CC BY
3
УДК 514.18; 621.869 DOI: 10.30977/ВиК2219-5548.2019.87.0.18
ДОСЛ1ДЖЕННЯ НАВАНТАЖЕННЯ МОДЕРН1ЗОВАНОГО МЕХАН1ЗМУ П1ДВ1СКИ ТЯГОВО1 РАМИ АВТОГРЕЙДЕРА С1МЕЙСТВА ДЗК-250
Шевченко В.О., Рагул1н В.М., Ходирев С.Я. Харкчвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет
Анотаця. Проведено досл1дження силових характеристик виконавчих г1дроцилтдр1в тяговог рами автогрейдера амейства ДЗк-250 за рахунок анал1зу юнематики руху тдв1ски робочого обладнання та внесення зм1ни в конструкщю кртлення г1дроцилтдр1в мехамзму тдв1ски тяговог рами. Розроблем рекомендацИ' для ращонального положення елемент1в мехамзму з метою зменшення нергвномгрностг навантаження ггдроцилгндргв мехамзму.
Ключов1 слова: автогрейдер, мехамзм тдв1ски робочого обладнання, г1дроцилтдр, нер1вном1р-не навантаження.
Вступ
Одшею з головних машин у дорожньо-будiвельнiй галузi е автогрейдери - земле-рийно-транспортш машини, яК виконують технолопчш операцп щодо профiлювання, планування, перемiщення rрунтiв та шших видiв робiт для зведення земляного полотна та обслуговування дорк\ Особливютю конс-трукци автогрейдерiв е асиметричне розта-шування щодо повздовжньо! осi машини пд-роцилiндрiв мехашзму пiдвiски тягово! рами (МПТР). Це призводить до нерiвномiрного перерозподiлу зусиль мiж виконавчими пд-роцилiндрами та викликае зменшення ефек-тивностi роботи автогрейдерiв у виконаннi технологiчних операцш.
Аналiз публiкацiй
Бiльшiсть робiт у напрямi дослiдження автогрейдерiв спрямованi на анатз зовшш-нiх зусиль, як дiють збоку грунту [1-3]. В шших дослщженнях увага придiляеться забезпеченню фшсацп робочого обладнання в заданому положенш незалежно вiд впливу зовшшшх чинникiв [4-7].
У роботах [8, 9] проведено дослщження впливу навантаження виконавчих пдроцилш-дрiв МПТР на прикладi автогрейдера серед-нього класу шмейства ДЗк-250, а також проведет вiртуальнi дослiдження кшематичних характеристик МПТР завдяки тривимiрнiй моделi робочого обладнання, яка мае щентич-нi геометричнi та масовi параметри з оригша-льною серiйною конструкщею [10-11].
Наявна конструкцiя МПТР не дае змогу забезпечити рiвномiрнiсть навантаження пд-роцилiндрiв МПТР, а мiж тим треба вивчити можливостi автогрейдера за рахунок запро-поновано! конструкци механiзму.
Пiсля проведеного аналiзу робгг пропону-еться оригiнальна конструкцiя МПТР, яка дозволяе зменшити зусилля за рахунок мож-ливосп змiщення положення точки кршлен-ня штока гiдроцилiндра виносу тягово! рами.
Для забезпечення високих показниюв ефективносп МПТР, а також автогрейдера загалом, необхiдно бiльш детальшше вивчити технiчнi можливостi пристрою.
Мета i постановка завдання
Метою роботи е дослщження навантаже-носп виконавчих гiдроцилiндрiв модершзо-вано! МПТР за допомогою вiртуально! модели створено! на базi програмного пакета Autodesk Inventor Professional та математич-них розрахункiв завдяки програмному продукту MATLAB.
Дослiдження перерозподiлу навантаження в гщроцилшдрах МПТР автогрейдерiв
Була розроблена просторова розрахункова схема докладання зусиль до робочого облад-нання автогрейдера (рис. 1) та тривимiрна модель мехашзму перемщення крiплення штока пдроцилшдра виносу тягово! рами (рис. 2) [9, 10].
