РОЗДІЛ 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ НАВАНТАЖЕНЬ НА РОБОЧИХ ОРГАНАХ УНІВЕРСАЛЬНОЇ ЗЕМЛЕРИЙНОЇ МАШИНИ 

3.1Дослідження працездатності вихідної конструкції робочого органа універсальної землерийної машини 

Дані дослідження проводилися при відпрацюванні забою шириною до 4,5 м, в ґрунті першої категорії. В результаті встановлено, що робочим органом, який працює в режимі віяльно-поступальної подачі на забій і який має відцентрове розвантаження ковшів, можна розробляти виїмки в ґрунті, ширина яких більше ширини робочого органа, причому, глибина споруджуваної виїмки може досягати 3,0 м, якщо машина працюватиме в два проходи. Максимальна продуктивність робочого органа, яка була досягнена, не перевищувала 200...250 м3/год, крутний момент на валу приводу ротора, наприклад, в цьому випадку складав 115 кН*м. Випробування вихідної конструкції робочого органа універсальної землерийної машини виявили ряд її недоліків.

Перш за все, це значне утворення призми ґрунту перед ротором при його бічній подачі на забій (рис. 3. 1). Наявність перед ротором призми великого об'єму приводить до різкого збільшення бічної сили на ротор, особливо у момент підходу робочого органа до стінки забою. Великий об'єм призми ґрунту біля підошви забою приводить також до неможливості забору його ковшами при їх бічному переміщенні і підпору ґрунту призми до стінок забою бічними стінками центрального барабана. Це викликає значне збільшення крутного моменту на валу привода ротора, а в деяких випадках і до його стопоріння в забої. Причиною цього, на нашу думку, є перш за все нераціональна форма ріжучих периметрів ковшів ротора. Аналізуючи схему взаємодії ковшів ротора із забоєм (рис. 3. 2) можна відзначити, що копання ґрунту здійснюється як лобовою, так і бічною гранню ковшів. При цьому нормальна складова сил копання ґрунту бічними гранями ковшів направлена паралельно відкритій поверхні грудей забою.

Це визначає руйнування ґрунту забою при бічному переміщенні ротора в основному за рахунок ефекту скола по випереджаючих тріщинах, що утворюються в масиві ґрунту при копанні його бічними гранями ріжучих периметрів ковшів. Внаслідок вищевикладеного, ґрунт забою в значній мірі обсипається перед ротором, не потрапляючи при цьому в ківш.

Має місце значне завантаження ковшів ґрунтом, особливо щільна зона виникає між ріжучим периметром ковша і задньою стінкою попереду того, що стоїть на роторі (рис. 3. 3). Це вкрай негативне явище приводить до збільшення сил копання, тобто крутного моменту на приводі ротора і забезпечує лише часткове розвантаження ґрунту з ковшів в метальник. Можливості для його усунення полягає в установці на роторі меншої кількості ковшів (наприклад 9 замість 10) або в зменшенні висоти задньої стінки кожного ковша, що збільшить відстань між передніми гранями зубів одного ковша і задньою стінкою того ковша що знаходиться попереду. Це в свою чергу полегшить подачу ґрунту із забою в ковші.

Копання ґрунту робочим органом універсального типа супроводжується також значним перенесенням ковшами розробленого ґрунту назад в забій, а також утворенням просипів від ґрунту, що транспортується на розвантаження, на дні котловану. Кількість просипів залежить від режиму роботи машини і із збільшенням швидкості різання ґрунту, наприклад, від 6 до 9 м/с кількість просипів зменшується в 2 рази. Максимальний об'єм просипів на дні забою досягає 20% об'єму котлована ( Vр = 6 м/с, Vб.п. = 0,8 м/с).

Шляхом візуальних спостережень встановлено, що при відцентровому розвантаженні робочого органа (Vр = 6 м/с) потік ґрунту з ковшів не потрапляє в приймальне вікно метальника, а розташовується трохи нижче за нього. З цієї причини спостерігається неповне завантаження метальника (рис. 3. 4) і, тому має місце значне перенесення ґрунту знову в забій. Це є причиною значного зменшення продуктивності робочого органа по виносній здатності.

При збільшенні швидкості різання до 9 м/с розвантаження ґрунту їх ковшів забезпечується досить ефективно.

