CC BY
8
Kalinin Anton Alekseevich, Deputy Director for Commercial Affairs of TulSU Publishing House, antony-ak@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.879.063
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-643-646
ГРЕЙФЕР С ИЗМЕНЕННОЙ МЕХАНИКОЙ ЗАЧЕРПЫВАНИЯ
Г.Г. Бурый
В статье рассматриваются виды грейферов для зачерпывания крупнокусковых и сыпучих материалов и недостатки их конструкции. Приведена конструкция грейфера, которая может быть применена для зачерпывания, как для крупнокусковых, так и для сыпучих материалов. Описано устройство и назначение отдельных узлов и деталей предлагаемого грейфера. Приведены преимущества предлагаемого грейфера в сравнении с серийными грейферами.
Ключевые слова: грейфер, зачерпывание, челюсть, конструкция, сыпучие материалы.
Перемещение и погрузка сыпучих материалов, таких как уголь, песок осуществляется преимущественно экскаваторами. Однако в случаях транспортирования больших объемов применение экскаваторов неэффективно. В этом случае используют краны с рабочими органами грейферами. Также в отдельных случаях, когда речь идет о перемещении крупнокусковых материалов, необходим другой вид грейфера - лепестковый. Двухчелюстной грейфер состоит из двух ковшей смыкающихся при зачерпывании материала. Основные виды грейферов приведены на рис 1.
а б
Рис. 1. Виды грейферов: а - челюстной грейфер; б - лепестковый грейфер
Привод челюстей грейфера возможен либо механический с помощью канатов, либо гидравлический. Сопротивление зачерпыванию ограничивает объем зачерпываемого материала за один цикл, так как для преодоления сил сопротивления устанавливается привод определенной мощности. Установка привода более высокой мощности для больших объемов зачерпываемого материала, без сомнения ведет к удорожанию конструкции крана. В определенных условиях необходимо использование двух видов таких грейферов одновременно, ввиду разного размера зачерпываемых материалов. Замена одного грейфера на другой в этом случае трудоёмкий процесс, а использование двух кранов с разными видами грейферов требует дополнительных денежных средств. Следует отметить, в случае зачерпывания одновременно кусковых и сыпучих материалов коэффициент заполнения обоих видов грейфера будет недостаточен. Так, при использовании челюстного грейфера, может возникнуть невозможность смыкания челюстей, а лепестковый грейфер совсем не предназначен для сыпучих материалов. Таким образом, на сегодняшний день есть два недостатка применения грейферов: недостаточная маневренность элементов челюстного грейфера и недостаточный коэффициент заполнения челюстного и лепесткового грейфера в случае зачерпывания материалов разного размера [1 - 7].
Автором работы была разработана конструкция грейфера, позволяющая устранить данные недостатки. Рассмотрим конструкцию предлагаемого грейфера подробнее на рис. 2.
А-А
и и 3
Г
А 14 VI
б
Рис. 2. Предлагаемая конструкция грейфера
На рис. 2. позициями указаны элементы: 1 - сферический каркас; 2 - крепление гидроцилиндра к челюсти через шаровой шарнир; 3 - сферическая челюсть; 4 - паз; 5 - гидроцилиндр; 6 - крепление платформы; 7 - платформа; 8 - привод; 9 - крышка; 10 - проушина; 11 - крепление гидроцилиндра к платформе через шаровой шарнир; 12 - окна. Рассмотрим подробнее функцию каждого элемента грейфера. Сферический каркас 1 выполнен в форме сферы также как и челюсти 3 с возможностью перемещения по одной траектории. Помимо траектории преимущество сферической формы челюсти состоит в меньшем сопротивлении зачерпыванию, так как нормальные силы на челюсть отсутствуют и остаются только касательные силы и силы на кромке челюсти. Шарниры 2 и 11 выполнены шаровыми с возможностью поворота гидроцилиндров 5 во всех плоскостях. Пазы 4 служат для задания траектории перемещения челюстей. Пазы 4 выполнены таким образом, чтобы поворот челюстей происходил не только в продольной и поперечной плоскостях. Данная траектория дает возможность избежать попадания между челюстями крупно-кусковых материалов. Крепления 6 служат для крепления платформы 7 к каркасу 1. Гидропривод 8 служит для создания давления в гидроцилиндрах 5 а также управления работой грейфера. Далее на каркас 1 сверху путем сварного соединения крепится крышка 9. Крышка 9 испытывает изгибающие напряжения при подъеме грейфера. Проушина 10 путем сварного соединения соединяется с крышкой 9, служит для крепления крюка. В зависимости от конструкции крана проушина 10 может быть заменена другими видами креплений. Окна 12 служат для выгрузки излишков материала, которые способны помешать перемещению гидроцилиндров. Основной объем зачерпываемого материала приходится на область ниже нижней кромке каркаса. [8]
Рассмотрим подробнее схему привода грейфера, представленную на рис. 3.
