CC BY
26
Barulina foernya Andreevna, postgraduate, lentiaikakcayandex. ru, Russia, Saratov, Volga Management of Institute of Stolypin - a branch of the Russian Academy of National Economy and Public Administration under the President of the Russian Federation,
Elistratova Olga Vasilevna, postgraduate, olgaseregina a mail. ru, Russia, Saratov, Volga Management Institute of Stolypin - a branch of the Russian Academy of National Economy and Public Administration under the President of the Russian Federation,
Kondratov Dmitry Vyacheslavovich, doctor of physical and mathematical sciences, chief of chair, KondratovD Vayandex. ru, Russia, Saratov, Volga Management Institute of Stolypin - a branch of the Russian Academy of National Economy and Public Administration under the President of the Russian Federation,
Kondratova Julia Nikolaevna, candidate of physical and mathematical sciences, do-cent, kondratvaunamail. ru, Russia, Saratov, Saratov State University named after N.G. Chernyshevsky,
Kuznetsova Ekaterina Lvovna, doctor of physical and mathematical sciences, professor, lareyna a mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University)
УДК 621.879
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ВИБРОЗАЩИТЫ ОПЕРАТОРА ДОРОЖНОЙ УБОРОЧНО-ПОДМЕТАЛЬНОЙ
МАШИНЫ
П.А. Корчагин, И. А. Реброва, И. А. Тетерина
Отражены результаты экспериментальных исследований дорожной убороч-но-подметальной машины на базе трактора МТЗ-80 в различных режимах работы. Представлены результаты однофакторного дисперсионного анализа, с помощью которого были определены основные эксплуатационные параметры и выявлена степень их влияния на уровень динамических воздействий на рабочем месте оператора.
Ключевые слова: вибрация, виброзащита, дорожная уборочно-подметальная
машина.
Рост численности населения и расширение инфраструктуры городов обусловливают потребность в надежных коммунальных машинах, которые качественно справлялись бы с расчисткой и благоустройством территорий, вывозом мусора и другими задачами [1]. Для их решения наиболее востребованной машиной, состоящей на балансе большинства коммунальных служб, является дорожная уборочно-подметальная машина (ДУПМ) на базе трактора МТЗ-80. Навесное оборудование этих машин позволяет использовать их для очистки дорог, тротуаров, строительных площадок и других участков от мусора, снега, песчаных наносов.
249
ДУПМ (рис.1) отличаются высокой надежностью и высокой производительностью при низких эксплуатационных затратах. Однако сегодня вопрос повышения комфортных условий труда операторов этих машин остается открытым, несмотря на то, что решение этой проблемы позволило бы значительно повысить рабочие и транспортные скорости машины, а значит, и ее эффективность [2].
Рис. 1. Дорожная уборочно-подметалъная машина на базе трактора МТЗ-80
Вывод о том, что виброзащитная система (ВЗС) рабочего места оператора работает недостаточно эффективно, обусловил необходимость проведения экспериментальных исследований, целью которых было определение уровня вибрации на рабочем месте оператора.
Испытания проводились на базе БПОУ «Омский автотранспортный колледж» в светлое время суток на поверхности с твердым покрытием со свежевыпавшим снегом толщиной не более 50 мм. Температура окружающей среды была в пределах -15... -18 °С.
При проведении испытаний использовались комплект портативной многофункциональной виброизмерительной аппаратуры «Экофизика-110А» (HF) с датчиками VIBRATION TRANSDUCER АР 98-100-01 для измерения параметров вибрации, а также цифровой тахометр DIGITAL TACHOMETER DT-2234A для измерения числа вращений щеточного рабочего органа.
Варьируемыми параметрами при проведении эксперимента были выбраны:
- режимы работы машины (рабочий режим, режим холостого хода с включенным и выключенным щеточным рабочим органом);
- число вращений коленчатого вала ДВС (малые, средние, высокие обороты);
- число вращений щеточного рабочего органа (на малых, средних, высоких оборотах вращения коленчатого вала ДВС)[3].
