CC BY
63
раздел i.
транспортное, горное: и строительное машиностроение
Galdin Nikolay Semenovich (Russian Federation, Omsk) - Dr.Sci.Tech. Professor. Managing faculty «Hoisting-and-transport, traction machines and a hydrodrive». Federal State Budget
Educational Institution ofHigherVocational Training «The Siberian Automobile andHighway University (SibADI)».
УДК 621.878.23
РАСЧЕТ УСИЛИЙ КОПАНИЯ РАБОЧИМ ОБОРУДОВАНИЕМ БУЛЬДОЗЕРА
А. И. Демиденко, К.Ю. Гэтыч
Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет(СибАДИ), Россия, г. Омск
Аннотация. В работе рассмотрена схема взаимодействия рабочего оборудования бульдозера, позволяющая повысить, производительность, за счет захвата и транспортирования дополнительным отвалом сразу двух призм волочения. Рассмотрен процесс взаимодействия дополнительного отвала бульдозера с ковшом, составлена расчетная схема и получены аналитические зависимости для определения сапротивления копанию дополнительным отвалом и его закрывания.Получен график зависимости усилия на штоке гидроцилиндра при копании дополнительным отвалом от ходе) штока.
Кпючевые спова:бульдозер, дополнительный отвал, сопротивление копанию, расчет усилий.
ВВЕДЕНИЕ
С целью увеличения эффективности бульдозерного агрегата предложена новая конструкция рабочего оборудования, которая позволит увеличить объем разрабатываемого и транспортируемого грунта. Повышение эффективности происходит за счёт увеличения объёма транепортируемого грунта, так как весь перемещаемый грунт складывается из призмы волочения, формируемой дополнительным отвалом, и из объема грунта в так называемом ковше, сформированным режущим днищем и двумя боковымистенками,прикрепленными к тыльнойчасти дополнительного от вала. Энергоёмкость снижается, поскольку часть объёма грунта перемещается в ковше,без трения по грунтовому основанию, что значительно сни. жает силы сопротивления, тозникающие при работе бульдозерного агрегата [1,5].
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ КОПАНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ОТВАЛОМ С КОВШОМ
Центр поворота ковша (точка О) определяется как центр дуги окружности, которыми являются средние линии пазов криволинейных кронштейнов (рис. Н). Суммарный момент
сопротивления копанию ковшом, относительно центра поворота ковша, определяется кнк сумма действующих моментов(рис.1, а):
Ысопр = Мкоп + Мзап + МгР + Мы ЫЫ)
где! Мкоп _ момент сопротивления коп анию, кН м; Мзап - момент сопротивления заполнению ковша, кН м; Мгр - грузовой момент, определяемый весом перемещаемо го грунта в ковше, кН м; М - грузовой момент, определяемый весом дополнительного отвала с новшом, кН м.
При построениирасчетнойсхемы принимаем допущение, что сектор выкопанного грунта 1 перемещается в секьор 2 (рис. 1, б). Свободная поверхность призмы волочения ОНА пере-меститсяв линию 01А1, повер нувшись вокруг ттчаи 01 ьак, чтобыплощадь сектора2 была равна сектору Н умножекному на коэффициент разрьш1ения кр.
Площадь сектора Т определяется по формуле
^2 = ■ кр, (Т)
где - площадь выкопанного гpyнтa, мТ; кР -коэффициент разрыхления грунта [Т].
Рисунок 1 - Схемы, используемые при расчете: а - схема для определения усилия на штоке гидроцилиндра, при копании грунта дополнительным отвалом; б - схема размещения выкопанного грунта в
ковше
ного отвала (зона Г). Уплотненный материал создает ограждающие плоскости АВ и СЕ а также плоскость ВС на которые оказывается пассивное давление сыпучего тела призмы ABCF (рис. 2).
Рисунок 2 - Схема для определения усилий закрывания дополнительного отвала с ковшом
Если предположить, что ограждающая плоскость под действием каких-либо сил получит смещение в сторону сыпучего тела, то естественно ожидать, что некоторая часть сыпучего тела сдвинется и приподнимется кверху. Распространяя на этот случай теорию Кулона о том, что сдвиг сыпучего тела вообще происходит по некоторой плоскости, что сыпучее тело сдвигается, приняв как бы форму затвердевшего клина, мы можем принять, что
в этом случае давление Ио со стороны ограждающей плоскости АВ уравновешивается весом G призмы выпирания, сопротивлением
И , имеющимся по плоскости CD выпирания и давлением продвижения срезаемой стружки
I3 плоскостьюВЕ. Давление приложено на 1/3 от высосы плоскости АВ [6].
