CC BY
9
УДК (UDC) 625.1/.5
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОМПОНОВКА ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ САМОХОДНОЙ МАШИНЫ МОБИЛЬНОЙ КАНАТНОЙ ДОРОГИ СО ШТАНГОВЫМ МЕХАНИЗМОМ УСТАНОВКИ И ФИКСАЦИИ
КОНЦЕВОЙ ОПОРЫ
PRELIMINARY LAYOUT OF THE MAIN TECHNOLOGICAL EQUIPMENT OF A SELF-PROPELLED MACHINE WITH A ROD MECHANISM FOR INSTALLING AND FIXING THE END TOWER FOR A MOBILE ROPEWAY
Лагерев А.В., Лагерев И. А. Lagerev A.V., Lagerev I. A.
Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского (Брянск, Россия) Academician I.G. Petrovskii Bryansk State University (Bryansk, Russian Federation)
Аннотация. Мобильные канатные дороги для про- *
ведения транспортно-переправочных операций, *
формируемые с помощью соединенных единой ка- *
натной системой концевыми транспортными ус- *
тановками на основе самоходных колесных или гу- *
сеничных шасси повышенной грузоподъемности и *
проходимости являются перспективным видом *
подъемно-транспортной техники, обеспечивающим *
оперативное развертывание необходимых техноло- *
гических средств. В статье рассмотрены вопросы *
предварительной компоновки штангового механиз- *
ма установки и фиксации в рабочем положении *
концевой опоры с помощью складывающейся штан- *
ги, состоящей из двух шарнирно-сочлененных звень- *
ев, для конструктивного варианта выносного раз- *
мещения опоры на поворотной платформе. Рас- *
смотрена конструкция и принцип работы штанго- *
вого механизма. Разработана математическая мо- *
дель, обеспечивающая требуемый нормативный *
вертикальный габарит самоходной машины для *
мобильной канатной дороги с целью ее безопасного *
самостоятельного перемещения к месту разверты- *
вания канатной дороги по автомобильным дорогам *
общего назначения. Выполнен анализ влияния нор- *
мативных габаритных требований, конструктив- *
ных размеров несущей рамы шасси и высоты конце- *
вой опоры на основные конструктивные размеры *
шарнирно-сочлененной складывающейся штанги в *
транспортном положении. *
Ключевые слова: мобильная канатная дорога, *
самоходная машина, компоновка, механизм *
штанговый. *
Дата принятия к публикации: 30.10.2021 *
Дата публикации: 25.12.2021 *
*
Сведения об авторах: *
Лагерев Александр Валерьевич - доктор тех- *
нических наук, профессор, заместитель директора *
по научной работе НИИ фундаментальных и при- *
кладных исследований ФГБОУ ВПО «Брянский го- *
сударственный университет имени академика И.Г. *
Abstract. Mobile ropeways for carrying out transport operations, formed with the help of terminal transport units connected by a single cable system on the basis of self-propelled wheeled or tracked chassis of increased carrying capacity and cross-country ability, are a promising type of lifting and transport equipment that ensures the rapid deployment of the necessary technological means. The article discusses the issues of preliminary arrangement of the rod mechanism for installation and fixation in the working position of the end tower using a folding rod consisting of two articulated links for a constructive variant of the outrigger placement of the tower on a rotary platform. The design and principle of operation of the rod mechanism is considered. A mathematical model has been developed that provides the required normative vertical dimension of a self-propelled vehicle for the purpose of its safe independent movement to the deployment site on general-purpose highways. The analysis of the influence of normative dimensional requirements, the structural dimensions of the bearing frame of the chassis and the height of the end tower on the main structural dimensions of the articulated folding rod in the transport position is carried out.
Keywords: mobile ropeway, self-propelled machine, layout, rod mechanism.
Date of acceptance for publication: 30.10.2021
Date of publication: 25.12.2021
Authors' information:
Alexander V. Lagerev - Doctor of Technical Sciences, Professor, Vice director of Research Institute of Fundamental and Applied Research, Academician I.G. Petrovskii Bryansk State University,
e-mail: [email protected].
Петровского», e-mail: [email protected]. ORCID: 0000-0003-0380-5456 Лагерев Игорь Александрович - доктор технических наук, доцент, проректор по инновационной работе ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского», e-mail: [email protected]. ORCID: 0000-0002-0921-6831
} ORCID: 0000-0003-0380-5456 î
î Igor A. Lagerev - Doctor of Technical Sciences,
î Assistant Professor, Vice rector for Innovations, Aca-
î demician I.G. Petrovskii Bryansk State University,
î e-mail: [email protected]. î ORCID: 0000-0002-0921-6831
Благодарности
Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых-докторов наук №МД-422.2020.8
Acknowledgements
The study was supported by Presidential Grant for Governmental Support to Young Russian Scientists
No. №MD-422.2020.8
1. Введение
В настоящее время мобильные канатные дороги для проведения транспортно-пере-правочных операций, формируемые с помощью соединенных единой канатной системой концевыми транспортными установками на основе самоходных колесных или гусеничных шасси повышенной грузоподъемности и проходимости [1, 2], следует рассматривать как перспективный вид технологического оборудования для быстрого ввода в эксплуатацию при необходимости транспортирования различных грузов на заранее неподготовленных территориях со сложным рельефом и отсутствием необходимой транспортной инфраструктуры [3].
