Обоснование выбора основных параметров режущего инструмента экскаваторов траншейных бесковшовых
на правах рукописи
Слепченко Владимир Анатольевич
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ЭКСКАВАТОРОВ ТРАНШЕЙНЫХ БЕСКОВШОВЫХ
05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-
транспортные машины
автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
томск 2004
Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете
Научный руководитель: - кандидат технических
наук, профессор
Басов Иван Григорьевич
Официальные оппоненты: - доктор технических
наук, профессор
Веригин Юрий Алексеевич
- кандидат технических
наук
Добжинский Даниил
Павлович
Ведущая организация: ОАО «Томскводоканал»
Защита диссертации состоится 23 декабря 2004г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета К 212.265.01 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу – 634003, Томск, пл. Соляная 2, корп. 4, конференц-зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета.
Автореферат разослан 23 ноября 2004 г.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
диссертационного Кравченко С.М.
совета
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Вопросам разработки мерзлых грунтов посвящено большое количество исследований таких научных школ как МАДИ, МГСУ, КИСИ, ТПУ, ТГАСУ, СибАДИ, представляемых А.Н.Зелениным, Н.Г.Домбровским, Ю.В.Ветровым, О.Д.Алимовым, И.Г.Басовым, К.А.Артемьевым и многими другими, а также проектно-конструкторскими бюро и НИИ.
Это обусловлено условиями работы машин в зимних условиях, особенно в регионах Западной Сибири и Крайнего Севера, где значительный объем строительно-монтажных работ ведется в зимний период (прокладка дорог, инженерных коммуникаций, нефтегазопроводов, освоение нефтегазовых месторождений), так как в летнее время зачастую сделать это невозможно из-за труднопроходимости заболоченной местности. В зимнее время сопротивление грунтов разрушению значительно возрастает, что заставляет использовать специальную технику для разрушения мерзлых и прочных грунтов - экскаваторы траншейные цепные бесковшовые (ЭТЦБ).
Анализ конструкций ЭТЦБ выявил ряд конструктивных недостатков. Рабочие органы данных экскаваторов проектируются с использованием режущего инструмента, изготовленного для горнодобывающей промышленности, что не всегда целесообразно. Существует практика установки одинакового режущего инструмента на машины со значительно отличающейся мощностью, размерами отрываемой траншеи и скоростью подачи. Схемы расстановки режущего инструмента на рабочем органе проектируются с использованием только результатов эксплуатации ЭТЦБ. Четких рекомендаций по выбору основных параметров рабочего органа (ширины резца, глубины резания, поперечного шага расстановки резцов по забою) в зависимости от применяемой схемы расстановки резцов, конструктивно-кинематических параметров машины и физико-механических свойств грунта не существует. Это говорит об отсутствии должного методического подхода к проектированию рабочего органа ЭТЦБ. Совокупность недостатков существующих рабочих органов ведет к повышенным удельным приведенным затратам на эксплуатацию ЭТЦБ и расходу дорогостоящего режущего инструмента.
Анализ исследований отечественных и зарубежных источников процесса взаимодействия режущего инструмента с грунтом показал их недостаточность.
Выход из сложившейся ситуации - это создание методики по выбору и расчету основных параметров рабочего оборудования ЭТЦБ на основании проверенных экспериментальных данных.
Целью настоящей работы является обоснование методики выбора и расчета основных параметров рабочего органа ЭТЦБ в зависимости от свойств разрушаемой среды и конструктивно-кинематических параметров базовой машины.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи исследований:
- установить рациональное соотношение между шириной резца b, глубиной h и поперечным шагом резания t для наиболее распространенных мерзлых грунтов по полублокированной и сотовой схемам набора резцов;
- получить зависимости критической глубины резания от ширины резца, угла резания и физико-механических свойств мерзлых грунтов;
- получить зависимость ширины резца от совокупности определяющих конструктивно-кинематических параметров базовой машины ЭТЦБ;
- разработать методику выбора и расчета рациональных схем набора режущего инструмента для полублокированной и сотовой схем разрушения;
- создать методические основы разработки параметрического ряда режущего инструмента для ЭТЦБ.