Для iмiтацi! зовнiшнього навантаження використано метод, за яким зовшшне навантаження представленене у виглядi одинично-го навантаження (1 кН). Для бiльш детального аналiзу його послiдовно прикладаемо до рiжучо! крайки грейдерного вщвала в напря-мку ди осей декартових координат х, y, z . Виконавши розрахунки, отримуемо значення зусиль, що дiють уздовж ос кожного з виконавчих гiдроцилiндрiв.
Рис. 1. Просторова розрахункова схема нава-нтаження МПТР
Рис. 2. Мехатзм перемiщення крiплення штока гщроцилшдра: 1 - напрямна рейка, 2 - буфер, 3 - повзун, 4 - притискна планка, 5 - електромагтт, 6 - коромисло, 7 -пружини, 8 - кшцевий вимикач, 9 - ру-хомi ланки
Представлений мехатзм працюе таким чином (рис. 2): для виконання технологiчних операцiй одтею iз сторiн грейдерного вщва-ла машитст перемщуе повзун 3 по напрям-нiй рейцi клиноподiбноl форми за допомогою додаткового гiдроцилiндра (на рисунку не наведено), перемщуючи положения мюця крiплення штока гiдроцилiндра виносу тяго-во! рами в поперечнш плошинi руху автогрейдера [12].
У виконант вiртуальних дослiджень ви-никла необхiднiсть перевiрки кiнематики руху виконавчих гiдроцилiидрiв модертзова-ного МПТР щодо наявно! на цей час конструкцп МПТР. Отриманi дат викорис-товуються як вихiднi для положення виконавчих гiдроцилiидрiв у простора у матема-тичних розрахунках за допомогою M-files програмного комплексу МА^АВ для визна-чення дточого навантаження в пдроцилшд-рах МПТР з метою зменшення нерiвномiрно-ст навантаження трьома виконавчими гiдроцилiидрами. Це у свою чергу дозволить визначити рацюнальне положення точки крь плення штока гiдроцилiидра виносу тягово! рами вбш.
Математичиий апарат дозволяе визначити дюче зусилля в кожному з виконавчих гщ-роцилiидрiв МПТР та оцшити !х перерозпо-дл мiж цими гiдроцилiидрами.
Як приклад на рис. 3 наведет графжи залежностей зусиль, що дтоть уздовж осьово! лши кожного з виконавчих лдроцилщ^в МПТР, вщ положення мiсця ^плення штока гiдроцилiидра винесення тягово! рами вбш та дл одиничного зовтшнього навантаження.
Наведенi графiки залежностей отриманих даних математичного моделювання у виконант техиолопчних операций, а саме рiзання всiею крайкою грейдерного вiдвала в центральному положент тягово! рами за умови кута захвату 300. Дослщження представленi для точок А, С, G, J (рис. 1) та розкладення зовтшньо! одинично! сили вщ ди зовнiшнього навантаження у вщповщиих осях.
Використання запропонованого нами ме-ханiзму дозволяе змшювати положения точки ^плення штока гщроцилшдра виносу тяго-во! рами вбж, прогнозувати ращональним чином зменшеиня нерiвномiрностi навантаження конструкцп МПТР i домогтися рiвномiрного розподлу зусиль мш трьома гщроцилшдрами, що у свою чергу призводить до зменшеиня впливу зовтшнього навантаження на основну раму й, вiдповiдно, до зменшеиня кшькосп поломок агрегатв робочого обладнання, гiдроцилiндрiв МПТР i автогрейдера загалом.
З рисунюв 3, а видио, що за умови дп горизонтального зовтшнього навантаження (Х = 1 кН) на крайку грейдерного вщвала зусилля змеишуеться у виконавчих гщроцилщд-рах також нелшшно у 2-5 раз1в, а за абсолют-иим значениям в штервалах вщ 1 до 9 кН.
