CC BY
102
УДК 621.869
АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ СЦЕПНЫХ УСТРОЙСТВ СКРЕПЕРНЫХ ПОЕЗДОВ
И.Г. Кириченко, профессор, к.т.н., С.Г. Ковалевский, ассистент, Л.В. Разарёнов, ассистент, О.С. Омелай, студент, ХНАДУ
Аннотация. Проведен анализ конструкций сцепных устройств по материалам научно-технической и патентно-лицензионной информации.
Ключевые слова: скреперный поезд, сцепное устройство, конструктивные особенности, научно-техническая и патентная информация, повышение надежности, снижение нагрузок.
Введение
Работа скрепера в составе скреперного поезда вызывает увеличение нагрузок, действующих в металлоконструкциях и сцепном устройстве, что приводит к снижению долговечности основных узлов скрепера. Разработка рациональных конструкций скреперных устройств, позволяющих уменьшить действующие нагрузки, является необходимым условием повышения эффективности работы скреперного поезда.
Анализ публикаций
Наиболее интересные конструкции устройств, обеспечивающее быстрое и надежное соединение скреперов в поезд, выполнены на уровне патентов и авторских свидетельств, что подтвердил патентный поиск, выполненный по ведущим в области строительных машин странам. При проведении анализа использовались официальные патентные бюллетени, реферативные и библиографические журналы патентных ведомств стран поиска.
С целью определения направления развития конструктивных решений в области создания скреперных комплексов был проведен анализ собранной информации. Весь массив отобранных описаний сцепных устройств может быть разделен на следующие группы:
- конструкции, предназначенные для обеспечения различных способов сочленения скреперов и их узлов;
- конструкции, обеспечивающие повышение тя-гово-сцепных качеств скреперов и агрегатиро-ванных с ними тягачей;
- конструкции, позволяющие повысить надежность металлоконструкций машин за счет снижения действующих нагрузок.
Одним из критерием перспективности какого-либо направления конструктивного совершенствовании машин является глубина его проработки на уровне охранных документов и научных исследований. Тщательный анализ патентно-лицензионной и научно-технической информации позволяет прогнозировать развитие скреперных поездов и сцепных устройств.
Примеры способов образования скреперных поездов на тот или иной период рабочего цикла представлены в работе [1]. Первый способ заключается в организации постоянного соединения машин, как на период копания, так и на время транспортировки и разгрузки грунта. Управляет агрегатом один оператор, находящийся в одном из скреперов.
К недостаткам такого варианта можно отнести сложность управления и низкую маневренность вследствие плохой обзорности и больших габаритов механизма, потребность в операторе высокой квалификации.
Для второго способа характерна последовательная замена скреперов, в результате чего один груженый скрепер помогает заполняться другому, находясь впереди или сзади. После окончания загрузки первый скрепер уходит, а второй начинает помогать третьему. Для эффективного осуществления такого варианта скреперования необходимо чёткая организация движения машин, с целью исключения простоя скрепера в ожидании помощника.
При третьем способе два скрепера образуют поезд только на период копания грунта, и поочередно помогая, друг другу производят заполнения ковшей. По окончании набора грунта скреперы раздельно транспортируют его к месту разгрузки.
Перечисленные варианты скреперования предполагают использование сцепных устройств различной конструкции.
На основании обобщения результатов анализа и обработки научно-технической и патентной информации одним из перспективных направлений следует считать разработку и освоение конструкций сцепных устройств, направленных на снижение динамических нагрузок и повышение долговечности скреперов, взаимодействующих во время работы. Это направление характеризуется наиболее быстрым ростом числа публикаций за исследуемый период. Необходимо отметить, что продолжает увеличиваться количество конструкций, обеспечивающих повышение тягово-сцепных качеств машин, хотя темп их роста и уступает конструкциям, направленным на снижение нагрузок, общее число публикаций превышает все остальные.
Повышение надежности скреперного поезда обеспечивает тягово-толкающее устройство [2]. Гашение продольных динамических нагрузок в тяговом режиме работы достигается тем, что рычаги 1 крепления скобы 2 выполнены двуплечими и шарнирно прикреплены к раме заднего скрепера, в результате чего скоба 2 находится в плавающем положении, что в сочетании с возможностью её поворота относительно крюка 3 компенсирует продольные вертикальные и угловые смещения скреперов 4 и 5 относительно друг друга, рис. 1.
