CC BY
48
УДК 621.878.25
ЗНИЖЕННЯ НАВАНТАЖЕННЯ ЯК ОДИН З ФАКТОРІВ ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ДОРОЖНІХ МАШИН
В.В. Нічке, професор, д.т.н., В.Ф. Демішкан, професор, к.т.н., О.А. Єрмакова, доцент, к.т.н., О.І. Жинжера, асистент, ХНАДУ
Анотація. На основі аналізу робочого процесу землерийно-транспортних машин, проведеного авторами в більш ранніх роботах, показано конструктивні схеми обмежувачів навантажень.
Ключові слова: бульдозер, скрепер, гідроциліндри, шарніри чотириланкові, обмежувачі навантажень, відвал, ківш.
Вступ
Залежно від виду причіпного чи навісного обладнання (ПНО) агрегатовані з ним
машини працюють у циклічному або
безупинному режимі, операції з розробки ґрунту чергуються зі значними за тривалістю транспортними або ж транспортування
займає порівняно невеликий проміжок часу роботи. Тому зниження навантажень, їх обмеження має здійснюватися або тільки в режимі розробки ґрунту, або і при розробці ґрунту й у транспортному режимі.
Істотне підвищення потужності базових
тракторів (з 185 - 210 кВт, до 350 - 600 кВт) при робочих швидкостях, які для багатьох видів ПНО порівняно мало змінилися, призвело до різкого підвищення тягових зусиль.
Дослідження і розробка схем обмежень навантажень
У зв’язку з динамічним характером робочих процесів землерийно-транспортних машин, необхідністю змінювати швидкість у широкому діапазоні силові передачі машин зазнали в останніх конструкціях базових тракторів істотних змін. В їх конструкції включені гідродинамічні, гідростатичні, електричні передачі з метою виключення або зниження ударних режимів, розширення діапазону швидкостей, швидкого
перемикання передач. Нещодавно почала здійснюватися модернізація навісного
обладнання, систем керування з метою зниження навантаженості металоконструкції, поліпшення керованості, досягнення
необхідної надійності. Виходячи з аналізу динаміки машин, основними напрямками зниження навантажень є: регулювання
величини зовнішніх навантажень шляхом зміни швидкості руху машин; зменшення загальної маси за рахунок відключення
обертових мас за допомогою фрикційних механізмів; зменшення жорсткості
конструкції шляхом введення додаткових пружних елементів; автоматичне
регулювання конструктивних параметрів у процесі навантаження робочого органа шляхом введення захисних і запобіжних пристроїв, які мають спеціальну пружну характеристику.
Таким чином, обмеження навантажень на ПНО
і, отже, на базову машину досягається застосуванням пристрою з пружною
характеристикою, близькою до релейної із попереднім регулюванням пружного елемента. Забезпечення необхідної норми досягається зміною параметрів підйомної системи або характеристик пружного елемента (пружини, пневмогідроакумулятора, дроселів і т.ін.). Далі розглянемо ряд конструкцій обмежувачів навантаження для машин різних видів.
Для бульдозерного і навантажувального робочого обладнання, обладнання штовхача ефективним засобом обмеження навантажень є впровадження в силовий ланцюг шарнірного чотириланкового механізму із
введенням в одну з діагоналей гідроциліндрів, сполучених із
гідропневмоакумулятором (а.с. 1168687). При дії навантаження, більшого розрахункової величини, відкривається клапан, що з’єднує штокову порожнину гідроциліндра з гідропневмоакумулятором, при цьому важелі
2 і 5 повертаються за годинниковою стрілкою, відвал піднімається і повертається, обходячи перешкоду. Після зменшення тиску в гідроциліндрі 3 (тобто зменшення діючого на відвал зусилля) через регульований дросель робоча рідина перетікає з гідропмевмоакумулятора в гідроциліндр, повертаючи його в початкове положення. Регульований дросель перед входом у штокову порожнину гідроциліндра дає можливість настроювання чутливості гідросистеми обмежувача навантажень. Слід зазначити, що, подаючи рідину в поршневу порожнину гідроциліндра, можна змінювати кут різання і кут установки відвалу, а подаючи рідину в один із циліндрів (правий або лівий), здійснювати перекіс відвала (рис. 1).
Рис. 1. Бульдозерне обладнання з обмежувачем навантаження (а.с. 1168687)
гасіння амортизуючим пристроєм кінетичної енергії штовхача. При цьому співвідношення між величинами динамічного і статичного зусилля на плиті, що штовхає, не перевищує 1,5 (рис. 2).
3 4 5
Рис. 2. Штовхач з амортизуючим
обладнанням (а.с. 1004544)
Принцип дії пристрою для зниження динамічного навантаження тягача 1 і скрепера
2 полягає у включенні в роботу, після досягнення заданого рівня тягового зусилля, пружного елемента, включеного між частинами 5 і 6 хобота тягової рами 4. Пружний елемент 9 становить собою набір амортизуючих
елементів (пружину 3), початкове
затягування якої регулюється гвинтом.
Величина попереднього затягування
встановлюється за умови включення пристрою в роботу тільки після перевищення тяговим зусиллям номінального значення. При включенні частини 5 і 6 хобота, повертаючись відносно шарніра 8, стискують пружний елемент і забезпечують гасіння динамічного навантаження (рис. 3).
