CC BY
17
в - угол наклона поверхности резца к горизонту, град.
Суммарная сила сопротивления перемещению резцов с грунтом при продольном копании, возникающая в результате подъема грунта из забоя
^ „ Н ■ (Н + t ■ sin ф) р1 РО с ГР = I Si ■ 2 m ■ sin2 ф ■ P ■ g ■ sin ф
i = 1 Y
(22)
Таким образом, суммарная сила сопротивления копанию грунта при продольном копании
Р коп = I {Pi i = 1
Н
t ■ m ■ sin ф
} '
^ „ Н ■ (Н + t ■ sin ф)
+ ) Si ■ —о----—^2—■ о ■ а ■ si n ф
. 2 ■ m ■ sin2 ф p у sin ф ■
i _ 1 (23)
Аналогичным образом можно представить нормальную составляющую силы сопротивления копанию грунта цепным рабочим органом.
Заключение
Предложенные уравнения позволяют определять силу сопротивления копанию грунта цепным рабочим органом в зависимости от следующих параметров: физико-механических характеристик
грунта; формы срезаемой стружки; параметров режущих элементов; режимов работы оборудования; параметров отрываемой траншеи; схемы копания (при производстве работ по подкапыванию трубопроводов и откапыванию траншеи).
Библиографический список
1. Демиденко А.И., Семкин Д.С. Сменное рабочее оборудование одноковшового экскаватора для подкопа трубопроводов./ Механизация строительства. М.: ООО «Издательство «Креативная экономика», №4 2011, 32 с. С. 10-13.
2. Патент РФ № 90461, МПК Е 02 F 3/08. Цепной экскаватор./ Демиденко А.И., Семкин Д.С.; Си-бАДИ. 10 01.2010.
3. Федоров Д.И. Рабочие органы землеройных машин. М.: Машиностроение, 1990, 358 с.
4. Баловнев В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожностроительных машин. М.: Высшая школа, 1981, 335 с.
5. Фомичев В.П. Методика расчета оптималь-
ных режимов работы траншейных экскаваторов. Ростов-на-Дону: Ростовский инженерно-
строительный институт, 1971, 118 с.
6. Писаренко Г.С. и др. Сопротивление материалов. -5-е изд., перераб. и доп. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986, 735 с.
MATHEMATICAL MODEL OF INTERACTION OF
CHAIN WORKING BODY WITH A GROUND
A.I. Demidenko, D.S. Semkin
Interaction of chain working body with a ground is analyzed. The equations for calculation of components of resistance to cutting and digging of a ground by cutters, and also the equation of total resistance to digging of a ground by working body a trench dredge is given.
Демиденко Анатолий Иванович - канд. техн. наук., проф., зав. каф. «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур» факультета «Нефтегазовая и строительная техника» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.
Семкин Дмитрий Сергеевич - аспирант каф. «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур» факультета «Нефтегазовая и строительная техника» Сибирской государственной автомобильнодорожной академии.
E-mail: D.S.Semkin@yandex.ru
m
УДК 629.7
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОПТИМИЗАЦИИ МАССОВОЙ И ОБЪЕМНОЙ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АЭРОСТАТИЧЕСКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
В.В. Сыркин, В.А. Трейер
Аннотация. Обоснована необходимость оптимизации массовых и объемных характеристик системы управления дирижабля. Приведена оптимизация указанных характеристик для напорного трубопровода гидропривода системы управления дирижабля за счет повышения давления в гидросистеме.
Ключевые слова: аэростатический летательный аппарат, массовая характеристика, объемная характеристика, давление, расход рабочей жидкости, напорный трубопровод.
Для эффективного использования аэростатического летательного аппарата (АЛА) при транспортировке грузов и пассажиров, необходимо стремиться к снижению массы и объемов его функциональных элементов и систем.
Учитывая насыщенность АЛА гидравлическими системами управления, целесообразно оптимизировать массу и объем гидравлических магистралей.
Основным направлением решения данной задачи является повышение уровня давления гидросистем.
Известны исследования по оценке последствий повышения давлений, в частности [1], определение его оптимального значения по минимальному значению коэффициента недостатков
R = G + 0,2ЖС + 0,3ЖС + 0,3ЖЦ + 0,1Т + 0,
жению надежности основных агрегатов гидросистем АЛА.
Для напорного трубопровода с рабочей жидкостью составим уравнения силы веса, имеющего следующие параметры (рисунок 1):
1й,
где R =
RE
- относительный коэффициент не-
8 = 8„+8 = [ГШ
м 2 , 2 А
-----Ец [г? + г; *а- Г Ел(1 -а~ >-пр•
где 5 - суммарное увеличение зазора в паре «втулка-золотник»; 5Ц, 5пл - изменения размеров гильзы и золотника (плунжера) соответственно; 2г2, 2г1 - наружный и внутренний диаметр гильзы; 2гпл
- диаметр плунжера; аЦ, апл - коэффициенты Пуассона материалов гильзы и плунжера; ЕЦ, Епл
- модули упругости материалов гильзы и плунжера.
Инженерный опыт показал, что рост рабочего давления при проведении конструктивнотехнологических мероприятий не приводит к сни-
Рис.1. Расчетная схема напорного трубопровода
достатков; G - вес гидросистемы; WC, WЦ - объем, занимаемый гидросистемой и силовыми гидроцилиндрами соответственно; Т - установившаяся температура рабочей жидкости; 11 - ход силовых цилиндров. Значения 1; 0,2; 0,3; 0,1 - относительные весовые коэффициенты значимости соответствующих параметров.
