Тема: Составление аналитического обзора по теме НИРС

Аналитический обзор по теме НИРС производится в соответствии с темой, выданной преподавателем или темой дипломного проекта.

Пример проведения аналитического обзора

Данный аналитический обзор по теме НИРС был произведен в соответствии с темой дипломного проекта: «Модернизация грейферного ковша с приводным винтовым якорем емкостью 0,25 м³».

Первые заметки о рабочем оборудовании грейфер относится к 1500 году, их сделал великий ученый эпохи возрождения Леонардо да Винчи. Дальнейшая истории развития грейфера следующая: в начале восемнадцатого века проект землеройного устройства с двумя ковшами был представлен Французской Академии наук; во второй половине девятнадцатого века в Германии появились «строительные локомобили» (рис.1) оснащенные одноканатными грейферами [1].

Рис. 1 - Строительный локомобиль с одноканатным грейфером

Первые грейферы имели канатный привод и работали по принципу подгребания и захвата груза, поэтому для увеличения усилия внедрения приходилось искусственно их утяжелять. С появлением гидропривода происходит резкое расширение функциональных возможностей многих машин, в том числе и грейферов [2].

Современные гидравлические грейферные ковши можно разделить на две основные группы: погрузочные и экскавационные (рис.2 и рис.3).

Разработка глубоких выемок с вертикальными стенами (котлованы, траншеи, колодцы, проходка шахт при строительстве инженерных коммуникаций и т. п.), разработка грунта в стесненных условиях (вблизи стен зданий, внутри цехов при реконструкции предприятий и т. п.), это область эффективного применения грейферного оборудования [3].

Рис. 2 – Ковши погрузочные

а - для погрузки сыпучих материалов; б - для погрузки корнеплодов;

в - для погрузки кусковых материалов; г — для погрузки труб и бревен.

Рис. 3 – Ковши экскавационные

а, б – для копания траншей и котлованов;

в,г – для отрывки круглых и квадратных колодцев

Сопоставительный анализ некоторых технико-экономических показателей экскаватора III –й размерной группы оборудованного грейфером и обратной лопатой [4] представлен на рис 4. Данные рис. 4 наглядно показывают на значительное снижение объема земляных работ при использовании грейферного рабочего оборудования.

Рис. 4 - Зависимости объемов (V) извлекаемого грунта от глубины (H) выемки, при разработке котлована 1,5м 1,5м, где:

1 - при работе обратной лопатой;

2 - при работе грейфером.

Основным сдерживающим фактором широкого применения грейферного оборудования является невозможность разработки прочных грунтов. Реализация больших напорных усилий ограничена устойчивостью экскаватора, а гидропривод хоть и позволяет развивать усилия копания на челюстях ковша, достаточные для разработки плотных грунтов до IV категории включительно, но коэффициент наполнения ковша в данном случае резко снижается [5]. Челюсти не могут произвести внедрение и скребут по поверхности грунта. Детальный анализ рабочего процесса грейфера традиционной конструкции [6] позволяют утверждать, что кроме процесса внедрения режущих кромок в массив грунта его эффективность зависит от начального процесса закрывания челюстей. Именно в этот момент происходит не резание грунта, а выпор некоторого объема из ненарушенного массива. Это весьма энергоемкий процесс.Необходимо расширить функциональные возможности грейферного оборудования. Патентный поиск показывает пути дальнейшего развития земляных грейферов (рис. 5).

Рис. 5 - Существующие конструктивные решения грейферных ковшей для разработки прочных грунтов:

а - ковш грейфера, челюсть которого имеет в сечении форму трапеции;

б - виброгрейфер;

в - шнековый бур с грейферными челюстями;

г - ковш с дополнительными челюстями, размешенными внутри полости основных;

д - то же, но с гидроприводом челюстей.

Возможно создание значительных осевых усилий для внедрения челюстей ковша грейфера в массив грунта, однако, для их поворота необходимы усилия на порядок выше. Грейфер позволяющий разрабатывать грунты V и VI категории будет иметь значительную металлоемкость и требовать мощной базовой машины исходя из их устойчивости.

Анализ материалов патентно-лицензионного фонда позволил выявить основные направления дальнейшего развития грейферного оборудования:

- создание многочелюстных грейферов (рис. 5 а) [7];

- использование дополнительных силовых воздействий на масив при внедрении рабочих органов (рис. 5 б) [8].

- применение комбинированных рабочих органов, обеспечивающих снижение прочности массива грунта (рис. 5в, рис. 5 г, рис. 5 д) [9,10,11].

Донбасской национальной академией строительства и архитектуры разработано и испытано техническое решение грейфера для прочных грунтов (рис 6), который дооборудован приводным винтовым якорем [12].

Рисунок 3 – Разработка грунта при помощи грейфера с винтом:

а - грейфер перед операцией выемки грунта;

б - грейфер с якорем, погруженным в разрабатываемый грунт;

в - отрыв кома грунта якорем и проникновение режущих кромок в массив;

г - операция закрывания челюстей грейфера и захват кома грунта с параллельной разработкой ослабленного массива.

Таким образом, установка на грейфере приводного якорного устройства позволяет расширить его функциональные возможности, без значительного увеличения металлоемкости и изменений в базовой конструкции. Винтовой якорь оперативно погружается в грунт на глубину 0,4…0,6м. Грейфер с погруженным в грунт винтовым якорем обеспечивает:

- увеличение усилия внедрения режущих кромок в массив грунта, независимо от базовой машины;

- ослабление центральной части массива грунта при первоначальном отрыве из него винтового якоря;

- снижение сопротивляемости массива грунта разрушению при закрытии челюстей грейфера, т.к. разработка ведется в сторону открытой поверхности [13,14,15].

Литература

1. Интернет-сайт Первый экскаваторный портал https://www.history.exkavator.ru, 2006

2. Пенчук В.А., Белицкий Д.Г. Особенности рабочих процессов грейферного оборудования // Механизация строительства. – 2006. - №2. – С.9-12.

3. Чадин С.В., Никешин В.В. Грейферное оборудование зарубежных гидравлических экскаваторов. М., ЦНИИстройдормаш, 1986. – 47 c.

4. Пенчук В.А., Белицкий Д.Г. Технико-экономическая эффективность использования грейферного рабочего органа на малообъемных земляных работах. // Вісник ДонНАБА 2005-4(60). – С. 139-142

5. Сменные рабочие органы гидравлических экскаваторов. Перлов А.С., Раннев А.В., Агароник М.Я., Кириллов Г.В. Обзор. М., ЦНИИТЭстрой, 1978г

6. Таубер Б.А. Грейферные механизмы..– 2-е изд., переработ. и доп. – М.: Машиностроение, 1967. – 424с.

7. А.с. СРСР №831907, Е 02F 3/44, БИ №19' 1981

8. А.с. СРСР №777156, Е 02F 3/44, БИ №41' 1980

9. А.с. СРСР №1133351, Е 02F 3/413, БИ №1' 1985

10. А.с. СРСР №1089198, Е 02F 3/44, БИ №16’ 1984

11. Заявка на изобретение RU №99110096, Е 02F 3/413, БИ 2001.03.10

12. Патент Украины UA №75788, Е 02 F 1/00. Бюл. № 5, 2006р.

13. Зеленин А.Н. Машины для земляных работ. М.: Машиностроение, 1975.- 424 с.

14. Федоров Д.И. Рабочие органы землеройных машин.– 2-е изд., переработ. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 368с.

15. Пенчук В. А. История и тенденции развития грейферного оборудования для земляных работ/ В. А. Пенчук, Д. Г. Белицкий. – Макеевка, 2009.