CC BY
45
УДК 621.86/87 - 82
АНАЛИЗ СИТУАЦИЙ ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ РАБОТЕ НА ТРАНСПОРТНОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ САМОСВАЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ
E.H. Христофоров, доктор технических наук, профессор А.Ф. Ковалев, A.A. Кузнецов инженеры
ФГБОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»
В статье рассмотрены вопросы обеспечения безопасности операторов обсаживающих сельскохозяйственные самосвальные установки.
Ключевые слова: самосвальная платформа. безопасность, оператор.
При функционировании человеко-машинных систем, в условиях сельскохозяйственного производства, в некоторых случаях по разным причинам возникает обстановка в которой на человека-оператора могут воздействовать опасные производственные факторы. Такую обстановку считаем предтравматической ситуацией |1). Определяющей предпосылкой предтравматической ситуации является нахождение оператора (другого работника) в опасной зоне - пространстве, в котором возможно воздействие на работающего опасного производственного фактора. Опасным фактором в исследуемой ситуации является самосвальная грузовая платформа, которая представляет опасность ввиду своей значительной массы в случае превышения нормальной скорости опускания последней.
Исследования показывают, что опасной является любая зона, находящаяся под поднятой грузовой платформой.
В качестве примера рассмотрим опасную зону, создаваему ю гру зовой платформой авто-мобиля-самосвала ГАЗ-САЗ-3597-01 (рис. 1).
Рисунок 1 - Схема для определения опасной зоны грузовой платформы автомобиля -самосвала: а) вид сверху, б) вид сзади.
This article reviews the issues of operators' security when serving agricultural dump installation.
Key words: dump platform, safety, operator.
Очевидно зона А на рисунке la является опасной, так как травмирование находящегося под ней человека в случае аварийного опу скания гру зовой платформы осу ществляется со 100% вероятностью. Такое утверждение обуславливается тем, что скорость аварийного опускания грузовой платформы составляет менее 1,5 секунд, тогда как скорость реакции человека составляет от I до 2 секу нды, человек за этот промежуток времени не успевает покинуть опасную зону. В зависимости от положения тела в момент травмирования (стоя, согнутое положение) пострадавший получает травму головы, плеч или спины.
В случае нахождения оператора в зоне, расположенной между рамой и осью транспортного средства, травмирование имеет летальный исход, так как велика вероятность "зажатия" человека между нижней поверхностью кузова и рамой, поперечными балками или кронштейном нижней опоры гидроцилиндра.
Однако опасная зона не ограничивается контуром грузовой платформы. Рассмотрим случай (рис. 16). в), когда сту пени человека находятся за пределами грузовой платформы, но су ществует вероятность, что тело человека находится не в вертикальном положении, а согнуто в пояснице, тогда голова и верхняя часть туловища человека попадает в зону А. Таким образом опасная зона расширяется, образуется дополнительная опасная зона В (рис. 2).
Дополнительная опасная зона В не образуется вдоль той стороны кузова, где расположена ось опрокидывания ку зова.
Экспериментальным путем установлено, что в зависимости от роста человека ширина дополнительной опасной зоны В составляет от 0,70 до 0,90 м.
Для обеспечения технологического процесса, оператор вынужден находится в опасной зоне, так как работы по обслу живанию и ремонту гидравлического опрокидывающего
устройства могут осуществляться только при нахождении оператора в упомянутой зоне [2].
А
Рисунок 2 - Схема дополнительной опасной зоны В грузовой платформы автомобиля -самосвала с опрокидыванием кузова: а) назад, б) вправо, в) влево
Задача обеспечения безопасности механизаторов при падении гидрофицированных частей машины сводится к определению оптимального безопасного времени опускания (падения) платформы при разрыве силового гидравлического шланга. Такого времени, при котором, люди, находящиеся под ней, смогли бы покинуть опасную зону без ущерба здоровью. Требуемое условие может обеспечить автоматический регулятор расхода жидкости с дроссельными каналами. Параметры дроссельных каналов регулятора должны выбираться из следующих соображений. Под воздействием перепада давления Ар плунжер преодолевая сопротивление пружины, перемещается по своему каналу на величину Д1 от своего первоначального положения. Участки дроссельных каналов. находящиеся на расстоянии Д1 от начала в парс с плу нжером образу ют дроссельный элемент. причем площадь дросселирования определяется суммой минимальных сечений каналов на данном у частке |3|.
