CC BY
16
УДК 624.879
АНАЛ13 ПРОЦЕСУ 1МПУЛБСН01 ПОДАЧ1 ЗУБА РОЗПУШУВАЧА В РЕЖИМ1
ЗАГЛИБЛЕННЯ
Л.С. Пелевш, проф., к.т.н., Б.М. Мельниченко, ¡нж., Кшвський нацюнальний ушверситет буд1вництва i архгтектури
Анотац1я. Подано розробки конструкци naeicoK розпушувач1в для динам1чного руйнуеання грунту методом iмпулъсного eidpuey кусюв грунту при заглиблент та виглиблент зуба розпу-шуеача, що дае змогу зменшити навантаження на ланки naeicKU та енергоемтсть розробки грунту.
Ключов1 слова: землерийна машина, розпушуеалъне обладнання, naeicKa робочого органа, iмпу-лъсна подача zidpopidunu, режим заглиблення, зуброзпушуеача.
АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ИМПУЛЬСНОЙ ПОДАЧИ ЗУБА РЫХЛИТЕЛЯ
В РЕЖИМЕ ЗАГЛУБЛЕНИЯ
Л.Е. Иелевнн, проф., к.т.н., Б.М. Мельниченко, инж., Киевский национальный университет строительства и архитектуры
Аннотация. Представлены разработки конструкции навесок рыхлителей для динамического разрушения почвы методом импульсного отрыва кусков грунта при углублении и выглублении зуба рыхлителя, что позволяет уменьшить нагрузку на звенья навески и энергоемкость разработки грунта.
Ключевые слова: землеройная машина, рыхлительное оборудование, навеска рабочего органа, импульсная подача гидрожидкости, режим заглубления, зуб рыхлителя.
ANALYSIS OF THE IMPULSE FEEDING OF A RIPPER TOOTH IN THE
PENETRATION MODE
L. Pelevin, Prof., Cand. Sc. (Eng.), B. Melnichenko, Eng., The Kyiv National University of construction and architecture
Abstract. The structure design of ripper linkage mounting structures for dynamic soil destruction by the method of pulse separation of soil lumps in the process of penetrating and lifting a tooth ripper that allows to reduce the load on the linkage mounting units and decrease the energy capacity of soil excavation is given.
Key words: digging machine, ripping equipment, the hinge of a working body, impulse feeding of hydraulic liquid, penetration mode, ripper tooth.
Вступ
Найбшьш важкими \ трудомюткими роботами на буд1вництв1 е земляш, особливо - роз-робка мерзлих грунта.
Основною причиною високо1 вартосп та енергоемносп в зимовий перюд е вщсутшсть машин та обладнання для мехашзацп розосе-
реджених po6iT малих та середшх об'ем1в, яю проводяться в обмежених мюьких умовах.
Виршити цю проблему допоможе обладнання активно! дп, шд час роботи якого робочий орган буде адаптуватись до змши параметр1в грунту, за рахунок чого енергоемнють роз-
робки грунту буде значно менше, шж при статичному руйнувант грунту.
Анал1з публшацш
За даними [1] енергоемтсть розпушення мерзлих грунпв залежно ввд 1х ф1зико-мехатчних властивостей становить 0,20,66 кВттод/м3, в той час коли при шших способах розробки цей показник сягае 12 кВтгод/м3.
Мета I постановка завдання
Метою стати е розробка конструкцп навюки для 1мпульсно1 подач1 зуба розпушувача та проведения анал1зу процесу 1мпульсно1 подач! зуба розпушувача в режим! заглиблення.
Анал1з ¡мпульсноУ подач! зуба
Робоче обладнання розпушувача (рис. 1) складаеться з робочо! рами 1, пдроцилшдра тдйому-опускания иавюки розпушувача 2, верхньо! тяги 3, нижньо! тяги 4, зуба 5 I наконечника 6.
Рис. 1. Робоче обладнання розпушувача
Клин робочого органа розпушувача характеризуемся кутом загострення Р та шириною B (рис. 2).
Кут загострення Р визначаеться мщтсгю клина, а ширина B - технолопчними умова-ми роботи. Для вщокремлення стружки вщ масиву клину поеднуються два рухи: один за напрямком ОХ, що характеризуеться швид-юстю р1зання VP, шший (за OY) - рух пода-4i, що характеризуеться швидшстю подач1 Vn . Умова руйнуваиня грунту та виникаюче зусилля залежать вщ положения клину вщ-носно oci OX. Це положения визначаеться кутом р1зання 8 м1ж передньою гранню та дотичною до поверхн1 зр1зу.
Окр1м статичного обладнання, в розиушува-чах використовуеться ударний робочий iH-струмент, який е рухомим вщносно базово! машини та й частин, що дозволяе отримати практично будь-як1 зусилля та швидюсть на р1зальнш кромщ робочого обладнання, за-вдяки чому може бути збшьшена й продук-тивн1сть.
Враховуючи зазначене, в КНУБА розроблет конструкцп (рис. 3, 4) розпушувач1в активно! ДО [1].