Научная новизна работы заключается:
- в уточнении механизма резания мерзлых и прочных грунтов одиночным резцом;
- в установлении зависимости критической глубины срезаемой стружки от физико-механических свойств мерзлых грунтов и геометрии режущего инструмента (ширины резца и угла резания);
- в выявлении зависимости параметров поперечного сечения среза от формы и размеров уплотненного ядра;
- в обосновании зависимости ширины резца от совокупности определяющих конструктивно-кинематических параметров базовой машины ЭТЦБ;
Теоретической и методологической основой диссертации являются основные положения механики резания различных материалов, методы корреляционно-регрессионного анализа, труды ученых по этим вопросам. Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием методов математической статистики. Численные расчеты выполнены на ЭВМ при помощи языка программирования QuickBasic.
Практическая ценность работы заключается:
- в результатах исследования процесса взаимодействия резца с разрушаемым массивом мерзлого грунта с учетом такого явления, как критическая глубина резания;
- в методике рациональной расстановки резцов по полусвободной, полублокированной и сотовой схемам резания;
- в создании методики выбора и расчета основных параметров многорезцового цепного рабочего органа ЭТЦБ.
Реализация результатов диссертационной работы.
Метод выбора и расчета основных параметров многорезцового цепного рабочего органа применим для расчета и оптимизации рабочих органов ЭТЦБ. Отдельные составляющие методики использовались при создании машин: УРМГ-60, БЭТУ, «Мороз», ЦКМ-1, 2, «Аскатеш», ТМ-5. Полученная методика реализована в виде программы для ЭВМ «Bagger», при помощи которой была проведена многовариантная оптимизация конструкции рабочего органа траншейного экскаватора БК-700, что позволило снизить удельные приведенные затраты на эксплуатацию машины на 90%.
Методика выбора и расчета основных параметров многорезцового цепного рабочего органа используется ОАО «Томскводоканал» (г.Томск), НИЦ «Импульс» (г.Бишкек), ОАО «Сибстроймеханизация» (г.Новосибирск), и в учебном процессе кафедры «Строительных и дорожных машин» Томского государственного архитектурно-строительного университета по дисциплине «Машины для земляных работ» IV курса специальности 19.02.05 – «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование».
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены на международной научно-технической конференции «Интерстроймех-98» (Воронеж, 1998), на международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2001» (Санкт-Петербург, 2001), на международной научно-технической конференции «Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок», на секции «Совершенствование технологий строительного производства, повышение эффективности труда, уровня технической надежности» (Томск, 2002), на заседании кафедры «Строительных и дорожных машин» Томского государственного архитектурно-строительного университета.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено
в 7 опубликованных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов работы, библиографического списка и приложений. Содержание диссертации изложено на 135 страницах, включая 43 рисунка, 26 таблиц, библиографического списка с числом 102 записей и 5 приложений. Общий объем работы составляет 185 страниц.
На защиту выносятся:
- зависимости ширины резца от совокупности определяющих конструктивно-кинематических параметров базовой машины ЭТЦБ;
- результаты экспериментальных исследований процесса взаимодействия резца с разрушаемым массивом мерзлого грунта;
- методика выбора и расчета основных параметров многорезцового цепного рабочего органа ЭТЦБ;
- метод выбора и расчета основных параметров многорезцового цепного рабочего органа ЭТЦБ как методологическое обоснование параметрического ряда режущего инструмента.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении изложены актуальность, цель и задачи представленной диссертационной работы, научная новизна, теоретические и методологические основы работы, основные положения, выносимые на защиту, достоверность, практическая ценность и реализация результатов, апробация, структура и объем работы.
Первая глава посвящена вопросу взаимодействия рабочих органов существующих ЭТЦБ с мерзлым и прочным грунтом. Проведен обзор конструкций и подходов в проектировании бесковшовых траншейных экскаваторов. Также исследован вопрос создания рабочими органами траншейных экскаваторов необходимых разрушающих нагрузок на массив мерзлого грунта. Получены значения условных удельных нагрузок на резцах этих машин в зависимости от установленной мощности двигателя, скорости подачи, ширины резца и параметров траншеи.
Сделаны выводы:
- разрушающая способность существующих машин, в общей массе, достаточна для преодоления сопротивления мерзлых грунтов;
- при создании рабочих органов траншейных экскаваторов не учитываются зависимости геометрии резца от конструктивно-кинематических параметров машин и физико-механических свойств грунтов;
- в конструкции трансмиссий траншейных экскаваторов присутствует несоответствие между диапазонами скоростей подачи и возможностями существующих ЭТЦБ.
