Енергетична оптимізація процесу копання ґрунту одноківшевим екскаватором оснащеним телескопічним робочим обладнанням

Abstract

UK: Постановка проблеми. Виконання землерийних робіт пов’язано з рядом специфічних особливостей, які обмежують використання в повній мірі технологічних можливостей робочого обладнання (РО) одноківшевого гідравлічного екскаватора (ОГЕ) та ефективності використання землери йної техніки. Таким чином, виникає потреба змінювати робочі траєкторії руху робочого органу в процесі копання. Традиційне РО має вузький діапазон зміни геометричних параметрів. У зв’язку з цим, виникає потреба у розширенні технологічних можливостей РО ОГЕ за рахунок можливості активної зміни геометричних параметрів РО в процесі копання, що дозволить адаптувати товщину вирізаної ґрунтової стружки до властивостей відповідної категорії ґрунту. Широкий діапазон зміни геометричних параметрів РО можливо досягти застосуванням телескопічного робочого обладнання (ТРО), що дозволяє плавно і з високою точністю змінювати геометричні та силосі параметри обладнання, а також використовувати широкий спектр змінних робочих органів. Мета статті. Розробити оптимізаційну математичну модель для визначення оптимальної товщини вирізаної стружки в умовах забезпечення стійкості та максимально можливих зусиль на ріжучій кромці ковша при копанні ОГЕ зі змінними геометричними параметрами РО, в якому зміна параметрів відбувається за рахунок застосування телескопічних механізмів стріли та рукояті. Висновок. Наведені оптимізаційні математичні моделі для визначення максимально можливої товщини вирізаної стружки при копанні ТРО ОГЕ дозволили досягти моделювання заданою категорії ґрунту підтриманням постійного значення питомого опору копанню ґрунту через регулювання товщини ґрунтової стружки при забезпеченні стійкості та максимально допустимого зусилля копання. Представлені оптимізаційні графіки для руху по градієнтній траєкторії з розрахунковою товщиною ґрунтової стружки для зміни ординати шарніру кріплення рукояті, зміни довжини телескопічної частини стріли та зміни довжини телескопічної рукояті від зміни кута повороту телескопічної рукояті показують коректність моделей. Впровадження і використання представлених математичних моделей дозволить зменшити енергоємність процесу копання та підвищити продуктивність ОГЕ.

RU: Постановка проблемы. Производство земляных работ связано с рядом специфических особенностей, которые ограничивают использование в полной мере технологических возможностей рабочего оборудования (РО) одноковшового гидравлического экскаватора (ОГЭ) и эффективности использования землеройной техники. Таким образом, возникает необходимость изменять рабочие траектории движения рабочего органа в процессе копания. Традиционное РО имеет узкий диапазон изменения геометрических параметров. В связи с этим, возникает потребность в расширении технологических возможностей РО ОГЭ за счет возможности активного изменения геометрических параметров РО в процессе копания, что позволит адаптировать толщину вырезанной грунтовой стружки к свойствам соответствующей категории грунта. Широкий диапазон изменения геометрических параметров РО возможно достичь применением телескопического рабочего оборудования (ТРО), что позволяет плавно и с высокой точностью изменять геометрические и силовые параметры оборудования, а также использовать широкий спектр сменных рабочих органов. Цель статьи. Разработать оптимизационную математическую модель для определения оптимальной толщины вырезаемой стружки в условиях обеспечения устойчивости и максимально возможных усилий на режущей кромке ковша при копании ОГЭ с изменяемыми геометрическими параметрами РО, в котором изменение параметров происходит за счет применения телескопических механизмов стрелы и рукояти. Вывод. Приведенные оптимизационные математические модели для определения максимально возможной толщины вырезаемой стружки при копании ТРО ОГЭ позволили достичь моделирования заданной категории грунта поддержанием постоянного значения удельного сопротивления грунта копанию через регулирование толщины грунтовой стружки при обеспечении устойчивости и максимально допустимого усилия копания. Представлены оптимизационные графики для движения по градиентной траектории с расчетной толщиной грунтовой стружки для изменения ординаты шарнира крепления рукояти, изменения длины телескопической части стрелы и изменения длины телескопической рукояти от изменения угла поворота телескопической рукояти показывают корректность моделей. Внедрение и использование представленных математических моделей позволит уменьшить энергоемкость процесса копания и повысить производительность ОГЭ.

EN: Summary. Raising of problem. Production of excavation associated with a number of specific features, which restrict the full use of the technological possibilities of the working equipment, single-bucket hydraulic excavator and the efficient use of earth-moving equipment. Thus, it becomes necessary to to change the working trajectory of movement the working body in the course excavation. Traditional working equipment has a narrow range of variation of geometrical parameters. In this regard, there is need to expand the technological capabilities of the excavator working equipment due to the possibility of the active changing the geometric parameters of working equipment in th e process of excavation, which helps to adapt the thickness of the shavings cut ground to the properties of the corresponding category of ground. A wide range of changes in the geometric parameters of the working equipment can be achieved using of the telescopic working equipment, which allows you to smoothly and highly accurately change the geometrical and power parameters of the equipment, as well as use a wide range of interchangeable working bodies . The purpose of the article. To develop an optimization mathematical model to determine the optimal thickness of cut shavings in terms of sustainability and the maximum possible effort at the cutting edge of the bucket when digging excavator with variable geometric parameters of the working equipment, in which the change of parameters is due to the use of telescopic boom and arm mechanisms. Conclusion. Presented the optimization mathematical models to determine the maximum thickness cut a shaving while digging by telescopic working equipment of excavator have allowed to achieve modeling a given category of ground maintaining constant value ground resistivity digging through the ground a shaving thickness adjustment while ensuring the maximum stability and digging force. Submitted the optimization graphics for the motion on gradient calculated trajectory of thick ground a shaving to change ordinates hinge attachment the handle changes the length of the telescopic boom and changing the length of a telescopic the handle changes turning angle of the telescopic the handle indicate correct models. Implementation and use of the mathematical model will reduce energy consumption of the process and increase productivity digging excavator.