Угол плоскости сдвига Сс к горизонтали (рис. 2) определяется по формуле
¥ =
п р 4 2:
(0)
Р.
где ^ - угол внутреннего трения грунта.
Момент сопротивления заполнению ковша может быть определен следующим образом:
Днище ковша имеет криволинейную поверхность. По аналогии с задней стенкой ковша погрузчика в работеМещерякова В.И. [4] принимаем, что при внедрении ковша по криволинейной поверхности днища происходит уплотнение материала (зона а также происходит уплотнение материала возле основ-
Мшп = и0 ■ (4)
где Ио - пассивное давление сыпучего тела на ограждающую плоскость АЕ, кН; ™ - плечо
сопротивления Ио ,м;
Пассивное давление сыпучего тела на ограждающую плоскостнАЕ:
<2 о
н
-ь
s И j
dz
б ■
CCES р СОИ р Sin (О
о
^ H
— Пп-°д
S И j
dz
cos с
о
H
sin®
у—i— fppp. cos p J
dz
Sin Ю
пУгН2
2 cos P Ssin D '
(5)
где; pó-flei;ízTByK> щеедавлени-, кН.ст^ = уг ■ 0 [4]; Уг.л.с - ií/i вас грунта наррше(ной
структуры, кН/м^ Уг.н.у _ Y ; высотэ
столба сыпучего матюриона и^сд элементарно й площадKofii м; рб -боковое давл^ие на площадку АВ, иН; со - угол ме>кду горизонтальной площадкой AD и п-ощадкой АВ; »г - коэффи-цитрт подвижности; n-коэффициент 6еового давления.
Коэффициент бокового дэвлееит п вави-сит от угла са-лона ы площадки AD flescTBy-ющего давление юа к площадке АВ бокепо го
Р (РвНИЯ Рб[Щ-
Коэффициено боковогодавления[0]:
n =
юб tg ю + т
Ю l + m-tg ю
(6)
где т коэффициент подвижности [0]:
т у g
90o -р
(7)
Для определения давления продвижения срезаемой стружки P необходимо составить уравнения равновесия, спроецировав силы P, G,Q0, Q на оси х,у(рис.е). Проецируем силы на оси х, у:
= -Q • sinp- cosв -Q- cosp • - sin И + Q0 - cos о - cos s + Q0 -
- sinp-sin £ = 0, (8)
Дy у -G + P - Q0 - sin о - cos s + + Q0 - cos о - sin s + Q - cos р -- cos ИИ- Q - sin с - sin И у у -G + P - Q0 (sin p - cos s + cos с - sin s) +
+ Q(cos p - cos И - sin p - sin ИИ) = 0, (9) Из уравнения (0) получимсоотношение
r СИП p - И OS + iiin ОО in s s
s
sTn p - con в + sOT р-ъin в
(10И
которое подстаслямв иревненпе (9):
^у-G + P -
Q0 (sic р • cos £ -T cos П • sin £) +
+Qc
^ cos p- cos s + únp- sin £ с sin о - cos И + cos o sin ИИ
X
x(cos /с • cos ИИ - sin p-sin^cO. ИИ
Из пблучИннсго выражения (11) находим значениб P:
P = G - Qo
cos(2 р + И-s)
Пс(т +-s ' (12)
Рертиктльная равномерно распределенная пригрузка^ на участке ВС определяется по форм хлу [¡2]:
P
BC
(13)
Выражение мо мента со противления копанию, возникающего при взаимодействии ножа с грунтом, определяется зависимостью:
Мкоп у = гh + =вК
(1Н)
==г - горизонтальная составляющая сопротивления грунта сколу, кН; =е - верти-
кальная составляющая сопротивления грунта сколу, кН; плечо сопротивления Ег , м; к -плечо сопротивления Ее , м;
Горизонтальная составляющая грунта сколу [2,7]:
Ег = Mb
С 2
КС Y~Yy h +qh л Ch ctgp) - Ch ctgp
где ширина резания (ширина ковша), м;
о
в = 90 - 5;
(15)
(16)
Mx =1 + tgqppfi-,
(17)
Ki =
cos
I 2 2 /2 2 2
p0(cos p0 pXsinp cosp^-bpl-sin p- sp (p1 )
2 ' cos p(l - sin /+)
(18)
p n Pq \ . Sp yO0
= — + /?- — —шшп—nc-;
2 2 2 sin p
(19)
P - yrc^BHpTpeHHero трения гр^/нта; Po- угол внешнего трения грунта; ¿P угол резания плоскостью BEE; Р- угол заострения ножа; С- коэффициент сцепоения грунта; h - толщина срезаемой стружки.
