В Пермском Политехе разработали и запатентовали систему, которая помогает экскаватору поддерживать оптимальный угол резания, сокращает расход топлива, при этом техника реже ломается и работает быстрее. 

Отметим, экскаваторы используют при строительстве дорог, добыче полезных ископаемых или рытье котлованов. Оптимальный угол резания техникой составляет 30–35 градусов. Если он станет меньше или больше — сопротивление увеличится, расход топлива взлетит, а зубья и механизмы будут быстро изнашиваться.

Сегодня большинство экскаваторов не могут автоматически поддерживать этот самый оптимальный угол. Этот вопрос пытаются решить с помощью гидроцилиндров (специальные силовые устройства, где поршень двигает жидкость под давлением) — они поворачивают зубья, меняя угол резания. На стреле и рукояти устанавливают датчики, которые измеряют положение этих частей и передают показания на бортовой компьютер, который уже решает, как повернуть зубья. Но у такого подхода есть два серьезных минуса.

С одной стороны, сама гидравлика: много энергии уходит на нагрев масла, из-за чего шланги текут и требуют частого ремонта, а главное — такую систему сложно настроить на точные микродвижения. С другой стороны, электронные сенсоры, закрепленные на стреле и рукояти и измеряющие их положение, не видят того, что происходит в реальности: стрела под нагрузкой прогибается, шарниры (подвижные соединения деталей) со временем изнашиваются, появляется лишний зазор. Датчики этого не замечают и по-прежнему передают расчетное положение, хотя на самом деле ковш уже сместился. Компьютер получает неверные данные и ошибается в определении его реального местоположения.

Ранее ученые Пермского Политеха создали первое в России устройство, которое автоматически подстраивало угол резания — с помощью гидроцилиндров. Оно помогало снизить износ техники и расход топлива, но не избавляло от главных недостатков гидравлики. 

Теперь они создали систему, которая впервые в мире объединяет два решения — электропривод зубьев, установленный прямо на ковше, и радиосистему точного позиционирования самого ковша.  

«Суть разработки в том, что на ковш ставят радиопередатчик, а на корпус экскаватора — датчики-приемники. Они улавливают сигнал с него. Блок управления по времени прохождения сигнала вычисляет точное расстояние от ковша до вращающейся платформы и угол его наклона. Так компьютер видит реальное положение ковша, даже если стрела прогнулась или шарниры износились», — пояснил студент кафедры горной электромеханики ПНИПУ Дмитрий Ковалевский.


На фото: компьютерная модель ковша экскаватора.

Одновременно датчики на самом ковше и на зубьях сообщают компьютеру текущий угол резания. Если он отклоняется от оптимального (30–35 градусов), блок управления подает команду на электродвигатели, установленные прямо на ковше. Те через систему рычагов и тяг поворачивают вал с зубьями, мгновенно меняя угол атаки. Все происходит автоматически, без участия машиниста.

«Такое устройство позволяет поддерживать угол резания в оптимальном диапазоне даже при резких движениях стрелы и рукояти. А это, в свою очередь, снижает сопротивление грунта — зубья ковша меньше нагружены, ковшу легче внедряться в грунт. В результате уменьшается нагрузка на двигатель и гидравлическую систему, сокращается расход топлива и продлевается срок службы техники», — подчеркнул кандидат технических наук, доцент кафедры горной электромеханики ПНИПУ Александр Муравский.

Элементы устройства размещаются на ковше и платформе экскаватора. Все составляющие — электродвигатели, датчики, передатчик — компактно размещены на ковше, а на платформе располагаются только приемники сигнала. 

«Систему легко установить на любой экскаватор: не надо переделывать существующие масляные трубки и шланги. К тому же здесь нет гидравлики, а значит — нет проблем с текущими шлангами и перегретым маслом. Электропривод надежнее, экономичнее и проще в ремонте» — отметил студент кафедры горной электромеханики ПНИПУ Роман Разорвин.

Как отмечают специалисты, разработка в будущем позволит экскаваторам автоматически поддерживать оптимальный угол резания на любом грунте — от мягкого чернозема до скальных пород. Для строительных компаний это означает сокращение простоев на ремонт и снижение расхода топлива. Для горнодобывающей промышленности — повышение надежности техники в тяжелых условиях. А для дорожного строительства — возможность быстрее выполнять большие объемы земляных работ, ускоряя ввод объектов в эксплуатацию.