CC BY
170
УДК 621.86/87
ОБОСНОВАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И СИЛОВЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ОПРОКИДЫВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
Христофоров Е.Н., д.т.н., профессор, Сакович Н.Е., д.т.н., профессор Случевский А.М., Кузнецов А.А., Беззуб Ю.В., инженеры
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет»
Аннотация. В статье рассмотрена методика расчета основных конструкционных и технологических параметров гидравлического опрокидывающего устройства, учетом конструктивно-технологических и
функциональные факторов. При расчетах использовались кинематические схемы. Результаты подтверждены математическими моделями.
Ключевые слова: автомобиль-самосвал, гидравлическое опрокидывающее устройство, гидроцилиндр, платформа, кинематическая схема.
Annotation. The article describes the method of calculation of the main structural and technological parameters of the hydraulic tilting device with the structural and technological and functional factors. The calculations used kinematics. The research results are confirmed by mathematical models.
Keywords: dump truck, hydraulic tipper, hydraulic cylinders, platform kinematics.
При проектировании гидравлического опрокидывающего устройства необходимо обеспечить определенный угол наклона платформы при минимальной массе конструкции. Основным агрегатом
опрокидывающего устройства является силовой гидроцилиндр, масса которого составляет значительную часть массы всего
опрокидывающего устройства. Можно предположить, что металлоемкость
гидроцилиндра будет тем меньше, чем меньше развиваемое им усилие. Казалось бы, при подъеме платформы с грузом заданной массы для уменьшения усилия гидроцилиндра его рациональнее располагать дальше от поворотного шарнира, т. е. у переднего борта платформы. Однако в этом случае для обеспечения заданного угла наклона платформы необходимо увеличивать ход гидроцилиндра, т. е. общую длину цилиндров, а значит повышать его металлоемкость. Однозначно определить оптимальное место размещения
гидроподъемника без проведения всестороннего анализа не представляется возможным. В настоящее время при проектировании в основном учитываются конструктивно-технологические и функциональные факторы.
Для самосвалов с разгрузкой на две и три стороны единственно возможным является расположение гидроцилиндра под платформой. Для самосвалов, имеющих разгрузку только назад, гидроцилиндры располагают как под платформой, так и перед ее передним бортом.
рациональном размещении гидроцилиндра помимо приведенных факторов учитывают влияние места его расположения на прочность платформы и элементов надрамника или рамы, а также на устойчивость всего самосвала при разгрузке.
Вне зависимости от того, где расположен гидроцилиндр (у переднего борта или под платформой), необходимо правильно
ориентировать его как звено подъемного механизма, обеспечивающего заданный угол наклона платформы. Если гидроцилиндр спроектирован специально для данного самосвала, то варианты его конструкций и расположения могут быть различны. Однако чаще всего используют существующий гидроцилиндр, корректируя ход его звеньев. При этом возможности размещения гидроцилиндра ограничены. Кроме того, их сужают компоновочные ограничения (пространство между платформой и агрегатами шасси). В этих условиях нужно стремиться к тому, чтобы усилие, развиваемое гидроцилиндром, было минимальным в начале подъема или, что важнее, в момент действия максимального давления в цилиндре (это, как правило, момент выдвижения последнего звена). Обычно эти вопросы, с учетом компоновочных ограничений, решаются на основании анализа различных конструктивных вариантов.
В настоящее время выбор оптимальных геометрических характеристик
опрокидывающего устройства при минимальном
Выбор того или иного варианта обусловлен пиковом усилии гидроцилиндра можно компоновочными ограничениями и осуществить с использованием ПЭВМ.
существующими на конкретном производстве конструкторскими и технологическими традициями. При решении вопроса о
Рисунок 1 - Схема для определения кинематических и силовых зависимостей
опрокидывающего устройства
Кинематика опрокидывающих устройств автомобилей-самосвалов достаточно проста [1,2]. Проектирование механизма, который может обеспечить заданный угол наклона платформы, развивая при этом минимальное пиковое усилие гидроцилиндра, относится к числу задач на
«минимакс». На рисунке 1 представлена кинематическая схема опрокидывающего устройства.
Для проектирования опрокидывающего устройства должны быть заданы значения G, L, Фшт, Фшах, §тт, 8тах (рисунок 2).