Вказане явище пояснюється наступними причинами. По-перше, приймальне вікно метальника розташоване на великій відстані від ротора, по-друге, відцентрова сила, що діє на ґрунт в ковшах і сприяюча його розвантаженню, не достатньо велика, щоб забезпечити ефективне переміщення ґрунту з ковшів в метальник. Отже, з метою забезпечення якісного розвантаження ковшів необхідно розташувати ротор як можна ближче до приймального вікна метальника і забезпечити прикладання до ґрунту в ковшах відцентрової сили, достатньої для ефективного їх спорожнення.

Слід зазначити також, що має місце посипання ґрунту на дно забою через вікна в рамі ротора, а також по сторонам від зачисного башмака. У момент зміни напряму руху ротора робочого органа від однієї стінки забою до іншої має місце затримка зміни напряму викиду ґрунту з метальника у відвал. Це приводить також до збільшення просипів на дні забою.

Наявність просипів на дні забою котловану, який розробляється, приводить до збільшення навантажень на елементи конструкції робочого органа, особливо при бічному його переміщенні, збільшує крутний момент на валу привода ротора, і приводить до "спливання" робочого органа в забої біля бічних стінок розроблюваного котлована.

Ефект "спливання" робочого органа пояснюється перш за все взаємодією днища зачисного башмака із залишковими просипами в забої. Днище башмака має тарілчасту форму із заломленими вгору кромками. Тому при підході універсального робочого органа до бічних стінок забою днище зачисного башмака взаємодіє з ґрунтом залишкових просипів як площина похилої, яку переміщають на відсипаний ґрунт, розташований біля стінки забою (рис. 3. 5).

Внаслідок цього ґрунт під зачисним башмаком частково зминається, ущільнюється, що кінець кінцем приводить до підйому днища його над рівнем підошви забою, тобто до "спливання" робочого органа в забої в цілому. Негативні наслідки взаємодії зачисного башмака з ґрунтом залишкових просипів, можуть бути усунені шляхом виключення просипів на дні забою, або шляхом зміни конструкції днища зачисного башмака. Слід зазначити також, що у зв'язку з дальнім розташуванням зачисного башмака відносно шарніра коливання проміжної рами робочого органа, значні бічні навантаження на башмаку істотно збільшуватимуть момент розвороту, що діє на машину в плані, а це вкрай небажано. У результаті можна зробити висновок, що вихідна конструкція універсального робочого органа не є досконалою і вимагає істотного доопрацювання з метою усунення недоліків, виявлених в ході проведення випробувань. 

3.2Фізичні особливості формування навантажень на робочих органах універсальних землерийних машин 

Відмінно характеристикою робочого процесу універсальної землерийної машини у при спорудженні траншей шириною значно більшою за ширину робочого органа є зміна товщини стружки залежно від положення робочого органа в плані. Мінімальною товщина стружки є у початковий момент руху робочого органа від одного з крайніх положень, а максимальною - у момент його протилежного крайнього положення (рис.3.6). Це призводить до значної пульсації величини навантажень на робочому органі, а також до врати майже половини потужності та зниження продуктивності виконаних робіт. Досконалість робочого процесу машини оцінюється шляхом аналізу експериментально отриманих даних про характер зміни потужності привода робочого органа, сили тяги та сили опору поперечному переміщенню його за час робочого циклу (одного поворотного руху робочого органа).

Встановлено, що під час спорудженя широкої виїмки (котловану) робочим органом, оснащеним різцями, розміщеними за ромбоподібно-універсальною схемою, на номінальному режимі його роботи (швидкість ланцюга Vл = 2,05 м/с, швидкість подачі машини Vп = 56 м/год.) біля стінок котловану потужність, що витрачається на його привод, різко зростає (рис. 3.7 [24]). Найменшою вона є, коли торцеві фрези відходять від бічних стінок виїмки і робочий орган знаходиться приблизно по центру відкопуваної виїмки. Відношення максимального значення потужності до середньої складає 1,7-2,5.

