CC BY
28
Рис. 11. Схема гидропневматического ударного устройства
В Т Р
9 8 7
Рис. 12. Схема гидравлического ударного устройства двойного действия:
1 - инструмент; 2 - корпус; 3 - боек; 4 - камера низкого давления; 5 - камера высокого давления; 6 -камера рабочего хода; 7 - орган управления рабочим циклом; 8 - напорная гидролиния; 9 - гидробак; В - взвод бойка; Т - торможение; Р - разгон (рабочий ход)
Рис. 13. Схема гидравлического ударного устройства двойного действия
Органы управления рабочим циклом, осуществляющие распределение потоков жидкости в гидроударнике, представлены в виде гидрораспределителя, позиции которого соответствуют: В - взводу бойка, Т - торможению, Р - рабочему ходу бойка.
Вывод
Таким образом, повышение эффективности активных рабочих органов дорожностроительных машин во многом зависит от правильного выбора схемы, структуры, конфигурации, конструктивного облика гидроударников. От этого зависят энергетические и рабочие харак-
теристики гидроударной импульсной системы, применяемой для разработки грунтов.
Библиографический список
1. Алимов О.Д., Басов С.А. Гидравлические виброударные системы / О.Д. Алимов, С.А. Басов. - М.: Наука, 1990. - 352 с.
2. Архипенко А.П. Гидравлические ударные машины /А.П. Архипенко, А.И. Федулов - Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1991. - 108 с.
3. Галдин Н.С. Многоцелевые гидроударные рабочие органы дорожно-строительных машин: монография / Н. С. Галдин. - Омск: Изд-во СибА-ДИ, 2005. - 223 с.
4. Галдин Н.С. Гидравлические машины, объемный гидропривод / Н.С. Галдин. - Омск: СибАДИ, 2009. - 272 с.
5. Теоретические основы создания гидроимпульсных систем ударных органов машин /
А.С. Сагинов, И.А. Янцен, Д.Н. Ешуткин, Г.Г. Пи-вень. - Алма-Ата: Наука, 1985. - 256 с.
Schemes of hydraulic shock devices
N.S. Galdin, V.N. Galdin, K.I. Khramtcova
The basic data on schemes of the hydraulic shock devices applied as active working bodies of road-building machines are resulted.
Галдин Николай Семенович - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Подъемнотранспортные, тяговые машины и гидропривод» Сибирской государственной автомобильнодорожной академии. Основное направление научных исследований - теория и проектирование многоцелевых гидроударных рабочих органов ДСМ. Имеет более 180 опубликованных работ. Email: [email protected].
Галдин Владимир Николаевич - инженер, соискатель Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - автоматизированное проектирование систем.
Храмцова Карина Ильдаровна - инженер, соискатель Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - автоматизированное проектирование систем.
Статья поступила 15.12.2009 г.
УДК 624.131
ПОСТРОЕНИЕ ЭПЮРЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИИ ПО ДЛИНЕ РАБОЧЕГО ОРГАНА НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
В.Н. Кузнецова, канд. техн. наук, доц.
Аннотация. В статье рассмотрен процесс статического разрушения материала, характерный для рыхления вечномерзлого грунта. Приведена методика экспериментального определения напряжений по длине рабочего органа землеройной машины, возникающих при разработке мерзлых грунтов.
Ключевые слова: мерзлый грунт, разработка, землеройная машина.
Введение
При использовании методики оптимизации геометрических параметров рабочих органов землеройных машин необходимо определить экспериментально значения величин, характеризующих процесс взаимодействия их с мерзлым грунтом и входящих в математическую модель, интерпретирующую это взаимодействие.
Описание задачи
Для этого рассмотрим процесс статического разрушения материала, характерный для рыхления вечномерзлого грунта. Наблюдения показывают, что характер стружкообразова-ния у грунта может изменяться в зависимости от геометрических условий процесса резания. В частности, по мере увеличения угла резания могут возникнуть признаки соединения элементов стружки в сплошную ленту, превращения элементного стружкообразования в ступенчатое или даже сливное [1]. На характер стружкообразования может влиять также соотношение размеров среза, особенно при блокированном резании. В связи с простран-ственностью взаимодействия рабочего органа с грунтом увеличение глубины резания по отношению к ее ширине вызывает увеличение давления по передней грани; сила резания, требующаяся для разрушения грунта не только перед лобовой гранью ножа, но и по бокам от него, должна быть передана через относительно небольшую площадь контакта. Увеличение давления может вызвать столь существенное развитие пластического состояния в предножевой зоне массива, что изменится характер стружкообразования: при том же угле резания и на том же грунте относительное сужение среза может обусловить переход, от элементной стружки к ступенчатой или даже сливной.
Отделение элементов вечномерзлого грунта от массива осуществляется стадийно путем формирования зоны уплотнения, нарушения сплошности массива и последующего разрушения. Усилие в зоне контакта рабочего органа с грунтом, как уже было сказано выше, достигает своего максимального значения в момент, непосредственно предшествующий сколу грунта от массива. Его
величина зависит от глубины рыхления и эпюры распределения нагрузок. В настоящее время исследователями предложен только один вид распределения нагрузок, представленный в виде треугольной эпюры. Данная закономерность распределения нагрузки по передней грани коронки зуба, предложенная А.Н. Зелениным, не имеет достаточно полных ни теоретических, ни экспериментальных доказательств [2]. Поэтому, предлагается определить экспериментально эпюру распределения нагрузок на установке, представленной на рисунке 1 [4].
