Горной машины

Характер частного распределения энергии колебаний по оси х карьерного экскаватора в зависимости от кусковатости горной породы показан на рис. 3.4. Во всех спектрах максимум энергии приходится на диапазон низких частот до 9 Гц. С увеличением частоты наблюдается её снижение со “скоростью” ≈2,5-4 дБ/октава. В спектрах можно выделить низкочастотные тональные подъемы: сравнительно узкие со средними частотами f_ср ≈3,2Гц, f_ср ≈4,5Гц и f_ср ≈12Гц. Тональный «всплеск» с f_ср ≈18Гц присутствует только в одном случае большой кусковатости

Рис. 3.4. Сравнение спектрального распределения энергии динамических нагрузок по оси х при различных режимах работы экскаватора ЭКГ-8И: 1 – подъем порожнего ковша; 2 – погрузка глины; 3, 4, 5 – погрузка скального грунта с d_ср соответственно 150, 400, 750 мм (при k_р=1,35);6 - d_ср=800

(при k_р=1,05); 7 – при поворотах без копания

и плохого разрыхления (спектр 6) поэтому его нельзя считать закономерным. В более высокочастотном диапазоне тональный подъем с f_ср ≈60Гц (пятая гармоника механизма, подъема, см. раздел 2.5), перекрывающий широкую полосу частот от 48 Гц до 96 Гц, стабильно проявляется только в легких условиях работы экскаватора до d_ср =150 мм. С увеличением кусковатости этот тональный подъем вуалируется сплошным спектром от все более интенсивных ударных импульсов, возникающих при черпании породы. Кроме того, из рис. 3.4 (спектр 7) видно, что при поворотах экскаватора без копания общая энергия вибрационного процесса в большей части частотного диапазона меньше, чем при работе с копанием даже в самых легких условиях копания глины.

Интенсивность спектральной плотности мощности при копании определяется значительно более высокой энергией процесса, чем при поворотах экскаватора. В диапазонах 3-12 Гц

и 48-96 Гц спектральная плотность при копании глины имеет уровни более высокие на 2-6 дБ, чем при поворотах машины. При работе экскаватора на скальных грунтах даже при хорошем разрыхлении и дроблении уровни спектральной плотности на 5-10 дБ превосходят во всем исследованном диапазоне частот до 144 Гц вибрационные нагрузки от работы механизма поворота. Это подтверждает вывод о главном источнике вибрации карьерного экскаватора, сделанный в разделе 2.3: “… на низких частотах самым интенсивным источником колебаний в этих условиях является механизм подъема …”.

Характер частотного распределения энергии колебаний по оси z (рис.3.5) несколько отличается от оси х (рис.3.4).

Во-первых, более значительно выделяется тональный подъем редукторной вибрации с f_ср = 60 Гц для всех фракций кусковатости, кроме d_ср =1200 мм.

Во-вторых, в низкочастотном диапазоне до этого редукторного «всплеска», энергия колебаний не убывает, как по оси х, а распределена почти равномерно вдоль оси частот, приближаясь по характеру к «белому шуму».

В-третьих, для предельных нижних и верхних значений фракций по кусковатости охватывается более широкий частотный диапазон динамических нагрузок (от 0,03 до 3,5)·10^-3 м²/(с⁴·Гц). При этом на каждые 300 мм увеличения средневзвешенного диаметра куска - d_ср, динамика прироста энергии колебаний составляет примерно по 8-10 дБ или в 2,5-3 раза по абсолютным величинам.

В-четвертых, тональные подъемы низкочастотного диапазона имеют несколько другие значения средних частот: f_ср ≈2,2Гц; f_ср » 3,5Гц; f_ср ≈6Гц соответственно. И только f_ср ≈12Гц повторяется по оси z, так же как и по оси х.

2 – погрузка глины; 3, 4, 5 – погрузка скального грунта с d_ср соответственно 320, 600, 1200 мм (при k_р=1,35);

6 – при поворотах без копания.

Также как по оси х энергия колебаний при работе одного механизма поворота по оси z значительно меньше, чем от динамики рабочего оборудования и его привода. Даже при подъемах порожнего ковша тональный «всплеск» редукторной вибрации вблизи частоты 60 Гц почти на 20 дБ выше уровня энергии колебаний от работы поворотного механизма. Уровень интегральной спектральной функции мощности вибрации для данного режима работы машины более чем на 90% формируется работой механизма подъема ковша в диапазоне частот до 144 Гц.

Изменение энергии динамических нагрузокэкскаватора в зависимости от параметров копаемой горной массы хорошо иллюстрируется изменением интегральной спектральной функции формула (2.3) – I (D f), которая характеризует суммарную мощность процесса колебаний. В нашем случае размерность м²/с⁴, т.к. исходный параметр динамической нагрузки вибрационное ускоренье в частотном диапазоне от 2 Гц до 140-160 Гц.

Рис. 3.6. Зависимости интегральной спектральной функции виброускорения поворотной платформы экскаватора ЭКГ-8И по оси z от кусковатости и коэффициента разрыхления копаемой горной породы:

экспериментальные кривые;

расчетные кривые по формуле (3.4)

Анализ эмпирических графиков, приведенных на рис.3.3 и рис.3.6, позволил сделать следующий вывод: количество n и величины W ударных импульсов при различных горнотехнических условиях имеют тесную корреляционную связь с интегральной спектральной функцией. В обоих случаях с увеличением кусковатости зависимости f(n) и f(W), а также интегральная спектральная функция процесса I (D f) возрастают линейно, а при увеличении коэффициента разрыхления убывание данных функций происходит по кривым, близким к экспонентам. Такая корреляционная связь доказывает, что суммарная энергия процесса колебаний и его спектральное содержание у карьерных экскаваторов при работе в забоях с d_ср > 100 мм формируется в основном за счет импульсно-ударных нагрузок взаимодействия ковша с породой. Это, во-первых, подтверждает выводы, сделанные при исследовании источников вибрации экскаватора. А во-вторых, наличие ударных импульсов в вибрационном процессе это основная причина превышения допустимых величин верхнего предела нормируемых частот и максимальных ускорений по ГОСТ 17516-72. Поскольку по ГОСТ 17516-72 импульсно-ударные воздействия на электротехнические изделия не допускаются, то это позволяет сделать вывод о том, что выходы из строя виброчувствительного оборудования экскаваторов определяются в основном импульсно-ударными нагрузками.

В результате обработки экспериментальных данных получено эмпирическое выражение [1] интегральной спектральной функции виброускорения поворотной платформы экскаватора для частотного диапазона D f максимальных вибрационных нагрузок от 1,4 до 150÷160 Гц в зависимости от кусковатости и коэффициента разрыхления горной массы:

, (3.4)

где Lx = 14,7; L_y =8,4; L_z =18,5; M_x = 0,00147; M_y =0,001; M_z =0,00157; N_x = 0,015; N_y = 0,005; N_z = 0,012 – эмпирические коэффициенты. Диапазон горнотехнических параметров:

100 £ d_{с р} £1200 мм; 1,05 £ k_р £1,6. Сравнение расчета и эксперимента показаны на рис.3.9.

При определении параметров зависимости (3.4) использовался метод наименьших квадратов, по которому при помощи ЭВМ минимизировалась сумма квадратов отклонений значений, вычисленных по эмпирической формуле от экспериментальных данных. Рассчитанные по формуле (3.4) и экспериментальные величины отличаются на 2-5% (рис.3.6).