Зазначений розпушувач активно! дй працюе таким чином. У процеш заглиблення стояка 5 з ножем 9 у грунт на нижню грань ножа 9 д1е реакщя опору заглиблення, що приводить до руху стояка 5 та всовування штока пдроцилшдра 10 у корпус, завдяки чому збшьшу-еться тиск у поршневш порожннт гщроци-лшдра 10 i камера керування 16 перемикае трипозпцшнпй двопровщннй розподшьнпк 14 у праве положения.
При цьому гвдрорщина подаеться до пдро-мотора 26, який cboim валом з'еднаний з кулачками 7, як! при обертант, наштовхую-чись на виступ, 6, створюють 1мпульсну подачу стояка розпушувача 5 з ножем 9, що намагаеться заглибити шж 9 у грунт. 1мпуль-сна подача ножа 9 буде вщбуватись, поки реакщя опору заглибленню не зменшиться.
Процес виглиблення стшкн 5 з ножем 9 i3 грунту вщбуваеться аналопчно, окр1м того, що реакщя опору виглибленню д1е на перед-ню грань ножа, завдяки чому вщбуваеться незначне висовування стояка 5 з рами робочого органа 4.
Рис. 2. Параметри клина
Рис. 3. Розпушувач активно! дп: 1 - базова машина; 2 - навюка; 3 - рама; 4 - рама робочого органа; 5 - стояк; 6 - виступ; 7 - верхш кулачки; 8 - нижш кулачки; 9 - клин; 10 - пдроци-лшдр; 11, 12 - нашрна та зливна магютралц 13, 14 - розподшьник; 15, 16 - камери керу-вання; 17, 19 - перепускний клапан; 18, 20 - акумулятор пдрорщини; 21 - клапан, 22 -л1вий та правий нашрш потоки; 23 - зливний пот1к; 24, 26 - пдромотор; 25, 27 - зворотний клапан
Принцип роботи розпушувача з керованим гидроприводом (рис. 4) е аналопчним до принципу роботи попередньо! конструкций
I 2 1
..... £
Рис. 4. Розпушувач з керованим пдроприво-дом: 1 - базова машина; 2 - навюка; 3 -робоча балка; 4 - рама робочого органа; 5 - стояк; 6 - шж; 7 - пдроцилшдр; 8 -нашрна магютраль; 9 - зливна магют-раль; 10, 11 - розподшьник; 12, 14 - перепускний клапан; 13, 15 - камери керу-вання
У процес1 заглибленню стояка 5 з ножем 6 у грунт на нижню грань ножа 6 д1е реакщя опору заглибленню F3, що намагаеться за-штовхнути стояк 5 у раму робочого органа 4,
що приводить до руху стояка розпушувача 5 та втягування штока пдроцилшдра 7 у його корпус, завдяки чому збшьшуеться тиск у поршневш порожниш пдроцилшдра 7 1 камера керування 13 перемикае трипозицшний двопровщний розподшьник 11 у праве положения. При цьому пдрорщина вщ бака через двопозицшний двопровщний розподшьник 10 1 трипозицшний дволшшний розподшь-ник 11 подаеться до поршнево! порожнини пдроцилшдра.
Причому двопровщний розподшьник 10, 30-бражений на рис. 5, виконуе функщю генератора коливань.
Рис. 5. Дросельний розподшьник: 16 - золотник; 17 - приводний вал золотника
1мпульсний поступальний рух зуба 6 вщбу-ваеться за рахунок двопозицшного двопров!-дного керуючого розподшьника, золотник якого пщ час обертання послщовно перекри-вае вхщш та вихщш отвори робочих камер двопозицшного двопровщного керуючого розподшьника 18, створюючи на виход! пульсуючий (¿мпульсний) закон подач! робо-чо1 рщини, що залежить вщ кшькосп куль золотника.
Оскшьки вихщний патрубок перекриваеться на певний час, а гщромотор працюе постш-но, подаючи гщрорщину до золотникового розподшьника, та беручи до уваги, що одш-ею з основних характеристик гщрорщини е можливють стиснення, до зусилля на робо-чому opraHi додатково додаеться енерпя стиснення гщрорщини 5Д:тр]д (рис. 6).
вщносне зменшення об'ему рщини на оди-ницю тиску
Рис. 6. Характер змши виливу на грунт у час! вщповщно до типу керування навюкою розпушувача: а - зусилля при статичному руйнуванш грунту; б - зусилля при ¿мпульснш подач! зуба розпушувача з використанням гщравл!чно! системи, показано! на рис. 3; в - зусилля при ¿м-пульснш подач! зуба розпушувача з використанням пдравл1чно1 схеми, показано! на рис. 4
Стиснення враховуеться коефщентом об'емного стиснення РР, що являе собою
РР =-
AV _1_
V A:
(1)
де AV - зменшення об'ему за збшьшення тиску на Ap; V0 - початкове значения об'ему рщини.