На рис. 3. позициями указаны элементы: 1 - электродвигатель; 2 - муфта; 3 - насос; 4 - бак; 5 и 10 - обратные клапаны; 6 - фильтр; 7 - гидролинии; 8 - гидроцилиндры; 9 - гидрораспределитель с электромагнитным управлением. Рассмотрим назначение элементов привода грейфера. Электродвигатель 1 через кабель создает крутящий момент, передаваемый через муфту 2. Муфта 2 может как соединять, так и разъединять входной и выходной валы. Крутящий момент поступает на насос 3, который создает давление жидкости из бака 4, в гидролинии 7. Обратный клапан 5 предназначен для сброса жидкости, в случае если засорен фильтр 6. Жидкость под давлением от насоса 3 проходит через гидрораспределитель с электромагнитным управлением 9. В случае превышения давления жидкость проходит через обратный клапан 10 и проходя через фильтр 6 сбрасывается обратно в бак 4. [9,10]
Принцип механики движения челюстей рассмотренной конструкции грейфера заключается в следующем. Челюсти 3 рис. 2 перемещаются по сферической траектории в форме, которой выполнен каркас 1 рис. 2. Данная траектория позволяет избежать нормальных сил при зачерпывании материала. Четыре челюсти меньшего размера позволяют зачерпывать крупно-кусковые материалы, при этом плотность их смыкания обеспечивается движением челюстей как в продольной, так и поперечной плоскостях рис. 2. Плотное смыкание челюстей 3 рис. 2 обеспечивает заполнение грейфера сыпучими материалами. Таким образом, предлагаемая конструкция грейфера более универсальна и производительна.
Список литературы
1. Шевченко Н.А., Чальцев М.Н. Методика определения зачерпывающей способности канатного грейфера // Вестник Луганского национального университета имени Владимира Даля. 2019. №6 (24). С. 255-259.
2. Никишов Ю.Г. Энергетический метод расчёта приводных грейферов для зачерпывания глинистых насыпных материалов // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии. 2018. №1. С. 73-77.
3. Анцев В.Ю., Витчук П.В., Сорокина И.И., Гришунов С.С. Разработка алгоритма оптимизации параметров двухчелюстного канатного грейфера // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2021. №2. С. 138-145.
4. Григорьев М.С. Грейферы: назначение, основные виды и конструктивные особенности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 244-246.
5. Якупов Д.Р., Мотяков Н.Ю., Иванова П.В., Иванов С.Л. Рабочее оборудование средств для экскавации полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2021. № S10. С. 3-17.
6. Костин А.Э., Белицкий Д.Г. Исследование параметров копания грунта гидравлическим грейфером при плоской исходной грунтовой поверхности // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2018. №4-1 (132). С. 102-106.
7. Зеньков С.А., Минеев Д.А. Определение времени захватывания груза радиальным грейфером // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2018. №9-1. С. 80-82.
8. Патент 2469947 РФ. Грейфер сферический / Бурый Г.Г. Опубл. 20.12.2012. Бюл. №35.
9. Сахапова Т.С., Караваев А.С., Сидоров О.В., Тихонов В.А. Выбор гидравлической схемы для оптимальной работы забоечной машины // Горная промышленность. 2022. №1. С. 59-64.
10. Алексеева Т.В., Галдин Н.С., Шерман Э.Б. Гидравлические машины и гидропривод мобильных машин. Новосибирск: Изд-во ун-та, 1994. 212 с.
Бурый Григорий Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент, buryy1989@bk.ru, Россия, Омск, Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет
GRAPPLE WITH MODIFIED SCOOPING MECHANICS
G.G. Buriy 645
The article discusses the types of grapples for scooping coarse and loose materials and the disadvantages of their design. The design of the grab is given, which can be used for scooping, both for large-sized and bulk materials. The device and purpose of individual components and parts of the proposed grab are described. The advantages of the proposed grab in comparison with serial grabs are given.
