Влияние геометрических параметров механизма открывания ковша гидравлического экскаватора на условия разгрузки

Васильев Д.А., Поспелов А.И., Щетинин В.С.

Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Хабаровск

Ключевые слова: гидравлический экскаватор, прямая лопата, ковш, механизм открывания ковша, инерционные силы, кинематический анализ, уравнения замкнутости, угловая скорость, угловое ускорение.

Аннотация. В статье рассмотрен механизм открывания ковша гидравлического экскаватора с рабочим оборудованием прямая лопата, в котором для интенсификации разгрузки введено дополнительное звено, обеспечивающее эксцентрическое движение козырька. Показано, что в начальной фазе открывания определяющим фактором является не только величина раскрытия ковша, но и быстрое снижение нормальной реакции грунта на поверхность козырька, приводящее к уменьшению сил трения и облегчению выхода материала. Сформулировано условие перехода к режиму отрыва прилегающего слоя грунта от козырька и выполнено его качественное обоснование. Для анализа работы механизма составлена расчётная кинематическая схема, записаны уравнения замкнутости контуров и получены соотношения для аналогов угловых скоростей и ускорений звеньев. На основе аналитического рассмотрения и моделирования проанализировано влияние геометрических параметров механизма, прежде всего соотношения длин плеч коромысла и расстояния между шарнирами выходного звена, на величины угловой скорости и ускорения козырька в начальной фазе раскрытия. Сформулирована задача подбора геометрических параметров механизма по критерию обеспечения режима отрыва при соблюдении геометрических, силовых, динамических и технологических ограничений.

Influence of the geometric parameters of a hydraulic excavator bucket opening mechanism on discharge conditions

Vasiljev D.A., Pospelov A.I., Schetinin V.S.

Far Eastern state transport university, Khabarovsk

Keywords: hydraulic excavator, face shovel, bucket, bucket opening mechanism, inertial forces, kinematic analysis, loop-closure equations, angular velocity, angular acceleration.

Abstract. The paper considers a bucket opening mechanism for a hydraulic excavator equipped with a face shovel attachment, in which an additional link is introduced to intensify bucket discharge by providing eccentric motion of the visor. It is shown that, at the initial stage of opening, the governing factor is not only the bucket opening width but also the rapid reduction of the normal reaction exerted by the material on the visor surface, which leads to lower friction forces and facilitates material discharge. A criterion for transition to the detachment mode of the material layer adjacent to the visor is formulated and qualitatively substantiated. For analysis of the mechanism, a design kinematic scheme is developed, loop-closure equations are written, and relationships for the angular velocity and angular acceleration coefficients of the links are obtained. Based on the analytical study and simulation results, the influence of the mechanism geometric parameters, primarily the rocker arm ratio and the distance between the joints of the output link, on the visor angular velocity and angular acceleration at the initial opening stage is examined. A problem statement is formulated for selecting the mechanism geometric parameters according to the criterion of ensuring the detachment mode under geometric, force, dynamic, and technological constraints.