К пониманию модели «идеального рабочего процесса экскавации грунта»

 

Для решения ключевых задач, процесс должен, значительно изменится в сторону интенсификации и его экономичности. Но изменение любой технической системы (ТС) всегда требует дополнительных затрат. Это добавка новых элементов, увеличение суммарных расходов. С точки зренияидеальности,хотелось бы увеличить Главную полезную функцию (ГПФ) системы с минимальным использованием дополнительных ресурсов, минимальным внесением в систему дополнительных элементов и незначительным увеличением расхода и потребления энергии. При этом важно, чтобы в результате изменения ТС происходило полное преобразование энергии в полезную работу без образования дополнительных отходов.

Такая схема изменения возможна, если выполнение дополнительной функции обеспечить имеющимися элементами (или выявленными ресурсами):

1  Воздухом;

2  Грунтом;

    Грунтовой влагой;

    Гравитацией;

Силами инерции.        

Для экскавации грунта необходимо активизировать рабочий орган, совместив в нем две операции - резание и непрерывное перемещение создав для этого наиболее благоприятные условия. Для этого требуется исключить циклы рабочего процесса экскавации грунта и обеспечит его транспортировку по непрерывной схеме. Идеальность процесса можно существенно повысить, если отказаться от существующей конструктивной схемы путем устранения холостых ходов и обеспечения необходимых параметров экскавации грунта за счет пространственного перемещения рабочего органа. При этом функции перемещения машины должны осуществляться за счет ходового устройства, адаптированного под свойства грунтов, а рабочий орган должен перемещаться в трех плоскостях, передавая реактивное усилие от резания и копания на раму. расположенную на ходовом устройстве.

Следуя принципу идеальности и опираясь на результаты проведенных анализов существующей системы для реализации идеальной модели необходимо решить задачи, приведенные в таблице 3.9.

 

Идеальный конечный результат (ИКР)

 

Модель идеальной системы предельно проста: в ней нет инструмента, а главная полезная функция экскавации грунта должна выполняться самим изделием (грунтом) или соседними элементами (влага, воздух, гравитация). В общем виде идеальное решение выглядит так - ничего не изменяя, и ничего не внося в землеройную машину, мы должны получить желаемый эффект. Идеальная модель добавила список ключевых проблем (см. таблицу 3.10).

Практика показывает, что не всегда можно достичь идеального результата. Но формулировка Идеального Конечного Результата в контексте идеального решения указывает направление на наиболее сильный ответ.

Общая формулировка ИКР: некоторый X-элемент абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений «решает» задачу. Идеальная модель экскавации грунта представлена на рисунке 3.12.

С точки зрения идеальности - в систему нельзя вводить новые вещества и поля. Но для достижения идеальной ТС и реализации идеальной модели все же необходимы незначительные изменения в существующей системе.

Здесь возникают дополнительные требования к ИКР, а именно: если в систему нельзя вводить новые вещества и поля, необходимо использовать Вещественно Полевые Ресурсы (ВПР).

 

Ресурсы

 

Анализ ресурсов всей системы в целом позволяет выделить три класса:

1 Внутрисистемные ВПР;

а) ВПР инструмента (Таблица 3.11);

б) ВПР изделия (Таблица 3.12);

Внешнесистемные ВПР (Таблица 3.13);

Надсистемные ВПР (Таблица 3.14).

Использование только внутрисистемных ВПР изделия необходимо для осуществления идеального способа экскавации грунта. Это есть выход на концепции за счет внутрисистемных ресурсов. Этот блок концепций есть решения на уровне ИКР (далекая перспектива).

Использование только второго класса ресурсов необходимо для осуществления концептуальных решений на уровне первого шага от ИКР (отдаленная перспектива).

Концепции, основанные на этом классе ресурсов, есть интенсификация существующего процесса экскавации грунта с использованием новых физических, геометрических и химических эффектов. На этом шаге обеспечивается синергизм между физико-механическими и геометрическими процессами.

Если нельзя осуществить идеальный способ экскавации грунта, то используются внутрисистемные ВПР инструмента (см. таблицу 3.11). Это модернизация существующей технологии в сторону второго шага от ИКР ближайшая перспектива. Использование этих ресурсов в решениях, - это выход на концепции по совершенствованию существующего рабочего процесса путем ее модернизации и частичной замены в ней оборудования.

Для осуществления идеального способа необходимо использование только внутрисистемных ВПР изделия. ВПР, имеющиеся при осуществлении процесса, перечислены в таблице 3.12.

Внутрисистемные ВПР плюс новые физические принципы экскавации грунта.

 

Таблица 3.11 - Внутрисистемные ВПР (ВПР инструмента)

Название	Вещества	Поля
Рабочий орган	Стальные сплавы, сплавы с повышенной твердостью, износостойкие покрытия	Механическое поле движения рабочего органа атмосферное давление

 

Таблица 3.12 - Внутрисистемные ВПР (ВПР изделия)

Название	Вещества	Поля
Грунт	Твердые сцепленные однородные и неоднородные частицы, грунтовая влага	Силы молекулярного сцепления, силы внутреннего трения частиц, гравитационное поле

 

Таблица 3.13 - Внешнесистемные ВПР

Вещества	Вода, воздух, температура окружающей среды, вес машины и рабочего оборудования, вес грунта
Фоновые поля	Гравитационное поле, магнитное поле земли

 

Таблица 3.14 - Надсистемные ВПР

Вещества	Масса машины и рабочего оборудования, материал рабочего оборудования и рамы машины
Поля	«копеечные» - воздух, гравитация, вода

 

Ключевые задачи для реализации идеальной модели и направления их решения на уровне ИКР представлены в таблице 3.15.

Список ключевых задач и направления их решения на уровне 1 шаг от ИКР представлен в таблице 3.16.

Список ключевых задач и направления их решения на уровне 2 шага от ИКР представлен в таблице 3.17.

 

Таблица 3.15 - Список ключевых задач и направление их решения на уровне ИКР

Ключевые задачи	Направление решения
Как осуществить экскавацию грунта с помощью самого грунта?	Разрушение грунта и его перемещение за счет фоновых полей - гравитация. и вода

 

Таблица 3.16 - Список ключевых задач и направление их решения на уровне 1 шаг от ИКР

Ключевые задачи	Направление решения
Как осуществить экскавацию грунта с помощью механической энергии непрерывно резая его и перемещая	Использование центробежных полей. Использование концентрации механической энергии с помощью клинового рабочего органа. Использование сил внутреннего трения в грунте

 

Таблица 3.17 - Список ключевых задач и направление их решения на уровне 2 шага от ИКР

Ключевые задачи	Направления дальнейшего анализа
Как осуществить экскавацию грунта с помощью механической энергии непрерывно резая его и перемещая	Использование центробежных полей. Использование концентрации механической энергии с помощью клинового рабочего органа. Использование сил внутреннего трения в грунте. Ударно-импулсное воздействие на грунт, вибрации. Центробежные силы, переход в надсистему по линии моно-би-поли