Визначення питомих енергетичних витрат на зачерпування ґрунту ковшем драглайна

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ, НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА МАШИНОБУДІВНА АКАДЕМІЯ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

До лабораторних робіт з дисципліни

 “МАШИНИ ДЛЯ ЗЕМЛЯНИХ РОБІТ”

 (для студентів спеціальності 6.090214)

Краматорськ 2012

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ, НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА МАШИНОБУДІВНА АКАДЕМІЯ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторних робіт з дисципліни

“МАШИНИ ДЛЯ ЗЕМЛЯНИХ РОБІТ”

 (для студентів спеціальності 6.090214 )

                                                                        Затверджено

                                                                             на засіданні кафедри

                                                                             підйомно-транспортних

                                                                             машин

                                                                             Протокол №34 від 14.06.2012р..

Краматорськ     2012

      УДК 621.873

     Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Машини для земляних робіт» (для студентів спеціальності 6.090214). /Укл. В.Г.Крупко, П.В.Альошичев, В.О.Койнаш, І.В.Крупко, Р.М.Діхтенко. – Краматорськ: ДДМА, 2012. - 68 с.

     Містять необхідні теоретичні положення, правила з техніки безпеки, перелік устаткування, контрольні питання, вимоги до оформлення звітів. Викладено основи методики дослідження землерийних машин за допомогою сучасного обладнання.

Укладачі:                                                      В.Г.Крупко, доц.

                                                                             П.В.Альошичев, асист.

                                                                                  В.О.Койнаш, ст.викл.

                                                                                  І.В.Крупко, асист.

                                                                                  Р.М.Діхтенко, асп.

Відповідальний за випуск                                  В.Д.Кассов, проф.

ЗМІСТ

     Вступ.........................................................................................................4             1 Лабораторна робота 1. Дослідження физико - механічних

характеристик ґрунтів...……………………………………………………….5

     2 Лабораторна робота 2. Визначення питомих енергетичних

витрат на зачерпування ґрунту ковшем драглайна...……………………….15

     3 Лабораторна робота 3. Дослідження зусиль у піднімальному і

напірному механізмах моделі механічної лопати при різанні ґрунтів.........21

     4 Лабораторна робота 4. Дослідження продуктивності

одноківшевих екскаваторів...…………………………………….....…….......26

     5 Лабораторна робота 5. Дослідження впливу геометричних

параметрів кривошипно-шарнірного механізму на довжину ходу

крокуючого механізму пересування драглайна...……………….………......30

     6 Лабораторна робота 6. Дослідження кінематичних і силових

параметрів гусеничного привода...…………………………………………..33

     Література................................................................................................42

     Додатки

     Додаток А1 Обробка результатів вимірів методом ординат..............43

Вступ

     Лабораторні роботи з дисципліни "Машини для земляних робіт" (МЗР) ставлять своєю метою ознайомити студентів з методикою і технікою проведення експериментальних досліджень деталей і вузлів машин та методами обробки експериментальних даних.

     У процесі виконання лабораторних робіт студенти закріплюють теоретичні знання, отримані при читанні даної і попередньої дисциплін та одержують навички самостійної роботи з рішення конкретних технічних задач із використанням сучасної техніки.

     Перед виконанням роботи студенти знайомляться з Правилами з техніки безпеки й одержують інструктаж.

     До роботи в лабораторії допускаються студенти, що пройшли інструктаж з техніки безпеки. У процесі виконання лабораторних робіт студенти зобов'язані дотримуватися наступних правил:

– не вмикати в електричну мережу прилади без дозволу викладача;

– не спиратися на вимірювальні прилади й устаткування;

– не допускати перетинання силових сполучних проводів;

– після проведення лабораторної роботи усю електроапаратуру знеструмити;

– під час лабораторної роботи не переходити з одного робочого місця на інше без дозволу викладача;

– про усі випадки виявлення несправності в приладах повідомляти викладача;

– утримувати робоче місце в чистоті й порядку;

– по закінченні лабораторної роботи прилади, проводи й ін. здати викладачеві або лаборантові.

