ЗАДАЧИ И ВИДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальные исследования экскаваторов весьма разнообразны по своим задачам и средствам их выполнения. Они являются аппаратом определения фактических параметров либо рабочего процесса экскаватора как машины-орудия, либо работы отдельных деталей, узлов и их группы, или же — определения всех указанных параметров в их взаимосвязи и влиянии друг на друга и на конечные параметры рабочего процесса в дан­ных условиях применения машины.

Конечной целью всех исследований является установление качественной и количественной связи между конструктивными параметрами экска­ватора и его эксплуатационными параметрами — производительностью, расходом энергии, расходом материалов на ремонт, надежностью, совершенством управления, комфортабельностью. Связь эта должна быть установлена не только для данных значений всех параметров, но и для их изменений в достаточно широких пределах под действием различных факторов, в том числе условий применения экскаваторов. Поэтому испытания какого-либо узла, детали целесообразны только тогда, когда они могут служить достижению конечной цели исследования.

Полное раскрытие указанных связей позволяет развить теорию рабочего процесса экскаватора, на базе чего можно более правильно опреде­лить направление проектирования новых машин с выбором оптимальных конструктивных и эксплуатационных параметров, создание научно обоснованных норм выработки, режимов работы машин и объективная оценка их качеств, выбор целесообразного направления поисков новых прогрес­сивных и перспективных конструкций.

Результаты исследований позволяют, кроме того, установить конструк­тивные и эксплуатационные параметры узлов и деталей экскаватора (в том числе их материал, форму, размеры, технологию изготовления), а также нагрузки и напряжения, которые обеспечивают максимальную технико-экономическую эффективность новой машины.

В экскаваторостроении широко применяют пять видов исследований:

1) лабораторные исследования с применением механического или электронного моделирования в части нагрузок и размеров машин;

2) полевые исследования моделей с моделированием режимов работы и размеров машин;

3) стендовые исследования (испытания) деталей, узлов и машины в целом с имитацией натурных нагрузок;

4) полевые исследования натур­ных машин-стендов и самих машин в естественных условиях;

5) комбинированные исследования, например моделирование с частичной проверкой

на натурных машинах

Лабораторные исследования обычно обеспечивают решение какой-либо узкой задачи. При переносе результатов возникают трудности которые часто непреодолимы и заставляют иногда ограничиваться качественной стороной исследуемого процесса, что также имеет большое значение. При лабораторных исследованиях имеется возможность широко варьировать параметры машины и ее элементы, поэтому этот вид исследования служит либо для детализации натурных условиях изучения процесса при таком изменении исследуемых факторов, которое исключено или очень затруднительно в натурных условиях, либо для предварительных исследований — выбора окончательного направления исследования натурных машин или сужение этих дорогостоящих экспериментов.

Однако лабораторные исследования в ряде случаев позволяют ставить эксперименты, которые при исследованиях натурных машин бывают недопустимы, например, исследование металлоконструкций мощных экскаваторов с доведением их до разрушения.

Стендовые исследования натурных деталей, узлов и машин с имитацией натурных нагрузок могут дать ответ на любые вопросы при условии, что будет тождественность нагрузочных режимов и условий работы испытуемых деталей с натурными. В этом, а также в сложности рабочего процесса экскаватора и заключается по сути дела большая
трудность исследовать пределы и условия применения результатов недостаточно изученных процессов. Это не исключает целесообразность подобных исследований для выяснения отдельных частных задач. Однако следует учитывать, что любое исследование одного частного параметра не всегда позволяет получить достоверные данные в общем комплексе исследования. Поэтому необходимо очень тщательно пределы и условия применения результатов, полученных при таком частном исследовании, к натурному процессу. Кроме того, экскаваторы средней и большой мощности имеют такие размеры, которые практически исключают их стендовые исследования.

Хорошо поставленные стендовые исследования узлов машин и целых машин небольших размеров являются испытанным средством для предварительного определения таких параметров, как нагрузки и напряжения тентов к.п.д., работоспособность и надежность машины, явления вибрации; вызываемые работой данного узла, а также изменения параметров при изменении условий работы и нагрузки и т. п.

