Электронное издание СДМ - Строительные Дорожные Машины и Техника

Щербаков А.С., к. т. н., доцент Курилов Е. В. Ярославский государственный технический университет.

Ввиду сложности аналитического решения задачи были проведены экспериментальные исследования в лаборатории "Землеройных машин" кафедры СДМ ЯГТУ, с использованием методов приближённого физического моделирования и теории планирования многофакторного эксперимента.
Для этого были изготовлены модели отвалов, выполненные в масштабе 1:9 (по отношению к отвалу на тракторе Т-130). Они характеризовались следующими геометрическими параметрами: расчётная длина отвала В₀= 360 мм; угол резания γ₀=55°; углы установки дисковых ножей α= 0°…45°, β= ±25°; высота отвала Н_к = 140 мм; диаметр дискового ножа d = 125 мм.
Варьируемыми параметрами в опытах (таблица 1) являлись: углы установки дискового ножа (α и β) и прочность грунта (определялась числом ударов плотномера ДорНИИ - С).

Таблица 1 - Уровни факторов и интервалы варьирования

Факторы	С	ΔX	+1	- 1	+1.68	-1.68
X1= α, градус	27	10	37	17	45	0
X2= β, градус	0	15	+15	-15	+25	-25
X3= С число ударов	5	2	7	3	8	2

Знак минус перед символом β означает, что дисковый нож наклонён к центру отвала, а знак плюс - от центра.
Постоянными факторами в опытах были: толщина срезаемой стружки грунта - h = 20 мм и скорость копания - v = 0,1 м/с. Грунт представлял собой супесь влажностью ω = 5…7%, и плотностью ρ = 1850 кг/м3.
При проведении экспериментов фиксировались касательная P₁ и нормальная P₂ составляющие сопротивления копанию, а также масса призмы волочения m_пр в конце процесса копания. Осциллограммы измеряемых величин обрабатывались методом квантования на участке установившегося режима с интервалом дискредитации 0,2 с.
В качестве критерия оптимизации был принят удельный показатель, характеризующий отношение горизонтальной составляющей сопротивления копанию к массе грунта в призме волочения P₁/m_пр.
При планировании многофакторного эксперимента был реализован центральный рототабельный композиционный план.
Для трёхфакторного эксперимента было проведено 20 опытов, в том числе 8 - для полного факторного эксперимента, 6 - в звёздных точках и 6 - в центральных точках.
Реализация матрицы РЦКП дала возможность получить функцию отклика исследуемой величины в виде полинома второго порядка.
Определив коэффициенты при соответствующих членах уравнений регрессии, исследуемых величин, с учётом их значимости, а так же произведя проверку этих уравнений на адекватность, получены следующие зависимости:

P₁/m_пр= 58 - 5X₁ - 5,5X₂ - 5,6X₃ + 6,2X₁² + 5,6X₂² + 8X₃²

P₁= 730 + 120X₃ + 27X₁² + 0,45X₂²

P₂= 223 - 51X₂ - 12,9X₃ - 27X₁² - 15,3X₂² - 58,5X₃² - 18X₁X₂

m_пр= 12,5 + 0,77(X₁-X₁²) + 1,36X₃ - 0,68X₃²

Анализ представленных уравнений регрессии показывает, что с учётом изменения критерия P₁/m_пр в пределах доверительных интервалов, рациональные значения углов установки дисковых ножей α и β имеют следующие пределы варьирования: α = 30…40 °, β = 0…15 °.
На основании проведённых экспериментальных исследований процесса копания грунта моделями отвалов можно сделать следующие выводы:
- снижение энергоёмкости копания полусферическим отвалом с дисковыми секциями достигается за счёт реализации принципа косого резания грунта и его транспортирования в объёме призмы волочения свободно вращающимися дисковыми ножами;
- наименьшая энергоёмкость копания достигается при углах установки дисковых ножей: α = 30…40°, β = 0…15°;
- качение дисковых ножей со скольжением (торможением) при копании приводит к росту энергоёмкости.
Полученные результаты могут быть использованы при проектировании полусферических отвалов бульдозеров с дисковыми секциями, в рабочем цикле которых преобладает процесс копания.