CC BY
12
© Е.Г. Иванов, 2015
УЛК 626.14 Е.Г. Иванов
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ РАБОЧИЙ ОРГАН КАНАЛООЧИСТИТЕЛЯ - ОСНОВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ МЕЛИОРАТИВНОГО РОБОТА
Предложен многофункциональный рабочий орган для очистки хозяйственных водоёмов, который путём минутной переналадки способен; окашивать и измельчать растительность; фрезеровать грунты и удалять их свободным метанием; перекачивать воду; разрабатывать под водой и транспортировать в смеси с водой затопленные грунты; извлекать из разрабатываемого объекта длинномерные и крупнокусковые предметы.В сочетании с роторно-винтовыми движителями (РВД) и автоматизированной системой управления (АСУ) устройство может образовать мелиоративный робот, при этом РВД так же может переналаживаться и выполнять функции рабочего органа.
Ключевые слова: мелиорация, фрезметатель, погружной насос, измельчитель.
Значительное место в мероприятиях по мелиорации занимают работы по уходу за водоснабжающими каналами, поскольку без должного обслуживания объекты становятся нефункциональными. Очистка хозяйственных водоёмов предполагает несколько технологических операций:
— окашивание, измельчение и удаление растительности;
— непосредственное удаление наносных грунтов.
Причём, указанные действия должны производиться:
— на сухих грунтах;
— на переувлажнённых;
— в подводных условиях.
Для каждой операции и для каждого варианта грунтовых условий требуется свой специальный рабочий орган (косилка, фреза, насос и т.д.) Следовательно, необходимо содержать целое семейство различных органов и каждый раз перенавешивать их на базовую машину, причём, с помощью специальной транспортной и подъёмной техники, при затратах времени и ручного труда.
С целью снижения трудоёмкости очистки каналов за счёт исключения вспомогательных операций и повышения гибкости
технологического процесса очистки предлагается многофункциональный рабочий орган, к каналоочистителю, позволяющий путём подналадки его адаптацию под различные операции и грунтовые условия.
Он способен:
— за счёт выполнения ротора составным:
• окашивать и измельчать растительную массу (рис. 1);
В этом случае встречно вращающиеся части ротора режущими кромками, образованными П-образным контуром разреза по лопастям ротора, режут любые виды растительности и измельчают до размеров, обеспечивающих их проход между лопастями ротора. Впоследствии эта растительная масса удаляется вместе с грунтовыми наносами совместно со следующей операцией.
— за счёт выполнения корпуса разъёмным (рис. 2).
• фрезеровать и транспортировать сухие грунты из канала струёй по воздуху.
Нижняя половина корпуса переводится в верхнее положение и фиксируется, обнажая торцовые режущие кромки лопастей ротора (рис. 2, а). При вращении ротора наносный грунт режется торцовыми кромками, смещается на рабочие поверхности лопастей, разгоняется ими и выбрасывается через выбросное окно на требуемую дальность от канала (рис. 3).
• перекачивать воду:
Для выполнения указанной функции нижняя часть корпуса переводится в нижнее положение (рис. 2, б), образуя внутренний рабочий объём корпуса, на выходное отверстие которого устанавливается (вручную, или сервоприводом) напорный трубопровод, а на входное может быть установлен всасывающий патрубок.
Рис. З
Рис. 4
При вращении ротора вода, находящаяся в рабочем объёме корпуса, разгоняется лопастями в окружном направлении и за счёт центробежного ускорения устремляется на периферию, создавая там избыточное давление. За счёт разности давлений на периферии корпуса и на выходе из напорного трубопровода вода через выходное отверстие через напорный трубопровод удаляется из корпуса на требуемую дальность (рис. 4).
В результате этого в центральной части корпуса создаётся разрежение, за счёт которого из внешнего пространства через всасывающий патрубок подаются новые объёмы воды.