Ри кН Л. кН 1 Р1, кН
3 2 3
-0,5 -0.4 -0.3 -0,2 -0,1 2 1 1, м 3 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 1 1, м 2
точка G точка G точка G
а б в
Рис. 3. Графiк залежностi зусиль у виконавчих пдроцилшдрах вiд положення штока пдроциль ндра виносу тягово! рами за умови ди на вiдвал одиничного зовнiшнього навантаження: а -одиничне зовшшне навантаження (1 кН), прикладене вздовж ос Х; б - одиничне зовшшне навантаження, прикладене вздовж ос Y; в - одиничне зовшшне навантаження, прикладене вздовж ос Z; 1 - сумарне (результуюче) зусилля у правому гщроцилшдрц 2 - сумарне зу-силля у лiвому гiдроцилiндрi; 3 - сумарне зусилля в гiдроцилiндрi виносу тягово! рами
Аналiз рисункiв 3, б показуе, що в разi дi! бокового навантаження на крайку грейдерного вщвала (Y = 1 кН) змiна зусиль у виконавчих пдроцилшдрах мае нелшшний характер. Аналiз отриманих графiкiв показав, що за умови змщення вздовж грейдерного вщвала координати, прикладання зовшшнього по-вздовжнього зусилля. Навантаження у виконавчих пдроцилшдрах змшюеться в абсолютному значенш в межах вщ 2 до 14 кН, що вщповщае варiюванню у 1,5-7 разiв.
З рисункiв 3, в видно, що змша положення мiсця кршлення штока гiдроцилiндра вине-
сення тягово! рами викликае нелшшну змiну зусиль у виконавчих пдроцилшдрах, а саме мае мюце збшьшення зусилля за умови ди вертикального навантаження на крайку грейдерного вiдвала (Z = 1 кН), величина якого в середньому збшьшуеться у 2-3 рази порiвня-но з використанням наявного МПТР, а за аб-солютним значенням - усього на 2 кН, що не е критичним для елеменпв МПТР та машини загалом.
Розглянувши вплив змши положення точки крiплення гщроцилшдра виносу тягово! рами та точки прикладання зовшшнього на-
вантаження на грейдерний вщвал, можна ви-дiлити низку рекомендацiй, а саме:
- виконувати технологiчнi операцп стороною, до яко1 спрямований шаршр штока гщ-роцилiндра виносу тягово1 рами, тобто правим краем вщвала;
- роботи виконувати в дiапазонi положен-ня точки кршлення штока гiдроцилiндра виносу тягово! рами, визначеному на рис. 4.
Рис. 4. Рекомеидоваиий рацюиальиий д1апа-зои використаиия запропоиоваиого МПТР
Висновки
У процес аналогичного дослщжеиия, уиа-слщок перебору положеиь мюць кршлеиь гщроцилшдр1в МПТР отримаио таке:
1. Розроблеиа в1ртуальиа модель МПТР дозволяе суттево змеишити иер1виом1ршсть навантаження викоиавчих гщроцилшдр1в (у середиьому у 2,7 раза) за рахуиок змен-шення асиметричиосп коиструкцп МПТР.
2. Мають мюце деяю особливосп викори-стання автогрейдера для виконання техноло-пчних операцш, а саме тд час змщеиия положения мюця кршлення штока гщроциль идра вииосу тягово! рами иа 400 мм вщ иая-виого, р1зииця змеишуеться до Аа = 130 Ар = 30, а в раз1 змщеиия иа 800 мм - до Аа = 30° АР = 40. Зокрема 1,5-7 раз1в залежио вщ при-кладаиия зовшшиього иаваитажеиия змеишуеться зусилля у викоиавчих гщроцилшд-рах, що в абсолютному значенш може стаиовити вщ 1 до 14 кН.
3. Наведеш практичш рекомеидацп дозво-ляють визиачити конструктивш параметри запропоиоваиого мехашзму та встаиовити його на автогрейдер будь-якого класу.
Лггература
1. Баловиев В.И., Хмара Л.А. Интенсификация разработки грунтов в дорожном строительстве. Москва: Транспорт, 1993. 382 с.
2. Андреев А.Ф., Барташевич Л.В., Богдан Н.В. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машии. Объёмные гидро- и пиев-момашины и передачи: учеб. пособие для ву-
зов / под ред. В.В. Гуськова. Минск: Выш. шк., 1987. 310 с.