В работе исследованы также современные представления о механизме разрушения резцом массива мерзлого и прочного грунта. Начало исследований процесса резания было положено И.А. Тиме более полутораста лет назад. За это время накопилось достаточно работ, включающих исследования взаимодействия с разрушаемой средой как целых рабочих органов (ковшей экскаваторов, скреперов, отвалов бульдозеров), так и одиночных резцов.
На основании анализа этих работ сделаны выводы:
- процесс взаимодействия режущего инструмента с разрушаемой средой сложен и недостаточно изучен;
- отделение стружки грунта от массива резанием сопровождается образованием перед передней гранью ядра уплотнения;
- влияние формы ядра уплотнения на процесс разрушения мерзлого грунта в представлении отечественных и зарубежных ученых носит противоречивый характер;
- математическое описание сопротивления разрушению среды резанием выполняется без учета влияния ядра уплотнения;
- отмечается наличие критической глубины резания, однако, научного обоснования этого феномена не приводится.
- нет четких рекомендаций по выбору геометрических параметров резцов в зависимости от схем их набора на режущем органе, прочности и изнашивающей способности разрушаемой среды.
На основе вышеизложенного сформулированы цель и задачи исследования.
Во второй главе представлена методика проведения экспериментальных исследований механизма взаимодействия одиночного резца с массивом мерзлого грунта. Эксперименты осуществлялись в два этапа.
- Проводилось исследование зависимостей силы резания различных мерзлых грунтов и геометрических параметров прорези от однофакторного изменения ширины резца b, толщины стружки h и поперечного шага резания t на лабораторном стенде СРМГ-1, созданного на основе продольно – строгального металлообрабатывающего станка, на каретке суппорта которого был установлен тензодинамометр (рис. 1-2) с резцедержателем;
- Проводилось исследование зон деформаций в мерзлом грунте при внедрении разного рода штампов, для чего использовался лабораторный стенд УИМ-2, представляющий собой гидравлический пресс, в тензометрический стакан (рис. 3) которого ввинчивались различного рода инденторы и приспособления для испытания грунтов.
Образцы для изучения процесса резания имели форму параллелепипеда с размерами 500*310*200 мм. Образцы для изучения механизма разрушения мерзлого грунта при вдавливании штампов имели форму полуцилиндра длиной 185мм и диаметром 255 мм, на прямую боковую поверхность которого наносилась сетка 10х10 мм для визуализации деформаций, возникающих перед штампом.
Образцы для испытания на СРМГ-1 и УИМ-2 формировались из грунтов естественного залегания путем укладки в форму с послойным перемешиванием и уплотнением с добавлением необходимого количества влаги. Вымораживание поверхностного слоя образцов предотвращалось покрытием влагонепроницаемой пленкой. Образцы охлаждались до заданной температуры в холодильной камере.
Порядок проведения экспериментов по резанию мерзлых грунтов одиночным резцом на стенде СРМГ-1.
Стенд располагался в неотапливаемом помещении при отрицательной температуре воздуха. Вся тензометрическая аппаратура кроме тензодинамометра находилась в помещении с температурой воздуха примерно +20°С. Перед проведением эксперимента определялась плотность образца мерзлого грунта. Образец мерзлого грунта закреплялся и прострагивался для удаления возможно вымороженного слоя грунта. Определялась температура, готового к резанию слоя грунта ртутным термометром с точностью 0,1°С.
Устанавливалась величина глубины резания, далее проводился рез с одновременной записью осциллографом составляющих сил резания. Часть продуктов разрушения собиралась в бюксы для определения весовой влажности. После использования всей поверхности образца она выравнивалась прострагиванием, далее вновь проводилась серия экспериментов.
В экспериментах применялись резцы, армированные твердосплавными пластинами ВК8 с шириной режущей кромки 10…30 мм, с углами резания 30°, 45°, 60°, 75°, 90°, 105° и задними углами =10°...12° (рис. 4).
Эксперименты по резанию мерзлого грунта (рис. 5) проводились так, чтобы обеспечивался переход: а) блокированной схемы резания в щелевую, б) полусвободной схемы резания в полублокированную и далее в блокированную. В каждом эксперименте проводился обмер поперечного сечения образуемой прорези и размеров крупных элементов стружек.
