CC BY
11
УДК 621.86.065 Доц. Л. О. Тисовський, канд. фiз.-мam наук;
acnip. В.В. Бариляк - УкрДЛТУ
ОЦ1НКА НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ПРИВОДНИХ ВАЛ1В Л1СОТРАНСПОРТНИХ КАНАТНИХ
УСТАНОВОК
Розглянуто роботу приводного валу в процес намотування канату на барабан. Побудовано розрахункову схему. За допомогою розроблено'1 програми дослiджено характер змiни напружень, а також кутових та поперечних деформацш по всш дов-жиш приводного валу.
Doc. L.O. Tysowskyj; doctorate V.V. Baryljak - USUFWT
The rate of pressurely-deformed of drive shafts of wood-transportation rope facilities
The work of the drive shafts of wood-transportation rope facilities is shown in the process of reeling up the rope on the trammel. Calculated scheme is built. By the constructed program research of character of change of normal tensions, and also angular and transversal deformations on all length of drive shaft is conducted.
При наб^анш на барабан канат здшснюе вимушеш коливання шд д1ею зовшштх зусиль. Р1зка змша траекторн руху призводить до виникнення коливань, як передаються на шш1 елементи приводу, зокрема, приводш вали, i значною м1рою визначають 1х довгов1чн1сть [1, 2].
При дослщженш характеру змiни напружень в канат та елементах приводу i 1хнього взаемного впливу необхiдно врахувати, що в процесi намотування каната на барабан маса барабану та його дiаметр змшюються, а отже змшним е i момент шерцн барабану. Крiм того, при намотуванш каната змь нюеться координата точки прикладання сили натягу, внаслщок роботи кана-тоукладаючого механiзму, що вщображено на розрахунковiй рис. 1.
Для складання математичних моделей роботи канатних установок та отримання практичних результата проаналiзуемо спочатку напружено-де-формований стан приводного барана в квазютатичнш постановщ. Для цього
визначимо характер змши зусиль 1 напружень приводного валу та величину його деформацш.
При складанш розрахунково! схеми приводний вал 1з канатом та барабаном розглядаемо як балку на двох опорах, замшивши сили ваги вала, та барабана 1з намотаним канатом розподшеним навантаженням д { д2 вщповщно.
п- й
4 = 4
д2 = д, +
Че
- я -10 3,кН/ й / м
-10-3 + т^ -10-3 Н
(1)
4
ъ
м
де: йЕ - д1аметр приводного вала, на якому кршиться барабан, м; ё3Бот■ - дь аметр зовшшньо! стшки барабана, м; йвБн - д1аметр внутр1шньо! стшки барабана, м; Ъ - довжина робочо! частини барабана, м; дЕ, ЧБ - вщповщно вага одного погонного метра матер1алу вала (круглого перер1зу) та барабана (трубчастого перер1зу), кг/м; тк = дк - 1К - маса намотаного на барабан каната, кг; дк - погонна вага одного метра змащеного каната, кг/м; 1К - загальна дов-жина каната, намотаного на барабан, м;
X
А
В
ш
в
с
У
А
ж
ИП
р У
У
Н I II
В
7^7
Рис. 1. Розрахункова схема приводного барабана канатноъ установки
При обчисленш загально! довжини намотаного на барабан каната не-обхщно врахувати, що И величина в кожному намотаному шар1 буде р1зною, оскшьки при намотуванш каната на барабан величина зовшшнього д1аметра збшьшуеться. Загальну довжину намотаного на барабан каната можна обчис-лити за формулою:
I
к
п /
¿п- 2 (й3Бов + 2й
к
((-1))
=п - 2
I =1
йБов -п + 2йк -1)
I=1
(2)
де: I - порядковий номер намотаного шару каната; п - кшьюсть шар1в каната, намотаного на барабан; - д1аметр каната, м; г = Ъ/йи - кшьюсть витюв одного шару каната, намотаного на барабан;
Науковий вкчшк, 2005, вип. 15.1
Оскшьки X (i -1) = 0,5n2 - 0,5n, то рiвняння (2) можна записати у такому
i=1
виглядг
j Зов
¡K = п • z
dj3oe • n + dK-(n2 -n
•(n2 -n)] = п • z• n • [dБов + dK •(n -1)]. (3)
Обчислення прогинiв та кутв повороту вала проводимо за допомогою методу початкових параметрiв. При складанш рiвнянь напрям сили натягу е протилежний до напряму сили ваги, що обумовлено особливютю конструкци приводiв канатних установок [1, 2, 4, 5]. Використання методу початкових пара-метрiв дае змогу при будь-якш кiлькостi дiльниць вала звести розв'язок до визна-чення двох невщомих - прогину та кута повороту на початку координат [3].