Таким чином, повна мехашчна енерпя 5AM частини ¿мпульсного об'ему гщрорщини, створюваного дросельним розподшьником, становить собою суму потенцшно! eHepri! 5An, кшетично! рщини
5AK та eHepri! стиснення
Мм = Hi + 5Ак
'Т.РЩ •
(2)
Значения коефщента об'емного стиснення Рр для деяких рщин наведен! в табл. 1.
Таблиця 1 Властивост1 рщин
Кшематич-
о ч £ О S £ Коеф!ц!ент об'емного на в'яз-KiCTb, мм3/с, за темпера-
ей К S Л н туря, °С
о 'S стис- розши-
g -а ч £ нення Рр , 103/°С рен-ня Рг 1 03/°С, 20 50
Масло И-50 910 0,68 400 4755
Масло АМГ-10 850 0,74 0,83 18 10
Масло 5559
турбш- 920 0,56 0,65
не-57
Механ!чна енерг!я в об'емному привод! пе-редаеться в!д джерела робочого середовища до об'емного двигуна за допомогою р!дини чи газ!в. Для анал!зу процесу передач! меха-н!чно! енерг!! розглянемо енергозбереження робочого середовища. Для цього у сталому потоц! робочого середовища вид!ляемо еле-ментарний об'ем 8 А. Мала величина видь леного об'ему дозволяе взяти всередин! ньо-го р!вном!рно розпод!лений тиск р та однакову густину р робочо! р!дини. Кр!м того, застосуемо метод зам!ни швидкостей окремих шар!в рухомо! робочо! рщини сере-дньою по перер!зу потоку швидюстю и .
Потужнють Np потоку рщини на робочому opraHi розпушувача визначаеться вщно-шенням
NP = Qu РЯ:
(3)
де QH, pH - витрата i тиск робочо! рщини на виход! з насоса.
МПа
20
Vl
01
025
0.5
075
■ Щ.. %
1з врахуванням коефщента стиснення рщини визначаемо шдвищення тиску для рщин, вка-заних у таблиц! 1, за якого початковий об'ем зменшено на 0,1 %, 0,25 %, 0,5 %, 0,75 % та 1 %.
AV 1
Ар =--,
V ßp
(4)
АУ .
де, за умовами, -в1дпов1дно доршнюе
У0
0,001; 0,0025; 0,005; 0,0075; 0,01, а коефщь ент об'емного стиснення для масла И-50 -
РР = 6,8• 10_1°Па_1, для масла АМГ-10 -РР = 7,4•10_10Па_1та для масла турбшного-57 - рр = 5,6 •10"10Па"1 .
Таким чином, шдвищення тиску для масла И-50:
Ар = °,Ш0 = 1,471 • 106 Па = 1,471 МПа; 6,8 -10~10
Ар = 0,0025 0 = 3,6765 • 106 Па = 3,6765 МПа; 6,8 -10~10
Ар = 0,00510 = 7,35 -106Па = 7,35 МПа; 6,8 •Ю"10
Ар = 0,007550 = 11,03 • 106Па = 11,03 МПа; 6,8 -10~10
Ар =-= 14,7Ь106Па = 14,71 МПа.
6,8 -10~10
Аналопчно визначаемо шдвищення тиску мастил АМГ-10 та турбшного-57 (рис. 7).
Рис. 7. Залежносп шдвищення тиску вщ зме-ншення об'ему рщини: 1 - масло АМГ-10; 2 - масло И-50; 3 - масло тур-бшне-57.
Результата розрахунюв наведено у вигляд! графтв залежностей шдвищення тиску вщ зменшення !х об'ему.
Висновки
Розроблеш гщравл1чш схеми ¿мпульсних привод1в дозволяють створювати на робочому opraHi pi3Hi режими ¿мпульсно! подач! зуба розпушувача. KpiM того, i3 урахуванням наведеного анал1зу i розрахунюв, яю показали, що, завдяки властивост! стиснення робочо! рщини, до зусилля на робочому орган! додатково додаеться енерг!я стиснення гщ-рор!дини. 1з урахуванням анал!зу i розрахун-к!в зменшиться енергоемн!сть розробки грунту.
Лггература
1. Захарчук Б.З. Бульдозеры и рыхлители /
Б.З. Захарчук, В.А. Телушкин, Г.А. Шлойдо, A.A. Яркин - М.: Машиностроение, 1987. - 240 с.
2. Пат. 81980 U Укра!на. Розпушувач актив-
но! дп / Пелев!н Л.С., Мельниченко Б.М.; заявник i патентовласник Ки!вський нац!ональний ун!верситет буд!вництва i арх!тектури. - №и 2013 / 02813; заявл. 06.03.2013; опубл. 10.07.2013, Бюл. № 13. - 7 с.
3. Вакина В.В. Машиностроительная гидрав-
лика / В.В. Вакина, ИД. Денисенко, А.Л. Столяров. - М.: Высшая школа, 1987. - 208 с.
Рецензент: ХНАДУ.
М.Д. Каслш, професор, к.т.н.,
Стаття над!йшла до редакц!! 18 квггня 2016 р.
