CC BY
8
15. Гадалов В.Н., Губанов О.М., Филонович А.В., Ворначева И.В. Идентификация размеров дефектов при вихретоковом контроле // Справочник. Инженерный журнал. 2021. № 11 (296). С. 16-19.
16. Гадалов В.Н., Петренко В.Р., Сафонов С.В., Филатов Е.А., Филонович А.В. Материаловедение и металловедение сварки. М.: Инфра-Инженерия, 2021. 308 с.
Гадалов Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, gadalov-vn@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Кутепов Сергей Николаевич, канд. пед. наук, доцент kutepovsn@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Скрипкина Юлия Владимировна, канд. техн. наук, доцент, Julia_skr@mail.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Калинин Антон Алексеевич, заместитель директора по коммерческим вопросам издательства ТулГУ, antony-ak@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
HIGHLY EFFICIENT NITROGEN-CARBON PASTY CARBURETOR WITH HEAT TREATMENT TO IMPROVE THE PERFORMANCE PROPERTIES OF STEEL PARTS RESTORED BY ELECTROPLATING
V.N. Gadalov, S.N. Kutepov, Yu.V. Skripkina, A.A. Kalinin
The article presents information on the use of a highly active nitrogen-carbon paste carburetor and heat treatment to improve the performance properties of steel products restored by electroplating. The influence of nitrocementation modes in a paste-like carburetor on the structure and properties of iron electroplating coatings is investigated. The recommendations on the choice of nitrocementation modes for hardening steel products after iron reduction are substantiated. It is shown that in order to obtain increased fatigue strength and wear resistance from the restored parts after ironing, they are necessarily subjected to chemical and thermal treatment: nitrocementation at 650 °C; quenching from this temperature and subsequent tempering at 150 °C.
Key words: electroplating, ferruginization, chloride electrolyte, chemical and thermal treatment, ni-trocementation, paste, carburetor, quenching, tempering, carbonitride.
Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical science, professor, gadalov-vn@yandex.ru, Russia, Kursk, Southwest State University,
Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical science, associate professor, kutepovsn@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Skripkina Julia Vladimirovna, candidate of technical sciences, associate professor, Julia_skr@mail.ru, Russia, Kursk, Southwest State University,
Kalinin Anton Alekseevich, Deputy Director for Commercial Affairs of TulSU Publishing House, an-tony-ak@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.879.064
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-626-630
ЭФФЕКТИВНОЕ РАБОЧЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ ОДНОКОВШОВОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭКСКАВАТОРА
Г.Г. Бурый
В статье приводится актуальность применения одноковшовых гидравлических экскаваторов. Описываются конструктивные недостатки существующего рабочего оборудования одноковшовых гидравлических экскаваторов. Приведена конструкция рабочего оборудования, позволяющая увеличить эффективность работы одноковшового гидравлического экскаватора. Приведено обоснование повышения эффективности экскаватора от использования предлагаемого оборудования.
Ключевые слова: экскаватор, ковш, копание, эффективность, рабочее оборудование.
Операции по разработке грунта используются в различных сферах промышленности. Добыча полезных ископаемых, строительство зданий и дорог, коммунальное хозяйство - это неполный перечень работ, зависящих от разработки грунта. Данную операцию выполняет преимущественно одноковшовый гидравлический экскаватор. От эффективности работы данных машин зависят затраты на их эксплуатацию. Затраты на горюче-смазочные материалы, требующие ремонта в процессе эксплуатации отдельные
детали и узлы машины, заработная плата оператора машины, составляют внушительную долю расходов. Эффективность работы экскаватора зависит от соотношения объема разработанного грунта в единицу времени, чем выше данное соотношение, тем выше эффективность работы экскаватора. Однако рост объема разрабатываемого грунта непременно влечет за собой удорожание рабочего оборудования экскаватора. Для того чтобы внедрить в грунт ковш большего объема требуется более высокая сила, как следствие более мощный гидропривод. В течении полувека конструкция рабочего оборудования одноковшового гидравлического экскаватора почти не претерпела никаких изменений. Направление современных исследований по увеличению эффективности работы подобных машин в основном связано с использованием энергии ранее не учтенной в работе. Для реализации подобных исследований на рабочее оборудование устанавливаются дорогостоящее оборудование, например, датчики и электронные устройства, что также ведет к удорожанию конструкции. Следует отметить, что электронные устройства в условиях эксплуатации подобной машины значительно быстрее выходят из строя, чем основное оборудование. В работе рассматривается другой путь решения проблемы, повышения эффективности работы одноковшового гидравлического экскаватора [1 - 8].