Рис. 1. Экспериментальная установка с зубом
Метод решения
На подвижной тележке установки закрепляется с возможностью изменения угла резания экспериментальный зуб. Он представляет собой конструкцию, в которой по всей длине режущей кромки выфрезерованы 5 площадок размером 20х20 мм. На каждой площадке высверлено по четыре отверстия в которые помещены шарики (приклеены на эпоксидный клей ЭПО - 40В) таким образом, чтобы все шарики находились на одном уровне. В эти канавки помещаются сменные элементы (алюминиевые пластины), которые при проведении эксперимента с одной стороны опирается на четыре шарика, а с другой на грунт. Таким образом, пластины являются индикаторами усилий, передаваемых на зуб при рыхлении грунта (рисунок 2).
Таблица 1 - Диаметры отпечатков на пласти-
Номер пластины 1 2 3 4 5
Диаметр отпечатка d, мм 0,8 1 2 2 1,25
Известно соотношение Герца для определения усилия внедрения N независимых внедряемых сфер /5/:
Рис. 2. Экспериментальные пластины с шариками
В качестве модели мерзлого грунта использовался предварительно замороженный грунт, находящийся в специально изготовленной сварной металлической конструкции. При передвижении подвижной тележки экспериментальный зуб внедрялся в грунт (рисунок 3).
(1)
Рис. 3. Процесс внедрения экспериментального зуба в мерзлый грунт
При этом шарики внедрялись в алюминиевые пластины, оставляя на последних отпечатки определенного диаметра (рисунок 4). Необходимо было бы определить суммарное усилие на лобовой поверхности экспериментального зуба, на котором расположены алюминиевые пластины.
По пятну контакта на алюминиевой пластине необходимо было определить усилие, возникающее при рыхлении грунта по всей длине рабочей поверхности экспериментального зуба.
где г - радиус сферического выступа; п - перемещение под отдельным выступом; N - количество внедряемых сферических выступов; Е, V -модуль упругости и коэффициент Пуассона соответственно.
Но данное соотношение применимо лишь в случае упругого контакта. Для пластического контакта такого соотношения нет.
Поскольку отсутствуют математические выражения, позволяющие рассчитать усилие внедрения шарика в зависимости от диаметра отпечатка, то дополнительно был поставлен эксперимент для получения аппроксимирующей зависимости между усилием рыхления грунта и пятном контакта на пластине.
Эксперимент был проведен при помощи лабораторного комплекса ЛКСМ-1К [6]
Экспериментальные шарики вдавливались в алюминиевые пластины под действием заранее известного усилия, создаваемого за счет вертикального перемещения траверсы лабораторного комплекса. После этого определялись диаметры пятен контактов шариков с пластинами (таблица 2).
Таблица 2 - Диаметры отпечатков на пласти-
Рис. 4. Пластины с отпечатками
Для этого были замерены диаметры отпечатков шариков на пластинах (таблица 1).
Создаваемое усилие <Зэ, Н Диаметр отпечатка, мм
d1 d2
150 0,52 0,53
0,61 0,58
0,55 0,52
200 0,63 0,68
0,64 0,71
0,67 0,63
300 0,93 0,98
1,05 1,05
0,97 0,96
500 1,28 1,25
1,32 1,31
1,27 1,29
1,31 1,27
700 1,52 1,49
1,48 1,45
1,53 1,54
1,49 1,51
1000 1,85 1,83
1,84 1,82
1,89 1,88
1,85 1,84
= D
т
об
(2)
п
На одном отпечатке определялись два взаимно перпендикулярных диаметра, обозначенные в таблице 2 соответственно d1 и d2.
Замер диаметров проводился по следующей методике.
Пластина помещалась на покровное стекло микроскопа. При проведении исследований использовался окулярный вкладыш с нанесённой на него шкалой, который вставляется в окуляр между линзами. Такой окуляр получил название окуляром - микрометром. Расстояние между делениями шкалы окуляра -микрометра равнялось 0,1 мм. Поскольку окуляры применялись в комбинации с различными объективами, для каждого увеличения цена деления окуляра - микрометра определялась отдельно с помощью объекта - микрометра.
Последний представляет собой металлическую пластину со шкалой. На ней нанесено 100 делений. Расстояние между соседними делениями равно 0,01 мм, а общая длина шкалы 1 мм. Объект - микрометр служит для определения увеличения микроскопа и выполнения абсолютных измерений с окулярами.