     Індивідуальний звіт повинний містити наступні складені елементи: найменування і мета роботи; основні теоретичні положення з необхідними схемами, рисунками і таблицями; порядок виконання роботи; результати роботи і висновки.

     Графіки, схеми установок і сам звіт повинні відповідати вимогам ДСТУ, пропонованим до відповідних документів (пояснювальним запискам).

Лабораторна робота 1

Дослідження фізико-механічних характеристик ґрунтів

     Мета роботи: вивчення фізико-механічних характеристик ґрунтів і одержання практичних навичок по експериментальних дослідженнях механічних властивостей ґрунтів.

Загальні відомості

     Розробка ґрунтів завжди починається з їхнього руйнування, тому знання механічних характеристик ґрунтів і способів їхнього визначення дозволяє вибирати робочі органи і конструкцію машин для земляних робіт.

     Розглянемо ознаки ґрунтів, найбільш необхідні для оцінки умов застосування машин для земляних робіт.

     Міцність - опір гірської породи загальному руйнуванню. Чисельно міцність ґрунту може бути представлена коефіцієнтом міцності [1], обумовленим по  при одноосьовому стиску

     ,                                     (1.1)

     де f - коефіцієнт міцності при одноосьовому стиску, МПа;

     P - навантаження на ґрунт при одноосьовому стиску, Н;

     F - площа поперечного перетину зразка, м².

     Відповідно до методики М.М. Протодяконова всі гірські породи по міцності розділяються на 10 категорій з коефіцієнтом від f =20 і більш для I категорії до f = 0,3 і менш для X категорії.

     Опір різанню - здатність гірської породи пручатися механічному впливові, що викликає сукупність напруг стиску, розтягання і зрушення, подолання яких завершується руйнуванням породи і відділенням шматків від масиву.

     Опір ґрунту різанню характеризується коефіцієнтом питомого опору різанню , значення якого визначається експериментально в залежності від роду і стану ґрунту або обчислюється по емпіричній залежності, запропонованої проф. М.Г. Домбровським [2]

,                                       (1.2)

     де  - коефіцієнт пропорційності, що коливається в межах 1,6...2,1 [2]; більше значення коефіцієнта пропорційності варто приймати для більш міцних ґрунтів.

     Схема лабораторної установки для визначення міцності ґрунтів при одноосьовому стиску подана на рисунку 1.1, а.

а - лабораторна установка для іспиту зразків

при одноосьовому стисненні;

б - щільномір (ударник ДорНДІ)

Рисунок 1.1 - Схеми обладнання для дослідження міцності ґрунтів

     Різання - основний засіб розробки ґрунтів, за принципом якого улаштоване і діє більшість землерийних та землерийно-транспортних машин. Тому опір різанню - один з найважливіших факторів проектування й експлуатації машин для земляних робіт.

     У залежності від опору різанню ґрунти поділяються на категорії. Міцність ґрунтів у даному випадку характеризується середньомаксимальним питомим опором вільного зрізу гострим ножем, що відокремлює стружку при куті різання 45° (рисунок 1.2) [3].

Рисунок 1.2 - Схема вільного зрізу ґрунту гострим ножем

     Це характеризує опір ґрунту, що приходиться на одиницю площі поперечного перетину зрізу при відділенні стружки від ґрунтового масиву. Встановлено [3], що для глинистих ґрунтів між середньомаксимальним питомим опором вільному зрізові гострим ножем  зчепленням ґрунту С и тимчасовим опором стискові  існує залежність

≈ 0,21  ≈ 0,66С.

     Для орієнтованого визначення міцності ґрунтів, області застосування проектованої землерийної машини, а також сил різання можна використовувати таблицю 1.1.

