К вопросу расчета параметров стружки резца подкапывающей машины Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАКЕЕВ Сергей Александрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Строительные конструкции».

ГРИШАЕВ Николай Андреевич, асиирант кафедры «Строительные конструкции».

Адрес для переписки: 64 4080, г. Омск, пр. Мира, 5.

Статья поступила в редакцию 29.12.2009 г. © С. А. Макеев, Н. Д. Гришаев

УДК «1-878 Л. Н. КИСЕЛЁВА

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,

г. Омск

К ВОПРОСУ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ СТРУЖКИ РЕЗЦА

ПОДКАПЫВАЮЩЕЙ МАШИНЫ______________________

В статье представлены новые возможности подкапывающей машины, способствующие повышению эффективной разработки грунтов.

Ключевые слова: подкапывающая машина, рабочие органы, процесс копания.

Трубопроводный транспорт играет больпгую роль п экономическом развитии страны и не может оставаться без внимании. Он предназначен для доставки массовых жидких и газообразных продуктов с мест их добычи на значительные расстояния к местам потребления этих продуктов.

К настоящему времени износ основных фондов трубопроводной транспортной системы составляет более 50 %. Так, например, в газотранспортной системе (ITC) из 154 тыс. км магистральных газопроводов около 60 % труб используется уже от 10 до 30 лет (срок эксплуатации для стальной трубы 30 лет, полиэтиленовой 50 лет), причем срок изоляции, защищающей трубопровод от коррозии, составляет не более 15 лет. Все :т> на фоне долговременной эксплуатации трубопроводов, их износа определило необходимость выполнения большого объема ремонтных работ линейной часш трубопровода 11).

В связи с этим остро сгоит вопрос о ремонте магистральных трубопроводов без прекращения транспортирования по ним жидких и газообразных продуктов, что сопряжено с большими затратами труда и материальных средств, для экономии которых необходимы наиболее прогрессивные методы строительства и ремонта и ускоренные темпы их проведения.

Работниками нефтегазовой промышленности в содружестве с машиностроителями в последнее время создано более 150типоразмеров специальных машин и механизмов для с троительства и ремонта трубопроводов: краны-трубоукладчики, траншейные роторные экскаваторы, машины для подкопа трубопровода, трубоочистные и трубоизоляционные машины, битумоплавильные установки, трубогибочные станки, электросварочное оборудование, трубовозы, плете-возы и др. (2].

Машина подкапывающая предназначена для разработки и удаления грунта I...V категории включительно. из-под трубопровода предварительно вскрытого сверху и с боков, ниже нижней образующей т рубопровода на глубину не менее одного метра. Соз-даннмй технолотчсский просвет под трубой должен

бы ть достаточен для обеспечения нормальной рабо ты очистной и изоляционной машин [3,4).

Машина используется при любых видах работ, когда необходимо создать просвет под трубой диаметром 1020 мм без подъёма трубы из траншеи.

Размер стружки резца определяется как расстояние между траекториями двух соседних резцов (рис. 1). Толщина стружки определяется как отрезок, заключенный между траекториями / и ¡1 движения резцов и нормальный к траектории / (рис. 1).

Траектория движения упомянутых резцов в параметрической форме может быть представлена уравнениями:

ЗГ,*Э’—+ А*5Й1ф, (1)

(О

Х,=Л-С05ф, (2)

у., = Э ^+Л-5»л((р-<р0> (3)

X 2 = /? С04* (ф-ф0^ (4)

где х,, у,,х.,, уг - координаты режущих кромок сосед-них резцов, уюлмежду которыми равен ф0 (рис. 2); — радиус установки режущей кромки резцов; ф - угол поворота резца / к оси X; 0 — скорость движения подкапывающей машины; со — угловая скорость вращения барабана подкапывающей машины.

Уравнение нормали определяется следующим образом:

у2-у, = *(х2-х,) (5)

где к — угловой коэффициент нормали.

Тогда толщину стружки можно определить из выражения:

Ь=^(Уг-У1У+(*г-х>У-

С учетом зависимости (5) имеем

Л= (х2-х,)у[йИ1. (7)

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТНИК Н» 1 ап 2010

Если предположить, что точке I' нормали соответствует угол поворота ротора ф, то точке 2/ нормали соответствует угол поворота ротора ф2, не равный углу ф.

Тогда уравнения (3) и (4) запишутся следующим образом:

у2=& ^- + R sin(ф2 -фЛ

СО

х 2 = R cos (ф,-ф<Д

(8)

(9)

Угловой коэффициент нормали к уравнения (5) находим по формуле:

/с=- I/

/гг

(10)

dx,

¿У,

С учетом уравнений < 1) и (2) получим: Я simp

~ 9

+ R cos ф

со

(11)

Подставляя выражения (1), (2), (8), (9), (11) в уравнение (5), запишем следующее:

у2 = 9--i + /?*$/п(ф2 — Фо)— 9 —- R sirt(p =

со

[R-cos (ф.^-ф0) R cosp). (12)

со

Rsin<p

+ ІІ-СОБф

<0

Откуда получим уравнение:

F(ф.2,9)-Э■—+ R-:яп(фг — ф0) 0— R-sinф-

со

со

- -g- 5Шф - I COS (ф, - Ф0)- С05ф]= 0. (13)

+ R-cosq>

со

Из полученного уравнения (13) необходимо найти угол фг

Однако уравнение (13) является трансцендентным и поэтому не решается в радикалах. Ввиду того, что скорость движения подкапывающей машины О чрезвычайно мала, то можно найти приближенное решение последнего уравнения в виде:

Ф2=Ф2(0)+^|.(0)Э,

(14)

где ф (0) - решения уравнения (13) относительно переменнойф, при 9-0; - значение произ-

водной переменной ф, по переменной 0 при 9 = 0.