Рисунок 2 - Кинематическая схема предельных положений подъемного механизма
Положение центра тяжести платформы определяется компоновкой. Для определения длины стрелы Ь подъема груза нужно задаться положением О поворотного шарнира. Как правило, стремятся уменьшить задний свес е
hi ,
где у/ = —; п1 = asin(<pL + а -
S
У).
Приняв а - у = в получим cos у = asin(yL + P)IS. Тогда выражение (1) примет вид
платформы с целью уменьшения растягивающих; динамических нагрузок, действующих на гидроцилиндр в конце разгрузки. Размер dl определяется положением поворотного шарнира в надрамнике. При изменении размеров с и варьируется длина стрелы Ь подъема груза и угол фшт , определяющий положение стрелы при опущенной платформе. Угол фшах определяет положение стрелы подъема груза при максимальном угле подъема платформы:
фш
фшт + ф0
или
Р =
Ьсо^ц/
(1)
р =
Ь8Ссо$срь [аЬ$т((рь+/3)\
где а, Ь и в - проектные параметры опрокидывающего устройства (рис. 2).
Значение в выражении (2) по теореме косинусов может быть также определено через эти параметры:
ф0 - заданный угол подъема платформы.
Значения Sшln и ^шах определяются конструкцией используемого гидроцилиндра.
Усилие гидроцилиндра Р зависит от угла ф1 (рис. 2). Из условия равновесия платформы (ЕМ = 0) получим
Pbcosщ = GLcosфL
.V2 =К2-К, С05(ГА + Р)
где К1 = 2аЬ,
(3)
К2 = а2 +Ь2
Исходные данные накладывают ограничения на равенство (3):
4 = К2 ~ К1 ^ОБ((рпи[Х + Р)
(4)
Для исключения двух проектных параметров из трех а и Ь представим в виде
а
2 Ь
Ь = ^0.5( К2+ Л/К^К1Г)
(5)
Из равенств ограничений (4)
К1
о 2 о 2 _ шах тш_
К2 = К! С08(/? + <ртах) +
(6)
2
шах
Минимальное значение Ршах в интервале от фш1П до фшах можно найти одним из методов одномерного поиска. Следует отметить, что важно ограничить множество возможных значений так, чтобы функция Р в процессе вычислений не обращалась в бесконечность; каждый раз, когда sin(в + фь) = 0.
Во избежание этого необходимо выполнение неравенства 0 < в + фь < п, где фш1П < фь < фшах. Отсюда следует, что параметр в должен быть заключен в интервале
"фшах < в < П - ф
Таким образом, функция Р из равенства (2) с учетом формул (3), (5) и (6), выражается через один проектный параметр в.
шт
В качестве выходной информации приводятся значения проектных параметров а, Ь и в, а также значения Р в интервале изменения ф. Используя значения проектных параметров, можно однозначно определить положение гидроцилиндра. Верхний шарнир лежит на окружности радиусом Ь, а нижний - на окружности радиусом а (рисунок 3).
Рисунок 3 - Схема возможных положений гидроцилиндра
положение нижнего оказаться так, что гидроцилиндра
Задавшись, например, положением верхнего шарнира (размером e), легко определить
шарнира. Часто может оптимальное положение не удовлетворяет
компоновочным ограничениям. Учесть этот фактор можно варьированием значениями L и фшт, изменяя размеры с и d1 (рисунок 2). Если все-таки не удается найти оптимальное положение гидроцилиндра из-за жестких компоновочных ограничений, то необходимо стремиться к тому, чтобы положение его было как можно ближе к оптимальному [3].
Литература
1. Христофоров, Е.Н., Сакович Е.Е., Случевский, А.М., Беззуб Ю.В. Теория и практика повышения безопасности операторов строительных машин. Монография. - Брянск: Изд-во ФГБОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия», 2014. - 210 с. ISBN 978-5-88517-254-7.
2. Христофоров, Е.Н., Сакович Е.Е., Случевский, А.М., Беззуб Ю.В. Повышение надежности гидроприводов машин на строительстве объектов АПК. Сельский механизатор. -2013. №12. С.46 - 48.
3. Христофоров, Е.Н., Сакович Е.Е., Случевский, А.М. Повышение надежности гидроприводов дорожно-транспортных и грузоподъемных машин. Мир транспорта и технологических машин. 2014. №1. С. 62 - 68.