     Таблиця 1.1 - Класифікація ґрунтів по міцності

Категорії ґрунтів	Характеристики ґрунтів	, мПа
I	Досить слабкий: піски, легкі суглинки без включень, дрібнокускові матеріали із слабким зчепленням	до 0,05
II	Слабкий: суглинки без включень, легкі глини середньої і підвищеної вологості	0,05…0,1
III	Середньої міцності: щільні суглинки, глини середньої щільності, фосфоритові руди	0,1…0,25
IV	Підвищеної міцності: алевроліти, аргиліти середньої міцності, слабкі піщаники на глинистому цементі й ін.	0,25…0,5
V	Міцний: щільні карбонатні глини, слабкі вапняки-черепашники, бурі вугілля	0,5…1,0
VI	Досить міцний: вапняки, слабкі піщаники, крейда з включенням більш твердих порід, бурі вугілля, марганцева руда	1,0…1,5
VII	Дуже міцний: більш міцні і щільні модифікації ґрунтів попередньої категорії, а також замерзлі глинисті ґрунти	1,5…2
VIII	Гранично міцний для розробки різанням землерийними машинами: ще більш міцні модифікації ґрунтів VI категорії, змерзлі глини при температурі -20°С	2...3

     Для оцінки труднощів розробки ґрунтів можна скористатися методом, запропонованим ДорНДІ, за допомогою щільноміру (ударника ДорНДІ - рисунок 1.1, б).

     Щільномір являє собою стрижень, по якому між двома закріпленими шайбами розташовується вантаж масою 2,5 кг. Стрижень встановлюють одним кінцем на поверхню ґрунту, піднімають вантаж у верхнє положення, і відпускають його. Падаючи, вантаж ударяє по нижній шайбі, при цьому робота одного удару складає 10 Н·м. Під дією сили удару стрижень впроваджується в ґрунт. У залежності від властивостей ґрунту для впровадження на глибину 100 мм потрібне різне число ударів.

     Між числом ударів і опором ґрунтів різанню мається наступна залежність:

     Щільність - відношення маси породи до її обсягу при природній вологості

,                                              (1.3)

     де  - щільність ґрунту (породи), кг/м³;

     m – маса зразка, кг;

     V – обсяг зразка, м³.

     Вологість – процентне відношення маси води, що утримується в ґрунті, до маси сухого ґрунту

,                                  (1.4)

     де  - вологість ґрунту, %;

      - маса води, кг;

      - маса сухого ґрунту, кг.

     В умовах помірного клімату в суху погоду ґрунти звичайно мають вологість 10...20%.

     Об'ємна маса ґрунту – маса його твердих часток без маси води і пір

,                                  (1.5)

     де  - об'ємна маса кістяка ґрунту, кг/м³;

      - щільність ґрунту при природній вологості, кг/м³.

     Питома маса ґрунту – відношення маси твердих часток до обсягу витиснутої ними рідини

,                                           (1.6)

     де  - маса твердих часток, кг;

      - обсяг витиснутої рідини із зразка, м³.

     Питома маса більшості мінеральних часток ґрунту складає 2,4...2,8т/м³, органічних речовин 1,2...1,4т/м³.

     Розпушуваність - здатність ґрунту збільшуватися в обсязі при його руйнуванні. Розпушуваність характеризується коефіцієнтом розпушення, що представляє відношення обсягу розпушеної породи до первісного її обсягу

,                                               (1.7)

     де  -коефіцієнт розпушення;

      - обсяг ґрунту в розпушеному стані, м³;

      - обсяг нерозпушеного, ґрунту, м³.

     Розпушуваність характеризується також коефіцієнтом зменшення щільності (об'ємної маси), що визначається відношенням щільності ґрунту або іншого будівельного матеріалу в розпушеному стані (наприклад, після дроблення) до щільності в природному стані

,                                                 (1.8)

     де  - коефіцієнт зменшення щільності;

      і  - щільності ґрунту розпушеного й у природному стані, кг/м³.

