Научная статья на тему 'Оптимизация бульдозера-рыхлителя'

Оптимизация бульдозера-рыхлителя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
550
140
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СТРОИТЕЛЬСТВО / ТЕХНОЛОГИЯ / БУЛЬДОЗЕРЫ / РЫХЛИТЕЛИ / ЭКСПЛУАТАЦИЯ / СONSTRUCTION / TECHNOLOGY / BULLDOZERS / RIPPERS / OPERATION

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Шаповалов А. И., Радченко А. Э.

Рассмотрены основные особенности производства работ в горных условиях. Предложены конкретные меры по устранению недостатков существующих методов работ по рыхлению пород путем установки качественно нового оборудования, позволяющего разрушать породу в направлении наименьшей прочности («на отрыв»). Данные меры позволяют снизить трудоемкость работ, повысить точность, эффективность и производительность, снизить объемы и экологическую опасность при производстве работ в горных условиях.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

OPTIMIZATION OF THE BULLDOZER-RIPPER

This state discusses the main characteristics of the production of works in mountain conditions. There are proposed concrete measures to eliminate the shortcomings of the existing methods of work on рыхлению breeds through the installation of a new equipment, allowing to destroy the breed in the direction of the lower strength («on the gap»). These measures allow to reduce the complexity of works, improve accuracy, efficiency and productivity, to lower volumes and the environmental hazards in the production of works in mountain conditions.

Текст научной работы на тему «Оптимизация бульдозера-рыхлителя»

УДК 629.113.004.67

А.И. Шаповалов, А.Э. Радченко ОПТИМИЗАЦИЯ БУЛЬДОЗЕРА-РЫХЛИТЕЛЯ

Рассмотрены основные особенности производства работ в горных условиях. Предложены конкретные меры по устранению недостатков существующих методов работ по рыхлению пород путем установки качественно нового оборудования, позволяющего разрушать породу в направлении наименьшей прочности («на отрыв». Данные меры позволяют снизить трудоемкость работ, повысить точность, эффективность и производительность, снизить объемы и экологическую опасность при производстве работ в горных условиях.

Строительство, технология, бульдозеры, рыхлители, эксплуатация

A.I. Shapovalov, A.E. Radchenko OPTIMIZATION OF THE BULLDOZER-RIPPER

This state discusses the main characteristics of the production of works in mountain conditions. There are proposed concrete measures to eliminate the shortcomings of the existing methods of work on рыхлению breeds through the installation of a new equipment, allowing to destroy the breed in the direction of the lower strength («on the gap» These measurrs allowto reduce the complexity of works, improve accuracy, efficiency and productivity, to lower volumes and the environmental hazards in the production of works in mountain conditions.

Со^тсйоп, technology, bulldozers, rippers, operation

Транспортное строительство в горных условиях производится при повышенной природной неустойчивости, в том числе при значительных колебаниях уклонов как в продольном, так и в поперечном направлении [1, 2].

Неустойчивость природных процессов, разрушительные последствия нарушений сложившегося равновесия, крайне узкие диапазоны условий, в пределах которых сохраняется равновесие природных процессов, все это характеризует горные районы как природные зоны, в которых транспортное строительство должно осуществляться методами, направленными в первую очередь на охрану природы.

Поэтому совершенствование техники и технологии горного транспортного строительства, связанное с уменьшением объемов земляных работ, как самых экологически опасных и трудоемких, несомненно, является актуальным и несет в себе не только значительный экономический, но и экологический, природоохранный эффект.

Производство земляных работ в горах ведется в сложных условиях. Работы выполняются, в основном, на склонах. Основным видом земляных работ при устройстве земляного полотна транспортных путей является разработка грунта в выемках на склонах и перемещение его в насыпи и в отвал. Грунты на горных склонах отличаются большим разнообразием, особенно по трудности разработки, вплоть до самых прочных и требующих предварительного рыхления. Совершенно очевидно, что ведущими машинами в нашем случае являются мощные специальные горны бульдозеры как с поворотными, так и с неповоротными отвалами.

