Определение рациональных параметров оборудования теплового действия к ковшовым рабочим органам для земляных работ

1.

Сухоневич Дмитрий Андреевич
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
ОБОРУДОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО ДЕЙСТВИЯ К КОВШОВЫМ
РАБОЧИМ ОРГАНАМ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
Направление 23.04.02 «Наземные транспортно-технологические комплексы»
Магистерская программа « Строительные и дорожные машины »
Научный руководитель
к.т.н., доцент
Зеньков Сергей Алексеевич
2021

2.

Зоны налипания и намерзания грунта
-
-
-
Профили налипания (сплошная
линия) и намерзания
(пунктирная линия) грунтов в
ковшах драглайнов
Характерные зоны налипания
грунта в ковшах экскаваторов
обратных лопат
Слайд 2

3.

Слайд 3

4.

Цель работы:
Повышение
производительности
и
эффективности работы землеройных машин
с ковшовыми рабочими органами при
разработке влажных связных грунтов в
условиях отрицательных температур путем
снижения намерзания и налипания грунта на
поверхность рабочего органа.
Слайд 4

5.

Задачи исследования:
o Установить характер изменения силы трения грунта о металлическую
поверхность с учетом адгезии при смерзании, а также в условиях теплового
воздействия;
o Экспериментально оценить влияние внешних факторов, определяющих адгезию
грунтов при отрицательной температуре, на прочность смерзания грунта с
металлической поверхностью рабочего органа;
o Провести экспериментальные исследования для установления закономерностей,
определяющих влияние давления прижатия, температуры окружающей среды,
времени контакта на прочность смерзания грунта (по напряжению сдвига) с
металлической поверхностью рабочего органа при тепловом воздействии;
o Установить зависимости, определяющие влияние параметров (температуры
нагрева зоны контакта, продолжительности теплового воздействия) на прочность
смерзания грунта (по напряжению сдвига) с металлической поверхностью
рабочего органа;
o Разработать рекомендации по выбору рациональных параметров и режимов
работы оборудования теплового воздействия, обеспечивающего снижение
адгезии грунтов, к ковшам землеройных машин при отрицательной температуре.
Слайд 5

6.

Факторы, влияющие на адгезию грунта:
Дисперсность грунта;
Влажность грунта;
Давление прижатия;
Температура окружающей среды;
Время контакта.
Слайд 6

7.

Классификация методов борьбы с адгезией:
Слайд 7

8.

Греющие кабеля марки ТМ:
Кабель ТМ-40
Кабель ТМ-60
Напряжение питания
220 В
220 В
Температура нагрева
90 °С
115 °С
40 кВт/ч
60 кВт/ч
Мощность кабеля
Слайд 8

9.

Саморегулирующийся кабель SRL-30-2:
Питание
220/230 В, 50/60 Гц
Выходная мощность
30 Вт/м
Максимальная рабочая температура
+65 °С
Слайд 9

10.

Лента углеродная нагревательная гибкая (ЛУНГ)
Удельная мощность, Вт/м
150
Номинальное напряжение питания, В
220
Температура поверхности, °С
250
Слайд 9

11.

Температура нагрева кабелей от времени работы при
температуре окружающей среды +20˚С
160
Температура нагрева Т,°С
140
120
100
80
ТМ-40
ТМ-60
SRL 30-2
60
ЛУНГ
40
20
0
2
4
6
8
10
Время нагрева t°С
Слайд 10

12.

Температурно-временная характеристика ТМ-60 и ЛУНГ при Т=15 ˚С
160
Температура нагрева Т ˚С
140
120
100
ЛУНГ Температура пластины,
˚С. С теплоизоляцией
ТМ-60 Температура пластины,
˚С. С теплоизоляцией
ЛУНГ Температура пластины,
˚С. Без теплоизоляции
ТМ-60 Температура пластины,
˚С. Без теплоизоляции
80
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Продолжительность нагрева t, мин
Слайд 11

13.

Экспериментальный стенд
Экспериментальный
сдвиговой стенд
Поверхность имитатора
после сдвига
Слайд 12

14.