Выходной информативный параметр - среднеквадратические корректированные значения виброускорения в октавных полосах частот от 1 до 63 Гц.
Число оборотов вращения коленчатого вала ДВС регистрировалось тахометром, расположенным на панели приборов машины, число оборотов вращения щеточного рабочего органа (ЩРО) - цифровым тахометром. Числовые значения среднеквадратического корректированного виброускорения в выбранных точках регистрировались прибором «Экофизика» [3].
Сравнительный анализ уровня среднеквадратических значений корректированного виброускорения в октавных полосах частот на рабочем месте оператора (полу кабины) при вращении 1680 об/мин коленчатого вала в различных режимах работы ДУПМ позволил оценить уровень эффективности работы системы виброзащиты оператора (рис. 2).
а
1 2 4 8 16 31,5 63 £ Гц
Рис. 2. Среднеквадратические значения корректированного виброускорения в октавных полосах частот на рабочем месте оператора (пол кабины) при частоте вращения коленчатого вала 1680 об/мин в режимах: 1 - холостой ход без включения рабочего органа;
2 - холостой ход с включенным рабочим органом; 3 - рабочий режим
при скорости 10 км/ч
Проведенный анализ дал возможность сделать ряд выводов. В рабочем режиме отмечены самые высокие уровни среднеквадратических значений корректированного виброускорения на рабочем месте (пол кабины) оператора. На частоте 2 Гц в рабочем режиме уровень среднеквадратических значений корректированного виброускорения на полу кабины резко возрастает. В диапазоне частот от 2 до 8 Гц наблюдается снижение уровня среднеквадратических значений корректированного виброускорения на полу кабины, а в диапазоне частот от 8 до 63 Гц происходит последующее его возрастание. На частоте 63 Гц в режимах холостого хода с
251
включенным и выключенным ЩРО отмечены наиболее высокие уровни среднеквадратических значений корректированного виброускорения на полу кабины.
Кроме того, в ходе эксперимента исследовалось влияние частоты вращения ЩРО на величину виброускорения на рабочем месте оператора в режиме холостого хода (рис. 3, рис. 4). Самые высокие уровни среднеквадратических значений корректированного виброускорения на полу кабины отмечены при 190 об/мин ЩРО на частоте 63 Гц, на кресле оператора -при 138 об/мин ЩРО на частоте 31,5 Гц. Наблюдается постоянный рост среднеквадратических значений корректированного виброускорения на рабочем месте оператора (пол кабины и кресло) на 90, 138, 190 об/мин ЩРО в диапазоне частот от 2 до 63 Гц.
Рис. 3. Среднеквадратические значения с корректированного виброускорения в октавных полосах частот на рабочем месте оператора (пол кабины) в режиме холостого хода при различных частотах вращения щеточного рабочего органа: 1-90 об/мин; 2 - 138 об/мин; 3 -190 об/мин
Наиболее высокие уровни среднеквадратических значений корректированного виброускорения на рабочем месте оператора (пол кабины) отмечены: при частоте вращения ЩРО 90 и 190 об/мин - на частотах 31,5 и 63 Гц; при частоте вращения ЩРО 138 об/мин - в диапазоне частот от 16 до 63 Гц.
Решить проблему неэффективности работы ВЗС оператора возможно путем разработки научно обоснованной методики выбора оптимальных параметров ВЗС рабочего места оператора, в основе которой лежит математическая модель, позволяющая оптимизировать временные и материальные затраты для достижения максимального результата [4].
252
Одним из основных требований, предъявляемых к математической модели, наряду с универсальностью, экономичностью, целесообразностью является достаточная точность отражения процессов, происходящих в исследуемой динамической системе [5]. Для достижения максимальной точности необходимо выделить параметры, оказывающие существенное влияние на процессы, происходящие в системе «возмущающие воздействия -ДУПМ - оператор».