3. Алексеева Т.В., Артемьев К.А., Бромберг А.А. и др. Дорожные машины. Часть I. Машины для земляных работ. 3-е изд., перераб и доп. Москва: Машиностроение, 1972. 504 с.
4. Беляев Н.В., Скуба П.Ю. Подвеска рабочего оборудования автогрейдера // Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования: материалы III Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, 2122 мая 2008 г. Омск: СибАДИ, 2008. Кн. 2. С. 6-11.
5. Бакалов А.Ф. Совершенствование системы стабилизации положения рабочего органа автогрейдера: дис. ... канд. техн. наук: 05.05.04. Омск, 1986. 231 с.
6. Кононыхин Б.Д. Исследование и разработка лазерной системы стабилизации рабочего органа автогрейдера: дис. ... канд. техн. наук: 05.05.04. Москва, 1972. 205 с.
7. Щербаков В.С. Научные основы повышения точности работ, выполняемых землеройно-транспортными машинами: дис. ... д-ра техн. наук: 05.05.04. Омск, 2000. 416 с.
8. Шевченко В.О., Рагулш В.М. Дослщження впливу навантаження гщроприводу управлш-ня основним вщвалом автогрейдера середньо-го класу // Зб1рник наукових праць ПолтНТУ. Сер1я: «Галузеве машинобудування, буд1вниц-тво». 2014. Вип. 1 (40). С. 27-31.
9. Шевченко В.А., Рагулин В.Н., Фатеев Р.В. Исследование нагружения системы управления основным отвалом автогрейдера методом трехмерного виртуального моделирования // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. 2014. Вип. 65-66. С. 216-220.
10. Шевченко В.А., Рагулин В.Н. Анализ подвески рабочего оборудования автогрейдера методом компьютерного моделирования // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. 2016. Вып. 73. С.234-238
11. Рагулин В.М., Мешалюна Т.С., Палш М.Р. Ана-л1з модертзовано1 тдаски робочого обладнан-ня автогрейдера з використанням комп'ютерного моделювання // Прикладна геометр1я та шжене-рна графша: м1жвщомчий науково-техтчний зб1рник. Кив, 2018. Вип. 94. С. 95-99.
12. Патент Украши на корисну модель № 104145. Пристрш для керування робочим обладнанням автогрейдера. Опубл. 12.01.2016.
References
1. Balovnev V.I., Khmara L.A. Intensifikatsiya razrabotki gruntov v dorozhnom stroitel'stve lesorazvedenyya [Intensification of ground development in road construction]. Moskva: Transport, 1993. 382 s. [in Russian].
2. Andreev A.F., Bartashevich L.V., Bogdan N.V. Gidropnevmoavtomatika i gidroprivod mo-bil'nykh mashin. Ob'emnye gidro- i pnev-momashiny i peredachi: Ucheb. posobie dlya vu-zov [Hydropneumoautomatics and hydraulic drive of mining-biking machines. Volume hydraulic and pneumatic machines and transmissions] / pod red. V.V. Gus'kova. Minsk: Vysh. shk., 1987. 310 s. [in Russian].
3. Alekseeva T.V., Artem'ev K.A., Bromberg A.A. i dr. Dorozhnye mashiny. Chast' I. Mashiny dlya zemlyanykh rabot [Road machines. Part I. Earthworks]. 3-e izd., pererab i dop. Moskva: Mashinostroenie, 1972. 504 s. [in Russian].
4. Belyaev N.V., Skuba P.Yu. Podveska rabochego oborudovaniya avtogreidera // Razvitie dorozhno-transportnogo kompleksa i stroitel'noi infrastruktury na osnove ratsional'nogo prirodopol'zovaniya [Suspension of the working equipment of the car trader // Development of the road transport complex and construction infrastructure on the basis of environmental management]: Materialy III Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii studentov, aspirantov i molodykh uchenykh, 21-22 maya 2008. Omsk: SibADI, 2008. Kn. 2. S. 6-11 [in Russian].