С целью снижения трудоёмкости по установке напорного трубопровода, а так же повышения к.п.д. до 65% при работе в режиме насоса разработана, изготовлена и испытана спиральная конструкция корпуса с постоянно установленным напорным трубопроводом (рис. 5).
Рис. 5
Апробация рассматриваемого органа подтвердила целесообразность его применения, перевод патрубков из одной функции в другую осуществляется закрытием - открытием метательного патрубка.
• разрабатывать и транспортировать грунты из под воды (рис. 6).
Как показал опыт, свободное всасывание воды не обеспечивает разрушения структуры наносных грунтов при попытке очищать каналы вышерассмотренной конструкцией рабочего органа. С целью интенсификации очистки затопленных каналов на нижнюю подвижную и даже заменяемую часть корпуса дополнительно установлена совмещённая гидрорыхлительная система в виде двух поочерёдно работающих патрубков (рис. 7) и управляемых от гидропривода базовой машины.
Рис. 7
Причём, патрубки установлены на вновь обнаруженном аномальном участке обечайки корпуса, где скорость течения воды опережает окружную скорость периферийной части ротора и, поэтому, напор на рыхлительных струях («20 м) превосходит напор на напорном трубопроводе и достаточен для рыхления грунтов.
Режим поочерёдной работы патрубков настраивается и производится от электронного гидрораспределителя (рис. 8), что обеспечивает, за счёт использования прогрессивной схемы воздействия высокоэффективное разрушение плотных и слежалых грунтов, доводя консистенцию водно-грунтовой смеси до 40% (рис. 9).
Разработан и изготовлен также вариант многофункционального рабочего органа с вертикальной ориентацией оси вращения ротора, что позволяет отказаться от всасывающего патрубка (рис. 10).
Рис. 10
Результатом теоретических и экспериментальных изысканий стало получение энергетических характеристик, доведённых предлагаемых вариантов многофункционального рабочего органа с цилиндрическим и спиральным корпусами (рис. 11).
- за счёт установки зубьев на нижнюю подвижную часть корпуса (рис. 12):
• в качестве челюстного захвата удалять габаритный мусор из водоёма (рис. 13).
Так же это устройство может быть использовано для ухода за навозными отстойниками, в прудовом рыбоводстве и для добычи сапропеля со дна внутренних водоёмов.
Таким образом, предлагаемый многофункциональный рабочий орган способен выполнять весь цикл работ по очистке каналов. Машинисту-оператору не следует даже покидать комфортную кабину базовой машины (рис. 14), что говорит о высокой культуре производства.
Рис. 13 Рис. 14
Принцип создания этого многофункционального рабочего органа основан на реализации максимального числа скрытых способностей исходной технической системы, роторной его части, корпусной, манипуляторной, что соответствует закономерностям развития технических систем и, что предполагает в перспективе на этой основе, создание промышленных грунтовых роботов, адаптирующихся к технологическим требованиям и разнообразным грунтовым условиям. Такие машины-роботы способны работать без устали и днём, и ночью, и в будни, и в выходные дни без участия людей при высокой производительности и качестве выполняемых работ. На сегодняшний день созрели условия для исключения людей из производственного процесса, поскольку вся геодезическая информация о мелиоративных объектах в значительной мере отцифрована спутниковыми навигационными системами. Мощности бортовых компьютеров возросли настолько, что они могут контролировать и местоположение, и кинематику, и динамику базовой машины, и показатели силовой установки, и режимы работы того или иного рабочего органа, сравнивать их показатели в текущих грунтовых условиях на виртуальных моделях, и в итоге выбирать наиболее целесообразное видоисполнение многофункционального рабочего органа - и всё это в автоматическом автономном режиме.