Вертикальная составляющая грунта скол+ [7]:
Е = M 2b
K ССл hc +q+ Л Ch ctppS (с Ch ctpp
(20)
M2 л tgo- tgn\-
(21)
Грузовой момент, определяемый весом перемещаемого грунта в ковше дополнительного отвала:
M гр =Gz-m,
где Ог - вес грунтав i^OBLue дополнитнльного отвала,кН; л - плечо, м.
Принимаем,что вес грунта Ог прилооен в центретяжестисыпучего тела (зона N). Вес грунта Р?г в ковше:
(22)
ррг Л Ys.H.cSb,
(23)
где $ - площадьгрунтс в ковше(зонаО),м21
Грузовой момент, определяемый весомподнимаемого дополнительного отЕ^г^л^га с ковшом:
Мк = GK'd,
гкд«н GK - вес дополнительного отв<ал;а с; ковшом, кН;^- плеч о, м;
Принимаем, что вен РРк приложенв центретяжестидополнительного отвала с ковшом.
(24)
Тогда усилие на штоке гидроцилиндра, при копании грунта дополнительным отвалом с ковшом, может бытьзаписаноследующим образом:
F =
Огр • m + Gr • d + Q0 • w + EB • г + Ez • h
t
(25)
где Э - плечо силы Е м.
Определение усилия на штоке гидроцилиндра доводится до численных решений, характеризуемых следующими данными: И -толщина срезаемой стружки дополнительным отвалом (изменяется в зависимости от пово-
ротаотвала), = р_ уголвнутрен-
ТреНИЯ фунта, р = 26,5°; Ро- ВНеШнего т|=ения грунта, Ро = 26°; 8 _ уГОЛ резания, 8 = 32° + 71°; С- коэфф5ци== сцепления грунта, С = 20 кН/|=С к _ объемный =ес фунта в плотном теле, с = 20,5 кН/м3; ь - ширина резания (ширина дополните=ьного отвала), Ь = 2,6:5 м; рР' - коэффициент разрыаления гpyнтa, кр =1,2 ; высота дополнительного отвала 1,2м; объем ковша дополнительного отвала 2,33 м2.
Рисунок 3-Гоафик зависимостиусилияна штокегидроцилиндраотходаштока
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработана расчетная схема процесса взаимодействия дополнительного отвала с ковшом при его закрывании. Получены аналитические зависимости, позволяющие определить усилия на штоке гидроцилиндра дополнительного отвала с ковшом в зависимости от хода штока этого гидроцилиндра.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Гатыч, К.Ю. Повышение эффективности бульдозера при земляных работах /
A.И. Демиденко, К.Ю. Гатыч // Техника и технологии строительства.- 2016. - № 8. - С. 45-50.
2.Алексеева, ТВ. Дорожные машины / ТВ. Алексеева, К.А. Артемьев, A.A. Бромберг. - М. :Машиностроение,1972.-504с.
3.Артемьев, К.А. Основы теории копания грунта скреперами / Артемьев, К.А. -М.:Машгиз,1963.-128с.
4.Мещеряков, В.И. Исследование процесса черпания ковшевым захватным органом погрузчика совмещенным способом: автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.05.04 /
B. И. Мещеряков ; науч. рук.: К. А. Артемьев,
C. В. Абрамов ; СибАДИ. - Омск, 1976. - 24 с.
5. Пат. 161 882 РФ: МПК E 02 F 3/76: Рабочее оборудование бульдозера / А.И. Демиденко, К.Ю. Гатыч; СибАДИ. -№ 2015149170/03; заявл. 16.11.2015; опубл. 10.05.2016, Бюл. № 13.
6. Прокофьев, И.П. Теория сыпучих тел / Прокофьев, И.П. - М.: Госстройиздат, 1934. -111 с.
7. Артемьев, К.А. Теория резания грунтов землеройно-транспортными машинами: учеб. пособие / Артемьев, К.А. - Омск: Омпи, 1989. -80 с.