У нашому випадку конструкщя приводного валу барабана е стушнчас-тою, тому необхщно застосувати видозмiнений метод початкових параметрiв, суть якого полягае в замш стушнчастого валу е^валентним йому за дефор-мацiями валом iз постiйною жорсткiстю. Помноживши згинальш моменти кожно! iз частин вала iз розподiленим навантаженням q1 i q2 на вiдповiдний коефiцiент приведення i замiнивши моменти шерци I1 та I2 дiлянок вала моментом шерци I0, отримаемо вал однакового перерiзу з моментом шерци I0, пружна лiнiя якого вщповщае пружнiй лши ступiнчастого валу [3]. Оскшьки згинальш моменти е лшшно-залежними вщ навантаження, то для кожно! час-тини вала замiсть множення на коефщент приведення згинальних момеипв можна помножити на цей коефщент всi сили, якi дiють на певнш дiлянцi вала. У результат отримаемо:
y0 * 0;00 * 0;
p-EIy = Ey0+ЕЩ (x+d)+^ jqM:+qq±x-l.
x 0 ov ; 6 24 24 24
EIyA =Eyo + EI 0o • d--q2d = О, (4)
EIyB = Ey0 + EI0 (+d)+ RaJL-^^M-^ + ^-^-p.?^o 0 oV ' 6 6 24 24 24 24 24
де: Ra - сила реакци в опорi А, кН; х - змшна вiдстань вiд опори А до точки
прикладання сили натягу каната, м; Fk - сила натягу каната, кН; р - коефь
цiент приведення; Р = I2/I1.
Для проведення вказаних обчислень i 1х аналiзу було розроблено прикладну програму для ЕОМ в середовишд Excel, яка дае змогу провести та-кi обчислення:
• визначення реакцш в опорах та подальша !х перев1рка;
• формування системи р1внянь на основ1 методу початкових параметр1в;
• розв'язання системи р1внянь матричним методом та визначення наступних характеристик:
■ прогин вала в точщ прикладання сили натягу каната;
■ перемщення вихщного кiнця вала (на початку координат);
■ кут повороту вала.
Графжи залежност величини прогишв вала барабана в точщ прикла-дання сили натягу каната вщ координати точки прикладання наведено на рис 2. Розрахунки проведено при вщповщних вихщних даних (табл. 1).
_Табл. 1. Вихiднi дат для розрахуншв_
Назва параметр1в Позначення Розм1ртсть Значення
Д1аметр вала йЕ м 0,1
Д1аметр барабана - зовшшнш - внутр1шнш йБов йВ м м 0,5 0,49
Д1аметр каната йк м 0,016
Сила натягу каната ¥к кН 8; 16; 32; 64
Кшьшсть намотаних шар1в каната на барабан п - 10
Довжина вихвдного кшця вала й м 0,08
Ввдстань ввд л1во! опори до барабана а м 0,05
Ввдстань ввд право! опори до барабана с м 0,05
Довжина барабана Ъ м 0,8
Кр1м наведених на рис. 2 результат, з використанням програми було додатково проведено обчислення величини прогишв вала при р1зних значен-нях вщстаней вщ опор до робочо! частини барабану. Анал1з результат1в об-числень показав, що для вказаних в табл. 1 геометричних параметр1в макси-мальш значення прогишв вала знаходяться при координатах точки прикладання сили х = 0,17...0,26 м.
Х, м
Рис. 2. Графк залежностi величини прогишв стумнчастого вала (У) вiд координати точки прикладання сили натягу канату (Х) — У=/(Х)
На другому еташ програма проводить обчислення величини згиналь-них моменлв по всш довжиш вала барабана та здшснюе побудову епюр та графтв змши згинальних напружень. Напруження визначаються за формулою [3]:
Науковий вкник, 2005, вип. 15.1
М.