Сила опору бічному переміщенню робочого органа Рб плавно збільшується від мінімального значення на початку циклу поворотного руху до певного значення, що відповідає розробці забою стружками найбільшої товщини, та досягає максимуму при включенні у роботу торцевих фрез. Відношення максимального значення цієї сили до її середнього значення складає 3-3,2. Сила тяги Рx для забезпечення поздовжнього переміщення робочого органа уповільнено зростає протягом циклу поворотного руху від мінімального значення на початку циклу до максимуму при включенні в роботу торцевих фрез. Відношення максимального значення сили тяги до її середнього значення складає 1-1,5. Отже, можна стверджувати, що головною причиною зміни навантажень на робочому органі є коливання сумарної площі стружок, що розробляються всіма різцями робочого органа, які знаходяться у забої, за час напівциклу

Колективом кафедри дорожніх машин НТУ під керівництвом професора В.Д. Мусійка виконано комплекс наукових робіт зі створення універсальних роторних землерийних машин .У ролі обєктів експериментальних досліджень використовувались переважно фізичні моделі робочого обладнання (конструкція приведена на рис. 3.8) УЗМ як із безковшовими роторами, так і з ковшовими робочими органами з відцентровим розвантаженням (рис. 3.9) .Як ґрунторозробний агрегат використовувався ковшевий ротор, а як евакуатор розробленого ґрунту - роторний лопатевий метальник

Результатами досліджень О.В. Бикова [24], В.Д. Мусійка, Ю.Б. Лейченка [39], Коваля А.Б. підтверджено можливість створення високопродуктивної УЗМ із роторним або ланцюговим робочим органом, яка ефективно розробляє як траншеї, так і широкі виїмки типу котлованів у режимі віяльно-поступальної подачі робочого органа на забій.

При виконанні досліджень розробка широких виїмок роторним робочим органом УЗМ забезпечувалась поєднанням обертання робочого органа з певною швидкістю wр, поздовжньклапаном

ого переміщення його зі швидкістю Vп і бічної подачі на забій зі швидкістю Vбп. Потрібний профіль виїмки розроблявся послідовними проходами машини (рис. 3.10).

Експериментально встановлено, що за бічної подачі перед робочим органом утворюється призма волочіння ґрунту. Наприкінці напівциклу бічного переміщення, коли робочий орган підходить до бічної стінки виїмки, ґрунт поступає у ковші робочого органа як із цілика забою стружкою максимальної товщини, так і з призми волочіння, що притискається ротором до бічної стінки забою. Утворення призми волочіння є негативним моментом, адже призводить до значного збільшення силового навантаження робочого органа, причому величину цього збільшення (порівняно з розрахунковим) можна встановити лише експериментально. Має місце збільшення кількості залишкового ґрунту на дні відкопаної виїмки, максимальний обєм якого може досягати 15-17 % її обєму.

У дослідженні УЗМ із ковшовими роторами, що мають відцентрове розвантаження (з роторним лопатевим евакуатором ґрунту) та двошарнірний механізм поперечного переміщення робочого органа (див. рис. 3.9), встановлено, що характер змін, наприклад, крутного моменту Мкр на роторі за час циклу, залишається однаковим на різних режимах роботи. Найбільш навантаженим (рис. 3.11) є режим максимальної продуктивності при розробці ґрунту ротором на швидкостях Vр = 6 м/с і Vбп = 0,7 м/с; максимальне значення Мкр= 74 кН·м, мінімальне - 14 кН·м [40]. Коефіцієнт зміни крутного моменту за напівцикл складає kМкр= 5,3, причому у момент зміни напрямку бічного переміщення робочого органа зменшення значень крутного моменту від максимального до мінімального відбувається протягом 0,8-1,1 с.

Аналогічний характер мають графіки зміни опорів бічному переміщенню робочого органа у забої, причому зміна величини бічної сили від максимальної до нуля відбувається за ті ж 0,8-1,1 с. А це удар, що є абсолютно неприпустимим. Така різка зміна навантажень на роторі під час роботи за кожний напівцикл є вкрай негативним явищем, яке суттєво знижує надійність привода робочого органа та може призвести до втрати курсової стійкості машини.

Збільшення швидкості різання ґрунту до 9 м/с (порівняно з Vр = 6 м/с) обумовлює зменшення крутного моменту на роторі. Так, максимальне значення Мкр зменшується до 52-56 кН·м, тобто на 24-30 %, мінімальне - збільшується до 12 кН·м, тобто на 14 % [40]. Зменшення швидкості поздовжньої подачі робочого органа на забій із 104 м/год. до 27 м/год. (за інших рівних умов) забезпечує зниження як максимальних значень крутного моменту на роторі до 22-23 кН·м, тобто у середньому на 70 %, так і коефіцієнта зміни крутного моменту до значень kМкр = 2,8.