Повышение уровня давления на температуру жидкости оценивают по формуле
Р . I
сж -У п
где Е - тепловой эквивалент единицы работы; р -рабочее давление; Сж - теплоемкость жидкости; Y -удельный вес жидкости; п - суммарный кпд системы.
Важно оценить влияние давления на объемные кпд насосов, усилия страгивания золотников и др. Так, для кпд насосов
Поб = 1 - Р— -(в-а\
Чн
где р - давление; qв - объем вредного пространства; qн - объем, вытесняемый поршнем за один рабочий ход; р - коэффициент объемного сжатия жидкости; а - изменение единицы объема вредного пространства насоса при изменении давления на 0,1 МПа.
Для оценки зазоров в сопряженных парах при росте давления используются зависимости [2]:
а, 5, 1н - внутренний диаметр, толщина стенок и длина трубопровода;
а
п
= [а] - допустимый предел прочности (ав
- действующее напряжение, п - запас прочности); р - рабочее давление;
Др - потери давления;
АР П
----= у - относительные потери давления в
Р
напорном трубопроводе;
Yм, Yж - удельные веса материалов трубопровода и жидкости;
А - коэффициент сопротивления трению;
V - скорость течения жидкости;
У = VF - расход жидкости в трубопроводе с площадью поперечного сечения F;
N - потребляемая мощность на выходе.
Прочность трубопровода
- = 0,5 й
(
а
\
[а]- 2 Р
-1
вес трубопровода с жидкостью
= а + а =
т-(і+4-[і+- ^
потери давления в трубопроводе
ОнР = я IV!
Уж
где Я = 0,3164^ 0’25 (турбулентный режим); Скорость жидкости в трубопроводе
V = ;
п2
передаваемой мощности
N = (1 - Ян )рЯ.
На основании данных уравнений можно получить
G„„ = А
где А
у!,-421^0,1054 (
Р’
0, 3164 2q
1 +
2Р Ум
0,2632 лг0,7368 /0,4210
2 N О’ l
20,5262 (1 jQ )0,7368 0,4210
Для объема трубопровода с жидкостью
К.тр =П (d + 25)2lH = A,
„ 0,4210 0,1054
Уж V
И
W
И- 2 р’
где AW
= Аг
н.тр н.тр
Объемный вес в зависимости от температуры и давления можно оценить следующим образом
1 ~a(t:° C -15)- — (p - pД
У = У01 1 -a\t,
E
где Y0 - объемный вес при t = 150С и р = 0,1 МПа;
Е = Ар + В - изотермический модуль упругости. Динамическая вязкость
ц = ц0 е{а( р - Го )-л(‘-‘0)},
где а и А - термический и пьезотермический коэффициент вязкости.
Удельный объем трубопровода
- 2
W =[ ^1 = ^
уд отн [ W0G
рс
■ 2к„
1 +
2
Ум
- 2 Уж
рс
гд
Уж
1 + !
2к
Ум
■ 2к Уж
рс р
Г
е к =-------. На рисунке 2 приведены графики для
Ро
стальных и титановых трубопроводов. Для стальных трубопроводов минимальный вес достигается при 18 - 30 МПа, для титановых - при 35 - 54 МПа.
Приведенные зависимости обусловлены тем, что при определенной мощности на выходе и постоянных относительных потерях, увеличение рабочего давления вызывает непрерывное уменьшение необходимого расхода (диаметра трубопровода, веса и объема жидкости в нем). Начиная с некоторого давления, происходит рост толщины стенок трубопровода 5, т.е. веса и объема (по условиям прочности). Действие указанных факторов обуславливает наличие минимума в зависимостях
^тн = /(Р) и №отн = I(Р) . Применение титановых сплавов из-за их высокой удельной прочности снижает предельные значения веса на «11% и объема « 9%.
На графике (рисунок 2) 1, 2, 3 - Gотн, Wотн, Wуд.отн для стального трубопровода; 1', 2', 3' -Gотн, Wотн, Wуд.отн для титанового трубопровода; а - в, с - d - пятипроцентные зоны проигрыша в весе [3].
и регулирующие Машиностроение,
Рис. 2. Зависимости Gотн(р), Wотн(р), Wуд.отн(р) для
напорного трубопровода из стали и титана
Библиографический список
1. Cooke C.H. Product Engineering, №5, May, 1956.
2. Распределительные устройства гидросистем. М.:
1965, 183 с.
3. Расчет и испытание гидравлических систем
летательных аппаратов. М.: Машиностроение,
1974, 180 с.
OPTIMIZATION OF MASS AND VOLUME CHARACTERISTICS OF THE DISCHARGE PIPE OF A HYDRAULIC SYSTEM CONTROL AEROSTATIC AIRCRAFT (BLIMP)
V.V. Syrkin, V.A. Treier
The necessity of optimization of optimizing the mass and volume characteristics of the blimp's control system. It is made optimization of these characteristics for the discharge pipe of a hydraulic system controls the airship by increasing the pressure in the hydraulic system.
Сыркин Владимир Васильевич - доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой кафедра «Прикладная механика» СибАДИ. Основные направления научной деятельности: машиноведение, системы приводов и детали машин. Общее количество опубликованных работ: 97.
Трейер Виктор Артурович - старший преподаватель кафедры кафедра «Прикладная механика» СибАДИ. Основные направления научной деятельности: машиноведение, системы приводов и детали машин. Общее количество опубликованных работ: 5.
0,4210
п
1,158
с