О)
а
Wxi
(5)
При визнaченнi напружень необхiдно врахувати, що моменти опору WX для вала та барабана визначаються за формулами для круглого та труб-частого перерiзiв, [3]:
ш =
уу X1
32
тЮ3
( ( л4л
32
1 -
й Зов \иБ У
Результати обчислень для тих же вхщних даних наведено у виглядi графтв на рис. 3, 4.
1,2 1
0,8 0,6 0,4 0,2 o^ -0,2 -0,4 -0,6 -0,!
—♦—х=0,05 -В—х=0,192 А ч—0 333
-Х-х=0,475 -Ж—х=0,617 -О—х=0,758
х=0,85
---------
—
—
— 1
20 з /40 ,4 0 5 /*\0 60 80
Рис. 3. Епюри згинальних моменmiв залежно вiд точки прикладання
сили натягу каната
При дослщженш роботи приводiв канатних установок необхщно при-дшити значну увагу також процесу крутильних коливань валiв приводу, як виникають внаслiдок коливного руху каната при його наб^анш на барабан.
Аналiз результатiв дае змогу дослщити напружено-деформований стан по всiй довжиш вала барабана. Результати поставлено! задачi можуть бути кориснi при виборi початкових та граничних умов для реалiзацi! мате-матичних моделей, як описують роботу приводiв. Отриманi з використанням програми результати можуть бути використаш також для ощнки критерив довговiчностi та вибору оптимальних конструктивних параметрiв приводних валiв. Правильний вибiр конструкцiйних i експлуатацiйних параметрiв приводних барабашв канатних лiсотранспортних систем дасть змогу шдвищити довговiчнiсть не тшьки контактуючо! пари канат-барабан, а й ефектившсть використання установки в цшому.
1,2
1
0,8
гс
С
>
Ц 0,6
L-
м к
X
§ 0,4 >
а с
ГС X
0,2
0
-0,2
—♦—x=0,05 -B-x=0,192 —A—x=0,333 -X-x=0,475 —Ж—x=0,617
—о—x=0,758 —1—x=0,85
Рис. 4. Графой залежностi змши напружень eid точки прикладання
сили натягу каната
Лггература
1. Адамовський М.Г., Мартинщв М.П., Бадера Й.С. Пщвюш канатт люотран-спортш системи. - К.: 1ЗМН, 1997. - 156 с.
2. Мартинщв М.П. Розрахунок основних елеменпв пiдвiсних канатних люотран-спортних установок. - К.: Ясмина, 1996. - 175 с.
3. Писаренко Г.С. и др. Сопротивление материалов: Учебн. для вузов. - К.: Вища шк., 1979. - 694 с.
4. Тарасюк С.А. Выбор конструкции приводов подвесных канатных лесотранспор-тных установок// Лесн. хоз-во, лесн., бум. и д/о пром-сть. - К.: Будiвельник. - 1989, вип. 20. -С.25-29.
5. Мартинщв М.П. Удовицький О.М. Вибiр основних параметрiв приводiв канатних люотранспортних систем// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Львiв: УкрДЛТУ. 1997, вип. 7. - С. 37-42_
УДК 634.0.383.1 Доц. С.Й. Медведь - УкрДЛТУ;
ст. наук. ствроб. В.Л. Коржов, канд. техн. наук - УкрНДЫрлк
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬН1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 ЗМ1ЦНЕННЯ ДОРОЖН1Х КОНСТРУКЦ1Й ПРОШАРКАМИ З В1ДПРАЦЬОВАНО1 ШЛ1ФУВАЛЬНО1 ШК1РКИ
Проаналiзовано застосування гнучких змщнювальних прошаркiв у дорожнiх конструкщях; наведено методику i результати експериментальних дослiджень у грунтовому каналi мщносп дорожньо'1 конструкцп, яка включае гнучкий прошарок iз полотен, що сплетет з вщпрацьовано'1 шлiфувальноi шкiрки; виконано аналiз прове-дених дослiджень.
Ключов1 слова: лiсова дорога, дорожня конструкщя, гнучкий змiцнювальний прошарок, вiдпрацьована шлiфшкiрка, модель дорожнього одягу, модуль деформацп дорожньо'1' конструкцп.