     При розрахунку ущільнення перевезеного матеріалу після його розвантаження враховують коефіцієнт ущільнення , що дорівнює відношенню щільності матеріалу в природному стані і після ущільнення

,                                                (1.9)

     де  - щільність ґрунту після ущільнення, кг/м³.

     Для більшості ґрунтів =0,65...0,90, =1,1…1,7,а =0,75...0,90.

     Стисливість - властивість ґрунтів, що полягає в здатності змінювати свою будівля під впливом зовнішніх впливів на більш компактну за рахунок зменшення пористості [3].

     Зміна обсягу ґрунтів при стиску - нелінійна функція (див. рисунок 1.3).

1 - період ущільнення; 2 - період розпушення

Рисунок 1.3 - Компресійна крива ґрунтів

     Компресійна крива відбиває деяку сумарну зміну обсягу пір, що викликане загальною деформацією стиску ґрунтів, що складається з пружних деформацій часток, змін їхнього взаємного положення і відстані між ними, деформацій водно-колоїдних оболонок води, і інших процесів,

     Відповідно до характеру залежності деформації ґрунтів від навантаження модуль стиску ґрунтів - величина непостійна: вона збільшується зі збільшенням деформації. Однак в інженерних розрахунках допускається в ряді випадків розглядати деформацію ґрунтів як лінійну функцію тиску. Це дозволяє характеризувати опір ґрунтів коефіцієнтом опору зминанню (коефіцієнтом пружності підстави), обумовленим навантаженням, під дією якої стрижень з опорною поверхнею торця 1 см² зануриться на 1 см

,                                           (1.10)

     де - коефіцієнт опору зминанню, Н/см³;

      - вертикальне навантаження, що діє на стрижень, Н;

      - площа опорної поверхні стрижня, см²;

     h - зсув опорної поверхні стрижня під дією навантаження , см.

     Для звичайних піщано-глинистих ґрунтів цей показник дорівнює 0,02...0,1 МПа. Допустимим навантаженням вважається таке, при якому опорна поверхня машини занурюється не більше ніж на 12 см.

     Розрахункові модулі деформації для середьозернистого піску складають 35...45 МПа, суглинків і глин - 7...22 МПа.

     Як показує практика [1, 2], при механічному впливі вібраційними тромбуючими або іншими пристроями добре ущільнюються лише пухкі мало вологі піщані та водонасичені ґрунти із легко порушуємим контактом між мінеральними частками.

     Абразивність – властивість ґрунтів з частками великої твердості зношувати інструмент, деталі робочих органів, деяких транспортних вузлів і ходового устаткування машин. У результаті зносу порушуються проектні умови взаємодії машини з ґрунтом, істотно збільшуються опори різанню й енергоємність руйнування ґрунтів.

     За міру абразивності прийнятий відносний знос, вимірюваний відношенням об'ємного зносу сталі  до об'ємного зносу ґрунту або породи

,                                     (1.11)

     де  - відносний знос сталевого зразка;

      - об'ємний знос ґрунту.

     На процес взаємодії робочих органів землерийних машин із ґрунтом впливає опір зовнішньому тертю, оцінюваний коефіцієнтом тертя між робочим органом і ґрунтом, що може змінюватися в широких межах, у залежності від стану ґрунтів. Так, зі збільшенням тиску коефіцієнт тертя збільшується, а зі збільшенням вологості ґрунту – зменшується. Значення коефіцієнта тертя між робочим органом і ґрунтом у розрахунках можна приймати в наступних межах: = 0,1...0,2–для вологих глин і = 0,52...0,53–для кременистих порід.

     Гранулометричний склад, кут природного укосу, кут внутрішнього тертя й інші фізико-механічні властивості ґрунтів визначаються методами, відомими з курсу «Вантажопідйомна, транспортна та транспортуюча техніка. Частина 2.».