Рис. 4. Среднеквадратические значения с корректированного виброускорения в октавных полосах частот на рабочем месте оператора (кресло) в режиме холостого хода при различных оборотах щеточного рабочего органа: 1-90 об/мин; 2 -138 об/мин; 3 -190 об/мин
Исследование влияния режимов работы ДУПМ, частоты вращения ЩРО и оборотов ДВС на величину виброускорения на рабочем месте оператора проведено методом однофакторного дисперсионного анализа. Решение о существенности влияния факторного признака на исход эксперимента зависит от того, насколько значимой является составляющая дисперсии, обусловленная этим конкретным фактором, по сравнению с дисперсией, обусловленной ошибкой эксперимента. Поэтому для оценки влияния условий работы ДУПМ на уровень вибрации Б-критерий Фишера при уровне значимости результата составит 5 %.
В качестве факторных признаков были выбраны:
1) режим работы машины;
2) частота вращения ЩРО;
3) обороты ДВС.
Результативный признак - среднеквадратические значения корректированного виброускорения на рабочем месте оператора (пол кабины и кресло).
В качестве примера (табл. 1, 2) приведены данные, полученные в результате проведенного эксперимента, отражающие величину возмущающих воздействий на рабочем месте оператора при различных режимах работы ДУПМ.
Таблица 1
Значения виброускорения на рабочем месте оператора (кресло)
Режимы работы Значения виброускорения на кресле (м/с )
Холостой ход (ЩРО выключен) 0,0001 0,0002 0,0007 0,0009 0,0018 0,0049 0,0779
Холостой ход (ЩРО включен) 0,0001 0,0003 0,0044 0,0036 0,0036 0,0067 0,0641
Рабочий режим (ЩРО включен) 0,0021 0,0188 0,029 0,0172 0,032 0,538 0,0346
Таблица 2
Значения виброускорения на рабочем месте оператора (пол кабины)
Режимы работы Значения виброускорения на полу (м/с )
Холостой ход (ЩРО выключен) 0,0008 0,0009 0,0033 0,0043 0,0992 0,0696 2,0672
Холостой ход (ЩРО включен) 0,0008 0,0023 0,0294 0,0523 0,084 0,0645 1,24
Рабочий режим (ЩРО включен) 0,05538 0,2635 0,285 0,1511 0,3313 0,332 1,1772
Для того чтобы установить, является ли отличие существенным, определяется дисперсионное отношение
F = (1)
Б2
2 -2 где Б § - оценка межгрупповой дисперсии; Б - оценка внутригрупповой
дисперсии [6].
Расчетное значение по первому признаку ¥ = 4,0127.
Значение критерия для исходных данных эксперимента ¥Т = 3,467.
Полученные значения позволили сделать вывод о существенном влиянии режимов работы ДУПМ на величину значений виброускорения на рабочем месте оператора и необходимости их учета при составлении математической модели.
Расчетное значение по второму признаку ¥ = 1,4903.
Значение критерия для исходных данных эксперимента ¥Т = 3,467.
Дисперсионный анализ влияния частоты вращения ЩРО на выходной информационный параметр позволил сделать вывод о несущественности этого влияния. Поэтому учитывать изменение числа оборотов ЩРО при составлении математической модели рабочего процесса ДУПМ как одного из факторов, влияющих на уровень вибрации на рабочем месте оператора, нет необходимости.
Расчетное значение по третьему факторному признаку ¥ = 4,292.
Значение критерия для исходных данных эксперимента Fr =3,467.
Значения, полученные по результатам анализа третьего факторного признака, позволили сделать вывод о том, что обороты ДВС влияют на уровень динамических воздействий. Следовательно, обороты ДВС необходимо учитывать при составлении математической модели как фактора, определяющего уровень вибрации на рабочем месте оператора.