Как следствие, такие мобильные канатные дороги имеют хорошие перспективы для их использования при проведении спасательных и восстановительных работ в процессе ликвидации разрушительных последствий природных и техногенных катастроф [4]. Для территорий, испытавших воздействие катастрофических явлений, характерно критическое разрушение не только жилых и производственных зданий, но и всей наземной транспортной системы (трещины и провалы полотна автомобильных и железных дорог, оползни, завалы и др.). Это обстоятельство резко усложняет использование традиционных транспортных средств, ориентированных на наземное размещение [5, 6]. Канатные дороги лишены указанного недостатка, так как используют принцип надземного перемещения грузов по кратчайшему
пути без ограничения со стороны уцелевшей наземной застройки и образовавшихся завалов. Расположение необходимого технологического оборудования и канатной системы на самоходных установках высокой проходимости и грузоподъемности позволяет им автономно перемещаться к местам катастроф и быстро включаться в работу. Кроме того, повышенная мобильность позволяет при необходимости достаточно быстро менять расположение трассы канатной дороги по мере ликвидации последствий катастрофы.
2. Исследуемая конструкция
На рис. 1 и 2 показан общий вид исследуемой конструкции самоходной машины, укомплектованной расположенным на несущей раме штанговым механизмом установки и фиксации в рабочем положении концевой опоры, которая предназначена для работы в составе мобильной канатной дороги. Она является одним из конструктивных вариантов концевых базовых станций (варианты Ву1-Х/Х и Ву2-Х/Х), предложенных в работе [7].
На рис. 1 и 2 цифровые обозначения соответствуют следующим элементам: 1 - несущая рама; 2 - самоходная концевая станция; 3 - надрамная конструкция; 4, 9, 12, 16, 21 - цилиндрический шарнир; 5 - концевая опора; 6, 10, 14 - проушина; 7, 11, 15, 19, 22 -шарнирный палец; 8 - подъемный гидроцилиндр; 13 - нижняя часть складывающейся штанги; 17 - верхняя часть складывающейся штанги; 18 - профилированная проушина; 20 - шток; 23 - канатный шкив; 24 - несуще-
ОО/У
Рис. 1. Общий вид самоходной машины (вид сбоку) с выносным расположением концевой опоры и складывающейся штангой (модификации Ву1-4/Х и Ву2-4/Х): а - транспортное положение концевой опоры; б - рабочее положение концевой опоры
2<К Щ 171 5; 23, 24.,
\ \
Рис. 2. Общий вид самоходной машины (вид
сверху) с выносным расположением концевой опоры и складывающейся штангой в рабочем положении в различных модификациях: а - с одинарной складывающейся штангой и одинарным
гидроцилиндром (модификация Ву1-4/Х); б - с двумя складывающимися штангами и сдвоенными параллельно установленными и синхронно работающими гидроцилиндрами одинакового типоразмера (модификация Ву2-4/Х)
тяговый канат; 25 - транспортная стойка; 26 -выносная опора; 27 - анкерное устройство; 28 - кабина; 29 - стопорная пластина; 30 -сквозное окно для размещения складывающейся штанги (рис. 27, а); 31 - поворотная платформа; 32 - анкерное устройство; 33 -опорная пластина; элемент I - механизм поворота канатного шкива.
Механизм установки и фиксации концевой опоры в рабочем положении с помощью складывающейся штанги может выполняться в двух вариантах комплектации (рис. 2):
1) с одинарной складывающейся штангой и одинарным гидроцилиндром;
2) с двумя складывающимися штангами и сдвоенными параллельно установленными и синхронно работающими гидроцилиндрами одинакового типоразмера.
Как показано в [2], основной технической задачей, решаемой при использовании в конструкции самоходной машины для размещения основного технологического оборудования канатной системы мобильной канатной дороги рассматриваемой шарнирно-сочле-ненной складывающейся штанги, является:
- снижение массо-габаритных характеристик подъемного гидроцилиндра концевой опоры из транспортного положения в рабочее положение за счет уменьшения его необходимой длины и хода штока;
- освобождение подъемного гидроцилиндра от дополнительной функции по удержанию концевой опоры в требуемом рабочем положении в процессе эксплуатации мобильной канатной дороги.