Не трудно заметить, что при 9 = 0 уравнение (13) имеет решение:

Ф*=Ф +Ф0-d ф..

(15)

Величину производной д определим по формуле: d<p7^ 8F / dF

d 9 59/ Эф/ (l6)

dF dF

где ——, ------значения частных производных пра-

39 Зф2

Рис. I. Траектория движения режущих кромок двух соседних резцов

Рис. 2. Схема расположения резцов на боковой поверхности ротора

вой части выражения (13) по переменным и при значениях Иф2=ф+ф0.

8F =? 39 со'

R

дГ

Зф2 cos<p

(17)

(18)

С учетом последних выражений формула (16) преобразуется следующим образом:

d ф2 _ ф0 С05ф d 9 со R

(19)

Тогда решение уравнения (14) выглядит следующим образом:

со R

(20)

Чтобы найти толщину срезаемой стружки, разложим множители в формуле (7) в ряд Маклорена по параметру в.

С учетом уравнений (1), (2). (8), (9), (20) получим

х7 -х, = R Л-9

Фо’9

COS| ф--------COS ф | — С05ф

со- R

9 ф„ .

Ф0 sm ф cos ф = —- stn<p cos ф. со R со

(21)

Разложение п ряд Маклорена по параметру выражения (11) принимает вид:

sinaiqo л

к=(ди>---------- ■ 9.

со R

(22)

И, соответственно

1

eos<p

t-^-s

R о)

(23)

Подставляя выражения (21) и (23) п уравнение (7) и пренебрегая величинами второго порядка малости, имеем

/}- sin ф.

Ö)

(24)

Погонный обч>ем грунта, вынимаемый из забоя одним резцом, составит

V= jWs,

(25)

гдей5 — бесконечно малая величина дуги траектории резца /.

С учетом формул (1) и (2) и далее разлагая в ряд по параметру 3, получаем

dS

<*ф=| Я + -со.чф]г*ф. (26)

Подставляя выражения (24) и (26) в интеграл (25) и пренебрегая величинами второго порядка, получим

V = fsin ф {r + — со^ф^ф -¿ (Ö V СО )

= ^-^[Я(сО.Чф„ СОЯф^)],

ít>

(27)

где ф„ ,ф* - угол поворота ротора при заглублении первого резца в забой и его вьнлублении.

Библиографический список

1. Потенциал. - 2001. — №4. — С. 2—5.

2. Промысловые трубопроводы и оборудование / Ф.М Мустафин (и др.). — М.: ОАО Недра, 2004. - 249 с.

3. Современные технологии и методы организации, специальные машины и новые материалы для ремонта магистральных газопроводов http://www.oilga$,ni/arücles/vlew /.

4. Ппт. Российская ФедерацияN«2193713, класс МПК 7 F 161. 1/028 . Машина для удаления грунта из-под магистрального трубопровода / Челышев В.В., Сауткии В.М. . Семин P.C. . Зайчиков Г.И.. Вавилов А.Д.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью Производственно- коммерческая фирма «Промтех-НН». — Ns 2000132655/06 ; заявл, 27.12.00; опубл. 27.11.02. Бюл. № 33.

КИСЕЛЁВА Лариса Николаевна, аспирантка кафедры «Дорожные машины»

Адрес для переписки: 644080, г. Омск, пр. Мира, 5.

Статья посгунила в редакцию 17.11.2009г.

© Л. М. Киселёва

УД« «5 ов в. Н. КУЗНЕЦОВА Е. С. АВДЕЕВА

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,

г. Омск

ТЕНДЕНЦИИ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЗУБЬЕВ КОВШЕЙ ЭКСКАВАТОРОВ______________________________

В статье рассмотрены вопросы повышения эффективности работы землеройных машин. Проведен анализ процесса изнашивания рабочего органа одноковшового экскаватора. Ключевые слова: рабочие органы, грунт, одноковшовый экскаватор.

Повышение качества и эффективности строительных машин, их долговечности и ремонтопри-годносги способствует ускорению темпов работы на всех стадиях строи тельного производства. Важное значение при этом имеет повышение износостойкости подвижных соединений машин и рабочих органов, взаимодействующих со средой. Эти задачи решаются путем совершенствования конструкций машин, применения новых техноложчсских методов их изготовления.

Несмотря на большое влияние износа и затупления режущего инструмента на производительность землеройных машин, ему еще не уделяется до;окного внимания. В частности, восстановление зубьев —

основного режущего инструмента экскаваторных ковшей — производи тся большей частью лишь после поломки, потери или когда они изнашиваются на-сголько, что становится невозможной работа экскаватора.

Эксплутационные предприятия несут большие потери в связи с износом зубьев ковшей экскаватора и их частой сменой. Более 80 % о тказов машин происходит вследствие износа, поэтому в последние годы быстро развивается разработка методов расчета и прогнозирования износа деталей машин.

Большое значение геометрических факторов на процесс резания грунтов позволяет предполагать значительное увеличение сопротивлений грунта от