Домогтися вирівнювання та мінімізації значень параметрів силового навантаження, у тому числі величини сили опору бічному переміщенню робочого органа в забої та крутного моменту на його приводі, було б можливо за умови надання робочому органу необхідної кінематики переміщення в забої, за реалізації якої ґрунт буде розроблятися ротором стружками постійної товщини при різних швидкостях поздовжньої подачі машини на забій. Це дозволить забезпечити роботоздатність машини та підвищити продуктивность УЗМ.

Можна зробити висновок що для створення високопродуктивної УЗМ раціональної конструкції необхідно як вихідні позиції подальших досліджень прийняти таке (рис.3.12):як робочий орган УЗМ приймаєм ковшевий ротор із відцентровим розвантаженням ковшів, як евакуатор ґрунту - лопатевий роторний метальник, а підвіска робочого обладнання на тягачі має бути двошарнірною, дволанковою, з гідравлічним приводом бічного переміщення кожної ланки.

Завдяки використанню такої конструкції універсальної землерийної машини зявляється можливість зміни кінематики руху робочого обладнання, а саме:

можливість довороту проміжної рами.

Коректність викладеного вище підтверджується і тим, що у роторних траншейних машин, за даними досліджень МІБІ [41], розподіл потужності двигуна між роботою копання, підняття ґрунту та переміщення машини є сприятливішим, ніж у ланцюгових. За даними М.Г. Домбровського [29], на роботу копання у них витрачається від 67 % до 81 % потужності проти 31-66 % у ланцюгових машин, що є меншим приблизно на 20 % для малих моделей і на 40 % - для великих. 

3.3Аналіз силового навантаження робочого обладнання 

Силове навантаження універсальної роторної землерийної машини під час копання широких траншей (котлованів) у ґрунті є досить складним і визначається комбінованою дією багатьох чинників, величина кожного з яких змінюється у процесі розробки ґрунту.

На наш погляд, об'єктивну картину силового навантаження робочого обладнання УЗМ можна встановити на даному етапі дослідження експериментальним шляхом, що дозволить не лише визначити картину навантажень і динаміку зміни цієї картини, а й відпрацювати технічні пропозиції зі зменшення величини навантажень.

Дослідження фізичних особливостей формування навантажень на робочому обладнанні УЗМ виконували за умов його роботи як у траншейному режимі так і в режимі віяльно-поступальної подачі на забій під час спорудження широких траншей.

Профіль розробленої УЗМ траншеї наведено на рис. 3.13.

Процес спорудження широких виїмок (котлованів) у ґрунті виконується робочим обладнанням машини за один (рис. 3.14), або два (рис. 3.15) проходи в ґрунті.

Залишкові просипи в траншеї мінімальної ширини, яка дорівнює ширині ротора В = 0,6 м, практично відсутні, а в траншеї максимальної ширини (В = 4,5 м) досягають 7-10 % від її об'єму. 

3.3.1Крутний момент на вісі ротора

Крутний момент на вісі ротора є одним із головних параметрів силового навантаження робочого обладнання УЗМ. На особливу увагу заслуговує визначення характеру зміни його величини за час робочого циклу (напівциклу) на різних режимах роботи, у різних ґрунтових умовах, за наявності довороту проміжної рами наприкінці кожного напівциклу та без нього.

За результатами виконаних експериментальних досліджень встановлено, що характер зміни Мкр за час циклу (напівциклу) залишається однаковим на різних режимах роботи, якщо доворот проміжної рами відсутній, а абсолютні значення крутного моменту змінюються. На рис.3.16 наведено графічні залежності зміни Мкр за час циклу на різних режимах роботи.

Найбільш навантаженим є режим максимальної продуктивності при розробці ґрунту ротором зі швидкістю різання Vp = 6 м/с, Vб.п. = 0,7 м/с. Максимальне значення складає Мкр = 74 кН·м, мінімальне - 14 кН·м, тобто коефіцієнт зміни крутного моменту за напівцикл - kМкр = 5,28. У момент зміни напрямку бічного переміщення ротора зменшення крутного моменту від максимального до мінімального відбувається протягом 1,1-1,5 с. Таку різку зміну навантаження привода ротора за кожен напівцикл слід вважати вкрай негативним явищем, що істотно знижує надійність привода робочого органа.

