CC BY
21
иркутский государственный университет путей сообщения
Кобзов Д.Ю., Дэлэг Д., Жмуров В.В., Лханаг Д.
УДК 69.002.51.192:621.225.2
МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ОПОР ГИДРОЦИЛИНДРА ПРИВОДА КОВША ОДНОКОВШОВЫХ
ГИДРОФИЦИРОВАННЫХ ДОРОЖНЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Увеличение единичных мощностей гид-рофицированных машин приводит к увеличению мощности гидроагрегатов, в частности, гидроцилиндров, интенсивности их использования во времени и, вместе с тем, к снижению надежности, что отрицательно влияет на эффективность использования машин в целом [1,2]. Повышение нагрузок, действующих на конструктивные элементы гидроцилиндров, привело к тому, что участились случаи их отказов из-за разрушения деталей в результате потери ими прочности. В этих условиях в число основных параметров технического состояния гидроцилиндров наряду с параметрами герметичности [3] выдвигаются параметры нагрузочной (несущей) способности.
Несущую способность гидроцилиндра принято описывать его напряженно-деформированным состоянием, которое определяется полным прогибом и напряжениями в его опасном сечении [2,4,5].
Значительная доля в величине прогиба и в значениях напряжений приходится на величину полного эксцентриситета приложения продольного сжимающего усилия в опорах гидроцилиндра [4,5,7]. Его величина определяется как сумма статического и кинематического эксцентриситетов [6,7]. В процессе эксплуатации величина эксцентриситета вследствие изнашивания опорных подшипников заметно увеличивается [2,6,7]. Тогда как, первый увеличивается по мере выдвижения штока и уменьшается по мере приближения гидроцилиндра к вертикальному положению, второй полностью зависит только от угла поворота элементов опорных подшипников проушин [2,6,7].
Гидрофицированный привод поворота ковша, содержит гидроцилиндр 1, шарнирно соединенный с ним поворотный рычаг 2 и тягу 3, шарнирно прикрепленную к рычагу и ковшу 4 (рис.1). При этом элементы крепления гидроцилиндра выполнены в виде проушин (рис. 2) [4,7].
Для снижения негативного влияния эксцентриситета на несущую способность гидроцилиндра предлагается заменить его опорные проушины на цапфы, что является новым техническим решением и защищено патентами РФ [8,9].
Рис.1. Схема гидрофицированого привода поворота ковша традиционного исполнения.
Рис.2. Расчётная схема гидрофицированного привода рабочего оборудования гидрофицированой машины: 1 - проушина гидроцилиндра, 2 - ось звена гидрофицированного привода.
Рассмотрим в сравнении с традиционным креплением [1,2] вариант перспективного исполнения элементов крепления гидроцилиндра, например, с обеими цапфами [8,9].
Методика исследования эксцентриситета в проушинах гидроцилиндра достаточно полно представлена в работах [2,4,6,7,10].
Полный эксцентриситет елв в опорах
гидроцилиндра в общем случае равен [2, 6]
елв ~ елв$ + ел,вк • (1)
Статический эксцентриситет ел в5 приложения продольного сжимающего усилия Р к цапфе гидроцилиндра, предшествующий моменту начала относительного поворота опорных элементов 1 и 2 (рис. 3), достаточно полно описан в работах [2,6].
При последующем после образования статического эксцентриситета движении
штока, сопровождающемся поворотом приводимого гидроцилиндром звена рабочего оборудования и опорных элементов друг относительно друга, место их контакта из точки О4 смещается в точку О5 (рис.4) либо в точку О7 (рис.5) в зависимости от направления поворота элементов опор (увеличения или уменьшения угла 9) с возможностью останова в точках О6 или О8и с образованием кинематического эксцентриситета ел вк с конкретным
значением.
Кинематический эксцентриситет ел вк
(Рис. 4,5) конкретно для каждого из перечисленных случаев соответственно [6,7,9] составляет:
- при увеличении угла9 (рис.4):
- для условия
9 > (^ + к) = (у+ц) = (аг^дкг + аг^дкг)
Рис.4. Образование кинематического эксцентриситета в опоре гидроцилиндра при увеличение угла 9 (рис. 2): а - для проушин; в - для цапф.