Лабораторне обладнання

     Машина для іспиту зразків на розтягання - стиск типу ДМ-30, навантажувальний пристрій з мірними вантажами, ваги, судина для виміру обсягу насипного вантажу, штангенциркуль, зразки ґрунту, щільномір.

     Таблиця 1.2 – Визначення опору ґрунтів копанню

Форма зразка	Номер зразка	Вид ґрунту	Розміри зразка, мм		Площа поперечного переріза F, м2	Максимальне відхилення індикатора, мкм	Максимальне навантаження , Н	Коэф. міцності	Опір грунта копанню, МПа
			a	c
	1   2   3

     Таблиця 1.3 – Визначення коефіцієнтів опору ґрунтів зминанню

Схема установки	Вид ґрунту	Розміри, мм			Площа пуансона F, см2	Маса вантажу , м	Навантаження на пуансон Р, Н	Зсув  пуансона h, см	Коеф. опіру зминанню , Н/см3
		l1	l2	d

Порядок виконання роботи

     1 Вивчити інструкцію до лабораторної роботи.

     2 Вивчити паспорт, технічний опис і будова машини для іспиту зразків на розтягання - стиск типу ДМ-30, а також паспорт індикатора навантажень (паспорти додаються).

     3 Замірити розміри й обчислити площу поперечного перерізу трьох зразків ґрунту, що підлягають руйнуванню. Дані занести до таблиці 1.2.

     4 Зробити руйнування трьох зразків на машині ДМ-30 і одночасно зафіксувати максимальне відхилення стрілки індикатора, показання занести до таблиці 1.2.

     5 Визначити за допомогою тарувального графіка максимальні навантаження, при яких руйнувалися досліджувані зразки ґрунту.

     6 За формулою (1.1) визначити коефіцієнти міцності для кожного зразка, а потім середнє значення .

     7 За формулою (1.2) обчислити коефіцієнт опору ґрунту копанню. Дані вимірів і розрахунків звести до таблиці 1.2.

     8 Замірити довжину, ширину і висоту контрольного зразка ґрунту і занести дані вимірів до таблиці 1.3.

     9 Зробити зважування контрольного зразка ґрунту.

     10 Обчислити обсяг контрольного зразка ґрунту V, а потім за формулою (1.3) визначити щільність ґрунту, по формулах (1.5) і (1.6) визначити об'ємну масу і питому масу ґрунту.

     11 Насипати таку ж масу розпушеного ґрунту в судину циліндричної форми і визначити обсяг ґрунту в розпушеному стані.

     12 За формулою (1.7) визначити коефіцієнт розпушення. Дані вимірів і розрахунків за пунктами 4...7 занести до таблиці 1.4.

     13 Замірити геометричні розміри пліч важеля l₁ і l₂ і діаметр пуансона d навантажувального пристрою. Дані занести до таблиці 1.3.

     14 Наповнити судину ґрунтом (у розпушеному стані) приблизно на 3/4 його висоти і трамбуванням злегка ущільнити.

     15 Поставити судину із ґрунтом під пуансон навантажувального пристрою, установити контрольну лінійку і змістити шкалу відліку на штоку пуансона у вихідне положення.

     16 Навантажуючи підвіскові важелі мірними вантажами (до 5 шт.), зафіксувати величину опади пуансона в судині та на вільній поверхні ґрунту.

     17 Обчислити величину навантаження на пуансон, потім за формулою (1.10) визначити коефіцієнт опору ґрунту зминанню. Дані вимірів і розрахунків по пунктах 14...17 занести до таблиці 1.3.

     18 Побудувати графік залежності деформації (дня періоду ущільнення) ґрунту від тиску (див. рисунок 1.3).

     Таблиця 1.4 – Визначення щільності ґрунтів

Форма зразка	Маса зразка m, кг	Вид ґрунту	Розміри зразка, мм			Об’єм  зразка, м3		Щільн. ґрунту,  кг/м3		Коеф. розпушення	Коеф. ущільнення
			l	b	h	V

Зміст звіту

     1 Короткий опис механічних властивостей ґрунтів.