Порядок проведения экспериментов по внедрению штампов в образцы мерзлого грунта на лабораторном стенде УИМ-2.
Для визуального изучения изменения деформаций грунта у передней грани резца осуществлялось внедрение плоских штампов вдоль стенки образца мерзлого грунта с нанесенной сеткой, защищенной прозрачной пластиной из оргстекла толщиной 40 мм. Одновременно с записью усилия внедрения осуществлялись киносъемка процесса отделения элементов грунта и периодическое фотографирование (рис. 6).
а)
б)
Рис. 6 – Фотографии процесса внедрения штампа шириной 10 мм, углом при основании 90°(а) и 60°(б) и высотой контакта 35(а) и 60(6) мм в образец мерзлого грунта
Штампы имели различные соотношения высоты и ширины контакта с массивом, а также углы внедрения, равные 90°, 60°, 45°.
В третьей главе проводилось исследование механизма резания мерзлого грунта одиночным резцом. Уточнена картина блокированного резания мерзлого грунта, раскрыт механизм резания и определены зависимости по выбору соотношений основных параметров рабочего органа с учетом схемы резания.
Построены графики зависимостей касательной составляющей силы резания Рz (при температуре грунта t=-1oC) от ширины срезаемой стружки (t-b) (рис. 7). Получена сравнительная таблица видов резания (табл. 1). Сравнение проводилось по отношению силы блокированного резания к конкретному виду резания, что отображено в значениях коэффициента блокированности Кб. Анализ экспериментальных графических зависимостей позволил сделать обобщения:
- минимальное значение силы резания всегда соответствует полусвободной схеме резания, а максимальное – блокированной;
- переход от полусвободной к полублокированной схеме резания происходит при превышении шагом резания t ширины резца b, дальнейшее увеличение ширины стружки для глинистых грунтов, что соответствует соотношению параметров реза К2=(t-b)/h > (0,8…1,2), приводит к переходу от полублокированного к блокированному виду резания.
Изучение процесса блокированного резания мерзлого грунта позволило установить следующее:
- резание мерзлого грунта одиночным резцом характерно существенным колебанием расходуемого для этого усилия (рис. 8), что объясняется изменением площади контакта резца с массивом вследствие периодичности выколов крупных и мелких элементов стружки;
- отделение элементов срезаемой стружки происходит с обязательным образованием в массиве мерзлого грунта перед передней гранью резца ядра уплотнения (рис. 9);
- ядро уплотнения – локальный мгновенно возникающий на контакте передней грани резца с разрушаемой средой куполообразный объем мерзлого грунта. Под нагрузкой ядро имеет пластическое «квазитекучее» состояние, что способствует смещению равномерно нагруженного купола ядра в сторону наименьшего сопротивления – к открытой поверхности.
- происходит отделение некоторой части ядра с выкалываемым объемом упругодеформированного грунта. В момент разрушения часть ядра, оставшаяся в массиве грунта и отделившаяся с элементом стружки, мгновенно переходит в хрупкое состояние. При дальнейшем движении резца цикл повторяется;
- на поперечном сечении следов блокированного резания имеются участки (рис. 8), отражающие разрушение от трех различных по характеру воздействий резца на разрушаемую среду: всестороннего сжатия (h-h1), сдвига (h1-h2) и отрыва h2; размеры этих участков по высоте зависят от соотношения h/b и физико-механических свойств грунта;
- при малой глубине резания ядро имеет форму полуцилиндра с диаметром 
, вытянутого вдоль режущей кромки резца (рис. 9). Объем разрушения грунта выколом при этом минимален. С увеличением глубины резания растет диаметр ядра уплотнения и при 
наблюдается максимально возможный объем отделяемого грунта путем выкола. Глубина резания h, соответствующая условию 
, является критической.
- превышение критической глубины резания приводит к увеличению поперечного сечения среза только за счет прироста участка разрушения от всестороннего сжатия и к увеличению интенсивности роста силы резания.
