CC BY
37
УДК 621.872:69.0025
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ РОБОТИ ШНЕКОВОГО ІНТЕНСИФІКАТОРА
Л.А. Хмара, професор, д.т.н., Р.М. Кроль, асистент, ПГАСА
Анотація. Представлені плани швидкостей при різних режимах роботи ШІ, подано залежності між складовими абсолютної швидкості, закон зміни поточного кута нахилу гвинтової лінії в залежності від кута повороту привідного вала ШІ.
Ключові слова: шнековий інтенсифікатор (ШІ), поточний кут.
Вступ
Географічне розташування України передбачає транспортування через її територію в західну Європу та країни колишнього СРСР різноманітних трубопроводів для транспортування нафти та газу. Основною особливістю таких трубопроводів являється їх велика протяжність. Зворотна засипка траншей при прокладці газо-, нафтопроводів та комунікацій являється однією із трудомістких операцій, що потребує використання комплекту машин.
Мета і постановка задачі
Бульдозер - найпоширеніша машина, що застосовується для зворотної засипки траншей, - має істотні недоліки: робота проводиться циклічними, човниковими рухами машини, що визначає збільшення смуги відчуження, збільшення витрат часу, праці і палива порівняно з безупинним способом засипання; праця бульдозериста стомлююча; машина сприймає великі навантаження на ходову частину і трансмісію, що скорочує термін їхньої служби. А також знижується якість засипання: нерівномірна подача ґрунту в траншею великими масами може привести до зсуву труб відносно повздовжньої вісі, до ушкодження ізоляції труб і утворенню порожнеч, що сприяє осіданню і вимиванню ґрунту.
Бульдозер з шнековим інтенсифікатором (ШІ) позбавлений вищезгадуваних недоліків. Більш раціональна схема руху вздовж траншеї дозволяє суттєво підвищити продуктивність, а також зробити засипання траншеї в умовах обмеженої смуги відчуження, забезпечує високу якість засипання (знижується ймовірність ушкодження трубопроводу і поліпшується заповнення пустот між трубопроводом, дном і стінками траншеї). Але для створення бульдозерів із ШІ відсутні наукові основи вибору та призначення раціональних па-
раметрів, а також рекомендації по конструктивному оформленню [8, 10, 11, 12, 13, 14, 15].
Аналіз публікацій
Значний внесок у розвиток методів розрахунку потужності приводів шнекових робочих органів зробили Зеленін А.М. [1], Домбровський М.Г. [2], Григор’єв А.М. [3], Бочаров В.С. [4], Куліш В.А. [6], Севастьянов К.М. [7]. Але жодна з існуючих теорій не враховує суттєві відмінності ШІ на РО бульдозера в порівнянні з гвинтовими конвейєрами.
Ціль і постановка завдання
Ціллю статті являється отримання залежностей між складовими абсолютної швидкості, отримання закону зміни поточного кута нахилу гвинтової лінії в залежності від кута повороту привідного вала ШІ.
Основний матеріал досліджень
Введемо поняття значення поточного кута нахилу гвинтової лінії ап = /(ф) до горизонталі, оскільки він змінний та залежить від кута ф положення утворюючої гвинтової поверхні шнека відносно вертикальної вісі його симетрії, та змінюється в
2 -П-Кшш
межах атС^-
£
■ <аи <90 (рис. 1).
Діапазон зміни поточного кута нахилу гвинтової лінії ап
п 2 • п-Яшн
а = — агйг--------—;
2 ЬS
Рис. 1. Графік зміни поточного кута нахилу гвинтової лінії ап = /(ф) до горизонталі в залежності від кута ф положення утворюючої гвинтової поверхні шнека відносно вертикальної вісі його симетрії
2 • п - К ( п 2 • п - К
с = аг^------------^ + 0,5 - І — аг^------
£ ^ 2 £
2 • п-Яшн п 1 2-п-Яшн
= агйг---------------------------------— +-агСя-— =
£ 4 2 £
п 1 ^ 2 - п- Яшн
= —+ — -агйг----------—.
4 2 £
Закон, за яким змінюється значення поточного кута нахилу гвинтової лінії ап ШІ до горизонталі
. п 1 2 - п- Я™ .
ап =І-------агСя-----------— І -соє2ф +
п 1 4 2 £ 1
п 1 2-п-Яшн
+—+ —- агйг---------—
4 2 £
(1)
Рис. 2. Плани швидкостей для частки ґрунту, що знаходиться в діаметральній горизонтальній площині при різних режимах роботи ШІ: а -до критичний; б - критичний; в - за критичний
Частка ґрунту, що транспортується ШІ, бере участь в складному русі - обертається разом з гвинтовою поверхнею та водночас ковзає по ній.
Всі режими характеризуються напрямком вектора абсолютної швидкості відносно лобової поверхні відвала (рис. 2).
Абсолютна швидкість, за аналогією [1] складається
9 = 90 + 9и або 9 = 91 + 92
(2)
де 90 = ю0Яшн - колова швидкість; 9п - відносна швидкість (швидкість ковзання по гвинтовій поверхні); 91 - проекція абсолютної швидкості на горизонталь; 92 - проекція абсолютної швидкості на вертикаль; ю„ - кутова швидкість привідного валу ШІ; Яшн - радіус ШІ.