5. Bakalov A.F. Sovershenstvovanie sistemy stabilizatsii polozheniya rabochego organa av-togreidera [Improvement of the system of stabilization of the position of the working body of the autograider]: dis. ... kand. tekhn. nauk: 05.05.04. Omsk, 1986. 231 s. [in Russian].
6. Kononykhin B.D. Issledovanie i razrabotka lazernoi sistemy stabilizatsii rabochego organa avtogreidera [Research and development of laser system for stabilisation of working body of autograider]: dis. ... kand. tekhn. nauk: 05.05.04. Moskva, 1972. 205 s. [in Russian].
7. Shcherbakov V.S. Nauchnye osnovy povysheniya tochnosti rabot, vypolnyaemykh zemleroino-transportnymi mashinami [Scientific basis for improving the accuracy of works performed by earth-moving vehicles]: dis. ... doktora tekhn. nauk: 05.05.04. Omsk, 2000. 416 s. [in Russian].
8. Shevchenko V.O., Ragulin V.M. Doslidzhennya vplivu navantazhennya gidroprivodu upravlinnya osnovnim vidvalom avtogreidera seredn'ogo klasu [Studying the impact of loads on the hydraulic drive of the control mechanism of a middle class motor-grader main blade] // Zbirnik naukovikh prats' PoltNTU. Seriya: «Galuzeve mashinobuduvannya, budivnitstvo». 2014. Vip. 1 (40). S. 27-31 [in Ukraine].
9. Shevchenko V.A., Ragulin V.N., Fateev R.V. Issledovanie nagruzheniya sistemy upravle-niya osnovnym otvalom avtogreidera metodom trekhmernogo virtual'nogo modelirovaniya [Study of control system loading by the main dump of the autograder by the method of three-dimensional virtual simulation] // Vestnik Khar'kovskogo natsional'nogo avtomo-bil'no-
dorozhnogo universiteta. 2014. Vip. 65-66. S. 216-220 [in Russian].
10. Shevchenko V.A., Ragulin V.N. Analiz podveski rabochego oborudovaniya avtogreidera metodom komp'yuternogo modelirovaniya [Analysis of suspension of operating equipment of autograder by computer simulation method] // Vestnik Khar'kovskogo natsional'nogo avtomobil'no-dorozhnogo universiteta. 2016. Vyp. 73. S. 234238 [in Russian].
11. Ragulin V.M., Meshalkina T.S., Palii M.R. Analiz modernizovanoi' pidviski robochogo obladnannya avtogreidera z vikoristannyam komp'yuternogo modelyuvannya [Analysis road graders modernized suspension of working equipment with help of computer modeling] // Prikladna geometriya ta inzhenerna grafika: Mizhvidomchii naukovo-tekhnichnii zbirnik. Kiiv, 2018. Vip. 94. S. 95-99 [in Ukraine].
12. Pat. 104145 Ukrayiny na korisnu model'. Pristrii dlya keruvannya robochim obladnannyam avtogreidera. [The device for control of the working equipment of the motor grader]. Patent Ukraini №104145. Opubl. 12.01.2016 [in Ukrainian].