Key words: grab, scooping, jaw, construction, bulk materials.
Buriy Grigoriy Gennadjevich, candidate of technical sciences, docent, buryy1989@bk.ru, Russia, Omsk, Siberian State Automobile and Road University
УДК 621.791
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-646-654
АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СВАРОЧНОЙ ДУГИ В АРГОНЕ С ВОЛЬФРАМОВЫМ ЭЛЕКТРОДОМ И ФЛЮСАМИ-ОКСИДАМИ
А.С. Бабкин, Н.С. Котов, В.В. Терехов
С целью выявления влияния окислов металлов на характеристики сварочной дуги постоянного тока в аргоне с неплавящимся электродом анализировали во временной и спектральной области осциллограммы электрических параметров - напряжения и сварочного тока, полученные при сварке аусте-нитной стали 12Х19Н9Т со следующими оксидами Al2O3, CuO, Fe2O3, CaO, CuO, ZnO, TiO2 и Сг2йз. В качестве критерия стабильности горения дуги во временной области применили стандартное отклонение сварочного тока и напряжения. В спектральной области для анализа процесса использовали дискретное преобразование Фурье. Исследованные флюсы проранжированы по их влиянию на стабильность (устойчивость) дугового разряда. Выявлены характерные гармонические составляющие спектров сварочного тока традиционного процесса сварки неплавящимся электродом в аргоне и сварки с применением некоторых оксидов. Установлено, что оксид алюминия вызывает наименьшее возмущение дуги, а оксид кальция СаО и диоксид марганца оказывают воздействие, наиболее возмущающее процесс сварки. Нестабильность процесса сварки при использовании некоторых оксидов связали с обнаруженными изменениями в спектре электрических параметров.
Ключевые слова: электрические параметры сварочной дуги, TIG сварка, аустенитная сталь, флюс, осциллограммы.
Введение. Одним из методов увеличения глубины проплавления сварки неплавящимся электродом свариваемых материалов является применение флюсов в форме оксидов металла, которые наносят на поверхность изделия перед сваркой тонкой пленкой в виде смеси порошка оксида и ацетона или спирта. Проведено много исследований в этом направлении. Так, исследовано влияние оксидов SiO2, NiO, M0O3, СГ2О3, TiO2, MnO2, ZnO на размеры шва при сварке сплава Inconel 718 [1]. В [2] приводятся результаты исследований влияние четырнадцати различных оксидов на глубину проплавления, отношению ширины к глубине проплавления при A-TIG сварке низколегированных сталей (AISI 4340), аусте-нитных (AISI 304 и AISI 316) и дуплексные (Duplex 2205) нержавеющих сталей. Большой обзор результатов исследований сварки с применением оксидов металлов однородных и неоднородных сталей приведены в [3].
Однако в настоящее время нет данных о влиянии таких флюсов на свойства сварочной дуги, а именно, на ее электрические параметры - сварочный ток и напряжение на дуге. Однако именно эти параметры определяют качество сварных соединений. С целью выявления влияния окислов металлов на устойчивость (стабильность) процесса сварки анализировали во временной и спектральной областях осциллограммы электрических параметров - напряжения и сварочного тока, а также проводили фотографирование дугового промежутка в инфракрасной области спектра. Исследовали влияние оксидов Al2O3, CuO, Fe2O3, CaO, CuO, ZnO, ТЮ2 и &2O3 при сварке аустенитной стали.
Условия эксперимента. Изучали электрические характеристики сварочной дуги в процессе сварки неплавящимся электродом в аргоне (TIG) при наплавке на поверхность образцов, покрытых тонким слоем вязкой суспензии, состоящей из окисла металла и ацетона. Использовали образцы размером 40х150х4 мм из стали 12Х19Н9Т, химический состав которой, определенный спектрографическими методами, приведен в табл.1. Для проведения экспериментов была собрана установка, показанная на рис.1. Использовали инверторный источник сварочного тока Технотрон DC200Ay.3 производя сварку на постоянном токе прямой полярности с горелкой Abicor Binzel ABITIG 17 с воздушным охлаждением, имеющей диаметр сопла 12 мм. Аргон высшего сорта ГОСТ 10157-2016 [4] подавался в зону сварки со скоростью 8-10 л/мин.