Рассмотрим схему сил, действующих на стандартный ковш в процессе копания грунта представленную на рис. 1.
Точга крепления &п£шй к ]г.гкпчт|з
Сила Р указанная на рис. 1 - это сила создаваемая гидроцилиндром поворота ковша. Следует отметить, что в процессе копания стандартным ковшом участвуют также гидроцилиндры поворота рукояти экскаватора, которые увеличивают приблизительно в 3 раза силу копания. Сила Рг показанная на рис. 1 воздействует на площадь режущей кромки зубьев ковша. В виду малой площади контакта с грунтом данная сила не оказывает основное сопротивление в процессе копания. Сила Р2 - это нормальная сила действующая как на зубья так и на внутреннюю стенку ковша. Так как площадь контакта внутренней стенки с грунтом велика и направление силы перпендикулярно стенке, сила Р2 оказывает основное сопротивление копанию. Сила Рз - это касательная сила трения грунта о стальную внутреннюю стенку ковша. Сила Р3 не оказывает основное сопротивление на процесс копания. При подробном рассмотрении данной схемы следует обратить внимание на скругленную часть внутренней стенки ковша. В свое время исследователями было установлено, что округлая форма снижает нормальные нагрузки на ковш со стороны грунта. Это безусловно снижает силы сопротивления копанию и как следствие энергозатратность процесса. Однако эта полезная особенность конструкции до сегодняшнего дня так и остается на данном уровне развития [9 - 16].
Для решения проблемы повышения эффективности работы можно пойти путем увеличения силы копания либо изменить конструкцию ковша таким образом, чтобы требуемая сила копания понизилась. Автором работы была разработана и запатентована конструкция рабочего оборудования одноковшового гидравлического экскаватора, позволяющая понизить требуемую силу копания рис. 2 [17].
На рис. 2 позициями указаны следующие элементы: 1 - рукоять экскаватора; 2 - кронштейн; 3 и 5 - шаровые шарниры; 4 - телескопический гидроцилиндр; 6 - рычаг; 7 - сферическая челюсть; 8 -сферический каркас; 9 - направляющие пальцы; 10 - пазы. К рукояти 1 экскаватора сварным соединением закреплен кронштейн 2. Кронштейн 2 служит для крепления на него гидроцилиндра 4 через шаровой шарнир. Высота кронштейна 2 подбирается исходя из возможности полного вытягивания гидроцилиндра 4 для полного поворота ковша. Шаровые шарниры 3 и 5 служат для возможности поворота челюсти 7 в трех плоскостях. Рычаг 6 путем сварного соединения закрепляется на челюсти 7. Высота рычага 6 обусловлена возможностью поворота челюсти на больший угол. На челюсти 7 путем сварных соединений закреплены направляющие пальцы 9, которые перемещаются по пазам 10 каркаса 8. Следует отметить, что каркас 8 и рукоять 1 экскаватора соединены между собой сварным соединением. Рассмотрим более подробно конструкцию пальцев 9 представленную на рис. 3.
На рис. 3 позициями указаны элементы: 1 -нижняя часть корпуса пальца; 2 - оси корпуса; 3 -посадочное место; 4 - продольные подшипники; 5 - верхняя часть корпуса пальца; 6 - поперечный подшипник. Конструкция направляющего пальца выполнена следующим образом. Палец состоит из двух частей нижней части 1 и верхней части 5, на боковых поверхностях которых расположены оси 2 выполненные с частями 1 и 5 как единое целое. На оси корпуса 2 запрессовываются подшипники качения 4. На посадочное место 3 нижней части корпуса пальца 1 запрессовывается поперечный подшипник 6. При
этом верхняя часть корпуса пальца 5 соединена сварным соединением с челюстью 7 рис. 2. Далее нижняя 1 и верхняя 5 части корпуса пальца вставляются в паз рис. 2 и соединяются с помощью резьбового соединения. Подшипники 4 выполняют функцию колес, которыми пальцы с челюстью перемещаются по внутренней и наружной поверхности каркаса 8 рис. 2. Подшипник 6 служит для меньшего износа центральной части пальца о паз 10 рис. 2. Посредством подшипника 6 палец катится по пазу 10 рис. 2. Подшипники выполнены из твердой и износостойкой стали, что увеличивает срок их эксплуатации.
