Проблему сохранения экскаватором оптимального угла резания грунта при копании, создав систему с электроприводом на ковше и радиопозиционированием зубьев, первыми в мире решили специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 29 мая сообщила пресс-служба вуза.

Оптимальный угол резания грунта экскаватором критически важно выдерживать равным 30–35 градусов, поскольку отклонение от него в ту или иную сторону приводит к росту сопротивления грунта, перерасходу топлива и быстрому износу техники. При этом существующие гидравлические системы управления наклоном ковша не способны поддерживать постоянным заданное положение из-за погрешностей системы.

Способ, которым сначала пермские политехники решали эту проблему, использует гидроцилиндры, которые поворачивают зубья, меняя угол резания в зависимости от показаний датчиков, устанавливаемых на стреле и рукояти и фиксирующих их положение. С датчиков их показания передаются на бортовой компьютер, который и рассчитывает сигнал на гидропривод, необходимый для поворота зубьев.

Этот способ позволил снизить износ техники и расход топлива. Однако минусами такой системы, во-первых, является то, что она требует много энергии на подогрев гидравлического масла, а шланги подачи его часто текут и требуют ремонта. Кроме того, сама система сложно настраивается на точные микродвижения.

Также электронные сенсоры измеряют положение стрелы и рукояти, но не учитывают и не передают в компьютер прогиб стрелы под нагрузкой и дополнительный зазор, возникающий из-за износа шарниров, которые смещают положение ковша относительно задаваемого системой, т. е. компьютер определяет реальный наклон зубьев неправильно.

Поэтому ученые Пермского Политеха создали новую систему, которая впервые в мире использует одновременно электропривод зубьев, установленный прямо на ковше, и радиосистему точного позиционирования самого ковша. Это позволяет экскаватору поддерживать оптимальный угол резания, сокращая в результате расход топлива и повышает надежность и скорость работы экскаватора.

Студент кафедры горной электромеханики ПНИПУ Дмитрий Ковалевский пояснил: «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».

Датчики на самом ковше и на зубьях передают в компьютер текущий угол резания. Когда он отклоняется от оптимального значения в 30–35 градусов, на электродвигатели, установленные на ковше, из блока управления подается команда на изменение угла, которая автоматически реализуется через систему рычагов и тяг, поворачивающих вал с зубьями в нужное положение.

«Такое устройство, — продолжил пояснения доцент кафедры горной электромеханики ПНИПУ кандидат технических наук Александр Муравский, — 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».

Поскольку все электродвигатели, датчики и передатчик компактно размещены на ковше, а на платформе располагаются только приемники сигнала, то, как отметил студент кафедры горной электромеханики ПНИПУ Роман Разорвин, «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».

Таким образом, разработка пермских ученых при внедрении обеспечит для экскаваторов автоматическую поддержку оптимального угла резания вне зависимости от типа грунта — и в случае мягкого чернозема, и для скальных пород.

Строительным компаниям это позволит сократить расход топлива и простои на ремонт. Горнодобывающая промышленность получит повышение надежности и срока службы техники в тяжелых условиях, а дорожные строители — возможность ускорить выполнение земляных работ и ввод объектов в эксплуатацию.

В ПНИПУ на это изобретение получен патент за номером 2859645 «Рабочее оборудование экскаватора».