Анализ механизма блокированного резания показал, что критическая глубина резания прямо пропорциональна ширине резца b и углу резания 
, а также зависит от показателя хрупкости мерзлого грунта 
, (представленного отношением высоты выкола 
грунта к общей глубине h). Если не разделять влияние показателя хрупкости мерзлого грунта и влияния угла резания и обозначить как К1, то зависимость критической глубины резания от ширины резца примет вид
| hкр=К1b, | (1) |
где 
. Экспериментально установлено, что при резании глинистых мерзлых грунтов различных физико-механических свойств резцом с углом 
коэффициент К1 изменяется в пределах 1,6…2,5, что соответствует изменению показателя 
в диапазоне 0,385…0,65.
Получены зависимости критической глубины резания hкр и коэффициента 
от среднего диаметра минеральных частиц мерзлого грунта dср
,
.
Анализ экспериментальных зависимостей, выраженных в виде коэффициентов К1, К2 и зависимостей 
, позволил сделать вывод, что ширина резца b, ширина t и глубина h резания определяют энергетику процесса резания. Ширина резца является определяющей при выборе величин t и h, поэтому ее можно считать главным параметром рабочего органа.
Зависимости 
служат основой выбора целесообразных схем набора резцов, обеспечивающих наименее энергоемкие схемы резания.
Четвертая глава посвящена обоснованию зависимостей ширины режущего инструмента от параметров рабочего органа ЭТЦБ.
Экспериментально установлено, что самым выгодным режимом разрушения мерзлого грунта является резание с критической глубиной стружки, которая обеспечивает наименьшую энергоемкость данного процесса. Зависимость глубины срезаемой стружки от кинематических показателей машины (скорости резания 
и подачи 
, расстояние между резцами в линии резания 
)
 , | (2) |
где 
- угол установки рабочего органа от вертикали; и зависимость эффективной мощности машины 
от параметров траншеи (В, Н) и скорости подачи 
позволяют при совместном решении получить зависимость ширины резца от конструктивно-кинематических показателей ЭТЦБ
 , | (3) |
где 
- мощность двигателя базовой машины, кВт; 
- кпд трансмиссии от двигателя до рабочего органа; 
- удельная энергоемкость разрушения грунта, кПа; Н, В - глубина и ширина траншеи, м; 
- коэффициент, отражающий расход мощности на перемещение режущей цепи в зависимости от скорости ее движения 
, кВт*с/м; 
- коэффициент, учитывающий затраты мощности на рабочее перемещение экскаватора и транспортировку разрыхленного мерзлого грунта из траншеи.
Из зависимости (3) следует, что резцы будут более широкими при большей установленной мощности двигателя экскаватора и большим значением отношения величины 
к длине забоя 
. Напротив, величину b следует назначать тем меньше, чем большими будут прочность разрушаемой среды 
, ширина траншеи В и скорость резания 
.
Резцы на рабочем органе располагаются по определенным схемам, которые характеризуются числом линий резания nл (либо шириной среза t), шагом расстановки вдоль линии резания lp и коэффициентом блокированности резцов (табл.1).
Получены зависимости числа линий резания от свойств разрабатываемого массива, ширины траншеи и ширины режущего инструмента для полусвободной схемы резания
 , | (4) |
для полублокированной (Рис. 10) и сотовой схем набора режущего инструмента
 , | (5) |
где 
- коэффициент увеличения ширины забоя за счет криволинейности расположения резцов в веере; принимается 
.
Получена зависимость между шириной резца и шагом расстановки резцов в линии резания
 , | (6) |
где Крых – коэффициент разрыхления мерзлого грунта; принимается Крых = 1,2…1,8; 
- коэффициент заполнения рыхлым грунтом свободного пространства в забое; принимается 
; 
- высота кулачка или скребка; 
- число транспортирующих элементов в контакте с грунтом. Отсюда следует, что величина 
зависит от длины забоя 
, степени разрыхления мерзлого грунта и транспортирующих возможностей рабочего органа.
Рис. 10 – Схема набора резцов (а) для осуществления полублокированной схемы резания (б)
Рассмотрено влияние ширины режущего инструмента на его прочность. Поперечное сечение державки резца, вылет резца и размеры паяного соединения между армирующей пластинкой и державкой резца определяют его прочность. Самой слабой частью резца является паяное соединение. Исследованием вопроса долговечности паяного соединения резца установлено, что угол резания при конструировании резцов следует назначать свыше 65о. Получены формулы поверочного расчета минимальной ширины резца с точки зрения эквивалентных напряжений в паяном соединении между армирующей пластинкой и державкой резца:
для полублокированного вида резания
 , | (7) |
для блокированного вида резания
 , | (8) |
где 
, 
, 
- опорные реакции; 
, 
- удерживающие моменты в паяном шве; 
и 
- длина и толщина твердосплавной пластинки.