Збільшення швидкості різання ґрунту до 9 м/с приводить до зменшення крутного моменту на приводі ротора, надто його пікових значень. Так, максимальне значення Мкр зменшується до 52-56 кН·м, тобто на 24-30 %, мінімальне - до 12 кН·м - на 14 %.

Зменшення швидкості поздовжньої подачі робочого органа на забій зі 104 м/год. до 27 м/год. за інших рівних умов забезпечує зниження як максимальних значень крутного моменту до 22-23 кН·м (у середньому на 70 %), так і коефіцієнта зміни крутного моменту до 2,8, тобто на 47 %.

Суть залежностей зміни крутного моменту на вісі ротора за напівцикл пояснюється такими причинами.

При наближенні ротора до бічної стінки забою ковші як бічними, так і лобовими гранями своїх ріжучих кромок відокремлюють від масиву стружку максимальної товщини (рис. 3.17).

Сили копання ґрунту ковшами при цьому є максимальними. Ковші ротора максимально заповнено ґрунтом, сили тертя ґрунту, що транспортується із забою на розвантаження у ковшах і притискується при цьому до поверхні забою відцентровими силами, теж є максимальними, як і вага ґрунту, що піднімається у ковшах із забою на розвантаження. Максимальною є також сила притискання ротора до бічної стінки виїмки, причому у цей момент між ними знаходиться призма ґрунту, що утворилася внаслідок бічного переміщення ротора в забої. Максимальні значення перерахованих вище сил визначають максимальну величину крутного моменту на вісі ротора.

У момент початку зворотного бічного переміщення ротора від бічної стінки траншеї копання ґрунту ріжучими кромками ковшів відсутнє (див. рис. 3.17). Ковші залишаються заповненими ґрунтом, підбирається ґрунт з призми, що залишилася між ротором і бічною стінкою забою. У цьому випадку крутний момент на роторі визначається вагою ґрунту в ковшах і тертям ґрунту, що знаходиться у ковшах, по поверхні забою. У міру розвантаження ковшів значення цих сил різко зменшуються, і протягом 0,8-1,1 с крутний момент на вісі ротора зменшується до мінімальної величини. У ході подальшого переміщення ротора до протилежної бічної стінки забою крутний момент на його вісі збільшується внаслідок монотонного зростання всіх сил, що визначають величину крутного моменту.

Відповідно до експериментальної залежністі 1 (див. рис. 3.16) є зона незначної зміни крутного моменту на вісі ротора при переміщенні робочого органа по забою. Причиною цього є те, що за швидкості поздовжньої подачі робочого органа на забій 27 м/год. ковшами ротора відпрацьовується тонка стружка. Внаслідок цього сили копання ґрунту змінюються мало, як і маса ґрунту в ковшах. У міру наближення ротора до бічної стінки ґрунтової виїмки збільшується заповнення ковшів ґрунтом, у тому числі і з бічної призми, а також величина сил копання ґрунту. Це приводить до різкого збільшення крутного моменту на приводі ротора.

Експериментальні залежності зміни Мкр на роторі за час робочого циклу на тих же режимах, але із затримкою повороту рами ротора, наведено на рис.3.18.

Характер даних залежностей схожий із попередніми, наведеними на рис. 3.11, проте є деякі відмінності. Вони стосуються абсолютних величин досліджуваного параметра. Максимальні значення Мкр на вісі ротора складають 58-60 кН·м (крива 1), тобто на 20 % менше, ніж під час роботи на тому ж режимі без затримки довороту проміжної рами. Мінімальне значення крутного моменту при цьому складає 33 кН·м, тобто на 35 % більше, ніж при роботі без затримки. З цього можна зробити висновок, що при роботі з доворотом проміжної рами відбувається вирівнювання значень крутного моменту на приводі ротора за час напівциклу (kМкр = 1,8), пікові абсолютні значення крутного моменту при цьому є істотно меншими.

Отримані результати дають можливість стверджувати про раціональність і доцільність роботи машини у режимах із доворотом проміжної рами протягом певного проміжку часу наприкінці кожного напівциклу. Цей час на графіках позначено як час затримки tз повороту рами ротора. Під час розробки ґрунту з доворотом проміжної рами природа сил, що визначають силове навантаження ротора УЗМ за крутним моментом, залишається незмінною. Ступінь впливу кожної з цих сил на величину крутного моменту на роторі у кожен момент часу інший порівняно з роботою машини без довороту проміжної рами. Значно зростає ступінь впливу сили копання ґрунту (див. рис. 3.13), меншим є вплив призми волочіння перед ротором.