Установка и фиксация концевой опоры с помощью штангового механизма имеет ряд технических достоинств:
- обеспечивается разделение двух основных функций - установки концевой опоры в рабочее положение и фиксации концевой опоры при эксплуатации;
- наблюдается наименьшая величина опорных реакций на несущую конструкцию базового шасси при эксплуатации;
- используется подъемный гидроцилиндр малой длины и диаметра;
- обеспечивается возможность осуществления двухэтапной установки концевой опо-
ры в рабочее положение с помощью вспомогательного подъемного гидроцилиндра [8];
- отсутствует необходимость в использовании дополнительных внешних тормозных устройств против самоопрокидывания концевой опоры при ее установке в рабочее положение;
- обеспечивается наибольшая надежность фиксации вследствие минимума риска разрушения в процессе эксплуатации (для этого требуется воздействие высокоэнергетического деструктивного фактора);
- обеспечивается точная фиксация концевой опоры в требуемом рабочем положении при изменении эксплуатационных нагрузок во всем диапазоне возможного изменения их величин.
Однако использование штангового механизма имеет и свои технические ограничения:
- фиксированный угол наклона концевой опоры в рабочем положении при использовании складывающейся штанги постоянной длины;
- повышенная сложность компоновки основного технологического оборудования на базовом шасси;
- невозможность использования в качестве средства предварительного натяжения несуще-тягового каната.
- высокие требования к выбору длины нижней части складывающейся штанги и точности ее изготовления;
- наименьшая ремонтопригодность конструкции основного технологического оборудования в целом по сравнению с другими конструкциями механизма установки и фиксации концевой опоры [2, 7].
На несущей раме 1 самоходной концевой станции 2 установлена надрамная конструкция 3 для закрепления основного технологического оборудования, необходимого для формирования и функционирования канатной системы мобильной канатной дороги. В концевой части несущей рамы на надрамной конструкции закреплен цилиндрический шарнир 4, обеспечивающий подвижное поворотное соединение надрамной конструкции и поворотной платформы 32 с закрепленной на ней с помощью цилиндрического шарнира концевой опоры 5. Цилиндриче-
ский шарнир 4 образован парой проушин 6, которые неподвижно закреплены при помощи сварного соединения на надрамной конструкции, и парой проушин, неподвижно закрепленных на нижней части концевой опоры. В соосные отверстия этих проушин с подшипниками качения вставлен шарнирный палец 7, обеспечивающий подвижную кинематическую связь между надрамной конструкцией и поворотной платформой. Данная конструкция узла крепления платформы позволяет ей совершать поворотное движение в вертикальной плоскости, совпадающей с продольной осью мобильного шасси. Корпус подъемного гидроцилиндра 8 с помощью цилиндрического шарнира 9 крепится к над-рамной конструкции. Цилиндрический шарнир образован парой проушин 10, неподвижно закрепленных на надрамной конструкции, в соосные отверстия которых вставлен шарнирный палец 11 с надетой на него серьгой торцевой крышки подъемного гидроцилиндра. На надрамной конструкции между цилиндрическими шарнирами 4 и 9 закреплен цилиндрический шарнир 12, обеспечивающий подвижное поворотное соединение надрамной конструкции и нижней части складывающейся штанги 13. Этот цилиндрический шарнир образован парой проушин 14 на надрамной конструкции и парой профилированных проушин, неподвижно закрепленных на нижней части складывающейся штанги. В соосные отверстия указанных проушин подшипниками качения вставлен шарнирный палец 15, обеспечивающий подвижную кинематическую связь между над-рамной конструкцией и нижней частью складывающейся штанги. Данная конструкция узла крепления нижней частью складывающейся штанги позволяет ей совершать поворотное движение в вертикальной плоскости, совпадающей с продольной осью мобильного шасси. На металлоконструкции концевой опоры закреплен цилиндрический шарнир 16, обеспечивающий подвижное (поворотное) соединение концевой опоры и верхней части складывающейся штанги 17. Этот цилиндрический шарнир образован парой профилированных проушин 18, неподвижно закрепленных на концевой опоре, и
парой проушин, неподвижно закрепленных на верхней части складывающейся штанги. В соосные отверстия указанных проушин с подшипниками качения вставлен шарнирный палец 19, обеспечивающий подвижную кинематическую связь между концевой опорой и верхней частью складывающейся штанги. Данная конструкция узла крепления верхней части складывающейся штанги позволяет ей совершать плоско-параллельное движение в вертикальной плоскости, совпадающей с продольной осью мобильного шасси. Нижняя часть складывающейся штанги, верхняя часть складывающейся штанги и шток 20 подъемного гидроцилиндра соединяются цилиндрическим шарниром 21. Этот цилиндрический шарнир образован парой проушин, неподвижно закрепленных на торце нижней части складывающейся штанги, и парой проушин, неподвижно закрепленных на торце верхней части складывающейся штанги, в соосные отверстия которых вставлен шарнирный палец 22 с надетой на него крепежной втулкой штока подъемного гидроцилиндра. Указанный цилиндрический шарнир позволяет совершать соединяемым элементам взаимное поворотное движение относительно шарнирного пальца при перемещении штока. На оголовке концевой опоры установлен канатный шкив 23, в профилированном пазе которого располагается несуще-тяговый канат 24, огибающий канатный шкив. К верхней части концевой опоры крепится механизм поворота канатного шкива (элемент I на рис. 1). В подшипники качения, использующиеся в конструкции перечисленных цилиндрических шарниров, набита консистентная пластичная смазка, аналогичная рекомендуемой для использования в узлах трения мобильных транспортно-технологи-ческих машин [9].
