资源描述
采矿作业的机械化及自动化 采石挖掘机工作装置的模型 E. V. A. P. E. A. . V. 们用由安装在一面墙上的冲级快驱动装有刀片的桶开发出了一个露天矿场使用的挖掘机数学模型。 铲斗操作如下：当铲斗与岩石表面接触时，它被破坏的力大于铲齿所受的总摩擦力和驱动装置给于它的驱动力，使冲击块带有动能。冲击块的运动导致铲齿铲入岩石中，并在岩石表面形成深深的痕迹。减小位于铲齿下方的受力面积，于是就形成了所 谓的“破坏结合区”。破坏这个区所需要的力比破坏完整的块要小的多 利用这些活动的块，岩石将可以在不利用 情况下被挖掘 描述铲斗开挖过程中的主要参数包括岩石的力学性能，外力影响下各力学属性的变化，驱动装置的工作特性和设备的参数，在挖掘过程中产生的两种破坏方式：切割和冲击破坏 作用在各铲齿表面的几何方向上的力表现在挖入过程中的阻力，映射在冲击块轴向的力的总和为 直轴方向的力的总和为 力的中和为零。因为压裂是块的主要破坏方式。 以下是为了描述铲斗运动的数学模 型的设想： 通过以上假设，铲斗的运动就可以用在外力作用下的二维运动机构来表示，它包括压力装置的驱动力和提升装置的产生的力，重力和岩石表面产生的阻力。任一时间段斗的位置由坐标 r（ t）来定义，距离（ （ t） 间的角度，该装置的动力由 " = (' + m") ,- + (1)来表示。其中 示岩石和铲斗的重量， 示斗杆和空铲斗的质量，J 表示铲斗加岩石和斗杆相对于其旋转轴的瞬间惯性。 Y = r + J + 2 + ), (2) 其中 指空斗与斗杆的转动惯量， 空斗重心与斗杆重心的在坐标内的距离。 在铲斗中的岩石的质量 m 取决于铲斗前沿的运动路线和岩石表面的初始形状。为了写出一个表示岩石质量增长率的表达式。我们将考虑使用图 2 中的方案，入股铲斗前沿在时间 t 内的运动路线用曲线 2)来表示，岩石的初始 形状用曲线 ( 3)表示，, 3 是在零点位置的极坐标，在时间 t 内，铲斗前沿走过了 闭合路线：在这种情况下，当 d 2 = d 3 在时间 t 内质量的增长则有 ( - ) = T ,B (I OC l" I A . I ) ，其中 o 是岩石的密度， B 是铲斗边缘的宽度。我们从简图中可以看出： r, = r= r, r 和忽略面积的微小变量，我们写出以下公式： 2211 2 3 22 s i nd m B r r d 增量 于斗臂在时间 t 内的角速度和时间增量 t 的乘积。 d 2 = = &于是质量的增长率则由 . r 达出来了。单位时间 t 内陷入铲斗中的岩石质量则由 1 表达，这里面的是时间 t 的一个 函数。 利用一个质量变化动力学的基本方程式，我们可以证明拉格朗日方程式是适合关联重心的绝对速度等于零的变量点机械运动力学系统的。 考虑到一个机械运动系统包含 n 个由以速度 动的质量为 的材料的重心。 拉格朗日方程式中的 2, p. 340中衍生出的常数。考虑到 m i = mi(t)的情况，在下述的 2中，我们引入广义的坐标 q，于是 12, , . . . . . . . ,i i sr r q q q t。 其中 质心的位置向量，于是 ii q 中 广义速度，在任何时间的机械系统的动能由112ni i m v v 表示 我们发现关于整个坐标的动能的偏导数 义速度 1n . 11i i m v m 我们区分这相对于时间的表达式 考虑到第一数据，考虑到动态变量的基本方程 2, p. 143 其中 P 是作用于点而产生的力，通过材料的变量，我们得出 其中 R 是适用于 的反作用力，于是得出 第二数据是，实际上， 8T/2, p. 342。我们得出： 对于具有固定的完美约束系统 0 它是包含变量的机械系统的拉格朗日方程 相关联块的绝对速度为零的假想质心，这等同于派生恒体积的材质分属于机械系统的拉格朗日方程这一机制的拉格朗日运动方程 其中 作用于替代的 r 和 ，如下： 图 1 活动斗挖掘机的设计方案 图 2 铲斗内岩石质量增量的计算 其中 ,r 是 个力之间的角度 由驱动器和升降机构产生的力 挖掘机驱动装置和提升装置的参数确定了瞬间作用在电机轴和其转速的关系。所以 ) 和 , &)的函数组成取决于驱动器的特性和压力机制与提升 机制间的传动比。 表达式包括力 们是挖掘阻力的组成，他们可以利用数学模型来估算 韦特罗夫，巴洛夫涅夫和费德罗三世等的逻辑模型。通常，挖掘阻力取决于土层的物理性质，铲齿的几何形状，挖掘角度和剪切层的密度，我们应该考虑到最后两个参数必须绝对的取决于时间： 计算出动能的导数之后，将他们代入拉格朗日方程式内，我们得出： 其中 在方程式 6 中定义。该机制的运动可由方程式 8 表达出来。这些方程式的初始条件为： 表一 ：特别的破坏能量 地面 温度 C 含水率 斗杆能量 特别破坏的能量 H/考 砂 4 25 16 23 6 壤土 砂 4 25 11 21 6 壤土 粘土 4 25 16 40 6 粘土 4 25 18 31 6 壤土 粘土 7 壤土 砂 7 壤土 砂 7 15 15 18 7 煤 8 伯利亚分院，苏联科学研究院的研究资料。 