Порівнюючи криві 2, 3 із кривою 1 (див. рис. 3.18) можна відзначити, що через 1,1-1,3 с від початку переміщення ротора від бічної стінки траншеї в одних випадках (криві 2, 3) значення Мкр на вісі ротора збільшуються, а потім при довороті залишаються практично незмінними. В іншому випадку (крива 1) крутний момент на роторі зменшується та збільшується лише при довороті проміжної рами. Це свідчить, що на режимах 2 і 3 час затримки повороту проміжної рами є недостатнім порівняно з необхідним для повного вирівнювання товщини стружки. Внаслідок цього при переміщенні ротора по забою відбувається збільшення товщини стружки, а не її вирівнювання. Це обумовлює зростання величин всіх сил, що визначають величину крутного моменту на вісі ротора. Геометрична інтерпретація зміни Мкр за час напівциклу (див. рис. 3.18) у режимі 1 демонструє, що для розробки ґрунту зі швидкістю поздовжньої подачі машини Vп = 27 м/год. час затримки tз = 1,1 с, навпаки, є надто великим, тому при бічному переміщенні робочого органа в забої відбувається зменшення товщини стружки, що зрізується ковшами, зі всіма наслідками цього процесу.

Результатом виконаних досліджень є важливий висновок: для кожної швидкості подачі робочого органа на забій Vп необхідний свій час довороту проміжної рами (тобто свій tз), що дозволить вирівняти значення крутного моменту на вісі ротора протягом напівциклу та максимально зменшити його абсолютні значення. Оскільки на реальних машинах закон зміни Vп носить випадковий характер навіть при роботі на одній передачі (різна щільність ґрунту, пробуксовування рушіїв тягача), забезпечення рівномірності навантажень на роторі (Мкр) можливо шляхом автоматичного регулювання тривалості довороту проміжної рами залежно від реальної швидкості поздовжньої подачі робочого органа на забій. 

3.3.2Вертикальні навантаження на роторі під час копання ґрунту

Експериментальним шляхом встановлено, що величина вертикальних сил на роторі за час напівциклу змінюється за параболічним законом, причому мінімальним значення вертикальної сили є на початку напівциклу, максимальним - наприкінці. Отриману закономірність зміни вертикальних сил обумовлено комплексною зміною сил копання, тертя ґрунту об поверхню забою, ваги ґрунту в ковшах ротора залежно від кінематичних параметрів робочого процесу.

На режимах роботи без довороту проміжної рами (рис. 3.19а) вертикальні сили на початку напівциклу збільшуються рівномірно, що обумовлено як рівномірним збільшенням ширини стружки, що зрізається ріжучими кромками ковшів, так і збільшенням у першій половині напівциклу швидкості бічної подачі ротора на забій VN.

Крім того, це пояснюється наявністю призми ґрунту, що формується перед ротором при його бічному переміщенні. Об'єм призми збільшується при підході ротора до стінки забою, де врешті решт весь ґрунт забирається ковшами, збільшуючи навантаження на приводі ротора.

Формування призми розробленого ґрунту перед ротором у першій половині напівциклу за рахунок його сколювання та осипання при бічному переміщенні та її підбирання наприкінці напівциклу обумовлює той факт, що розрахункові значення сил опору бічному переміщенню робочого органа перевищують експериментальні (у середньому на 29-30 %) у першому випадку та експериментальні значення перевищують теоретичні (у середньому на 20-35%) - у другому. Причини фактичного збільшення вертикальних навантажень на роторі порівняно з розрахунковими є тими ж, що і для крутного моменту на вісі ротора за час напівциклу.

Найбільш навантаженим є режим максимальної продуктивності при швидкості різання Vр = 6 м/с (рис. 3.19а), максимальне значення - Рв = 45 кН.

Емпіричний коефіцієнт збільшення реальної вертикальної сили порівняно з розрахунковою ψ2 (див. розділ 2.3) не є постійним впродовж напівциклу та змінюється від значень 0,65-0,75 у другій і третій чвертях напівциклу до 1,7-1,8 у четвертій (рис. 3.20).