К месту назначения самоходная концевая станция выдвигается, имея концевую опору в транспортном положении (рис. 1,а). В транспортном положении концевая опора отклонена на угол yts1 относительно перпендикуляра D-D к опорной пластине 8 и неподвижна зафиксирована в этом положении с помощью хомута, образующего замковое соединение между концевой опорой и поворотной плат-
формой 31. Отклонение концевой опоры на угол уы необходимо для того, чтобы габаритная высота самоходной машины удовлетворяла требованиям нормативного высотного габарита приближения по высоте, регламентируемого ГОСТ Р 52748-2007 [10], для безопасного проезда под мостовыми сооружениями и путепроводами при движении по автомобильным дорогам общего пользования. С целью недопущения поломок металлоконструкции концевой опоры вследствие движения по неровной поверхности, в транспортном положении она опирается и закрепляется на транспортной стойке 25. При достижении места назначения самоходная концевая станция ориентируется таким образом, чтобы продольная ось мобильного шасси совпадала с продольной осью канатной дороги. Для обеспечения общей устойчивости в условиях действия значительных горизонтальных опрокидывающих нагрузок от силы натяжения несуще-тягового каната и веса транспортируемого груза [11] самоходная концевая станция устанавливается на выносные опоры 26, которые закрепляются на грунте с помощью анкерных устройств 27. В качестве анкерных устройств могут быть использованы известные анкерные конструкции [12]. Затем выполняется подъем концевой опоры из исходного транспортного положения (рис. 1, а) в рабочее положение (рис. 1, б). Перевод концевой опоры в рабочее положение производится подъемным гидроцилиндром и выполняется в два этапа. На первом этапе установки путем выдвижения штока подъемного гидроцилиндра, в который по напорным трубопроводам подается под давлением рабочая жидкость из гидросистемы самоходной машины, концевая опора вместе с неподвижно зафиксированной с ней поворотной платформой поворачиваются относительно цилиндрического шарнира 4 в продольной вертикальной плоскости мобильного шасси. Поворот выполняется до тех пор, пока поворотная платформа своей опорной пластиной 33 полностью не ляжет на поверхность грунта. При необходимости площадка на поверхности грунта под опорную пластину может быть предварительно подготовлена путем ее выравнивания, трамбовки, укрепления. Для
обеспечения хорошего сцепления опорной пластины с грунтом в условиях действия значительных горизонтальных и вертикальных опорных реакций со стороны концевой опоры, опорная пластина закрепляется на поверхности грунта с помощью анкерных устройств 32. Далее выполняется раскрытие замкового соединения между концевой опорой и поворотной платформой. Концевая опора получает возможность дальнейшего поворота в продольной вертикальной плоскости относительно опорной пластины. На втором этапе установки концевой опоры в рабочее положение продолжается выдвижение штока подъемного гидроцилиндра.
В результате концевая опора поворачиваются относительно цилиндрического шарнира узла ее крепления в продольной вертикальной плоскости мобильного шасси до тех пор, пока она не займет требуемое рабочее положение когда продольные оси обеих частей складывающей штанги совместятся. В этот момент перемещение штока прекращается вследствие срабатывания концевого выключателя, установленного на стопорной пластине 29. Срабатывание концевого выключателя приводит отключению объемного гидронасоса гидросистемы самоходной концевой станции и, таким образом, к остановке штока подъемного гидроцилиндра. Во время эксплуатации мобильной канатной дороги выполняется открытие гидролинии между соседними полостями подъемного гидроцилиндра, что приводит в выравниванию в них давления рабочей жидкости и исключению возникновения дополнительных динамических напряжений при работе мобильной канатной дороги. Всю эксплуатационную нагрузку воспринимает складывающаяся опора, работающая в условиях растяжения и обеспечивающая удержание концевой опоры в требуемом рабочем положении. По завершении работы перевод концевой опоры из рабочего положения в транспортное положение производится в обратном порядке.
3. Постановка задачи
При предварительной компоновке основного технологического оборудования несу-
щей раме самоходной машины требуется обеспечить его вертикальный габарит, исходя из требований действующего нормативного габарита приближения по высоте, для возможности использования автомобильных дорог общего пользования и безопасного проезда под мостовыми сооружениями и путепроводами при движении машины к месту дислокации. Это требование обеспечивается, если выполняется следующее условие:
Нтс < [Н ], (1)
где Нтс - вертикальная координата наиболее высокой точки основного технологического оборудования на базовом шасси в транспортном положении (вертикальный габарит); [Н ]= 4 м - нормативный габарит приближения по высоте с учетом требуемых зазоров, регламентируемый ГОСТ Р 52748-2007 [10].
Результаты предварительного анализа конструкции шарнирно-сочлененной складывающейся штанги, проведенного ранее в [13], свидетельствуют о том, что лимитирующий размер Нтс, позволяющий обеспечить условие (1), зависит не только от размеров шасси и концевой опоры, но также от абсолютных значений длин и соотношения длин верхней и нижней части штанги и присоединительных размеров концов штанги к опоре и несущей раме шасси.