3
А
А-А
Рассмотренная выше конструкция рабочего оборудования экскаватора формирует сферическую траекторию движения рабочего органа т.е. челюсти 7 рис. 2. Рассмотрим силы, действующие на сферическую челюсть 7 в процессе копания рис. 4.
Как видно из схемы представленной на рис. 4 сферическая траектория движения рабочего органа в совокупности с его сферической формой позволяет исключить нормальные силы сопротивления грунта в процессе копания оказывающие воздействие на внутреннюю стенку ковша. Как было сказано ранее в стандартном рабочем оборудовании экскаватора для осуществления процесса копания задейству-ется 3 гидроцилиндра, один из которых для поворота ковша и 2 для поворота рукояти. При схеме сил на ковш представленной на рис. 4 надобность в копании двумя гидроцилиндрами поворота рукояти исключается, остается только функция поворота рукояти с которой вполне может справиться один гидроцилиндр, возможно с меньшими характеристиками. Так как количество гидроцилиндров на поворот рукояти уменьшается, появляется возможность использовать для поворота ковша гидроцилиндр с выходной силой в 2 или более раз. Учитывая механику копания, представленную на рис. 4 где исключаются нормальные силы сопротивления копанию, рабочий объем ковша также может быть увеличен в 2 или более раз. Таким образом, рабочий объем ковша может быть увеличен в несколько раз, что позволит копать большие объемы грунта за один цикл. Это несомненно повысит эффективность работы одноковшового гидравлического экскаватора.
Список литературы
1. Лукашук О.А. Закономерности формирования режимных параметров главных механизмов карьерного экскаватора в процессе экскавации горных пород // Горное оборудование и электромеханика.
2019. №3 (143). С. 14-17.
2. Баловнев В.И., Данилов Р.Г., Улитич О.Ю. Исследование управляемых ножевых систем зем-леройно-транспортных машин // Строительные и дорожные машины. 2017. №2. С. 12-15.
3. Kujundzic Т., Klanfar M., Korman T., Brisevac Z. Influence of crushed rock properties on the productivity of a hydraulic excavator // Applied Sciences (Switzerland). 2021. V. 11(5). P. 1-15.
4. Choudhary B.S. Effect of blast induced rock fragmentation and muckpile angle on excavator performance in surface mines // Mining of Mineral Deposits. 2019. V. 13(3). P. 119-126.
5. Xu G., Yu Z., Lu N., Lyu G. High-gain observer-based sliding mode control for hydraulic excavators // Harbin Gongcheng Daxue Xuebao. 2021. V. 42(6). P. 885-892.
6. Баловнев В.И., Данилов Р.Г., Улитич О.Ю. Стенд для исследования процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин // Строительные и дорожные машины.
2020. №8. С. 3-15.
7. Берестов Е.И. // Влияние трения грунта по поверхности ножа на сопротивление резанию // Строительные и дорожные машины. 2010. №11. С. 34-38.
8. О влиянии скорости рабочего органа на силу сопротивления резанию грунта/ Д.С. Сёмкин // Вестник СибАДИ. 2017. №1. С. 37-43.
9. Николаев В.А. Анализ взаимодействия кромки лезвия консольного ножа с грунтом // Вестник СибАДИ. 2020. №2. С. 172-181.
10. Тарасов М.А. Моделирование параметров функционирования выемочной машины с вибрационным воздействием на горные породы // Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11. №1(39). С. 85-97.
11. Трояновская И.П., Разношинская А.В., Козьминых В.А., Лещенко Е.А. Экспериментальные исследования процесса промышленного рыхления грунта // Горный журнал. 2021. №5. С. 87-90.
12. Константинов Ю.В. Методика расчёта сопротивления и момента сопротивления резанию почвы прямым пластинчатым ножом фрезы // Тракторы и сельхозмашины. 2019. №5. С. 31-39.