иркутский государственный университет путей сообщения шн
ел.вк = Бо
"(у + ц)
2
соб
(у-Ц- 2£)
2
= Б
(аШякг + аШякг)
2
(2)
X свБ
/г. л
атс1екг - аШякг - 2- аШя
Я
V Р у
для условия
9 < (ц + к) = (у + ц) = (атсгфг + атсгф ,),
п . Г[2(ц + )-0]
ел,вк = Бо Б1пI - Iсоб 1-2-
= П0 Я1ПI — Iсоб
'Я ^
аШрк г + аШр
1,в5
V Р у
(3)
при уменьшении угла 9 (рис.5): для условия
9> (г -к) = (у - ц) = (атсгфг - атсгф (),
елвк = -Б о»п
( у-Ц )
2
соб
= -Б 0 ап
( у+ Ц + 2£,)'
2
(аШфг - аШяк г)
2
(4)
хсл?
аШякт + аШяк , + 2 - атсгр
IЯ I
ял, вб Р
9 < (г - к) = (у - ц) = (атсЩкг - атсгркг),
[2(ц + £) + 9 ]
ел, вк =-Б о81п
2
соб
= -Б 0 бш
2
соб
аШяк, + аШр
2 Я
л, вб
Р
2
(5)
где Б0 — номинальный диаметр опорных подшипников гидроцилиндра; к ( - коэффициент
трения; кг - коэффициент сцепления элементов опорных подшипников; Р - продольное сжимающее усилие; Ял вб — реакции, возникающие в опорных подшипниках от веса гидроцилиндра.
Кинематический эксцентриситет для цапф гидроцилиндра привода ковша ДСМ с обратной лопатой в точке А описывается системой двух уравнений (2), (3) (рис.6), а в точке В — системой двух, трёх или четырёх уравнений (2)-(5) (рис.7) в зависимости от кинематики исследуемого привода и состояния опор [7, 10].
Графики, описывающие изменения полного эксцентриситета для точек А и В, показаны на рисунках 8, 9.
Для описания эпюры распределения полного эксцентриситета е(х) (рис.10) по длине гидроцилиндра можно воспользоваться функцией [2,6,7]
е(х) = ел В + х • ^
е л в + х -X, (7)
где угол X — составляет
для условия
2
2
2
МЕХАНИКА. ТРАНСПОРТ. МАШИНОСТРОЕНИЕ
®
а) в)
Рис.6. Зависимость изменения кинематического эксцентриситета в опоре штока гидроцилиндра (т. А) от величины z: а - для проушин; в - для цапф.
Рис.7. Зависимость изменения кинематического эксцентриситета в опоре корпуса гидроцилиндра (т. В) от величины z: а - для проушин; в - для цапф.
Рис.8. Зависимость изменения полного эксцентриситета в опоре штока гидроцилиндра (т. А) от величины z: а - для проушин; в - для цапф.
иркутский государственный университет путей сообщения
Рис.9. Зависимость изменения полного эксцентриситета в опоре корпуса гидроцилиндра (т. В) от величины z: а - для проушин; в - для цапф.
Рис. 10. Эпюра распределения полного эксцентриситета е(х) по длине гидроцилиндра: а - для проушин; в - для цапф.
X = аШя,
е„ - е
^1 з +(1 о + * )- ^ В последней записи параметры 10,13 и 16 являются характеристиками расчётной схемы продольно-поперечно нагруженного гидроцилиндра [2].
В координате опасного сечения, для рабочего оборудования прямая и обратная лопата привода ДСМ напряжение а(х), находится из выражения [2,4,5,7]
^+ММ++Р:^±М, ,8,
Р(х) Ш(х) Ш(х) х) Ш{х)
В известном уравнении (8) четвёртое слагаемое напрямую связано с эксцентриситетом е(х) и, будучи отрицательным, положительно
сказывается на несущей способности гидроцилиндра. Причём, применение цапф усиливает его.