Достоинство стендовых исследований является возможность создания повторяемости (многократности) нагрузок, что особенно важно, например, при испытаниях на усталость, при исследовании параметров износа и т. п. Кроме того путём создания специальных стендов можно производить (в определенных пределах) испытания натурного узла и исследования более общих вопросов (например, испытания зубчатых колес или редукторов), а также создавать — любые режимы нагрузки с быстрым их изменением.

Исследования натурных машин в полевых условиях являются достоверным методом получения объективной количественной оценки всех параметров (в отдельности и во взаимной связи) работы машины в данных условиях. В то же время трудоемкость, продолжитель­ность и стоимость натурных комплексных исследований очень велики. Помимо затрат на собственно исследование и обработку результатов, имеют место большие затраты, вызванные выключением машины из рабо­чего процесса на время исследований. При проведении таких исследовании нужно прежде всего оценить условия работы машины, соответствие их задачам испытания и нужным режимам. Под условиями работы следует понимать (категорию) и состояние грунта, размеры забоя, фронт работ, возможность сокращения до минимума технологических простоев — передвижек машины, перестановки рабочего органа (у ротор­ных экскаваторов), потерь времени, связанных с работой транспорта и т. п.

Необходимо при этом иметь в виду, что наибольшие однократные на­грузки, вызывая наибольшие рабочие усилия и напряжения в конструк­ции, могут сопровождаться у одноковшовых экскаваторов уменьшением загрузки приводов в связи с замедлением цикла и сокращением коли­чества нагружений.

Необходим дифференциальный подход к исследованию одноковшовых и многоковшовых экскаваторов. Последние являются машинами-автома­тами, и роль оператора здесь в лучшем случае сводится к выбору режима их работы. У одноковшовых же экскаваторов при работе их в наиболее тяжелых условиях нагрузка в значительной степени зависит от опера­тора, поскольку режим, темп и интенсивность работы машины целиком определяются его опытом, квалификацией и искусством. Поэтому для иссле­дований экскаваторов необходимы высококвалифицированные операторы, а при испытаниях одноковшовых машин необходимо, кроме того, исполь­зование пробного осциллографирования с тщательным анализом резуль­татов и определением целесообразности использования данного оператора для проведения исследований [60].

Присутствие исследователей, и особенно наличие установленной аппа­ратуры, оказывает тормозящее влияние на работу оператора. Желание устранить это влияние, а также получить данные по выносливости кон­струкций и установить причину имевших место аварий, которые не могли быть объяснены действием высоких нагрузок, привели к расширению применения методов статистических исследований. Специально разра­ботанная для этих целей аппаратура позволяет осуществлять такие иссле­дования [4, 7, 16]. Однако они не обнаружили, как предполагалось, нагрузок, превышавших полученные при ранее применявшихся методах кратковременных испытаний. Зато они позволили установить статистиче­ские значения нагрузок, которые необходимы при выборе и определении параметров приводов и конструкций.

В целом задачи экспериментальных исследований экскаваторов можно свести к следующим:

1. Комплексное определение конструктивно-эксплуатационных пара­метров в целях установления соответствия их проектным.

2. Комплексное исследование работы экскаватора и его узлов (в том числе приводов) для установления качественной и количественной связи между конструктивно-эксплуатационными параметрами, условиями и режи­мами работы машины и ее узлов и технической производительностью экска­ватора. Решение этой задачи, помимо детального освещения качества дан­ной машины (кроме долговечности), дает возможность оценить принятые методы проектирования и отчасти изготовления машины и установить направление их совершенствования, а также выработать исходные дан­ные для технического нормирования работы экскаватора, расхода эксплуа­тационных материалов и энергии (горючего).

3. Комплексное исследование влияния внешних нагрузок в связи с условиями работы машины на возникающие усилия, напряжения в узлах и элементах конструкции с изучением вызывающих их причин. Эти иссле­дования в известной мере определяют надежность и долговечность машины, правильность выбранных запасов прочности и правильное соотношение их в различных узлах и деталях машины.

4. Исследования надежности и долговечности машины в увязке с режи­мами и внешними условиями работы, обычно — с попутным определе­нием номенклатуры и расхода запасных частей.

5. Частные исследования отдельных параметров, позволяющие уточ­нить или углубить решение комплексной задачи.