CC BY
38
Таблица 2
Зоны МНЛЗ Удельное количество тепла, кДж/кг Доля тепла, %
По данным работы [1] Модель
Кристаллизатор 210 16 17,1
ЗВО 320 23 23,1
Воздушное охлаждение 770 61 59,8
Всего 1300 100 100
Литература
1. Кабаков, З.К. Обоснование способа учета свободной конвекции при моделировании затвердевания слитков / З.К. Кабаков, Ю.А. Самойлович, В.А. Горяинов, Ю.В. Грибкова, Д.И. Габелая // Вестник ЧГУ. - 2009. - № 1. -С. 116-120.
2. Рутес, В.С. Теория непрерывной разливки / В.С. Рутес, В.И. Аскольдов, Д.П. Евтеев и др. - М., 1971.
УДК 656.1
А.В. Торба
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор А.Л. Кузьминов
О ПРИМЕНЕНИИ ВИБРАЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОХОДИМОСТИ ГУСЕНИЧНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ПО ГЛУБОКОМУ СНЕГУ
В статье рассматриваются способы повышения проходимости гусеничных транспортных средств. Выдвигается гипотеза о возможности повышения данной проходимости на основании вибрационного уплотнения снега под опорной частью гусеницы. Предложены некоторые варианты конструктивного исполнения ходовой части с вибрирующей опорной ветвью.
Проходимость, гусеничное транспортное средство, снег, уплотнение, вибрация.
In the article ways of increase of passability of caterpillar vehicles are considered. The hypothesis about possibility of increase of passability on the basis of vibrating consolidation of snow under a basic part of a caterpillar is put forward. Some variants of a design of a running gear with a vibrating basic branch are offered.
Passability, caterpillar vehicle, snow, consolidation, vibration.
Сложность передвижения гусеничных транспортных средств по слабонесущим рыхлым грунтам (например, рыхлому снегу) связана с тем, что транспортное средство (ТС) проваливается в грунт на глубину, превышающую дорожный просвет. Как следствие, появляется «бульдозерный эффект» частей кузова ТС, которые начинают загребать грунт, создавая при этом дополнительное сопротивление передвижению. Значительное превышение силы тяги сопротивлением приводит к буксованию движителя и полной остановке ТС. Таким образом, проходимость гусеничных транспортных средств по глубокому снегу определяется прежде всего дорожным просветом и глубиной колеи. Чем меньше глубина колеи, оставляемой ТС, и чем больше дорожный просвет гусеничной машины, тем выше ее проходимость.
С.П. Баженов отмечает: «... глубина колеи, оставляемая гусеничным транспортным средством, уменьшается при снижении наибольших и средних значений давлений, действующих в пятне контакта, при увеличении несущей способности опорной площади пятна контакта, при уменьшении периода времени взаимодействия ходовых частей с грунтом и при уменьшении толщины сжимаемого слоя» [1, с. 200]. Уменьшение толщины сжимаемого слоя грунта и увеличение несущей способности опорной площади пятна контакта связаны с изменением свойств самого грунта, следовательно, применение этих способов крайне затруднительно для увеличе-
ния проходимости гусеничного ТС. Уменьшение периода времени взаимодействия ходовых частей с грунтом приводит к увеличению скорости ТС, а это, в свою очередь, - к увеличению удельной мощности силовых агрегатов, к увеличению массы и усложнению конструкции гусеничной машины. Поэтому наиболее легко осуществимым и широко применяемым способом уменьшения глубины колеи является снижение максимальных и средних значений давлений, действующих в пятне контакта. Это достигается за счет увеличения площади опорной поверхности, т. е. за счет увеличения геометрических параметров движителя, путем применения уширенных звеньев и удлиненных гусениц, бесшарнирных резинотросо-вых лент, пневмогусениц различной конструкции. Однако у данного способа есть существенный недостаток: при увеличении площади опоры уменьшается сцепление элементов движителя (шпор гусеницы) с грунтом, и, как следствие, появляется тенденция к его пробуксовке.