З плану швидкостей (рис. 2) випливає рівність
9
ю„ Я
єіп(900 - а) єіп(а + Р) Звідки знаходимо
ю„Я - соє а 9 = -
(3)
єіп(а + Р)
в
а
б
Проекцію абсолютної швидкості на горизонталь можна визначити як
9j = & • cos Р або з урахуванням виразу (4)
=
ю0 R • cos a- cos р sin(a + Р)
(5)
(6)
Проекція абсолютної швидкості на вертикаль визначається залежністю
92 = 9 • sin р .
(7)
Також вертикальну складову абсолютної швидкості руху частки ґрунту можна виразити через її абсолютну кутову швидкість
92 = ю • R .
Підставивши вираз (4) в (7), знайдемо ю0 • cosa^sinр
ю = -
sin(a + Р)
(8)
(9)
В подальших теоретичних дослідженнях прийнято допущення, що кожна частка об’єму ґрунту за один оберт привідного вала ШІ проходить шлях, який дорівнює кроку £ ШІ. Доцільність даного допущення перевірено попередніми дослідженнями у сфері гвинтових конвейєрів, де транспортування відбувається без відриву від гвинтової поверхні [1, 2, 3]. Тому можна записати вираз
9! =
(10)
де n =-
вала ШІ.
30 •ю0
- частота обертання привідного
Після підстановки значення п отримуємо
ю„ - £
91 = 0
2п
(11)
З плану швидкостей до критичного режиму (рис. 2) запишемо співвідношення
9,= ^
1 «Р
Вирази (11) та (12) дають рівняння
ю0 - £ 92
2п tgв.
(12)
(13)
З плану швидкостей до критичного режиму (рис. 2) запишемо співвідношення
9. = ^ 1 tgp
(12)
Вирази (11) та (12) дають рівняння
ю0- £ 92
2п tgP
(13)
З урахуванням виразу (8) рівняння (13) матиме вигляд
ю0 • S ю • R
2п tgP
Або буде справедлива залежність
ю0 2л^R
(14)
(15)
ю £ - tgP Висновок
Закон зміни поточного кута нахилу гвинтової поверхні ШІ залежно від кута повороту привідного вала ШІ дозволяє отримати більш точні математичні моделі опису руху частки гранта на гвинтовій поверхні горизонтального шнека.
Отримана залежність між значенням абсолютної кутової швидкості та кутової швидкості привідного вала ШІ, що пов’язує між собою напрям абсолютної швидкості та геометричні параметри ШІ.
Література
1. Григорьев А.М. Винтовые конвейеры. - М.:
Машиностроение, 1972. - 184 с.
2. Вайнсон А. А. Подъемно-транспортные маши-
ны. - М.: Машиностроение, 1989. - 536 с.
3. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспорти-
рующие машины. - М.: Машиностроение, 1983. - 487 с.
4. Конвейеры. Справочник / Под общей ред. Пер-
тена Ю.А. - Л.: Машиностроение, 1984. -351 с.
5. Козьмин П.С. Машины непрерывного транс-
порта. - Л.: Машгиз, 1936. - 270 с.
6. Кулиш В.А. Исследование рабочих органов
шнекороторных каналокопателей / Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Харьков: ХАДСС, 1969. - 24 с.
7. Севастьянов К.М. Исследование энергоёмкости
процесса экскавации торфа из залежи горизонтальными шнек - фрезами. / Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Калинин: КНИ, 1973. - 23 с.
8. Баловнев В.И., Шкрыль В.Н. Исследование
работы отвалов с механической интенсификацией // Строительные и дорожные машины. - №4. - 1978. - С. 24-26.
9. Гутьяр Е.М. Элементарная теория вертикаль-
ного винтового транспортера //Труды Московского института механизации и электрификации сельскохозяйственной мелиорации в Поволжье. Саратов, 1984. - С. 167 - 170.
10. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Интенсификация
земляных работ в дорожном строительстве.
- М.: Транспорт, 1983. - 183 с.
11. Баловнев В .И., Хмара Л. А. Интенсификация
разработки грунтов в дорожном строительстве. - М.: Транспорт, 1993. - 383 с.
12. Хмара Л.А. Строительные манипуляторы и
роботы. Методические указания. - Днепропетровск: ДИСИ, 1993. - 385 с.
13. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Повышение произ-
водительности машин для земляных работ. -К.: Будівельник, 1988. - 152 с.
14. Хмара Л.А., Колесник Н.П., Станевский В.П.
Модернизация и повышение производи-
тельности строительных машин. - К.:
Будівельник, 1992. - 152 с.
15. Хмара Л.А., Кроль Р.М. Призначення режимів роботи шнекового інтенсифікатора// Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. науч. тр. Серия: Стародубовские чтения, 2003. - С. 230 - 231.
Рецензент: В.В. Нічке, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 16 лютого 2005 р.