4. Кинематическая схема механизма
Кинематическая схема штангового механизма установки и фиксации выносной концевой опоры (рис. 1) в транспортном (исходном) и предельном рабочем (конечном) положениях концевой опоры приведена на рис. 3.
Ориентация продольной оси концевой опоры в вертикальной плоскости характеризуется следующими конструкционными параметрами, исходно задаваемыми перед проведением геометрического и силового расчета компоновки основного технологического оборудования на базовом колесном шасси:
- углом наклона продольной оси концевой опоры к плоскости несущей рамы самоходной машины в транспортном положении у(3;
- углом отклонения продольной оси концевой опоры от перпендикуляра к плоскости
+ (Б ''тп СО( + 'т ^кт +
+ ('бп - 'тп СО( + 'то ^ап ]^ } ;
'р1 - (GБn + ^п + ^т + ^п ) 1 х
x }(0,5Gmn + Gkm + Gan)\ЬЬ + + Б)2 +
+ [0,5'вп^п + (1Бп - 0,5'тп ^тп +
+ ('бп 'тп СО( + 'т )Gкт +
1^0,5
+ (1Бп-1тп СО( + 'то )Gап И ,
Рис. 3. Кинематическая схема штангового механизма установки и фиксации выносной концевой опоры: а - транспортное положение; б - рабочее положение
несущей поверхности поворотной платформы у^;
- углом отклонения продольной оси концевой опоры от перпендикуляра к плоскости несущей поверхности платформы уы;
- углом наклона продольной оси концевой опоры к перпендикуляру к поверхности грунта в предельном рабочем положении уш (для штанговых механизмов предельное
рабочее положение соответствует единственному рабочему положению, т.е.
^ - ^/2+Уш);
- расстояниями между характерными точками г и j кинематической схемы ;
- углом относительного расположения шарниров Б и D и расстояния между ними:
'бЮ - [(1Бп + 'т - 'тп СО( )2 + + ('Dd-'mn ^ ()2]0,5;
- углом относительного расположения центра тяжести платформы с^. р1 и шарнира Б и расстояния между ними:
Ур1 - arct§}o,5Gmn + ^ + ^п)(К + Ко/ + 1БЪ) Х
где 'тп - (КЪ + + 'бъ )/81П (; ( - угол изгиба платформы; К1Ъ - высота рабочей плоскости несущей рамы шасси; К/ - высота надрамной конструкции; GБn, Gmn - вес участков Бп и тп платформы; Gkm - общий вес участка кт платформы и узла крепления концевой опоры; Gan - вес анкерных устройств, расположенных на платформе; 'то -
расстояние от точки т до места расположения анкерных устройств на участке кт платформы.
При задании размера 'сЕ) необходимо исключить возможность контактирования корпуса приводного гидроцилиндра с надрам-ной конструкцией, что обеспечивается при выполнении следующего условия:
> т - тах
|(К/Ъ + Кг + 'Aa-'Dd )/СОБ Уш
Х [0,5'Бп^п + ('Бп - 0,5'тп СО*( )Gm
+
+ К/ + А -'ш )/соу '
При задании длин сопрягаемых частей складывающейся штанги 'а и 'ж необходимо исключить возможность их контактирования как с металлоконструкцией концевой опоры, так и надрамной конструкции, для чего в транспортном положении должно выполняться условие
yCED,ts > [yCED ]тт ,
где [ус■ЕЮ ]тЬ - угол, минимально допустимый
по условию расположения сопрягаемых частей складывающейся штанги в пространстве под концевой опорой.
5. Математическая модель
Расчетная схема для разработки математической модели, характеризующей компоновку основного технологического оборудования
на несущей раме самоходной машины, укомплектованной штанговым механизмом установки и фиксации в рабочем положении концевой опоры, приведена на рис. 4.
компоновки основного технологического оборудования при установке выносной концевой опоры с помощью складывающейся штанги в транспортном положении (максимальное возвышение шарнира складывающейся опоры)
По аналогии с математической моделью компоновки основного технологического оборудования при концевом креплении концевой опоры на несущей раме самоходной машины, разработанной в [13], вертикальный габарит рассматриваемого штангового механизма в транспортном положении Нтс может также определяться возвышением шарнирного узла соединения сопрягаемых частей штанги (рис. 4). Такая ситуация возможна, если длина нижней части штанги 1Ж превышает максимально допустимую
величину 1Ж,тах . Значение 1Ж,тах совместно со значением координаты хЬ центра Ь шарнирного узла соединения сопрягаемых частей штанги находится решением системы двух нелинейных уравнений вида
(XJ - и )2 + ([Н] - И1Ь - ИоГ - dhJ /2 - 1Кк )2 - 4,тах = 0 (2)
(XJ - ХС,й )2 + ([Н] - Ъ1ъ - ИоГ - ^ /2 - Ус,й )2 - (Ь^ - 1К,тах )2 = 0'
где dhJ - габаритный размер шарнирного уз- положении (рис. 3, а); Ь^ - длина склады-ла соединения сопрягаемых частей штанги; вающейся штанги в разложенном состоянии.
