В условиях плотной городской застройки, где доступ к строительной площадке затруднен близким расположением зданий, обычному крупногабаритному экскаватору не развернуться и даже не подъехать к месту работы. Поэтому в таких случаях используют его мини-версию. Благодаря своей компактности машина легко работает в ограниченных пространствах, а также обладает высокой маневренностью, что минимизирует риск повреждения окружающих объектов. Но при этом она не может эффективно выкапывать и разрезать грунт, потому что силы ковша для этого недостаточно. Ученые Пермского Политеха нашли способ увеличить усилие заглубления ковша мини-экскаватора до двух раз.
Статья представлена на конференции «Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе», XIV, 2024 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Малогабаритный экскаватор по сравнению с полноразмерным гусеничным или колесным отличается меньшими размерами, весом и рабочей мощностью. Эти машины предназначены для работы в небольшом ограниченном пространстве. Их используют для выкапывания ям, бассейнов, прудов, траншей, работы в помещениях для прокладки коммуникаций и подготовки основания фундаментов. Они обладают множеством преимуществ: маневренность, экономичность и универсальность. Все это делает их незаменимыми в строительстве, коммунальном и сельском хозяйстве.
Вместе с тем мини-экскаваторы не могут обеспечить достаточное заглубление ковша в грунт из-за своего собственного малого веса — до 8 тонн. Маленькая глубина копания не позволяет в полной мере разрабатывать почву и ограничивает возможности работы с большими объемами земли или в труднодоступных местах.
Ученые Пермского Политеха предлагают смещать центр тяжести экскаватора в сторону ковша в моменте его заглубления, используя дополнительный контргруз, чтобы увеличить эффективность работы.
Политехники разработали расчетную схему, которая оценивает действие сил ковша в начальный момент заглубления в грунт. За основу взяли экскаватор на колесном двухосном шасси с обратной лопатой.
— Максимальное усилие, с которым ковш врезается в грунт, зависит от того, где расположен центр массы экскаватора по отношению к точке заглубления. Расчетная схема показала, что смещение центра тяжести на переднюю ось шасси машины может увеличить силу врезания ковша в грунт от 1,5 до 2 раз, — рассказывает Константин Пугин, профессор кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ, доктор технических наук.
— Реализовать это смещение можно, если вдоль корпуса экскаватора установить дополнительный контргруз. Это большой тяжелый металлический элемент, который обычно располагают в задней, а не в передней части поворотной платформы экскаватора. Чтобы машина при этом не потеряла устойчивость, груз должен перемещаться вдоль обеих осей. Это можно сделать с помощью гидравлического цилиндра или системы шестерен и рельсов, — дополняет Ильдар Гимадеев, аспирант кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ.
Усовершенствование конструкции мини-экскаваторов, предложенное учеными Пермского Политеха, позволит расширить эксплуатационные возможности малогабаритных строительных машин за счет возможности проводить разработку более прочной категории грунта.