Распределения по длине гидроцилиндра эксцентриситетов ев (х) и ек (х) аналогичны
предыдущему с собственными исходными характеристиками.
В случае, когда угол взаимоповорота опорных элементов гидроцилиндра меньше разности углов трения и сцепления (условие 2, 5) в точках останова О6 или О8 (рис.4,5) при выдвижении штока на величину г, возникает силовое проскальзывание, которое создает дополнительный изгибающий момент М к [6,7] и
графически отображается прямой линией параллельной оси г (рис. 6-9). Причем в опоре А оно наблюдается на значительной длине выдвижения штока z (рис. 6, 8).
Такое проскальзывание, несмотря на негатив, а именно, увеличение износа элементов опор, создаёт изгибающий момент Мк , имеющий знак «-» в уравнении (8), что по отношению к несущей способности гидроцилиндра в данном примере играет положительную роль. Однако, названный эффект не всегда имеет место и зависит, главным образом, от кинематики привода.
Следует отметить, что этим влияние характеристик е(х) и Мк на несущую способность гидроцилиндра не ограничивается. Влияя на прогиб ут (х) через составляющую у р (х)
[2], они косвенно могут значительно её изменять.
Приведённый сравнительный анализ традиционных (проушин) и перспективных (цапф) опор гидроцилиндра с позиции их влияния на его несущую способность на примере привода рабочего оборудования одноковшовых гидрофицированных ДСМ показывает целесообразность создания более эффективного привода машин при оптимальном назначении величин эксцентриситетов в опорах исполнительного гидроцилиндра.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Кобзов Д.Ю. Гидроцилиндры дорожных и строительных машин. Часть 1. Конструкция. Надёжность. Перспективы развития. Деп. в МАШМИР №2. сд98 от 29.09.98 г. -59 с.
2. Кобзов Д.Ю., Тарасов В.А., Трофимов А.А. Гидроцилиндры дорожных и строительных машин. Часть 2. Условия эксплуатации, рабочий процесс, режим работы и параметры нагужения. Деп. БрГТУ в ВИНИТИ №3552-1399 108 с.
3. Кобзов Д.Ю., Сергеев А.П., Лханаг Д. Гидроцилиндры дорожных и строительных машин. Часть 4. Герметизирующая способность. Деп. в ВИНИТИ 14.07.2003 №1376-В203. - 44 с.
4. Кобзов Д.Ю., Плешивцева С.В., Трофимов А.А., Лханаг Д., Жмуров В.В. Аналитическое представление несущей способности гидроцилиндров машин. Труды Братского государственного техничес-
кого университета. — Том 2. — Братск, БрГТУ, 2003. С. 47-51.
5. Кобзов Д.Ю., Плешивцева С.В., Перево-щиков Е.А., Иванов В.А. Программа для определения параметров напряженно-деформируемого состояния гидроцилиндров машин. Естественные и научные науки — развитию регионов: Материалы межрегиональной научно-технической конференции. - Братск; БрГТУ, 2003. С. 13-14.
6. Кобзов Д.Ю., Тимошенко А.А. Об эксцентричном нагружении гидроцилиндра в опорах. Деп. в МАШМИР №48- сд92 от 10.12.92 г. - 23 с.
7. Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В., Першин С.А. Аналитическое представление эксцентриситета в проушине гидроцилиндра одноковшового экскаватора. Механики XXI веку. V Межрегиональная научно-техническая конференция с международным участием: Сборник докладов. — Братск; БрГУ, 2006. С. 27-31.
8. Кобзов Д.Ю., Сергеев А.П., Губанов В.Г. и др. Гидроцилиндр. Патент № 1807255. Роспатент от 10.10.92.
9. Кобзов Д.Ю., Тарасов В.А., Свиридо И.В. Гидроцилиндр. Патент № 2072455. Роспатент от 20.05.97.
10. Кобзов Д.Ю., Жмуров В.В., Плешивцева С.В. Совершенствование конструкции привода ковша одноковшовых гидрофи-цированных дорожных и строительных машин. Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Научный журнал 2007 №3(15). С. 40-46.