Зависимость площади сечения дроссельных каналов от Д1 (расстояние от начального положения плунжера) находится путем решения системы уравнений (I).
п 1 Л
() = — х-Ар
И %Ь 4р = (Д/ + /,)х
С
Л'
77.7
(1)
где: Др - перепад давлений на входе и выходе устройства, н/м" (т.к. давление на выходе много меньше давления на входе, то принимается. что Др = рВХ;
8 - площадь поршня гидравлического цилиндра. м";
Т- рабочая нагру зка на цилиндр. Н:
0 - объемный расход масла через устройство. м7с:
БПЛ - площадь плу нжера у стройства м";
1 - начальное сжатие пружины, С - коэффициент жесткости. Н/м.
Я - радиу с дроссельного канала, м;
Ь - длина дроссельного канала принята нами равной длине плу нжера. м;
1*1 - коэффициент вязкости масла, выбирается равным 11,3 102 кг/м с.
Обозначая максимальную и минимальну ю нагру зку на цилиндр Т„„1Х и Т„„„ соответственно найдем коэффициент жесткости пружины С и зависимость Я от А1:
-^(ДЩЬ
О аЪ
С
пл
8 7т,п 1 5
С
(2)
пл
С
71
Т -Т
_ ' тах ' тт
$лл ¿'(Д/тах+/,)
71
(3)
т -т
тах тт
-д/
Ар = р„ = {Ы+61в
Т -Т
1ШХ тп
Я? 'I' у*
V ггах тт _ д^; ш тт «»■
Ш
тах тп тш
Ш
(4)
Л =
№ ' яДр
к
лШ1 -я®-
Т
+ _«п)
5
(5)
Проведем расчет параметров автоматического регулятора для гидравлической системы подъема ку зова прицепа 2ПТС - 4. Введем обозначения:
Тт,п = 5 т = 5 - К)4 Н - масса подвижной части кузова и гру за:
Т\|ах = I т = 104 Н - масса подвижной части ку зова без груза;
Б = 113-104 м" - площадь поршня гидравлического цилиндра.
Объемный расход масла 0 найдем из тех соображений, что в среднем приемлемое по соображениям безопасности время опускания платформы прицепа (!) соответствует I = 30 сек, рабочий ход гидравлического цилиндра составляет X = 0,93 м:
Х8 0,93 х 113 • 10 4 4 3/
О =-=-= 3,5-10 м/с (6)
1 30
Принимаем
А! = 0,01 м = 10 мм.
Ь = 510"' м = 5 мм.
Подставляя полу ченные данные в формулу (2.5). связывающую /? с А1 получаем:
8 х 3,5 ■ 10 1 х 5 • 10 х 11,3-10 2,75-10"
3,14( С-1*«.*
113-НПО'2 113-10
10* У399Д/ + /
ziW
(7)
Находим, что при А1тт = 0 мм, Ятах =2,75 мм, а при А!тт = 10 мм, Ктт= 1,9 мм. Площадь плу нжера Здл выбираем из у словия:
5Пл>(8..10)7сК2т«=(8..10)х23.7=(189.6..237) мм2 (8)
Япл = (4,38...4,9) мм
Принимаем радиус плунжера равным 5
мм.
Жесткость пружины:
г _-г 4000
С = SnJ1 тх тп = 0.785 —-— = 27.78
SM
^max ^min
1x113
4« = 0.25
При выполнении дроссельных каналов по выражению (I) при условии О =f(Ap) const = 3.50 м /с обеспечивается постоянное, независящее от нагру зки на рабочий цилиндр время опускания платформы, которое сохраняется и при разрыве подводного шланга гидравлической системы.
На основе выполненных расчетов, разработано техническое устройство, безопасности, которое представлено на рису нке 3.
Устройство состоит из корпу са 1 с расположенным в нем основным каналом 2. имеющим в продольном направлении дроссельные каналы 3 переменного сечения по длине сечения. плу нжера 4 с пру жиной 5 и винтовым звеном 6, размешенными в основном канале 2. Основной канал 2 имеет вход 7 и выход 8. Регулятор устанавливается на гидроцилиндр плоскостью 9.
Рису нок 3 - Схема запорно - регулирующего
устройства: 1 - корпус; 2 - канат:
3 - дроссельные каналы переменного сечения;
4 - плу нжер; 5 - пру жина: 6 - винтовое звено;
7 - вход: 8 - выход; 9 - плоскость
Регулятор работает следующим образом. При подъеме части машины с дополнительным грузом с помощью гидроцилиндра (на рису нке он не показан) плу нжер 4 в результате воздействия пружины 5 и повышенного давления рабочей среды на выходе 8 находится в крайнем положении, благодаря чему рабочая среда истекает через максимальное сечение дроссельных каналов 3. Этим обеспечивается требу емая скорость подъема груза.
При опускании составной части машины без дополнительного груза повышенное давление создает на входе 7, в то время как на выходе 8. давление близко к атмосферному в результате его соединения через распределитель со сливным бачком (на рисунках распределитель и сливной бачок не показаны). Под воздействием повышенного давления рабочей среды на входе 7 плу нжер 4 перемещает в сторону выхода 8, преодолевая сопротивление пружины 5, при этом величина перемещения пропорциональна избыточному давлению на входе 7. Так как в стенках основного канала 2 в продольном направлении имеются дроссельные каналы 3. выполненные в виде шлицевых пазов переменного сечения, то при перемещении плунжера 4 к выходу 8 уменьшается площадь дроссельных отверстий. Изменение сечения каналов по длине выбрано таким образом, что обеспечивается постоянство скорости опускания платформы при различной нагру зке в пределах расчетной гру зоподъемности.
Список литературы
1. Канашка Д.И. Повышение безопасности операторов транспортных сельскохозяйственных агрегатов за счет ликвидации самопроизвольного опускания грузовых платформ//Дисс. канд. техн. наук. - С-Пб, 1991. - 307 с.
2. Овчаренко A.A. Повышение безопасности операторов мобильной сельскохозяйственной
самосвальной техники за счет предотвращения самопроизвольного опускания грузовых платформ//Дисс. канд. техн. наук. - С-Пб, 2005.-210 с.
3. Анализ производственного травматизма в АПК за 1998-2006 г.г. Научные отчеты ВНИИОТ Орел. - ВНИИОТ, 2006.
УДК 539.3:621.8
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИИ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬХОЗМАШИН НА ОСНОВЕ КИНЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА К ПРОЦЕССУ РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
В.Я. Коршунов, доктор технических наук, профессор П.Н. Гончаров, Д.А. Новиков, аспиранты
ФГБОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»
Разработана методика расчёта скорости накопления упругой энергии в микрообъёмах при пластической деформации материала в процессе внешнего трения и знакопеременной нагрузки на основе использования кинетических уравнений и энергии активации образования и аннигиляции дефектов.
Ключевые слова: энергия, деформация, трение, усталость, кинетические уравнения, энергия активации, дефекты.
The method for calculating the rate of accumulation of elastic energy in micro-plastic deformation of the material in the process of friction and alternating loads, using the kinetic equations and the activation energy of formation and annihilation of defects.
Keywords: raenergiya, deformation, friction, fatigue, kinetic equation, the activation energy, defects.
В настоящее время считается общепринятым фактом, что пластическая деформация и разрушение твёрдого тела являются кинетическими процессами независимо от физико-химической природы материала и условий его нагружения. Поэтому одним из главных направлений изучения усталостного разрушения современных машиностроительных материалов при граничном трении и циклическом нагруже-нии деталей в процессе их эксплуатации служит изучение физической природы процесса усталости, кинетики накопления усталостных повреждений и разрушения, определение критериев сопротивления материалов возникновению и распространению усталостных трещин[1,2].
Накапливаемая в деформируемом объёме деталей приграничном трении и знакопеременном нагружении деталей внутренняя энергия Аи определяется суммой двух составляющих -упругой А11е и тепловой Д11т[3].
Ди=Дие+Д11т.
За параметр повреждаемости и критерий разрушения твёрдого тела принимается как и
при других видах деформации плотность внутренней энергии и, накопленной в деформируемом объёме тела. В соответствии с термодинамической теорией микрообъём считается разрушенным, если плотность накопленной внутренней энергии достигает критической величины и», равной энтальпии плавления Н3 [3]. При этом, за счёт слияния головных дислокаций в плоскости скольжения, образуется субмикротрещина, которая приводит к разрушению микрообъёма в зоне контакта трущихся поверхностей образцов, а при усталостном испытании деталей к их разрушению.
На основе структурно-энергетического подхода к процессу пластической деформации и разрушения металлических материалов с использованием термодинамических и молекуляр но-кинетических (термоактиваци-онных) представлений, величина накопленной упругой энергии Аис за определённый цикл нагружения Д1Чус с будет равна