Цену деления окуляра - микрометра при заданном увеличении определяют следующим образом. На предметный столик помещают объект - микрометр шкалой вниз. В тубус микроскопа вставляют окуляр-микрометр и, перемещая глазную линзу в тубусе, получают резкое изображение шкалы объекта -микрометра. Тщательно сфокусировав, совмещают изображение шкал объекта- микрометра и окуляра - микрометра. Поворачивая окуляр, штрихи обеих шкал устанавливают параллельно. Выбирают целое количество делений шкалы объекта - микрометра т. По шкале окуляра - микрометра определяют, сколько делений п шкалы окуляра занимает изображение выбранного числа делений шкалы объекта - микрометра. Цена делений окуляра - микрометра определяется по формуле:
где dоп - цена деления окуляра - микрометра; Dо6 - цена деления шкалы объекта - микрометра; т - количество делений шкалы объекта - микрометра; п - количество делений шкалы окуляра - микрометра.
При проведении исследований цена деления составила 0,5 мкм.
Экспериментальные данные были подвергнуты математической обработке.
Была получена регрессионная зависимость усилия Оэ от диаметра отпечатка экспериментального шарика:
Оэ=Ьі d
2
(3)
где Ь1 - коэффициент пропорциональности (Ь1 = 298,45), d - диаметр отпечатка шарика.
й, Н
1200
800
600
400
0^6 |
200 : : : ^
і і
0
0.2 0.4 0.Б 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
й, тт|
Рис. 5. Сравнительные графики теоретической регрессионной зависимости (линия) и экспериментальных данных (точки)
Анализ графика, представленного на рисунке 5, и регрессионной зависимости (3) показывает, что коэффициент Ь1 имеет ярко выраженный физический смысл.
Действительно, можно записать выражение:
12
= Ь1 . d
2
(4)
где Р - удельное сопротивление пластины; F - площадь контакта экспериментального шарика с материалом наконечника.
Выводы:
Полученные экспериментальные данные удовлетворительно согласуются с регрессионной зависимостью (4). Таким образом, можно с большой вероятностью определить значение удельного сопротивления, оказываемого пластиной на площади пятна контакта. Из формулы (4) следует:
4 Ь \
Р =------= 380 МПа. (5)
п
Коэффициент Ь1 пропорционален удельному сопротивлению, оказываемому пластиной при внедрении экспериментального шарика. Величина Ь1 является постоянной.
Библиографический список
1. Ветров Ю. А. Сопротивление грунтов резанию. - Киев: Изд. Киевского университета, 1985 -167 с.
2. Зеленин А.Н. и др. Машины для земляных работ. М.: Машиностроение, 1975.
3. Завьялов А. М. Основы теории взаимодействия рабочих органов дорожно-строительных машин со средой: Дис... д-ра техн. наук. - Омск, 1999.
4. Кузнецова В. Н., Мартюков Р. А. Экспериментальные исследования нагружения зуба рыхлителя при разработке мерзлых грунтов // журнал «Строительные и дорожные машины» № 4 - 2006.
5. Горячева И.Г. Контактные задачи в трибологии. - М.: Машиностроение, 1988. - 252 с.
6. Кузнецова В. Н. Развитие научных основ взаимодействия рабочих контактной поверхности рабочих органов землеройных машин с мерзлыми грунтами: Дис. д-ра техн. наук. - Омск, 2009.
Diagram of distribution length an ripper working bodies basis experimental data
V.N. Kuznetsova
The article presents of a process an interaction ripper working bodies with frozen soil in the three-dimensional space. Derive mathematical model an interaction ripper working bodies with frozen soil in the space and analytical dependence of distribution pressure on ripper working bodies for the first time.
Кузнецова Виктория Николаевна - канд. техн. наук, доцент Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - исследования в области разработки мерзлых грунтов землеройными и землеройно-транспортными машинами. Имеет более 60 опубликованных работ.
E-mail: kuznetsova_vn@sibadi. org
Статья поступила 11.11.2009 г.
УДК 678. 539.2. 538
О КОРРЕЛЯЦИИ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ ТРИБОСИСТЕМ И ТРИБОЭДС
С.М. Андрюшечкин, канд. пед. наук, А.В. Тюкин
Аннотация. Рассмотрены результаты исследования зависимости трибоЭДС, возникающей в металлополимерной системе на основе ПТФЭ, от концентрации ультрадисперсного графита при различных значениях контактного давления. Изучена корреляция триботехнических характеристик полимерных композиционных материалов и трибоЭДС.
Ключевые слова: ультрадисперсионный графит, трибоэлектризация, скорость изнашивания.
В современном приборо- и машиностроении полимерные композиционные материалы (ПКМ) используются в различных видах техники - от изоляторов в электрических цепях до подшипников и уплотнений транспортных, технологических и энергетических машин. В науке о трении применение полимеров привело к множеству новых задач, обусловленных специфическими свойствами этих материалов, - композиционные материалы на основе полимеров в значительно большей степени, чем металлы, чувствительны к воздействию многочисленных факторов,
обусловленных трением и влиянием внешней среды [1]. Существенная особенность полимерных материалов и ПКМ заключается в том, что их работа в трибосистемах сопровождается процессами трибоэлектриза-ции. Возникновение трибоЭДС в металлополимерной паре трения оказывает влияние на ее трибологические характеристики - скорость изнашивания, коэффициент трения. По этой причине изучение корреляции между трибологическими характеристиками и трибоЭДС является актуальной задачей.