13. Николаев В.А. Определение скорости цепей и размеров пласта грунта, отрезаемого ковшом агрегата для удаления верхнего слоя грунта с подстилающего слоя автодороги // Вестник СибАДИ. 2020. №1. С. 32-43.
14. Николаев В.А. Затраты энергии на резание грунта ковшами агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя автодороги // Вестник СибАДИ. 2020. №6. С. 676-688.
15. Зеньков С.А., Минеев Д.А. Определение кинематических параметров ковша экскаватора // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2019. №3. С. 30-33.
16. Tan N.D. Dynamic simulation of a hydraulic excavator to determine the joint reaction forces of boom, stick, bucket, and driving forges of hydraulic cylinders // Inzynieria Mineralna. 2020. V. 1(1). P. 131-137.
17. Патент 2656286 РФ. Ковш экскаватора сферический / Г.Г. Бурый. Опубл. 4.06.2018. Бюл.
№16.
Бурый Григорий Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент, buryy1989@bk.ru, Россия, Омск, Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет
EFFICIENT WORKING EQ UIPMENT OF SINGLE-B UCKET HYDRAULIC EXCAVATOR
G.G. Buriy
The article presents the relevance of the use of single-bucket hydraulic excavators. The constructive disadvantages of the existing working equipment of single-bucket hydraulic excavators are described. The design of the working equipment allowing to increase the efficiency of the single-shaft hydraulic excavator is given. The rationale for increasing the efficiency of the excavator from the use of the proposed equipment is given. Key words: excavator, bucket, digging, efficiency, working equipment.
Buriy Grigoriy Gennadjevich, candidate of technical sciences, docent, buryy1989@bk.ru, Russia, Omsk, Siberian State Automobile and Road University
УДК 621.9-114
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-630-633
К ВОПРОСУ О МОДЕЛИРОВАНИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РИСКОВ МЕХАНИЗМОВ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ БАШЕННЫХ КРАНОВ
Л.А. Сладкова, И.Н. Тимофеева
Рассмотрены наиболее распространенные причины потери работоспособности механизмов передвижения башенных кранов, возникающие в процессе их эксплуатации, актуальность моделирования рисков, связанных с эксплуатацией указанных механизмов, для принятия управленческих решений и дальнейшей разработки мероприятий по их предотвращению.
Ключевые слова: моделирование, эксплуатационные риски, механизм передвижения, башенный
кран.
Эксплуатация является завершающим этапом жизненного цикла любого вида изделия, в котором проявляются все недостатки, допущенные на этапах проектирования, изготовления и собственно эксплуатации. Другими словами, на этом этапе наступает время «собирать камни». Анализ источников научно-технической информации, связанной с вопросами прогнозирования и оценки эксплуатационных отказов [1] позволяет создать модель этих событий.
Башенные краны являются машинами с повышенными требованиями к условиям эксплуатации: систематическое проведение технических освидетельствований, соблюдение режимов работы в соответствии с нормативными документами. Несоблюдение указанных требований влечет за собой риски приостановки эксплуатации башенных кранов в результате проверки, проведенной инспекторами Росте-хнадзора, или возникновения аварийных ситуаций, в том числе заканчивающихся человеческими жертвами.
Известно, что одной из причин потери работоспособности башенных кранов является ходовое оборудование. К наиболее часто встречающимся неисправностям относят дефекты механизмов передвижения, происходящим из-за:
неотрегулированности или неработоспособности тормозов;
ослабления крепления механизмов поворота;
износ зубьев шестерни открытой передачи более 20 % [1].
Из практики эксплуатации известно, что число отказов колес из системы механизмов передвижения башенных кранов составляют более 60% от числа отказов самого механизма передвижения [2].
Предотвратить эти дефекты в настоящее время достаточно сложно по многим причинам: учет режимов эксплуатации в процессе работы крана (погодные и температурные условия и т.п.). Основная причина кроется в том, что [2] «каждый краностроительный завод работает по собственным нормалям». В результате, отсутствие сертификации и унификации деталей ведут к ненормируемым отказам ходового оборудования. Проблема замены колес башенных кранов решается организацией, на балансе которой они находятся. В основном проблема запасных частей, связанных с заменой колес заключается в восстановлении изношенных поверхностей наплавкой или изготовлением новые колёс силами ремонтных служб [7].