хс, ус - координаты центра шарнира С узла
присоединения верхней сопрягаемой части мые для определения 1К,тах складывающейся штанги в транспортном
Размеры хс,й, Ус,й и Ь^, необходи-
вычисляются с помощью следующих зависимостей:
ХС ,й = 1аЪ + lBD ^Ч У К + Уи1 - YBD ) - lcD - 1Сс sin Уи \
Ус ,й = 1въ + 1вю С0<Ук + Уы - УвD) + lcD У к - 1сс ^ У^;
ЬЬ = Ьк + 1а = [(1аЪ - 1ак + lBD УBD + lcD sin Уш - кс )2 +
+ (1ВЪ - 1Кк + lBD УBD + lcD C0S Уш + кс sin Уш .
В качестве примера на рис. 5 приведены графики изменения максимально допустимой длины нижней части складывающейся
штанги I
ЬК ,тах
и относительной длины
I
ЬК ,тах
/ Ь^ в зависимости от расстояния I
cD
между шарнирами D и с и угла наклона концевой опоры длиной 10 м в рабочем положении уш . С увеличением угла уш , т.е. увеличением отклонения концевой опоры в сторону трассы канатной дороги, наблюдается практически линейный рост максимально
допустимой длины нижней части складывающейся штанги 1Ж,тах, что обусловлено
необходимостью увеличения длины складывающейся штанги в разложенном состоянии, соответствующем рабочему положению концевой опоры. Однако относительная длина 1Ж,тах/Ь^ изменяется незначительно:
интервал разброса А(1ьк ,тах / Ь3Ц ) < 0,03.
Длина нижней части складывающейся штанги 1Ж лимитируется минимально допустимым значением размера 1Ж тЬ
Рис. 5. Влияние расстояния 1сЕ) между шарнирами с и D и угла наклона концевой опоры в рабочем положении уш на максимально допустимую длину нижней части складывающейся
штанги (модификация вух-4/10): а - Ьк,тах ; б - Ьк,тах /(1 - ^ = 5 м; 2 - 1<Ю = 6 м; 3 - 1<Ю =
7 м; 4 - 1<ю = 8 м; 5
lcD = 9 м)
1ЬК > 1ЬК,тт ,
которое определяется зависимостью:
1ЬК,тт = 2 - [(1аЪ - 1ак + lBD ^(/й + У(з1 - УВ!)) -
- lcD С0У - 1сс Sin Уы )2 + + (1ВЪ - 1Кк + lBD + Уи1 - УвD ) + .
+ lcD sin У и - 1сс )]2 }. Как и в ранее исследованной в работе [13] конструкции самоходной машины со штанговым механизмом и вариантом концевой установки концевой опоры на несущей раме, максимально допустимая длина нижней части штанги 1Ж,тах и координаты хЬ
центра Ь шарнирного узла соединения сопрягаемых частей штанги, удовлетворяющие условию (1), не зависят от длины концевой опоры Н. Об этом свидетельствует анализ системы уравнений (2).
Очевидно, максимально возможная длина концевой опоры Н ,тах, которую можно разместить на самоходной машине, определяется, исходя из учета двух граничных ситуаций [7]:
1) максимального возвышения оголовка концевой опоры (рис. 6, а);
2) максимального возвышения поворотной платформы (рис. 6, б).
< — ►
а) б)
Рис. 6. Расчетная схема для определения максимально возможной длины концевой опоры, которую можно разместить на несущей раме самоходной машины: а - максимальное возвышение оголовка концевой опоры; б - максимальное возвышение
поворотной платформы
Обе указанные ситуации максимального рассмотрен в [7]. Максимально возможная возвышения основного технологического длина концевой опоры Н ,тах в обоих случа-оборудования в транспортном положении
DOAJ
ях может быть достигнута при рациональном сочетании двух углов ее наклона - у™" и
у^" (или у™х и у™х). Таким образом, каждой расчетной ситуации соответствует свое значение максимально возможной длины концевой опоры и окончательно она определяется на основе следующего условия:
Нг ,тах = т1п{(Н(,тах)]; (Н(,тах)п},
где (Н,тах )] - максимально возможная длина концевой опоры в ситуации максимального возвышения ее оголовка; (Н(,тах)]] - максимально возможная длина концевой опоры в ситуации максимального возвышения поворотной платформы.
Максимально возможная длина концевой опоры в ситуации максимального возвышения ее оголовка определяется с помощью соотношения
(H
1
t ,max) i
sin Ytmax
{[ H ]-hlb-hof-lBb-
-¡впС08(гГхУ-Гвп)-05Вр ^ -£")},
где Бр - диаметр канатного шкива; ур( - угол
наклона канатного шкива к продольной оси концевой опоры в транспортном положении.