     2 Схеми установок для визначення міцності ґрунтів і опору ґрунту вдавленню.

     3 Результати експериментальних досліджень (заповнені таблиці 1.2, 1.3, 1.4).

     4 Висновки з роботи.

Питання для контролю

     1 Перелічите основні фізичні властивості ґрунтів.

     2 Назвіть механічні характеристики ґрунтів і дайте визначення міцності гірських порід.

     3 В яких одиницях виміряється міцність гірських порід?

     4 Як визначити масу розпушеного ґрунту при відомій масі ґрунту у вибої?

     5 Наведіть основні класифікації гірських порід по міцності.

     6 Чим викликаний розподіл гірських порід на категорії по міцності?

     7 Перелічите основні засоби руйнування гірських порід.

Лабораторна робота 2

Визначення питомих енергетичних витрат на зачерпування ґрунту ковшем драглайна

     Мета роботи: Закріплення теоретичних основ по теорії копання ґрунтів; ознайомлення з методикою експериментальних досліджень по визначенню зусиль у тяговому канаті драглайна; визначення кількісних даних по питомих енергетичних витратах на зачерпування ґрунту при різних конструкціях ковша драглайна.

Загальні відомості

     Робочий процес одноківшевого екскаватора в загальному випадку складається з наступних операцій:

     1 відділення ґрунту (породи) від масиву;

     2 захоплення визначеної частини ґрунту робочим органом;

     3 перенос захопленої частини ґрунту до місця розвантаження;

     4 передача ґрунту в спеціальні зовнішні транспортні засоби або відвал.

     Найбільш складним є процес заповнення ковша ґрунтом. Уміння правильно визначити навантаження, що діють на робочий орган ковша, дозволяє призначити оптимальні параметри як робочого і силового устаткування, так і всього екскаватора в цілому.

     До основних факторів, що впливають на процес копання ґрунтів, відносять:

     1 властивості ґрунтів (міцність, зв'язаність, гранулометричний склад, розпушуваність, коефіцієнти внутрішнього і зовнішнього тертя й ін.);

     2 форму ріжучої кромки і розміри ковша, його власну масу, геометрію зубів або ріжучої крайки;

     3 траєкторію руху ковша;

     4 товщину зрізаємої стружки;

     Принцип дії екскаватора драглайна вивчається на прикладі роботи його моделі, що складається з платформи, на якій встановлена стріла та два механізми - тяги й підйому ковша. Процес копання грунта ковшем драглайна полягає в пересуванні ковша по підошві забою із допомогою тягових канатів. При такому русі ківш, під дією власної ваги, заглиблюється ріжучою кромкою у грунт, і таким чином проходить процес руйнування грунта та наповнення ковша. Наповнений ківш піднімається на необхідну висоту за допомогою канатів механізму підйому, а потім робиться поворот екскаватора до місця розвантаження.

     Схема сил, що діють при копанні ґрунту ковшем драглайна подана на рисунку 2.1.

Рисунок 2.1- Схема зусиль, що діють на ківш драглайна при копанні

     Загальне рівняння зусиль при русі ковша

,                         (2.1)

     де  - зусилля в тяговому канаті, Н;

     - сумарний опір копанню ґрунту ковшем драглайна, Н;

      - дотична складових сил різання, Н;

      - опір тертя ковша об ґрунт, Н;

      - опір переміщенню призми волочіння перед ковшем і заповненню ковша, Н.

     Дотична складових сил різання

=  ,                                      (2.2)

     де b і h - параметри стружки (див. рисунок 2.1), м.

=  ,                                 (2.3)

     де  - вага ковша з ґрунтом, Н;

      - коефіцієнт тертя між ковшем і ґрунтом.