Большую трудность представляет собой устройство, а при ремонте - очистка нагорных кюветов, несомненно, важнейших элементов горной дороги, в части ее эксплуатационной надежности. При этом в целях снижения себестоимости уменьшения влияния на устойчивость выемки нагорный кювет должен быть максимально приближен к откосу. Наиболее прогрессивные и перспективные машины для предварительного рыхления прочных грунтов - задние навесные тракторные рыхлители, устанавливаемые на бульдозерах, мало приспособлены для работы в горах, особенно при разработке нагорных кюветов.

Для повышения эффективности в горных условиях бульдозеров поворотными отвалами необходимо оснастить их задними трезубыми рыхлителями с автономным гидроприводом каждого зуба, например по авторскому свидетельству №696111 и свидетельству на промобразец № 10025. Это позволяет изменять количество рабочих зубьев из кабины трактора. При этом возможна работа одним, двумя и тремя зубьями с последовательным их заглублением, чем повышается производительность и использование мощности тягача, а также имеется возможность рыхления нагорных кюветов для их очистки при ремонте и содержании. Сами поворотные отвалы необходимо оснастить гидроуправлением углов поворота в плане путем механического перемещения на опорной раме толкателей, т.е. сохранив классическую схему соединения отвала с рамой центральным сферическим шарниром, что обеспечит необходимую прочность конструкции, например по патенту №2372446 от 10.11.09, где в качестве привода исполнительных ползунов взяты реверсивные гидромоторы, а для преобразования вращательного движения в поступательное используется винтовая самотормозящая передача, верхние тяги толкателей выполнены в виде двусторонних индивидуально управляемых гидроцилиндров.

Бульдозеры на тяжелых тракторах с неповоротными отвалами имеют рыхлители, чаще однозубые. Однако ограничены по прочности разрушаемых пород, так как разрушают их в направлении

наибольшей крепости пород. Поэтому рекомендуется, например, по патенту №2361042 от 10.07.09 следующее:

1) установка коротких рыхлительных зубьев на отвале по всей длине с шагом 500-700 мм;

2) обеспечение гидроуправляемого механизма (гидрораскосов) управления продольного и поперечного наклона отвала;

3) установка на задней поверхности отвала гидроуправляемой с помощью цилиндров опорной плиты (плит). При движении плиты вниз отвал с заглубленными зубьями движется вверх и разрушает грунт «на отрыв», расширяя тем самым возможности машины по прочности разрабатываемого грунта.

В результате появляются возможности разрушения пород «на отрыв» т.е. в направлении их наименьшей прочности с усилием, равным

и = х1-ШО

т

аШХ 1ИО

где От - сила тяжести машины; аш, аШХ - расстояние по горизонтали от передней опоры ходовой системы до центра масс и упряжного шарнира; 1ШО , 1ко - расстояние по горизонтали от опорной

плиты до упряжного шарнира и режущей кромки зуба.

Для современных машин на базе тяжелых промышленных тракторов невыполнимо Кн=(8... 12)От против Ян=(8... 12)От при отсутствии опорной плиты.

Конструкция позволит вести разработку земляного сооружения с более высокой точностью, вплотную с откосом, что уменьшит объемы земляных работ в целом, а, следовательно, повысит эффективность и производительность машин при одновременном уменьшении вредных экологических последствий. Аналогичного эффекта следует ожидать и в работе предлагаемых бульдозеров поворотными отвалами. Рассмотрим их подробнее.