Максимально возможная длина концевой опоры в ситуации максимального возвышения поворотной платформы лимитируется условием необходимости согласования расположения нижней точки канатного шкива и высотного расположения (высотного габарита) кабины водителя самоходной машины. Поэтому она определяется с помощью соотношения
(Нг ,тах ) ]] =~. [Нт1п - Кь - - К
51" УГ
где Нт1п - минимальное высотное положение нижней точки канатного шкива по условиям требуемого обзора водителя самоходной машины.
6. Заключение
Анализ представленной в данной статье математической модели предварительной компоновки основного технологического оборудования на несущей раме колесной самоходной машине для мобильных канатных дорог, оснащенной штанговым механизмом установки и фиксации в рабочем положении выносной концевой опоры доказывает возможность разработки такой компоновки оборудования в транспортном положении, которая бы позволяла автономное перемещение машины по автомобильным дорогам общего назначения до места дислокации с учетом нормативных требований в части высотных приближений к объектам дорожной инфраструктуры, причем при этом концевая опора имеет практически значимую длину.
Максимально возможная длина концевой опоры не зависит от конструктивных размеров верхней и нижней частей складывающейся штанги и ее присоединительных размеров, а лимитируется, главным образом, продольной длиной самоходного шасси. Таким образом, использование шасси с большим количеством осей позволяет устанавливать на них более высокие концевые опоры при использовании шарнирно-сочлененных штанг одинаковых размеров.
Bb
-Ibd cos(rm1П + С11 - Ybd) + 0,5Dp sin^ - ^ )]
Список литературы
1. Короткий А.А., Лагерев А.В., Месхи Б.Ч., Лагерев И.А., Панфилов А.В., Таричко В.И. Транспортно-логистические технологии и машины для цифровой урбанизированной среды. Ростов-на-Дону: ДГТУ, 2019. 268 с. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1311913 2. Лагерев А.В., Лагерев И.А., Таричко
t References
t 1. Korotkiy A.A., Lagerev A.V., Meskhi t B.Ch., Lagerev I.A., Panfilov A.V., Tarichko t V.I. Transportno-logisticheskie tekhnologii i t mashiny dlya tsifrovoy urbanizirovannoy sredy t [Transport and logistics technologies and mat chines for the digital urban environment]. t Rostov-on-Don, Don State Technical Univer-
B.И. Варианты компоновки основного тех- î нологического оборудования на базовых î шасси мобильных транспортно- î перегрузочных канатных комплексов и их î сравнительный анализ // Научно- î технический вестник Брянского государст- î венного университета. 2021. № 3. С. 236- î 250. DOI: 10.22281/2413-9920-2021-07-03- î 236-250 îî
3. Степченко Т.А., Бабич О.В. Результа- î ты научных исследований Брянского госу- î дарственного университета в сфере мо- î бильных транспортно-перегрузочных ка- îî натных систем и комплексов // Научно- î технический вестник Брянского государст- î венного университета. 2021. № 1. С. 9-29. î
DOI: 10.22281/2413-9920-2021-07-01-09-29 î
î
4. Tarichko V.I. General principles of cre- î ating mobile cable cars based on self-propelled î wheeled chassis / 1st International Marmara î scientific research and innovation Congress. î
Istanbul, 2021. P. 20. î
î
5. Лагерев А.В., Лагерев И.А., Короткий î
A.А., Панфилов А.В. Концепция инноваци- î онной системы городского транспорта «Ка- î натное метро города Брянска» // Вестник î Брянского государственного технического î университета. 2012. №3. С. 12-15. DOI: î https://doi.org/10.5281/zenodo.1302025 î
6. Степченко Т.А., Бабич О.В. Результа- î ты научных исследований Брянского госу- î дарственного университета в 2019 году в î сфере транспортно-логистических техноло- îî гий и машин для урбанизированной среды î // Научно-технический вестник Брянского î государственного университета. 2020. № 1. î
C. 120-135. DOI: 10.22281/2413-9920-2020- î
06-01-120-135 î
î
7. Лагерев А.В., Лагерев И.А., Таричко î
B.И. Конструкции и основы проектирова- î ния мобильных транспортно- î перегрузочных канатных комплексов. î Брянск: РИСО БГУ, 2020. 207 с. î
8. Пат. 206299 Рос. Федерация: МПК7 î B61B 7/00, B61B 7/06, B66C 23/16. Само- î ходная концевая станция мобильной канат- î ной дороги / Лагерев А.В., Лагерев И.А., î Таричко В.И.; заявитель и патентооблада- î тель ФГБОУ ВО «Брянский государствен- î
ный университет имени академика И.Г. î
î
sity, 2019. 268 p.
DOI: http://doi.org/10.5281/zenodo.3551132 (In Russian)
2. Lagerev I.A., Lagerev A.V., Tarichko V.I. Variants of the layout of the main technological equipment on the base chassis of mobile transport and reloading rope complexes and their comparative analysis. Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta, 2021, No.3, pp. 236-250. DOI: 10.22281/2413-9920-2021-0703-236-250 (In Russian)
3. Stepchenko T.A., Babich O.V. Results of scientific research of Bryansk State University in the sphere of mobile transportation and handling rope systems and ropeways. Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Bryanskogo gosu-darstvennogo universiteta, 2021, No.1, pp. 929. DOI: 10.22281/2413-9920-2021-07-01-0929. (In Russian)
4. Tarichko V.I. General principles of creating mobile cable cars based on self-propelled wheeled chassis. In: Proc. 1st International Marmara scientific research and innovation Congress. Istanbul, 2021, p. 20.