Сцепное устройство [4] позволяющее защитить узлы, расположенным в задней части скрепера 1 от ударов скобы 2, возникающих в процессе копания грунта, представлено на рис. 3. Демпфирование ударных нагрузок в продольном направлении производится за счет работы на сжатие амортизирующего элемента 3, находящуюся между поворотными крюками 4 и 5.
Рис. 2. Сцепное устройство
2 4 5 /
4 з / 2 5
Рис. 1. Тягово-толкающее устройство
В скреперном поезде ДЗ-108 используется сцепное устройство [3], в которой толкающая плита 1 жестко закреплена на заднем скрепере рис. 2. На переднем скрепере 5 имеется упорная плита 2, выполненная совместно с крюком 6, шарнирно закрепленным к буферу передней машины, имеющий пружинно-фрикционный амортизатор 3. Соединение машин в поезд производится с помощью скобы 7, закрепленной шарнирно и гидроцилиндра 8. Конструкция позволяет демпфировать нагрузки при ударах толкающей плиты, так и при рывках передаваемых через крюк на скобу амортизатором.
Рис. 3. Сцепное устройство Цель и постановка задачи
В данной статье необходимо провести анализ сцепных устройств скреперного поезда и разработать оригинальную конструкцию для снижения динамических нагрузок в узлах машин.
Оригинальная конструкция сцепного устройства
Механизмы сцепок рассмотренные в анализе публикаций допускают возможность значительных взаимных перемещений скреперов друг относительно друга в продольном направлении.
При рассогласовании в работе операторов, изменении скоростей движения машин, вследствие разнообразия грунтовых условий и рельефа местности возникают соударения скреперов, что приводит к значительным деформациям металлоконструкций.
Указанные недостатки устранены в сцепном устройстве [5] за счет захвата и удерживания скобы 1 поворотным крюком 2 рис. 4. Динамические на-
грузки возникающие в вертикальной и горизонтальной плоскостях вследствие движения скреперов по пересеченной местности демпфируются двумя пружинами 3 и 4, которые сохраняя возможность взаимного перемещения, не дают толкающей плите 5 отходить от буфера 6 при замедлении заднего скрепера.
Защиту сцепного устройства от аварийных нагрузок, например в случае упора ножа скрепера в препятствие, обеспечивает предохранительный клапан, соединенный с поршневой полостью гидроцилиндра 7. В этом случае втягивание штока гидроцилиндра приводит к повороту крюка и освобождению скобы, обеспечивая рассоединение машин.
15 5
Рис. 4. Оригинальное сцепное устройство
В начале и в конце цикла копания грунта повороты крюка производятся оператором ручным переключением гидрораспределителя и соответственно фиксацией или освобождением скобы механизма сцепки.
Выводы
Выполненный сравнительный анализ конструкций сцепных устройств скреперного поезда пока-
зал, что наибольшее развитие получили механизмы для снижения динамических нагрузок в узлах скреперов. Предложенная конструкция сцепки имеет ряд преимуществ перед другими вариантами, что подтверждается выдачей авторского свидетельства на изобретение.
Использование оригинального сцепного устройства позволяет существенным образом снизить динамические нагрузки и повысить надежность и долговечность скрепера.
Литература
1. Фиделев А.С., Станевский В.П. Повышение
производительности скреперов // Горные строительные и дорожные машины. - 1980. - № 30. - С. 17-20.
2. А.с. 981023 СССР, МКИ В60ДЗ/00 Тягово-
толкающее устройство скреперного поезда. Опубл. Б.И. 1982, №23 - 2 с.
3. Бурштейн Р.С. Писарчик В.Б. Повышение эф-
фективности строительных и дорожных машин // Строительные и дорожные машины. -1983. - №9 - С. 12-14.
4. Нилов В.А. Исследование скреперного поезда.
Дис. канд. техн. наук. - М., 1975. - 183 с.
5. А.с. 1281447, МКИ В60Д3/00, Е02Б3/64 Сцеп-
ное устройство скреперного поезда. Ермилов А.Б., Кириченко И.Г., Ковалевский С.Г. Опубл. Б.И. 1987. №1 - 3 с.
Рецензент: В.В. Ничке, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 15 февраля 2005 г.