Бытует мнение, что универсальная техника уступает специальной в производительности и эффективности проведения работ, однако, в случае мелиоративного робота имеет место:
— значительный выигрыш во вспомогательном времени, затрачиваемый на перегон техники, её перенастройку;
— выигрыш в стоимости приобретаемой техники в сравниваемых вариантах;
— выигрыш в возможном совмещении операций (удаление грунтовых наносов совместно с предварительно скошенной и измельчённой растительностью и т.д.);
— выигрыш в адаптивной оптимизации рабочего процесса;
— отсутствие проигрыша в выполнении большинства самих технологических процессов, и т.д.
Представляет интерес сочетание рассматриваемого многофункционального рабочего органа с внутриканальным вариантом базовой машины, например выполненной на роторно-винтовых движителях:
Роторно-винтовой движитель (РВД для грунтовых условий в хозяйственных водоёмах является наиболее рациональным движителем. Во-первых, этот движитель обладает плавучестью. Во-вторых, за счёт разнесённых автономных объёмов РВД также меняет плавучесть и положение центра тяжести самоходной машины.
Специфика конструкции РВД позволяет выполнять разнообразные манёвры:
— двигаться вперёд — назад;
— совершать повороты по «автомобильному»;
— разворачиваться на месте;
— смешаться влево - вправо, параллельно самому себе,
что в стеснённых условиях каналов очень часто имеет ре-
шаюшее значение.
Роторно-винтовой движитель сам может являться рабочим органом по разработке, планировке и подаче наносного грунта к землеройно-транспортируюшему органу.
Так, за счёт сведения задних опор барабанов РВД и при движении вперёд можно производить снятие слоя наноса и подачу его к метателю (рис. 15).
При тех же условиях, но движении задним ходом образуется траншея (рис. 16).
В
Рис. 15
в-в
Рис. 16
Если обеспечить возможность манипулирования всеми опорами и в двух плоскостях, то таким рабочим органом можно очищать средние каналы по «седловой» схеме (рис. 17), а также большие водоёмы и межхозяйственные каналы с поочерёдной обработкой откосов (рис. 18). Этот вариант внутриканальной машины более предпочтителен, чем, например, земснаряд:
— он мобилен на акватории водоёма, причём без лебёдоч-но-тросовых систем перемещений и позиционирования;
Рис. 18
ВНУТРИКАНАЛЬНЫИ РОБОТ
Рис. 19
— он никогда не «сядет на мель» на частично обезвоженных водоёмах;
— он может самостоятельно перемешаться по ложу и берегам прудов и хозяйственных водоёмов;
— более активно образовывать каналы в грунтах первой и второй категорий за один проход;
— очишать и придавать правильные геометрические формы откосам межхозяйственных мелиоративных каналов, берегам хозяйственных водоёмов.
Предлагаемая идеология подчиняется законам развития технических систем, она прошла практическую апробацию в машиностроительной отрасли в виде создания многофункциональных промышленных роботов и металлорежуших станков типа «Обрабатываюший центр», которые послужили основой для образования гибких автоматизированных производств. Эти производства мгновенно переналаживаются, путём перезагрузки программных комплексов, под каждое новое техническое
задание, и выполняют его без дополнительных материальных затрат, с минимальным персоналом, при высокой производительности. [ттш
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Иванов Евгений Геннадьевич — кандидат технических наук, доцент, Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии, ivanov.e.g@mail.ru.
А
UDC 626.14
MULTIFUNCTIONAL MEMBER OF DREDGER—FRAMEWORK FOR CREATION OF RECLAMATION ROBOT
Ivanov Evgeni Gennadievich, Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professors, Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, Russia.
The multifunctional member proposed for clearing economic-needs water bodies is, after minute-long changeover, capable of: mowing and grinding of plants; cutting and throw of soil; water pumping; underwater mining and transportation of slurry; removal of long and large items from soil. In combination with rotary-propelling screws (RPS) and automated control systems, the offered facility represents a reclamation robot, and RPS in this case can also be changed over and perform as a working element.
Key words: reclamation, cutter-thrower, down pump, grinder.