Известно, что сила тяги гусеничного ТС представляет собой «равнодействующую реакций грунта на сдвиг шпорами гусеницы» [1, с. 56]. Поэтому для появления силы тяги, а следовательно, и для движения ТС, необходимо наличие грунта (или его слоя), обладающего достаточным сопротивлением сдвигу, под опорной поверхностью гусениц. Увеличение размеров площади опоры приводит к распределению массы ТС по большей поверхности, что, в свою очередь, приводит к тому, что ТС опирается на «верх-
ние» более рыхлые слои грунта, обладающие меньшим сопротивлением сдвигу. Исследования, проведенные как российскими, так и зарубежными учеными, показывают, что механические свойства снега находятся в зависимости от его плотности. Дж. Вонг отмечает: «...допускаемая горизонтальная нагрузка на снег возрастает с увеличением плотности.» [3, с. 80], а при увеличении плотности снега в среднем в 4,3 раза допускаемая горизонтальная нагрузка на снег возрастает в 24 раза. Исследователь отмечает следующие характеристики снега, представленные в табл. 1.
Таблица 1
Допускаемая нагрузка на снег
Вид снега Плотность снега, кг/м2 Вертикальная нагрузка, МПа Горизонтальная нагрузка, МПа
Очень рыхлый До 100 0,003 -0,005 0,0005 - 0,001
Рыхлый 110 - 250 0,005 -0,012 0,001 - 0,0025
Средней плотности 260 - 350 0,012 - 0,04 0,0025 - 0,008
Плотный 360 - 500 0,04 - 0,08 0,008 - 0,016
Очень плотный 510 - 600 0,08 - 0,15 0,016 - 0,03
Поэтому уплотнение снега под опорной поверхностью движителя позитивно влияет на увеличение сцепления.
Для увеличения плотности снега под опорной поверхностью гусеницы предлагается использовать вибрационное уплотнение снежного покрова движителем при движении ТС. Данный вид уплотнения позволяет создать слой грунта непосредственно под опорной поверхностью движителя, который обладает достаточными для движения сцепными свойствами. Вибрационное уплотнение снежного слоя имеет больший эффект по сравнению со статическим уплотнением, так как снежные частицы, приведенные в колебательное движение, смещаются относительно друг друга и наиболее интенсивно заполняют имеющиеся между ними пустоты.
«Слой снега на поверхности земли не является простым скоплением снежинок, выпавших из облаков. Из-за разности температур по высоте снежного покрова происходит процесс сублимации: снег, расположенный в нижних, более теплых слоях, переходит из твердого состояния в парообразное и, поднимаясь в верхние слои, охлаждается, образуя ледяные корки. После новых снегопадов эти ледяные слои оказываются в глубине покрова, и под влиянием непрерывного изменения метеорологических условий снежный слой оказывается состоящим из различных видов снега, вследствие чего его структуру и физико-механические свойства неодинаковы по высоте снежного покрова и зависят от многих факторов» [5].
Учитывая неоднородность снежной массы, вибрационное уплотнение такого грунта является наиболее эффективным.
Глубину колеи ТС определяют по формуле В.В. Кацыгина, полученной на основе положений Г.И. Покровского [4, с. 63]:
(1)
к = агсШ^
к Ро
где к - глубина колеи ТС, м; ро - среднее давление, оказываемое на грунт ТС, Па; к - показатель свойств грунта, м3/Н; ртах - максимальное давление, оказываемое на грунт, Па.
Из формулы (1) видно, что основное влияние на глубину колеи оказывает среднее значение давления на опорную поверхность. Максимальные значения давлений лишь незначительно влияют на глубину следа. Колебательные движения опорной части движителя ТС не изменяют среднее значение давления гусениц на опорную поверхность, так как масса вибрирующих частей значительно меньше массы всей машины, и поэтому не оказывают существенного влияния на значение к.
Конструктивно процесс вибрационного уплотнения возможно осуществить различными способами: принудительным вибрированием опорных катков гусеницы ТС (рис. 1, а), применением вибрирующей склизы (рис. 1, б), применением опорных катков с экцентриситетом оси вращения и т.д.