在岩壁的工作中，有三种主要的操作模式： 等式 2初始条件 9 组成一个数学模型用来描述在切割的挖掘方式的工作过程。 我们将描述在操作模式 2 中铲斗的运动，在时间 从模式 1 到模式 2 的状态的转变是 其中 u 是摩擦系数。这个行程是在时间 t2=1+完成的。 装置的启动时间， 击的循环时间，当产生冲击的时候，铲齿铲入岩石内部的一段长 度为岩石的一个性质函数，铲齿的几何形状，和冲击能量。现场研究和在实验室测量在冲击时铲齿的铲入情况，由采矿研究院，工程机械研究院， 究院和卡拉干达理工学院【 4行指导，建议用岩床被压裂的特殊情况来评估压裂效果的某些特征。对于压裂的能量单位这种特征可以利用和衡量每单位岩床的能量 岩石的最终抗压强度， 其中 A 是独立的 冲击能量， J,岩床上冲击能量的传递系数。 X 是一次冲击时铲齿的穿透深度。 m； 压裂的横切面积 m 的平方。 石的最终抗压强度，千牛 /平方米。 估算取决于岩床的机械性能和它的环境。在冻土层用对称的契状工具每次冲击的破坏能量的变化，由工程设计研究院给出的单一的冲击密集度来确定。已在表一 中给出，铲斗的侵入深度可以用一下公式定义： 此外， 以由实验测得也可以从【 7报告中的数据来估算。冲击之后，铲斗的运动再次用方程式 2和 8来表达 。但是由于条件 的限制，直到铲斗前沿的运动距离 X。 图 3 斗杆的旋转角度相对时间的坐标系（ 1进行削弱调整的挖掘， 2， 3， 41f=5， 0*1000000H/平方米， 。）。4 】。 方式 3中的条件转变表示为： （ 12） 满足条件（ 12）后，方式 3中的切割就开始了。 岩石的抗破坏阻力通常由 非正式的表达式表达： .（ 13） 其中 是标准压强， 是内摩擦角， 尔 0计算的破坏载荷作用下的主应力的库伦准则： .(14) 其中 是相对于应力应变曲线的最大主应 力。 根据 和 还有方程（ 13）（ 14）来表示的 和 。我们获得一个关于粘结力最终单轴抗压强度 的函数表达式 C： (15) 表达式（ 15）体现了岩石体在冲击后主要特征粘结力的变化是降低的，岩床的结合力可由一下方程式表达： .（ 16） 其中 一块岩石的结合力， 是岩床的削弱系数。它是一个平均块大小的函数，主要的破裂网络和在方程式 8中提出的挖掘方向。 冲击之后，结合力 其中是代表冲击载荷作用下的岩床上附加的削弱系数。在冲击载荷作用点上，岩石被压碎，根据定理（ 7）， 齿铲过破坏结合区时，在特定模式下它提升到的初始值（研究 C=f（ x）的特性是一门独立的学科）。在第一次逼近的时候，该区域的面积和结合力的大小可以通过表达式 7算出来，铲斗在破坏结合区的那一刻可以用表达式 2达，加上加在 C （岩石结合力）上的附加系数。随着 C 的递增， 数值也逐渐增大，铲斗的下一步运动是遵循模式 1还是 2，取决于是 否满足条件（ 10） . 方程式 2上 ,的各自参数的限制，模式的转换取决于是否满足条件 9和 10。由等式 4,6,8 组成的描述挖掘机铲斗的工作进程的数学模型，由非线性的微分方程组组成。可以自动进行选择和能精确控制的一个改良版的莫森运算法则被用来解决这个系统中的问题。 这个模型已被互交换模式的计算机进行程序化，在解决的过程中，铲斗的运动轨迹可有所选择的升降机构和压力机构的驱动器的负载特性进行调整。 通过选择适当的函数式：。它相当于控制挖掘机的实际进程。 几个可供选择的方案用于估算这个模型，结果在图三中很明确的表示出来了。 在第一种情况下，压裂完全是由冲击载荷引起的。单一的冲击能量是不足以创建“ 破坏结合去”的（曲线 1） 坏结合区”的弱化衔接（ 模拟结果是：与在 克拉斯诺戈尔斯克区分部的粉砂岩层进行现场实验的数据（图三中的虚线）比较，在实际进程与模型之间观察到相似之处（误差不超过 30%）。最小的差异是通过在“破坏结合区”结合力的线性削弱得出的。 通过这个数学模型，我们可以调查各种不同工作进程中的参数，这些机构的挖掘条件设置应满足不同的技术和经济参数和挖掘目标。 参考资料 1. A. I. . N. 1973). 2. A. A. A 5th 1977). 3. V. I. of 1981). 4. V. A. "A of of of by a to " s 1977). 5. A. F. . I. "of an of 1972). 6. N. G. A. M. A. A. et "of of a A. A. 1971). 7. S. T. . N. "of an 1980). 8. I. 1977). 9. O. D. V. K. . . 1985). 10. R. 1987).
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