В пятой главе представлена методика выбора и расчета основных параметров многорезцового цепного рабочего органа ЭТЦБ. Данная методика основана на зависимостях главных параметров рабочего органа ЭТЦБ (ширины резца, толщины срезаемой стружки и поперечного шага расстановки резцов в забое) от физико-механических свойств грунтов и конструктивно-кинематических показателей базовой машины. Методика состоит из:
- расчета и выбора основных конструктивных параметров рабочего органа ЭТЦБ. При этом определяются основные параметры экскаватора – ширина резца (3), толщина срезаемой стружки (1), (2), поперечный (4), (5) и продольный (6) шаг расстановки резцов по забою. Также определяются геометрические параметры рабочего органа, такие как межосевое расстояние и длина рабочего органа, длина звена цепи, длина цепи с учетом прямолинейности или криволинейности режущей ветви рабочего органа;
- уточнения главного параметра - ширины резца в зависимости от геометрических и кинематических параметров режущего органа ЭТЦБ, таких как число линий резания, среднего числа резцов в забое, ширины и глубины траншеи;
- определения силовых и энергетических показателей ЭТЦБ для острого режущего инструмента и с учетом его затупления. Расчету подлежат усилия протягивания режущей цепи с учетом всевозможных сопротивлений и мощность, затрачиваемая при этом. Определяются размеры площадок затупления, проводится сравнительный их анализ для установления момента переточки режущего инструмента;
- определения технологических и экономических показателей ЭТЦБ. Для этого проводится расчет длин выработанных траншей при наступлении определенных критических моментов в работе экскаватора, определяется техническая и эксплуатационная среднечасовая производительность машины и удельные приведенные затраты на ее эксплуатацию.
Методика выбора и расчета основных параметров ЭТЦБ была реализована в виде программы для ЭВМ «Bagger», предназначенную для конструирования, либо для оптимизации существующих рабочих органов траншейных экскаваторов.
Процесс оптимизации заключается в улучшении технологических и экономических показателей машины.
Главным критерием оценки технологических показателей экскаватора является эксплуатационная производительность машины 
. На экономическую составляющую процесса разработки траншей оказывают значительное влияние стоимость режущего инструмента 
с учетом его обслуживания, длина траншеи 
, выработанной одним комплектом режущего инструмента и удельная стоимость эксплуатации ЭТЦБ, выраженная в стоимости машино-часа 
.
Следовательно критерием оптимизации являются удельные приведенные затраты 
эксплуатации ЭТЦБ, увязывающие все перечисленные важнейшие показатели в единую зависимость
 , | (9) |
где Кис – коэффициент использования машины во времени.
Удельные приведенные затраты имеют обратную зависимость от главного параметра ЭТЦБ – ширины резца
 , | (10) |
где а1 и а2 – коэффициенты определения пути L, пройденного режущим инструментом в контакте с грунтом за период его стойкости; 
- проекция площадки износа на направление движения резца, соответствующая моменту, когда резец необходимо переточить; iп – число переточек режущего инструмента, nг – число групп резцов на рабочем органе.
Апробацией данной методики является многовариантная оптимизация экскаватора траншейного цепного бесковшового БК-700 на базе пневмоколесного трактора К-700. Рассматривалась эксплуатация БК-700 при разработке мерзлой супеси с числом пластичности от 7 до 4, средней температурой по забою -2оС, и весовой влажностью 10%. Использовалось два подхода к решению данной задачи, позволяющих получить различную степень оптимизации.
Первый подход заключается в оптимизации без кардинальных изменений конструктивных и кинематических параметров рабочего органа экскаватора. При этом осуществляется расчет и подбор ширины резца и/или схемы расстановки резцов на цепи.
Второй – опираясь на кинематические и силовые характеристики базовой машины ЭТЦБ и свойства мерзлого грунта, проводился полный цикл оптимизации параметров рабочего органа.