Направление движения ТС
/ / / / /
///////////ГТ /////// Направление вибрации катков
а)
б)
Рис. 1. Конструктивные варианты исполнения гусеничного ТС с вибрирующей опорной ветвью гусеницы: а - с вибрирующими опорными катками; б - с вибрирующей склизой
Способ уплотнения грунта с использованием вибрирующих катков обладает преимуществом: позволяет использовать катки, колебания которых находятся в определенной зависимости от колебаний соседних катков. При таком способе появляется воз-
можность управлять вибрационными деформациями гусеничной ленты, тем самым создавая оптимальные условия для движения ТС. Такой способ вибрации опорной ветви (рис. 2) позволяет создавать «волны деформации» гусеничной ленты, распространяющиеся в определенные стороны, что позитивно влияет на сцепление и на проходимость ТС в целом.
Направление движения ТС
Рис. 2. Схема гусеничного обвода ТС с последовательными колебаниями опорных катков (цифрами указана очередность колебаний катков)
Кроме того, известно, что при увеличении плотности снежной массы увеличивается ее твердость, т. е. способность сопротивляться проникновению более твердого недеформируемого тела (например, шпоры гусеницы), что также приводит к уменьшению коэффициента сцепления. В.И Баловнев подчеркивает, что при уплотнении твердость снежного покрова увеличивается почти прямо пропорционально плотности (см. табл. 2) [2].
Наличие вибрации опорной ветви гусеничной ленты позволяет интенсифицировать процесс погружения грунтозацепов движителя в грунт, так как вибрационное погружение шпоры гусеницы в уплот-
ненный снег протекает с меньшими энергетическими и временными затратами.
Таблица 2
Зависимость твердости снега от плотности
Вид снега Плотность снега, кг/м3 Твердость снега при температуре от -1 до -20 °С, кг/см2
Рыхлый Менее 250 До 0,5
Слабо уплотненный 260 - 350 0,6 - 1,0
Плотный 360 - 500 2,1 - 20
Очень плотный 510 - 600 3,8 - 30
Следовательно, применение вибрации опорной ветви гусеницы позволяет повысить проходимость транспортного средства в условия передвижения по рыхлым слабонесущим грунтам.
Литература
1. Баженов, С.П. Основы теории гусеничных машин / С.П. Баженов. - Липецк, 2006.
2. Баловнев, В.И. Многоцелевые дорожно-строительные и технологические машины / В.И. Баловнев. - Омск; М., 2006.
3. Вонг, Дж. Теория наземных транспортных средств / Дж. Вонг; пер. с англ. - М., 1982.
4. Дорожно-строительные машины и комплексы / под общ. ред. В.И. Баловнева. - М.; Омск, 2001.
5. Зимнее содержание автомобильных дорог / под ред. А.К. Дюнина. - М., 1983.
УДК 621.771.23:621.9.08
К.А. Харахнин, Н.Л. Макарова, С.А. Аниськин, Р.Л. Мельников
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РОЛИКА-КОМПЕНСАТОРА НАТЯЖЕНИЯ ПОЛОСЫ В ГОЛОВНОЙ ЧАСТИ СТАНА БЕСКОНЕЧНОЙ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
Рассмотрены конструктивные и технологические особенности работы ролика, осуществляющего динамическую компенсацию рывков натяжения полосы при рассогласовании линейных скоростей первой клети и натяжной станции. На основе проведенного исследования разработано математическое описание особенностей работы ролика-компенсатора натяжения в головной части стана бесконечной холодной прокатки. Полученное уравнение учитывает зависимость движущей силы компенсирующего ролика RT от различных технологических и конструктивных параметров процесса холодной прокатки металла.
Компенсация рывков натяжения полосы, стан бесконечной холодной прокатки, движущая сила компенсирующего ролика.
Design and technological features of the roller carrying out dynamic compensation of jerks strip tension at a mismatch of the linear velocities of the first stand and stretch station are considered in the article. Based on the research a mathematical description of the features of Roller-strain relief at the head of endless cold rolling mill has been developed. The resulting equation takes into account the dependence of the driving force of the compensating roller RT on the various technological and design parameters of cold-rolled metal.
Compensation of jerks strip tension, the infinite cold rolling mill, driving force of the compensating roller.