5. Lagerev A.V., Lagerev I.A., Korotkiy A.A., Panfilov A.V. Innovation transport system "Bryansk rope metro". Vestnik Bryan-skogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo uni-versiteta, 2012, No. 3, pp. 12-15. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1302025 (In Russian)
6. Stepchenko T.A., Babich O.V. The results of scientific research of the Bryansk State University in 2019 in the field of transport and logistics technologies and machines for the urban environment. Nauchno-tekhnicheskiy vest-nik Bryanskogo gosudarstvennogo univer-siteta, 2020, No.1, pp. 120-135. DOI: 10.22281/2413-9920-2020-06-01-120-135. (In Russian)
7. Lagerev A.V., Lagerev I.A., Tarichko V.I. Konstruktsii i osnovy proektirovaniya mo-bilnykh transportno-peregruzochnykh kanat-nykh kompleksov [Structures and design fundamentals of mobile transporting and overloading rope facilities]. Bryansk, RISO BGU, 2020. 207 p. (In Russian)
8.45. Patent RU 206299, B61B 7/00, B61B 7/06, B66C 23/16. Samokhodnaya kontsevaya
Петровского». № 2021112278, заявл. t
27.04.21; опубл. 03.09.21. Бюл. № 25. t
9. Ивашков И.И. Монтаж, эксплуатация t и ремонт подъемно-транспортных машин. t М.: Машиностроение, 1981. 335 с. t
10. ГОСТ Р 52748-2007. Дороги автомо- t бильные общего пользования. Норматив- t ные нагрузки, расчетные схемы нагружения t и габариты приближения. Введ. 2008-01-01. t М.: Стандартинформ, 2008. 16 с. t
11. Лагерев А.В., Таричко В.И., Солдат- t ченков С.П. Обеспечение общей устойчи- t вости базовых колесных станций мобиль- t ных канатных дорог // Научно-технический t вестник Брянского государственного уни- t верситета. 2019. №2. С. 210-220. DOI: t https://doi.org/10.22281/2413-9920-2019-05- t 02-210-220 t
12. Лагерев И.А., Лагерев А.В. Совре- t менная теория манипуляционных систем t мобильных многоцелевых транспортно- t
технологических машин и комплексов. t
t
Конструкции и условия эксплуатации. t
Брянск: РИО БГУ, 2018. 190 с. DOI: t
https://doi.org/10.5281/zenodo.1294622 t
13. Лагерев А.В., Таричко В.И., Лагерев t И.А. Обеспечение вертикального габарита t самоходной машины со штанговым меха- tt низмом установки и фиксации концевой t опоры для мобильной канатной дороги // t Научно-технический вестник Брянского t государственного университета. 2021. №2. t С. 141-152. DOI: 10.22281/2413-9920-2021- t 07-02-141-152 t
t
t t
t t t t t t
stantsiya mobilnoy kanatnoy dorogi [Self-propelled terminal station of the mobile ropeway]. Lagerev A.V., Lagerev I.A., Tarichko V.I. Declared 27.04.2021. Published 03.09.2021. (In Russian)
9. Ivashkov I.I. Montazh, ekspluatatsiya i remont podemno-transportnykh mashin [Installation, operation and repair of lifting-transport machines]. Moscow, Mashinostroenie, 1981. 335 p. (In Russian)
10. GOST R 52748-2007 Automobile roads of the general using. Standard loads, loading systems and clearance approaches. Moscow, Standartinform, 2008. 16 p. (In Russian)
11. Lagerev A.V., Tarichko V.I., Soldat-chenkov S.P. General stability of a base vehicle of a mobile ropeway. Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta, 2019, No.2, pp. 210-220. DOI: https:Zdoi.org/10.22281/2413-9920-2019-05-02-209-220 (In Russian)
12. Lagerev I.A., Lagerev A.V. Sovremen-naya teoriya manipulatsionnykh system mobil-nykh mnogotselevykh transportno-tekhnologicheskikh mashin i kompleksov. Kon-struktsiya i usloviya ekspluatatsii [Modern theory of manipulation systems of mobile multi-purpose transport and technological machines and complexes. Design and operating conditions]. Bryansk, Academician I.G. Pet-rovskii Bryansk State University, 2018. 190 p. ISBN 978-5-9734-0295-2. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1294622 (In Russian)
13. Lagerev A.V., Tarichko V.I., Lagerev I.A. Providing the vertical dimension of a self-propelled machine with a rod mechanism for installing and fixing the end tower for a mobile ropeway. Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta, 2021, No.2, pp. 141-152. DOI: 10.22281/24139920-2020-07-02-141-152 (In Russian)
