Традиционные методики расчета длительности рабочего цикла экскаватора, применяемые в проектировании, часто используют упрощенные формулы. Их основной недостаток — игнорирование динамических изменений, таких как колебания скорости при переменной нагрузке на ковш или изменение движущего момента в фазах разгона и торможения механизмов. Время на эти операции обычно учитывается лишь через общие поправочные коэффициенты, что не позволяет получить точные данные о продолжительности цикла и реальной нагрузке на приводные системы.
Применение электронно-вычислительных машин (ЭВМ) открывает возможность для более детального и точного моделирования этих процессов с учетом постоянно меняющихся параметров. Создаваемые на основе имитационных моделей рабочего процесса программы не только рассчитывают ключевые параметры экскаваторов, но и могут служить фундаментом для разработки современных систем автоматического управления.
Расчет цикла экскаватора-драглайна
Рассмотрим особенности расчета на примере экскаватора-драглайна. Его рабочий процесс осуществляется тремя механизмами одновременно: подъемным, тяговым и поворотным. Поэтому общее время цикла определяется длительностью операции самого «медленного» из них. Важно отметить, что такие ключевые параметры, как силы в канатах, момент инерции поворотной платформы, центробежные силы, действующие на ковш, и, как следствие, время его движения, напрямую зависят от текущего положения ковша в пространстве. Исходные данные для подобных расчетов обычно сводятся в специальные таблицы (например, табл. 3.6.2).
Для определения координат ковша на этапе транспортировки (хт, ут) используется параметрическое описание его траектории (см. рис. 3.6.15). Траектория задается координатами ключевых точек: начала (НК) и конца (КК) копания, начала (HP) и конца (КР) разгрузки. Путь перемещения ковша от точки окончания копания до точки разгрузки формируется из отдельных отрезков yi и xi.
Имитационная модель рабочего процесса
Разработанная модель рабочего процесса драглайна комплексно учитывает несколько аспектов: работу приводных систем, взаимодействие ковша с грунтом во время копания и согласованную работу всех механизмов при транспортировке груженого ковша [19].
Модель процесса копания
Данная подмодель позволяет рассчитывать возникающие при копании силы сопротивления и, как результат, натяжения в подъемном и тяговом канатах. Сила копания раскладывается на касательную и нормальную составляющие [4], величина которых изменяется по мере заполнения ковша породой.
Касательная составляющая сопротивления копанию рассчитывается по соответствующим зависимостям:
