CC BY
29
62
Вестник ХНАДУ, вып. 68, 2015
ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ
УДК 621.869
ДОСЛІДЖЕННЯ НАВАНТАЖЕНЬ, ЩО ДІЮТЬ ПРИ РОБОТІ СКРЕПЕРА
ЗІ ШТОВХАЧЕМ
С.Г. Ковалевський, ст. викл., к.т.н.,
Харківський національний автомобільно-дорожній університет
Анотація. Розглянуто режим роботи скрепера зі штовхачем, в якому під час стикування машини рухаються з різними швидкостями, а ківш заповнюється ґрунтом. Проведено аналіз навантажень, що діють у пружному елементі амортизуючого пристрою. Розроблено методику розрахунку навантажень. Описано застосування амортизуючого пристрою, який захищає конструкцію скрепера від небезпечних динамічних навантажень.
Ключові слова: навантаження, скрепер, штовхач, амортизатор, жорсткість, буксування.
ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ ПРИ РАБОТЕ СКРЕПЕРА
С ТОЛКАЧОМ
С.Г. Ковалевский, ст. преп., к.т.н.,
Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Рассмотрен режим работы скрепера с толкачом, в котором во время стыковки машины движутся с разными скоростями, а ковш заполняется грунтом. Проведен анализ нагрузок, действующих в упругом элементе амортизирующего устройства. Разработана методика расчета нагрузок. Описано применение амортизирующего устройства, которое защищает конструкцию скрепера от опасных динамических нагрузок.
Ключевые слова: нагрузки, скрепер, толкач, амортизатор, жесткость, буксование.
STUDING LOADS ACTING AT THE SCRAPER OPERATION WITH A PUSHING
VEHICLE
S. Kovalevskyi, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.),
Kharkiv National Automobile and Highway University
Abstract. There has been considered the operation of the scraper with a pushing vehicle in which during joining the vehicles move at different speeds and the bucket is filled with soil. Analysis of loads acting in the springing element of the shock absorbing device has been performed. A method of calculating the loads has been developed. The process of using the shock absorbing device, which protects the scraper construction from dangerous dynamic loads, has been described.
Key words: loads, scraper, pushing vehicle, springing element, rigidity, skidding.
Вступ
Робота скрепера зі штовхачем викликає збільшення навантажень, які діють у металоко-нструкціях та амортизуючому пристрої, що призводить до зниження довговічності осно-
вних вузлів скрепера. Розглянемо взаємодію скрепера зі штовхачем за умови руху машин з різними швидкостями та наповнення ковша ґрунтом. З метою зменшення діючих навантажень штовхач оснащений амортизуючим пристроєм.
Вестник ХНАДУ, вып. 68, 2015
63
Аналіз публікацій
Способи вдосконалення ефективності виконання скреперних робіт включають можливість підвищення ступеня наповнення ковша за рахунок роботи із трактором-штовхачем [1]. Використання такого методу дозволяє збільшити продуктивність скрепера [2], але підвищує навантаження, що діють у вузлах металоконструкції [3]. Визначення найбільш напружених режимів роботи скреперів зі штовхачем потребує додаткових досліджень.
Мета і постановка завдання
тяги за зчепленням, тоді рівняння руху отримаємо у вигляді
Т2 - CX02 - C(Х2 - X,) -M2X2 = 0 , (3)
де T2 - сила тяги трактора-штовхача; M2 -маса трактора-штовхача. Але T2 = CX02, тоді
X111 - C(X2 - X, )/М, + CXо, IM2 = 0, (4)
X2n + C(X2 -X, )/M2 = 0. (5)
На підставі виразу (4) запишемо
Метою роботи є встановлення максимальних динамічних навантажень та основних чинників, що впливають на характер коливальних процесів у вузлах металоконструкції під час роботи скрепера зі штовхачем, а також визначення величини коефіцієнтів динамічності та жорсткості пружних елементів основних елементів металоконструкції скрепера.
Розробка математичної моделі
Скрепер набирає ківш самостійно до тих пір, поки його тягач не починає буксувати; при цьому сила тяги дорівнює граничній за зчепленням T, = Гф1, швидкість руху скрепера V
падає до деякого значення V01, що відповідає моменту, штовхач наздоганяє його на вищій швидкості, й подальший рух відбувається спільно.
X2 = M1X,п/C + X1 + axJc -X02,
X21 = m1x4 /C+x111 (1+ac ). (6)
З виразу (5) отримаємо
X1 = M 2 X 2V C+X 2;
X,n = M2 X 24/C + X21. (7)
Підставляючи значення X1 та X111 в рівняння (4), а X2, X 2і - в (5), отримаємо
X14 + хі (Cm, + cfM 2 + A/M1) +
, ТІ (8)
+ACX,jM,M2 -C2X02/M,M2 = 0;
х24 + X21 (c/m, + cim2 + am, ) + +acx2/m1m2 - C x02/m1m2 = 0.
Запишемо рівняння руху для скрепера, який
набирає грунт у ківш Розв’язки рівнянь (8) та (9) матимуть вигляд
T - AX0і + CX02 + C(X2 - Хі)
- ax, - м,х,п = 0,
(1)
х, = N, sin at + N2 cos at + +N3sin pt + N4cos pt ;
(10)
де A - інтенсивність підвищення опору копанню скрепера; C - жорсткість пружного елемента амортизуючого пристрою; M, -маса скрепера.
Якщо T, = Гф1 = AX01, рівняння запишемо у вигляді
C (Х2 - X,) + CX02 - AX, - M,Xі1 = 0 . (2)
Для трактора-штовхача після стикування зусилля досить швидко досягає значення сили
x2 = N5 sin a t + N6 cos a t + +N7 sin pt + N8 cospt + x02.
(11)
Постійні інтегрування визначаються з початкових умов руху скрепера та трактора-штовхача при t = 0
N2 + N4 = 0;
a2 N2 +pN4 = 0;
aN, +pN3 = V01;
-a3N, -PN3 = C(V02 -V01)/M, - AV01 /M,; (12)
64
Вестник ХНАДУ, вып. 68, 2015
N =
a2 N6 +р2 N = 0 ; а3N +p3N7 = С(V02 -V01)/M2 .
N2 = N4 = N6 = N8 = 0 ;
V01 (A/Mi-p2)-С(V02 -V01)/Mi;
а(а2 -p2)
N3 =[C(V02 -V01)/M1 -V01 x
x (A / M1 -a2)] / p(a2-p2); N = С (V02 - V01) / M 2 -p2V02;
a
(a2 -p2 )
(13)
N a2V02 - С (V02 - V01) / M2
N7 = 2 02І
p(a2-p2)
Деформація пружного елемента амортизую-чого пристрою S визначається так
S = х02 + х2 - х1, (14)
або
результатів показує, що при копанні однорідних ґрунтів, на яких можуть виникати опори копанню, що зростають із найбільшою можливою інтенсивністю, що виникають при застосуванні несприятливих прийомів керування ковшем та поєднані з найбільшими швидкостями стикування машин, максимальні значення коефіцієнта динамічності при зустрічах не перевищують нормативних значень.
Р, кН
100
80
60
40
20
1 \ ч 2
V
4 ' 5
0,5
1.0
S = (N5 - N1) sin at +
+(N7 -N3) x sinpt + х02.
(15)
Підставляючи значення постійних N1, N3, N5, N7, а також вважаючи, що за значень at і pt, кратних п /2, отримаємо
Рис. 1. Графік залежності зусиль від різниці швидкостей руху скреперів:
1 - A = 104 кН/м; С = 2000 кН/м;
2 - A = 104 кН/м; С = 200 кН/м;
3 - A = 10 кН/м; С = 2000 кН/м;
4 - A = 10 кН/м; С = 1000 кН/м;
5 - A = 10 кН/м; С = 200 кН/м.
Smax = (N5 -N1) + (N7 -N3) + Х02, (16)
або, після перетворень,
Smax ={[(a3-p3 Ha-p)^ / M 2 + С / M1 )]x x(V2 -V01)+ V01 A(a-p)/M^p-ap3 . (17)
Аналіз виразу (16) показує, що на величину навантажень, що виникають в амортизуючо-му пристрої, окрім мас і жорсткостей, істотно впливає різниця швидкостей V01, V02, за яких відбувається стикування скрепера із трактором-штовхачем і, меншою мірою, впливає початкова швидкість скрепера V01 .
Розглянуті залежності показують, щ о основними чинниками, що впливають на характер динамічних процесів та величину максимальних навантажень під час роботи скрепера із трактором-штовхачем, є: маса скрепера та трактора-штовхача, величини сили тяги, що реалізовується тягачем скрепера та тракто-ром-штовхачем за умови зчеплення їх рушіїв із ґрунтом, інтенсивність зростання опорів копанню ґрунту або жорсткість перешкод у ґрунті, що потрапляють під ніж скрепера під час копання, швидкість, за якої починається інтенсивне буксування рушіїв тягачів, та різниця швидкостей машин під час їх стикування в забої.
Результати обчислень за різних початкових швидкостей стикування і жорсткостей пружного елемента амортизуючого пристрою й інтенсивності підвищення опору копанню ґрунту наведено на рис. 1. Аналіз отриманих
Застосування в амортизуючому пристрої пружного елемента, який знижує жорсткість конструкції, є корисним заходом, що оберігає вузли металоконструкції скрепера та тра-ктора-штовхача від небезпечних динамічних вантажень. Так, якщо жорсткість пружного
Вестник ХНАДУ, вып. 68, 2015
65
елемента дорівнює 200 кН/м, а різниця швидкостей руху машин становить 1,25 м/с, зусилля, що діють, не перевищують 82 кН, а коефіцієнт динамічності дорівнює 1,8, навіть в умовах зустрічі копаючого скрепера із досить жорсткою важкою перешкодою. Проте застосування пружних елементів із такою жорсткістю навряд чи доцільно, оскільки при цьому спостерігається значна амплітуда коливань, що виникають при роботі скреперів із трактором-штовхачем, що перевищує 0,5 м.
Доцільним в даному випадку було б застосування пружного елемента з жорсткістю 1000 кН/м та обмеження допустимої різниці швидкості стикування величиною близько 1,0 м/с, що приводить до виникнення коливань з амплітудою не більше 0,16 м і значення коефіцієнта динамічності, що дорівнює
1,4.
Висновки
Розроблена методика розрахунку наванта-жен ь, що виникають у вузлах металоконструкції під час роботи скрепера із трактором-штовхачем, може бути використана при виборі основних параметрів і в попередніх розрахунках на міцність та довговічність
основних вузлів скрепера та амортизуючого пристрою.
Література
1. Хмара Л.А. Машини для земляних робіт /
Л.А. Хмара, С.В. Кравець, В.В. Нічке та ін. - Рівне-Дніпропетровськ-Харків, 2010. - 558 с.
2. Кириченко І.Г. Наукові основи створення
високоефективних землерийних машин /
І.Г. Кириченко, Л.В. Назаров та ін. - Х.: ХНАДУ, 2003. - 586 с.
3. Ковалевский С.Г. Математическое моде-
лирование полуприцепного скрепера, работающего в составе поезда / С.Г. Ковалевский // Сб. докладов Междунар. научн.-практ. конф. - Белгород: БГТУ, 2013. - Т. 2. - С. 113-119.
Рецензент: Є.С. Венцель, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 2 березня 2015 р.