Збільшення швидкості різання на 33 %, до Vр = 9 м/с дозволяє зменшити максимальне значення вертикальної сили до Рв = 27 кН, тобто на 40 %. Коефіцієнт ψ2 на цьому режимі змінюється від 0,7-0,8 у другій і третій чвертях напівциклу до 1,3-1,6 у четвертій.При роботі з доворотом проміжної рами (час затримки tз = 1,1 с) на режимі максимальної продуктивності при Vр = 6 м/с і Vб.п = 0,7 м/с максимальне значення вертикальної сили на роторі досягає Рв = 39 кН (див. рис. 3.16 б). Значення поправочного коефіцієнта на цьому режимі коливається від 1,5-1,8 у третій чверті напівциклу до 1,9-2,25 під час затримки повороту рами ротора. 

3.3.3Сила тяги на переміщення ротора в забої

Сила тяги на переміщення ротора в забої визначається силами копання, тертя ґрунту, що транспортується, об поверхню забою та інерційними навантаженнями робочого обладнання. У початковий момент напівциклу, коли поздовжню швидкість переміщення робочого обладнання направлено від забою, відсутнє лобове різання (умова (2.26) не виконується).

У цей час сили копання ґрунту відсутні, і ковші ротора, що знаходяться у забої, заповнено ґрунтом. Навантаження на роторі визначається силами інерції ґрунту в ковшах і, меншою мірою, силами тертя ґрунту об стінки забою. Значна колова швидкість транспортування ґрунту зумовлює великі інерційні навантаження на роторі, оскільки вектор швидкості його поздовжнього переміщення направлено від забою. Наявність значних інерційних навантажень призводить до виникнення на роторі негативної сили тяги, величина якої досягає Рτ = 20 кН (рис.3.21а).

При віддаленні ротора від бічної стінки ґрунтової виїмки у першій половині циклу бічного переміщення робочого органа копання ґрунту відбувається лише бічними гранями ковшів. При цьому Vτ направлено від забою, і, як наслідок, складову сил копання від поздовжнього переміщення ротора направлено у бік забою, тобто проти напрямку руху машини. З початком бічного різання ґрунту сила тяги на роторі набуває позитивних значень. При цьому в режимі максимальної продуктивності (Vр = 6 м/с, Vб.п = 0,7 м/с) без довороту проміжної рами максимальне значення сили тяги наприкінці напівциклу складає Рτ = 48 кН. При довороті проміжної рами, tз = 1,1 с, за всіх інших рівних умов, максимальне значення сили тяги на переміщення ротора має місце біля бічної стінки забою перед доворотом проміжної рами та досягає величини Рτ = 35 кН (рис. 3.21б). Це на 36 % менше, ніж у режимі роботи без довороту. Коефіцієнт варіації величини сили тяги за час напівциклу за цих умов складає 4,3. Порівняння результатів експериментальних і теоретичних досліджень сили тяги на робочому органі засвідчило, що дані експериментальних досліджень перевищують розрахункові.

Це пояснюється тим, що розрахунки сил копання проводили за загальноприйнятою методикою М.Г. Домбровського [42]. При відцентровому розвантаженні ротора інерційні сили, що діють на ґрунт у ковшах, створюють додаткове привантаження на забій, збільшуючи величину питомого опору копанню ґрунту. Збільшення питомого опору копанню за рахунок привантаження забою буде тим більше, що більше ґрунту в ковшах. Для визначення функціональної залежності зміни коефіцієнта питомого опору копанню ґрунту від величини інерційних навантажень на ґрунт у зоні забою необхідно проведення додаткових досліджень. На даному етапі досліджень збільшення розрахункових значень сили тяги порівняно з експериментальними можна врахувати поправочним коефіцієнтом ψ1 (див. 2.3) (рис.3.22).

Значення цього коефіцієнта не є постійне впродовж циклу. Так, для режиму без довороту проміжної рами (див. рис. 3.21), його значення змінюється від 0,9-1,1 у перших двох третинах напівциклу до 1,3-1,5 наприкінці напівциклу. Для режиму з доворотом проміжної рами (див. рис.3.20 б) коефіцієнт ψ1 змінюється від ψ1 = 2,6 на початку напівциклу до ψ1 = 4,8 наприкінці.