Уровни факторов и интервалы их варьирования
Уровень
варьирования
Кодированное
значение
Нормальное давление Продолжительность
на грунт, кПа
нагрева, мин
Нижний (Хimin)
-1
10
3
Средний (Хi 0)
0
20
5
Верхний (Хiman)
1
30
7
Интервал
варьирования
-
10
2
Слайд 13

15.

План эксперимента в кодированном и натуральном выражении:
Кодированное значение
№ Опыта
Натуральное значение
х1
х2
Х2, кПа
Х6, мин
1.
+1
+1
30
7
2.
-1
+1
10
7
3.
+1
-1
30
3
4.
-1
-1
10
3
5.
0
0
20
5
6.
+1
0
30
5
7.
-1
0
10
5
8.
0
+1
20
7
9.
0
-1
20
3
Слайд 14

16.

Результаты эксперимента
Тип
греющего
кабеля
ТМ-60
ЛУНГ
Х2-нормаль
ное
давление на
грунт
Р, кПа
10
10
10
20
20
20
30
30
30
10
10
10
20
20
20
30
30
30
Х4- темпера
тура
внешней
среды,
Т, 0С
-15
-15
-15
-15
-15
-15
-15
-15
-15
-15
-15
-15
-15
-15
-15
-15
-15
-15
Х6- продол
житель
ность
работы
КАБЕЛЯ
tр, мин
3
5
7
3
5
7
3
5
7
3
5
7
3
5
7
3
5
7
Усилие
с воздей
ствием
УТЕП, кг
14,4
13,2
11,3
18,5
17,1
15,3
29,4
27,3
26,1
11,1
10,3
8,3
20,8
14,1
13,4
29,2
19,2
16,7
Слайд 15

17.

Поверхность отклика при взаимодействии
продолжительности работы кабеля и номинального
давления на грунт
Слайд 16

18.

Зависимость напряжения сдвига от номинального давления на грунт:
Напряжение сдвига, Н
С применением нагревательного
элемента ТМ-60 и ЛУНГ
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
ТМ-60 t=3 мин
ТМ-60 t=5 мин
ТМ-60 t=7 мин
ЛУНГ t=3 мин
ЛУНГ t=5 мин
ЛУНГ t=7 мин
0
5
10
15
20
25
30
35
Номинальное давление на грунт, кПа
Слайд 17

19.

Зависимость усилия сдвига от продолжительности нагрева:
Напряжение сдвига, Н
С применением нагревательного
элемента ТМ-60 и ЛУНГ
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
ТМ-60 P=10 кПа
ТМ-60 P=20 кПа
ТМ-60P=30 кПа
ЛУНГ P=10 кПа
ЛУНГ P=20 кПа
ЛУНГ P=30 кПа
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Продолжительность работы нагревательного элемента ТМ-60, мин
Слайд 18

20.

Техническое решение
Ковш прямая лопата с
нагревательным элементом
Ковш обратная лопата с
нагревательным элементом
Слайд 19

21.

Выводы:
Установлен характер изменения силы трения грунта о металлическую поверхность с
учетом адгезии при смерзании, а также в условиях теплового воздействия.
Экспериментально оценено влияние внешних факторов (типа грунта, давления
прижатия, влажности, температуры окружающей среды, времени контакта),
определяющих адгезию грунтов при отрицательной температуре, на прочность
смерзания грунта с металлической поверхностью рабочего органа.
Проведены экспериментальные исследования для установления закономерностей,
определяющих влияние дисперсности (типа грунта), давления прижатия, влажности,
температуры окружающей среды, времени контакта на прочность смерзания грунта
(по напряжению сдвига) с металлической поверхностью рабочего органа при
тепловом воздействии.
Установлены зависимости, определяющие влияние параметров (температуры
нагрева зоны контакта, продолжительности воздействия) теплового воздействия, на
прочность смерзания грунта (по напряжению сдвига) с металлической
поверхностью рабочего органа.
Разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров и режимов работы
оборудования теплового действия, обеспечивающего снижение адгезии грунтов, к
рабочим органам при отрицательной температуре.
Слайд 20

22.

ДОКЛАД ОКОНЧЕН
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