Результатом оптимизации рабочего органа данного экскаватора стало повышение средней эксплуатационной производительности и снижение приведенных затрат от 56,6 до 90%, в зависимости от степени оптимизации рабочего органа.
В процессе оптимизации рассматривалось влияние ширины резца на удельные приведенные затраты и длину выработанной одним комплектом резцов траншеи. Анализ графических зависимостей удельных приведенных затрат эксплуатации ЭТЦБ (рис. 11) от ширины режущего инструмента показал, что существуют такие значения ширин резца, которым соответствует минимум удельных приведенных затрат. Следовательно, для определенного сочетания кинематических и силовых параметров траншейного экскаватора, а также грунтовых условий существует единственное значение рациональной ширины режущего инструмента.
Это позволяет сделать вывод о применимости данной методики для создания параметрического ряда ширин режущего инструмента ЭТЦБ.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ
- Экспериментальные и теоретические исследования позволили уточнить и выявить ряд закономерностей процесса взаимодействия одиночного резца с массивом мерзлого грунта с учетом критической глубины срезаемой стружки. Подтверждено существование ядра уплотнения, а также определено влияние формы и размера ядра на процесс резания мерзлых грунтов.
- Получены зависимости ширины режущего инструмента от основных параметров базовых машин ЭТЦБ, разрушаемой среды и геометрических параметров схем расстановки резцов на рабочем органе.
- Разработана методика выбора и расчета основных параметров многорезцового цепного рабочего органа.
- Разработан алгоритм оптимизации рабочего органа бесковшового траншейного экскаватора, критерием оптимизации которого являются удельные приведенные затраты на эксплуатацию многорезцовых траншейных экскаваторов. Использование данного алгоритма, реализованного в виде программы для ЭВМ «Bagger», в оптимизации траншейного экскаватора БК-700 позволило снизить удельные приведенные затраты на его эксплуатацию от 56,6 до 90%;
- На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны методологические основы для создания параметрического ряда режущего инструмента ЭТЦБ.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
- Слепченко В.А. Обоснование выбора ширины резца экскаватора траншейного бесковшового / И.Г.Басов, В.А.Слепченко // Интерстроймех-98: Материалы междунар. науч.- технич. конф.- Воронеж: Воронеж. гос. архит.-строит. академия.- 1998.- С. 97- 98.
- Слепченко В.А. Влияние различных факторов на выбор параметров режущего инструмента траншейных экскаваторов / И.Г.Басов, В.А.Слепченко // Сборник научных трудов лесотехнического института / Томск. гос. архит.-строит. ун-т.- Томск: Изд-во ТГАСУ, 2000.- С. 17- 24.
- Слепченко В.А. О классификации мерзлых грунтов // И.Г.Басов, В.А.Слепченко // Интерстроймех-2001: Материалы междунар. науч.-технич. конф. С.-Пб.: С.-Пб. гос. технич. ун-т, 2001.- С. 91-94.
- Слепченко В.А. К определению параметров резов мерзлых грунтов / В.А.Слепченко, Г.И.Митерев // Интерстроймех-2001: Материалы междунар. науч.-технич. конф. С.-Пб.: С.-Пб. гос. технич. ун-т, 2001.- С. 192-195.
- Слепченко В.А. Обоснование выбора основных параметров режущего инструмента для экскаваторов траншейных цепных бесковшовых // Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок: Тез. докл. науч.-технич. конф. Секция совершенст. технологий строит. производства, повыш. эффективн. труда, уровня технич. надежности, 11сен.- 12 сен. 2002г.- Томск: Изд-во Томск. гос. арх.-строит. ун-та, 2002.- С. 61.
- Слепченко В.А. Обоснование минимальной ширины режущего инструмента траншейных экскаваторов / И.Г.Басов, В.А.Слепченко // Сборник научных трудов лесотехнического института / Томск. гос. архит.-строит. ун-т.- Томск: Изд-во ТГАСУ, 2003.- С. 11- 16.
- Методика проведения экспериментов по резанию мерзлых грунтов одиночными резцами / И.Г.Басов, А.Н.Щипунов, В.А.Слепченко; Томск. гос. архит.- строит. ун-т - Томск, 2004.- 18с. Библиогр. 3 назв.- Рус.- Деп. в ВИНИТИ 25.10.04, №1672-В2004.