Таким образом, проведенные экспериментальные исследования позволили выявить эксплуатационные параметры, которые влияют на процессы, протекающие в динамической системе «возмущающие воздействия - ДУПМ - оператор». Однофакторный дисперсионный анализ позволил исключить несущественные факторы и оставить существенные для составления математической модели ДУПМ. Полученная математическая модель даст возможность определить оптимальные параметры динамической системы, которые позволят снизить уровень вибрации на рабочем месте оператора.
Список литературы
1. Артемьев К. А. Дорожные машины: в 2 ч. Ч II. Машины для устройства дорожных покрытий. М.: Машиностроение, 1982. 396 с.
2. Челомей В.Н. Вибрации в технике: защита от вибрации и ударов: справочник в 6 т. М.: Изд-во «Машиностроение», 1981. Т.6. 456 с.
3. Корчагин П.А., Тетерина И.А. Результаты экспериментальных исследований вибрационного воздействия на оператора дорожной убороч-но-подметальной машины // Вестник СибАДИ. № 2. 2015. С. 52 - 57.
4. Корчагин П. А. Математическая модель динамической системы // Вестник СибАДИ. №4. 2013. С. 91 - 95.
5. Пол Р. Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота-манипулятора / пер. с англ. М.: Изд-во «Наука», 1976. 104 с.
6. Реброва И.А. Планирование эксперимента: учеб. пособие для вузов. Омск: Изд-во СибАДИ, 2010. 106 с.
Корчагин Павел Александрович, д-р техн. наук, проф., Korchagin paamail.ru, Россия, Омск, Омский автотранспортный колледж,
Реброва Ирина Анатольевна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Омск, Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ),
Тетерина Ирина Алексеевна, асп., Teterina [email protected], Россия, Омск, Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)
DETERMINATIONPARAMETERS AFFECTING THEFUNCTIONING OF THE SYSTEM OF VIBRATION PROTECTION OPERATOR OF THE ROAD SWEEPER MACHINE
P.A. Korchagin, I.A. Rebrova, I.A. Teterina 255
The article presents the results of experimental research of road sweeper machine on the basis of tractor MTZ-80 in different modes. The results of one-factor dispersive analysis are presented. It identifies the key performance parameters identified and the degree of their influence on the level of on vibration the operator workplace.
Key words: vibration, vibration protection, road sweeper machine
Korchagin Pavel Aleksandrovich, doctor of technical sciences, professor, Korcha-gin [email protected], Russia, Omsk, Omsk Auto transportation College,
Rebrova Irina Anatolievna, candidate of technical sciences, docent [email protected], Russia, Omsk, Siberian State Automobile Academy (SibADI),
Teterina Irina Alekseevna, postgraduate, Teterina [email protected], Russia, Omsk, Siberian State Automobile Academy (SibADI)
УДК 621.879.445
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ГРУНТА СКРЕБКАМИ ТРАНШЕЙНОГО ЦЕПНОГО
ЭКСКАВАТОРА
А.И. Демиденко, А.Б. Летопольский, Д.С. Семкин, И.К. Потеряев
Приводятся результаты экспериментальных исследований скребка новой конструкции с использованием разработанной экспериментальной установки. Исследуется изменение силы сопротивления резанию грунта скребком при изменении толщины срезаемой стружки. Полученные результаты позволили установить значение силы сопротивления грунта резанию скребка с разной формой режущей кромки. Представлено описание эксперимента и приведены графики обработанных осциллограмм.
Ключевые слова: траншейный экскаватор, рабочий орган, скребок, угол резания, осциллограмма.
Широкое применение траншейных цепных экскаваторов (ЭТЦ) в разных областях строительства требует совершенствования конструкции этих машин. Особую актуальность приобретают вопросы повышения производительности за счет применения новой конструкции скребка [1, 2], что является эффективным средством снижения энергоемкости и себестоимости разработки грунта, а, следовательно, и сроков строительства трубопровода.
Экспериментальные исследования проводились в лаборатории «Грунтовый канал» ФГБОУ ВПО «СибАДИ» на спроектированной и изготовленной экспериментальной установке (рис. 1).