=  ,                                        (2.4)

     де Е - місткість ковша, м³;

      - коефіцієнт наповнення ковша;

      - коефіцієнт внутрішнього тертя ґрунту;

     ρ- щільність ґрунту в ковші, кг/м³;

     g - прискорення вільного падіння, м/с .

     При горизонтальному русі ковша граничне значення зусилля в тягових канатах

,                                    (2.5)

     де ,  - геометричні параметри, що залежать від конструкції ковша  і місця кріплення тягових канатів до ковша  (див. рисунок 2.1).

     Змінюючи точку кріплення тягових канатів до ковша, можна домогтися поліпшення умов роботи ковша (збільшити наповнення ковша). У стандартних ковшів / ≈ 2. У легких породах збільшення дозволяє прискорити заглиблення ковша, а для важких порід, зменшуючи , можна знизити навантаження в тягових канатах.

     На величину сил різання істотний вплив робить і форма ріжучої крайки ковша. Вплив геометрії ріжучої крайки і параметрів процесу копання ґрунтів на величину зусиль у тягових канатах можна визначити експериментальним шляхом.

     Для зменшення загальних опорів впровадженню ковша в породу вважається доцільним виключати з участі в різанні бічні стінки ковша, а кріплення зубів на ріжучій крайці, дозволяє збільшити питоме навантаження на породу в 2...2,5 рази, що полегшує процес руйнування міцних ґрунтів.

     Напівкругла форма ріжучої крайки ковша, висунута вперед і нахилена під кутом 12…15°, із плавним переходом без звуження поперечного переріза ковша сприяє швидкому впровадженню в ґрунт і вільне переміщення ґрунту по робочій поверхні. При сприятливих умовах застосування форми ріжучої крайки без зубів зменшує питомий опір копанню на 20...25%.

     Застосування напівкруглих ріжучих крайок без зубів утруднено при проведенні робіт із планування ґрунту, а також при роботі у твердих (міцних) ґрунтах через підвищений їхній знос і складність відновлення при ремонті.

     У даній роботі пропонується експериментально порівняти ефективність застосування моделей ковшів драглайнів із прямою ріжучою крайкою із зубцями та напівкруглою формою з хвильовою ланцюговою передачею (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Хвильова ланцюгова передача:

1 - корпус; 2 – нерухома зірка; 3 - катки; 4 - водило; 5 - ланцюг; 6 - привідний вал.

     Експериментальні дослідження проводяться на лабораторній установці, схему якої подано на рисунку 2.3.

Рисунок 2.3 - Схема лабораторної установки

1 - грунтовой канал; 2 - ковш; 3,4 - блоки; 5 - цепь; 6 - тяговый канат; А - волновой цепной привод; 7, - электродвигатель; 8 - волновая цепная передача; 9 - редуктор; 10 - барабан; 11 - подвижная звездочка; В - классический привод; 12 - электродвигатель; 13 - редуктор; 14 – барабан.

     При включенні двигуна приводного барабана 10 ківш 2 зміщається по жолобі 1 вправо на довжину l=100см, одночасно поглиблюючись в ґрунт; при цьому змінюється від 0 до  тягове зусилля на блоці ковша , величина якого фіксується за допомогою пружного елемента і тензодавачів, з'єднаних проводами із підсилювачем та осцилографом. Маса зачерпнутого ґрунту зважується на вагах. Для вірогідності експериментальні дослідження повторюються 3 рази. Зусилля в тягових канатах реєструється за допомогою осцилографа Н-145. Фото лабораторної установки показано на рисунку 2.4.

Рисунок 2.4 - Лабораторна установка

     У результаті проведених експериментів з ковшами, що мають пряму ріжучу крайку із зубцями та напівкруглою ріжучою крайкою, отримуються осцилограми (рисунок 2.5, а), що оброблюються методом ординат. Для одержання фактичних значень зусиль у тяговому канаті проводиться пряма тарировка тензоелемента (рисунок 2.5, б), що дозволяє одержати значення коефіцієнтів тарировки.