8. Зенков, РЛ. Механика насыпных грузов / Зенков, РЛ. - М.: Машгиз, 1952. -215 с.
CALCULATION OF EFFORTS OF DIGGING BY THE WORKING EQUIPMENT OF THE BULLDOZER
A.I. Demidenko, K.Yu.Gatych
Abstract: In the work a new design of the working equipment of the bulldozer is considered, which makes it possible to increase productivity, by capturing and transporting an extra blade of two pile at once. In this connection, it was necessary to compile a design scheme for determining the resistance to digging an extra blade. Was received the graph of the force dependence on the rod of the hydraulic cylinderfromthestrokeofthe rod,whendigginganadditionalblade.
Keywords: bulldozer, extrablade,diggingresistance,analysisofforces.
REFERENCES
1. Gatych K.Yu., Demidenko A.I. Increasing effectiveness of bulldozer earthmoving. Engineering and technology of construction, 2016, no 8, pp. 45-50.
2. Alekseeva T.V., Artemyev K.A., Bromberg A.A. Road machines. - M.: Mechanical engineering, 1972. - 504 p.
3. Artemyev K.A. Fundamentals of the theory of digging soil with scrapers. - M.: Mashgiz, 1963. - 128 p.
4. Meshcheryakov V.I. Investigation of the process of scooping the bucket gripper of the loader by a combined method :abstract. dis ... cand. tech. sciences / V.I. Meshcheryakov. SibADI. -Omsk, 1976. 24 p.
5. Demidenko A.I., Gatych K.Yu. Bulldozer working equipment. Patent RF, no 2015149170/03, 2016.
6. Prokofiev, I.P. Theory of loose bodies. - M.: Gosstroyizdat, 1934. - 111 p.
7. Artemyev K.A. Theory of cutting soils by digging and transporting machines: Textbook. -
Omsk: Ompi, 1989. - 80 p.
8i Zenkov, R.Li Mechanics of bulk cargoes. -Mii Mashgiz, 1952. - 215 p.
Демиденко Анатолий Иванович (Россия, г. Омск) - кандидат технических наук, профессор ФГБОУ ВО «СибАДИ» (644080, г. Омск, пр. Мира, d.5, e-mail: demidenko_ai@sibadi.org).
Гэтыч Константин Юрьевич (Россия, г. Омск) - аспирант гр. МАШ-15АСП1, ФГБОУ ВО «СибАДИ», (644080, г. Омск, пр. Мира, д.5, e-mail: konstantin484@mail.ru).
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Demidenko Anatoliy Ivanovich (Russian Federation, Omsk) - candidate of technical sciences, professor, FSBEI HE «SibADI» (644080, Omsk, Mira Ave., 5; e-mail: demidenko_ai@sibadi. org).
Gatych Konstantin Yuryevich (Russian Federation, Omsk) - postgraduate student group MASH-15ASP1 FSBEI HE «SibADI», (644080, Omsk, Mira Ave., 5; e-mail: konstantin484@mail. ru).
УДК 621.86
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ФУНКЦИИ
ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАЗГОНА И ТОРМОЖЕНИЯ ГРУЗА
МОСТОВОГО КРАНА В РЕЖИМЕ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ
М.С. Корытов, B.C. Щербаков
Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), Россия, г. Омск
Аннотация. Для динамической системы плоского маятника с затуханием колебаний, описывающей колебания груза мостового крана на гибком канатном подвесе в отдельной вертикальной плоскости, предложено использовать синусоидальную функцию со смещением для задания временной зависимости угла отклонения грузового каната от гравитационной вертикали. Варьирование времени разгона с изменением угла отклонения каната по предложенной аналитической зависимости позволяет достичь различных скоростей перемещения груза в режиме отсутствия колебаний груза, а также различных максимальных ускорений точки подвеса. Получено аналитическое решение задачи гашения остаточных колебаний груза мостового крана, возникающих после полного разгона или торможения точки подвеса груза на грузовой тележке. Для вывода зависимостей использован способ пересчета известных аналитических зависимостей угла отклонения грузового каната мостового крана от гравитационной вертикали в зависимости от ускорения, скорости и перемещения точки подвеса груза.
Ключевые слова: мостовой кран, гашение колебаний, раскачивание, синусоидальная функция
ВВЕДЕНИЕ канатного типа, которое осуществляют, в част-
ности, опорные однобалочные и двухбалоч-Перемещение грузов на гибком подвесе ные МОСтовые краны (МК) общего назначения,