Шевченко Валерш Олександрович, к.т.н., доц., завщувач каф. будiвельних i дорожнiй машин, valery03102016@gmail.com, тел. +38 067-2838768, Рагулш Вггалш Миколайович, викладач каф. iнженерноi та комп'ютерно' графiки, ragulinrvn@ukr.net, тел. +38 097-29-57-392, Харшвський нацiональний автомобшьно-дорожнiй унiверситет, 61002, Украша, м. Харшв, вул. Ярослава Мудрого, 25. Ходирев Сергiй Якович, к.т.н., професор, +38 (057) 700-38-56, admin@khadi.kharkov.ua, Харшвський нацюнальний автомобшьно-дорожнiй унiверситет
Исследования нагрузки модернизированного механизма подвески тяговой рамы автогрейдера семейства ДЗк-250
Аннотация. Автогрейдер одна из ведущих машин в дорожно-строительной отрасли. Особенностью конструкции является асимметричное расположение относительно продольной оси машины гидроцилиндров механизма подвески тяговой рамы (МПТР). Это приводит к неравномерному перераспределению усилий между исполнительными гидроцилиндрами и вызывает уменьшение эффективной работы автогрейдеров. Целью работы является исследование нагруженности исполнительных гидроцилиндров модернизированной МПТР с помощью виртуальной модели созданной на базе программного пакета Autodesk Inventor Professional и программного продукта MATLAB. Для имитации внешней нагрузки использовали метод, по которому внешняя нагрузка представлена в виде единичной нагрузки (1 кН). Для более детального анализа ее последовательно прикладывали к режущей кром-
ке грейдерного отвала в направлении действия осей декартовых координат. Данный механизм работает следующим образом: при выполнении работы машинист перемещает ползун по направляющей рейке клиновидной формы, с помощью дополнительного гидроцилиндра перемещая положение места крепления штока гидроцилиндра выноса тяговой рамы в поперечной плоскости движения автогрейдера. Использование предложенного механизма позволяет изменять положение точки крепления штока гидроцилиндра выноса тяговой рамы в сторону, прогнозировать рациональным образом уменьшение неравномерности нагрузки конструкции МПТР (в среднем в 2,7 раза) и добиться равномерного распределения усилий между тремя гидроцилиндрами. Предложенный механизм можно установить на автогрейдер любого класса. Основной рекомендацией можно выделить работу грейдерным отвалом, представленным на рис. 4. Ключевые слова: автогрейдер, механизм подвески рабочего оборудования, гидроцилиндр, неравномерное нагружение.
Шевченко Валерий Александрович, к.т.н., доц., заведующий каф. строительных и дорожных машин, valery03102016@gmail.com, тел. +38 067-2838768,
Рагулин Виталий Николаевич, преподаватель каф. инженерной и компьютерной графики, ragulinrvn@ukr.net, тел. +38 097-29-57-392, Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, 61002, Украина, м. Харьков, ул. Ярослава Мудрого, 25. Ходырев Сергей Яковлевич, к.т.н., профессор, тел. +38 (057) 700-38-56, admin@khadi.kharkov.ua, Харьковский национальный автомобильно-дорожный ушверситет
Studying the load of the upgraded traction frame suspension mechanism of the DZk-250 collection of the motor grader
Abstract. Problem. Motor grader is one of the leading machines in the road construction industry. The
feature of the design is an asymmetric arrangement of the traction frame suspension mechanism (TFSM) with respect to the longitudinal axis. This results in uneven rebalance between the slave hydrocylinder and reduces the efficiency of motor graders. Goal. The purpose of the work is to study the load of the slave hydrocylinder of the modernized TFSM using a virtual model created on the basis of the Autodesk Inventor Professional software package and the MATLAB software product. Methodology. The external load is represented as a single load (1 kN). This mechanism works as follows: during the work, the operator moves the slider along the guide rail of the wedge-shaped form, using an additional hydrocylin-der moving the position of the rod of the hydrocylin-der the drawbar shift in the transverse plane of the motor grader movement. Results. The use of the proposed mechanism allows changing the position of the anchor point of the drawbar shift to the side, predicting the rational reduction of uneven load of the TFSM design (an average of 2.7 times) and achieving an even distribution of forces between the three hy-drocylinders. The proposed mechanism can be installed on a motor grader of any class. Originality. The main recommendation is that the grader blade is operated as shown in figure 4.
Key words: motor grader, suspension mechanism of the work equipment, hydrocylinder, uneven loading
Shevchenko Valery Cand., Eng., Sc., Assoc. Prof. Head of the Department Building and Road Machines, valery03102016@gmail.com, tel. +38 067-2838768,
Ragulin Vitaliy, Lecturer in Engineering and Computer Graphics Department, ragulinrvn@ukr.net, тел. +38 097-29-57-392, Kharkiv National Automobile and Highway University, 61002, Ukraine, Kharkiv, 25 Yaroslava Mudroho Str.
Khodyriev Serhii Yakovych, Ph.D., Prof., +38 (057) 700-38-56, admin@khadi.kharkov.ua, Kharkiv National Automobile and Highway University