     За графіком тарировки визначаємо коефіцієнт тарировки  (див. рисунок 2.3, б)

.

Рисунок 2.5 - Осцилограма зусиль у тяговому ковші (а),

і графік тарировки (б) тензоелемента, отримані в процесі експерименту

     Середнє значення коефіцієнта тарировки визначається по трьох значеннях

.

     Зусилля в тяговому канаті, наприклад, у точці 5

,

де  - ордината зусиль за осцилограмою, мм (див. рисунок 2,3, а).

     Робота з зачерпування ґрунту А на ділянці довжиною l

.                                       (2.6)

     Питомі енергетичні витрати визначаються відношенням роботи з зачерпування ґрунту до маси ґрунту, що знаходиться у ковші

,

     де  - маса ґрунту в ковші, кг.

     У процесі експериментальних досліджень проводиться заміна ріжучої крайки ковшів, і при необхідності (при малій заповнюваності ковша) виробляється зміна точки кріплення тягового каната на ковші.

Лабораторне обладнання

     1 Лабораторна установка.

     2 Ківш драглайна зі змінними елементами:

     а) із зубцями;

     б) із беззубцевою ріжучою крайкою.

     3 Тензопідсилювач ТА-5.

     4 Блок живлення П1001.

     5 Осцилограф ДО12-22 /Н-145/.

     6 Сполучні проводи.

     7 Терези m =10 кг.

     8 Лінійка, ключ S=10 мм, викрутка і совок.

Порядок виконання роботи

     1 Ознайомитися з методикою експериментальних досліджень.

     2 Зібрати схему і прогріти, тензометричну апаратуру,

     3 Зробити тарировку пружнього елемента, навантажуючи підвіску гирями m = 5 кг.

     4 Прикріпити до ковша крайку із зубцями.

     5 Установити ківш без ґрунту у вихідне положення.

     6 На екрані осцилографа установити промінь у вихідне положення.

     7 Включити двигун приводного барабана і простежити за положенням променя на екрані осцилографа, поки ківш зміститься вправо на довжину l =100см, а потім вимкнути двигун.

     8 Розрівняти ґрунт у жолобі й установити ківш у вихідне положення.

     9 Зробити запис зміни величини .

     10 Зважити і записати масу ґрунту, зачерпнутого ковшем на довжині l =100см.

     11 Повторити виконання пп. 8...10 по 5 разів.

     12 Прикріпити до ковша ріжучу крайку без зубів і повторити пп. 1...5.

     13 Виявити фотопапір.

     14 Зробити обробку осцилограм і визначити роботу зачерпування ґрунту за формулою (2.5). Розбивку й обробку осцилограм необхідно робити не менш чим по 10 контрольних крапках.

     15 Визначити питомі енергетичні витрати за формулою (2.6) і дати порівняльний аналіз для ковшів із зубцями і без них.

Зміст звіту

     1 Короткий опис методики визначення опорів ґрунтів копанню.

     2 Схему установки для визначення опору ґрунтів копанню ковшем драглайна.

     3 Обробку і результати експериментальних досліджень.

     4 Висновки з роботи.

Питання для контролю

     1 Наведіть формулу для визначення зусилля різання ґрунту ковшем драглайна.

     2 Перелічите складові опори ґрунтів копання ковшем драглайна.

     3Як визначити складової сили тертя (опорів тертю), що виникають при копанні ґрунту?

     4 Що являють собою питомі енергетичні показники процесу копання ґрунту?

     5 Яким способом визначається експериментальне значення зусилля стиску на моделі?

     6 Призначення пружного елемента. Як проводиться його тарировка?

     7 Наведіть залежності для визначення питомих показників енергоємності процесу різання ґрунтів.

     8Назвіть основні елементи робочого обладнання екскаватора драглайна.

Лабораторна робота 3