Аналогічний пристрій, застосований для обладнання штовхача (а.с. 1004544),
шарнірний чотириланковий механізм, утворений плитою, що штовхає, 1, важелями 7 і 8 та металоконструкцією базової машини 5. Важелі 7 і 8 у вихідному положенні розташовані під кутом, близьким до 180°. У чотириланковий механізм між кронштейном 4 і шарніром 9 включено пружний елемент. При упорі плитою 1 у буфер 2 скрепера важелі 7 і 8 повертаються, при цьому пружний елемент 6 стискується, а плита, повертаючи, іде до базового трактора. Довжини важелів, кут між ними і жорсткість пружного елемента вибираються, виходячи з розглянутого вище рівня забезпечення
Рис. 3. Схема скрепера з обмежувачем навантаження за тягою (а.с. 1162905)
Недоліком описаного пристрою є те, що обмежувач, знижуючи динамічні
навантаження, не забезпечує автоматичного виглиблення робочого органа скрепера гідроциліндром 7, агрегат зупиняється, тягач буксує, знижується продуктивність,
зношуються шини. У зв’язку з цим більш раціональним є застосування обмежувача, що забезпечує разом із зниженням динамічних навантажень виглиблення ковша, зниження опорів на ножі.
В одному із варіантів, розроблених у
ХНАДУ, з’єднання арки-хобота тягової рами з поперечиною здійснюється шарнірами у верхній частині і за допомогою системи важелів в нижній. Система важелів утримується в заданому положенні за допомогою гідропневмоакумуляторів і гідроциліндрів або спеціальних пружин. Напрямок установки важелів залежить від розташування поперечини відносно прямої лінії, що з’єднує шарнір кріплення тягової рами до ковша і шарнір кріплення арки-хобота до тягача.
З перевищенням навантаження у пружному елементі заданої величини відбувається поворот важелів, стиск пружного елемента. При цьому повороті двоплечий важіль через гідроциліндри керування ковшем робить виглиблення ковша на величину, обумовлену величиною деформації пружного елемента і співвідношенням плечей важеля. Очевидно, величина підйому ковша повинна забезпечувати повне його виглиблення при зустрічі з непереборною перешкодою.
Попереднє регулювання (затягування) пружного елемента забезпечує жорстку, кінематично незалежну конструкцію рами в межах дії навантажень, які є меншими за розрахункові. Таким чином, при нормальному плині процесу розробки ґрунту скрепером, його керованість не погіршується. Проте, діючі навантаження не можуть перевищити задану величину, піки навантаження зрізаються, що в результаті призводить до істотного підвищення довговічності. Крім того, можливе зниження металоємності машини у зв’язку з тим, що навантаження в цьому випадку цілком визначені і запаси міцності можуть бути знижені.
Для зниження навантаження ЗТМ, у складі яких значна частина транспортних операцій, застосовується амортизуючий пристрій, який забезпечує еластичну підвіску робочого органа в транспортному режимі і відключає цю підвіску в режимі копання. До того ж, для запобігання резонансних коливань, що можуть виникнути при збігові частоти впливу у транспортному режимі з частотою власних коливань машини, в пристрій уведено принцип змінного демпфірування (рис. 4).
З цією метою штокова порожнина 7 гідроциліндра керування робочим органом 1 у транспортному режимі з’єднується з гідропневмоакумулятором 2 за допомогою розподільного органа, виконаного у вигляді змонтованого на корпусі гідроциліндра дроселя 5 із підпружиненим клапаном 10 і жорстко
пов’язаним з останнім штовхачем 11, а амортизуючий пристрій обладнаний криволінійним брусом 9, що закріплений на штоку гідроциліндра і має можливість взаємодії зі штовхачем у транспортному положенні робочого органа. При цьому під-клапанна порожнина дроселя 6 поєднана зі штоковою порожниною 7 гідроциліндра, а надклапанна 4 - із гідропневмоакумулятором
2.
Рис. 4. Амортизуючий пристрій скрепера (а.с. 876890)
У режимі копання криволінійний брус не взаємодіє зі штовхачем 11, клапан закритий і гідроциліндр роз’єднаний з
гідропневмоакумулятором. Жорсткість
підвіски ковша при цьому відповідає звичайній, що забезпечує надійне керування. У транспортному режимі, при русі по нерівностях транспортного шляху коливання ковша і, отже, штока 8 гідроциліндра виникають перетікання рідини між порожниною 7 гідроциліндра і гідропневмоакумулятором 2. Одночасно криволінійний брус, переміщуючись із штоком, змінює прохідний перетин дроселя.
При цьому змінюються гідравлічні опори і, відповідно, коефіцієнт демпфірування в коливальній системі ківш - гідроциліндр 1,
підклапанна порожнина 6, надклапанна порожнина 4, гідропневмоакумулятор 2. Ступінь демпфірування коливань пов’язаний
з величиною їх амплітуди так, що
забезпечується автоматичне збільшення
демпфірування зі збільшенням розмаху
коливань ковша, а значить, розсіювання енергії коливань, що накопичується. Таким чином, усувається виникнення резонансних явищ, пов’язаних із накопиченням енергії в коливальній системі.
Висновки
Аналіз робіт, проведених у ХНАДУ,
матеріалів обстежень в експлуатаційних господарствах, матеріалів, розміщених в Інтернеті, технічної літератури з питань надійності дорожніх машин дає можливість зробити такий висновок. Можливо підвищити ефективність і надійність дорожніх машин за рахунок обмеження
навантажень на робочі органи, інтенсифікації робочих процесів, застосування
раціональних параметрів робочих органів.
Вказані удосконалення можна проводити як на заводах, що випускають машини, так і в експлуатаційних господарствах.
Література
1. Наукові основи створення високоефективних землерийно-
транспортних машин / Кириченко І.Г., Назаров Л.В., Нічке В.В. та ін. - Харків: ХНАДУ, 2003. - 588с.
Рецензент: Л.В. Назаров, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 2 жовтня 2008 р.