Земляные работы в горах при транспортном строительстве ведутся в основном на склонах, основным видом их деятельности является разработка грунта в выемках с перемещением его в насыпи, полунасыпи и в отвал, т.е. поперек направления трассы, а, следовательно, и основному движению универсального бульдозера, с периодическим изменением этого направления до 180°. Для этого и с целью обеспечения достаточной жесткости конструкции прогрессивные методы реализованы в серийных машинах (например, Кейс 1150), по следующей схеме: базовая машина - гусеничный промышленный трактор, несущий с помощью упряжных шарниров на раме гусеничных тележек, охватывающую толкающую раму, гидроцилиндры подъема рамы, поворотный отвал в плане, соединенный с толкающей рамой при помощи центрального сферического шарнира и боковых толкателей, состоящих из двух продольных раскосов и ползунов, гидроцилиндры перекоса отвала в плане, перемещающие ползуны толкателей вдоль продольных брусьев, толкающих рамы. Недостатками описанной конструкции являются:

— изменение угла поворота отвала в плане с помощью двусторонних цилиндров для реальных машин нерационально на раме пространства из-за большой их начальной длины и недостаточного обеспечения для необходимого (28° 30°) угла поворота;

— передача рабочего сопротивления при работе отвала непосредственно на цилиндры поворота отвала в плане ведет к увеличению мощности гидропривода и к снижению его надежности.

Для устранения указанных недостатков, например, по патенту №2372446 рекомендуется в качестве привода ползунов и толкателей вместо гидродвигателей поступательного действия (гидроцилиндров) принять гидродвигатели вращательного (реверсивные гидромоторы), а для преобразования вращательного движения в поступательное движение толкателей вдоль продольных брусьев толкающей рамы использовать винтовые самотормозящиеся передачи, для обеспечения бесступенчатого регулирования углов резания и поперечного перекоса отвала верхние тяги толкателей целесообразно выполнить в виде двухсторонних индивидуально управляемых гидроцилиндров, установленных под углом 30-40 градусов к нижним тягам на сферических шарнирах.

Таким образом, при включении гидромоторов с противоположными направлениями вращения будут перемещаться в противоположных направлениях и ползуны толкателей, изменяя при этом угол перекоса отвала в плане вокруг центрального сферического шарнира соединения отвала с толкающей рамой. После достижения нужного угла поворота отвала в плане, гидромоторы выключаются, при движении бульдозера с заглубленным отвалом грунт перемещения в одну из сторон, для изменения

направления перемещения грунта вновь включаются гидромоторы причем в противоположные стороны вращения.

С помощью верхних тяг - гидроцилиндров, выполненных с автономным управлением, устанавливается угол поперечного перекоса отвала или угол резания (при синхронном движении штоков верхних тяг).

В результате, очевидно, что при работе бульдозера рабочая нагрузка на отвале передается на самотормозящуюся винтовую передачу, а гидромоторы периодически отключить и сокращать чистое время их работы, тем самым обеспечивая надежную работу гидропривода.

За счет обеспечения установки любых положении отвала в плане бесступенчатого регулирования угла резания и поперечного перекоса значительно расширяются эксплуатационные возможности бульдозера.

В направлении дальнейших исследований предполагается опытная проверка рекомендуемых конструктивных решении с участием заинтересованных спонсоров, желательно на натурных образцах тяжелого или сверхтяжелого гусеничного промышленного тракторов, а также и разработка исходных требований для проведения заводских экспериментальных и опытно-конструкторских работ, желательно при участии заинтересованных спонсоров и с использованием идей указанных здесь изобретений автора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Захарчук Б.З. Бульдозеры и рыхлители. М.: Машиностроение, 1987. 240 с.

2. Трескинский С.А. Горные дороги. М.: Транспорт, 1974. 367 с.

Шаповалов Александр Иванович -

кандидат технических наук, доцент кафедры организации перевозок и дорожного движения Кубанского государственного технологического университета

Радченко Артем Эдуардович -

студент факультета строительства и управления недвижимостью Кубанского государственного технологического университета

Статья поступила в редакцию 03.04.13, принята к опубликованию

Alexander I. Shapovalov -

Ph.D., associate Professor of the Department of Transport and Road of the Kuban State Technological University

Artyom E. Radchenko -

a student of the faculty of Construction and real Estate Management of the Kuban State Technological University

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.