы 2; привода установки 3; противовеса 4; стрелы 5; телескопической рукояти 6; двух гидроцилиндров подъема стрелы 7; гидроцилиндра подъема рукояти 8; разгрузочного конвейера 9; буровой головки 10; приводного барабана забойного конвейера 11; неподвижных барабанов телескопического устройства забойного конвейера 12; подвижной каретки телескопического устройства забойного конвейера 13; гидродатчика натяжения ленты забойного конвейера 14; лебедки телескопического устройства забойного конвейера 15; концевого барабана
Рис. 1. Схема землеройной машины непрерывного действия
забойного конвейера 16; системы обводных роликов телескопического устройства забойного конвейера 17; роликоопор, формирующих ленту желобчатой формы забойного конвейера 18; роликоопор, формирующих ленту трубчатой, каплевидной формы забойного конвейера 19; винтового питателя 20.
Установка работает следующим образом. В исходном положении стрела 5 и рукоять 6 приподняты гироцилиндрами 7 и 8 над поверхностью земли. После включения привода буровой головки, винтового питателя и забойного конвейера буровая головка заглубляется в грунт, который, разрушаясь, под действием напорного усилия гидроцилиндров 7, 8 и телескопической рукояти, винтовым питателем 20 подается в трубу каплевидной формы забойного конвейера. В трубчатой части забойного конвейера грунт может транспортироваться при любом углу установки стрелы. Транспортируемый трубчатой лентой груз подымается до точки перегиба стрела-рукоять, где лента разворачиваясь приобретает форму желоба, после чего выгружается на разгрузочный конвейер 9.
При необходимости увеличения глубины копания гидроцилиндры телескопического устройства рукояти выдвигаются и рукоять удлиняется. Во время увеличения длины рукояти происходит увеличение натяжения ленты, что в свою очередь фиксируется гидродатчиком 14. Гидродатчик 14 воздействует на аппаратуру включения лебедки 15, которая, выпасовывая ленту из телескопического устройства забойного конвейера до момента
установления расчетного натяжения в ленте. При уменьшении глубины копания длина телескопической рукояти уменьшается, натяжение в ленте падает, что в свою очередь фиксируется гидродатчиком 14, срабатывает аппаратура включения лебедки 15 и лента запасовывается в телескопическое устройство забойного конвейера. Роликоопоры 19, формирующие ленту забойного конвейера в трубу каплевидной формы, устанавливаются или снимаются по мере увеличения или уменьшения длины телескопической рукояти во время остановки забойного конвейера.
Исследования, выполненные в Донбасской национальной академии строительства и архитектуры [2] показывают, что вертикальное транспортирование грунта ленточным конвейером возможно при условии, когда находящиеся в трубчатой части конвейера верхние слои грунта не передают усилия веса нижним. Это условие обеспечивается, когда начальное сопротивление сдвигу насыпного материала относительно ленты
X о I
й у
где й - площадь поперечного сечения материала в трубчатой части конвейера, у -удельный насыпной вес грунта, г - периметр внутреннего сечения трубчатой части ленты.
На рис. 2 приведены графики зависимости изменения давления верхних слоев грунта на нижние в зависимости от высоты насыпного слоя, при коэффициенте внутреннего трения
г
f = 0,8, удельном насыпном весе у = 22000 Н/м3; начального сопротивления сдвигу насыпного материала относительно ленты X 0 при ленте круглого сечения диаметром 250 мм.
Р, Н/м 2400 2000 1600 1200 800 400 0
-400 -800 -1200
т0=600 Н/м2
т0=800 Н/м2
т0=1000 Н/м2
1о=1200 Н/м2 1,25 0,5 0,75 1,0 ь, м
т0=1400 Н/м2
т0=1600 Н/м2
х0=1800 Н/м2
Рис. 2. Зависимость изменения давления материала, действующего на нижние слои насыпного слоя в свернутой ленте круглого сечения диаметром 250 мм от высоты загруженного материала
Промышленные испытания на шахтах Донбасса ленточного конвейера, работающего при изменяющейся длине [3], показали высокую надежность их работы. Установлено, что возникающее приращение натяжения в ленте во время удлинения работающего конвейера не превышает 10% от первоначального. Выполненный по известным формулам расчет [4] показал, что при ширине ленты 1000 мм, производительности 200 м3/ч, транспортируемом материале глина, размерам, приведенным на рис. 1, мощность привода забойного ленточного конвейера не превышает 15 кВт.
Выводы
Применение предлагаемой землеройной машины непрерывного действия позволяет:
- сократить потери энергии в рабочем цикле экскаватора и в гидрораспределителях за счет изменения конструкции механизма выгрузки грунта из забоя;
- создать более производительную землерой-
ную технику непрерывного действия, способную работать в более стесненных условия;
- увеличить глубину копания и повысить устойчивость машины за счет снижения опрокидывающего момента рабочим органом в сравнении с аналогичным по классу одноковшовым гидравлическим экскаватором;
- осуществлять разработку прочных грунтов за счет применения бурового оборудования;
- разрабатывать грунт, нижележащий основания машины, и выше лежащий, без дополнительных монтажно-демонтажных работ, что имеет место при эксплуатации одноковшовых экскаваторов;
- при разработке грунта, лежащего выше площади основания машины, забойный ленточный конвейер при определенных углах установки стрелы и рукояти будет работать в генераторном режиме.
Литература
1. Клашанов Ф.К., Якушев А.Е. Тенденция
развития энергосберегающих гидросистем // Материалы международной научно-технической конференции ИН-ТЕРСТР0ЙМЕХ-2003. 13 - 17 сентября. - Волгоград-Волжский, 2003. - С. 44 -47.
2. Гаврюков А.В., Пенчук В.А., Корольков
Б.А., Гололобов Б.Д. Удерживающая способность трубчатой ленты при вертикальном транспортировании насыпных грузов // Вюник Донбасько! державно! академи будiвництва i аритектури. -2004. - Вип. 5 (47). - С. 71 - 77.
3. Гаврюков А.В. Разработка способа и
средств удлинения ленточного конвейера при проведении горных выработок (специальность 05.05.06): Дис. на соискание учен. степени канд. техн. наук (Донецкий государственный технический университет, 1997)
4. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транс-
портирующие машины: Учеб. пособие для машиностроительных вузов. - 3-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1983. - 487 с.
Рецензент: ХНАДУ.
В.В. Ничке, профессор, д.т.н.,
2
Статья поступила в редакцию 6 мая 2007 г.
