CC BY
20
УДК 625.76:626.226
н. с. гллдин
И. А. СЕМЕНОВА
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЫХЛИТЕЛЯ АКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ_
В статье идет речь о технологическом проектировании рыхлителя активного действия.
В строительных работах одними из наиболее трудоемких являются земляные работы. Специфические условия строительства увеличивают потребности в различном оборудовании для дорожно-строительных машин (ДСМ), в том числе и гидроударном импульсном [2,5].
Главной задачей технологического проектирования в общей информационной среде предприятия является создание технологической части проекта как важнейшего компонента электронного описания технической документации. Наибольшее распространение в машиностроении получили следующие современные системы автоматизированного проектирования: Компас, AutoCAD, SolidWorks, T-Flex, Pro/Engineer и другие (1].
Технологичность конструкции — одно из базовых понятий технологии машиностроения: она отображает конструктивные особенности изделия и определяет уровень затрат на его производство, эксплуатацию, утилизацию. Выявление нетехнологических решений на ранних стадиях проектирования изделий рассматривается уже давно как важнейшая экономическая задача любого предприятия. И для успешного ее решения необходимо учитывать связи между конструкцией и технологиями изготовления деталей и сборки изделия. Конкретно нас интересует, например, зуб-рыхлитель активного действия для экскаватора и применительно к нему необходимо выработать определенные стратегии кон-структорско - технологического проектирования [4].
Теперь собственно о стратегиях конструкторско-технологического проектирования рыхлителя.
Первая из них имеет более узкую постановку, сводящуюся к технологическому совершенствованию изделия прототипа. В качестве прототипа можем взять зуб-рыхлитель активного действия ковша экскаватора (рис. 1).
Сущность второй стратегии - формирование и сравнение множества вариантов по структуре изделия. Она охватывает основные этапы его проектирования, начиная с анализа функций и элементов, то есть определяется тип привода гидроударника, условия его работы (сюда же относится тип грунт, с которым он работает), параметры базовой машины, влияющие на процесс разрушения грунта.
Для удобства пользователя-проектировщика рыхлительного оборудования создается отдельная структура в программе проектирования ,к примеру, это может быть программа Компас -3D (рис. 2), где задаются уже готовые разработки узлов
рыхлительного устройства, с оптимальными параметрами, выбранными из расчета в зависимости от свойств разрабатываемого грунта и базовой машины.
Говоря о формировании и сравнении множества вариентов необходимо обратить внимание на некоторые особенности создания (проектирования) гидроударного оборудования рыхлительного действия.
Гидроударная импульсная система включает следующие основные функциональные элементы: гидроударное устройство, состоящее из энергетического блока, блока управления рабочим циклом, инструмента, делителя потока и источника питания базовой машины - экскаватора.
Энергетический блок преобразует непрерывно подводимую от источника питания энергию в дискретную энергию с большим значением ударной мощности. Энергетический блок включает корпусные детали, подвижные детали (боек) и рабочие полости. Блок управления предназначен для управления рабочим циклом гидроударника, осуществляя преобразование непрерывно подводимой энергии в периодические импульсы.
Сопротивление при работе рыхлителя активного действия нагружает гидропривод базовой машины, а также влияет на нагрузку на валу двигателя внутреннего сгорания (ДВС) экскаватора. Вследствие чего параметры двигателя (крутящий момент на валу и частота вращения вала) изменяются. Отметим также, что загрузка двигателя базовой машины при работе рыхлителя на разных грунтах будет различна.
Применение гидромеханической трансмиссии позволяет равномерно нагружать двигатель, исключать его перегрузки в случае встречи непреодолимого препятствия или особо прочных включений в разрабатываемом грунте и при возникновении кратковременных мощных усилий со стороны разрабатываемого грунта.
На основе анализа теоретических и экспериментальных исследований рабочего процесса экскаватора с рыхлителем активного действия были выявлены следующие факторы, влияющие на основные параметры работы гидроударных устройств: тип базового экскаватора, его масса; тип двигателя соответствующего данному экскаватору, параметры двигателя; основные характеристики гидропривода экскаватора (номинальное давление в гидросистеме, подача насоса); факторы, определяющие условия эксплуатации; физико-меха-
Рис. 1. Зуб - рыхлитель активного действия, работающий на основе гидропневмоударника: 1-трубчатый кожух; 2-пневмомолот; 3 - механизм автоматического запуска; 4- планка; 5-нажимны винты;6-канал в трубчатом кожухе; 7 - ударный зуб
иические свойства разрабатываемого массива (вид грунта, число ударов плотномера ДорНИИ, температура фунта, его влажность углы внутреннего и внешнего трения, плотность, сцепление грунта и др.); параметры и технологические схемы разработки предлагаемых объектов (объем разработки, высота забоя, характер разрушаемого забоя и другие [2,3].
Тип подвески базовой машины также оказывает существенное влияние па эффективность работы рыхлителя активного действия. Жесткая подвеска увеличивает производительность, по сравнению с полужесткой и эластичной, но не позволяет работать на повышенных скоростях.
Отдельный интерес представляет выбор информационных и регулируемых параметров рабочего процесса рыхлителя активного действия. Так в качестве регулируемого параметра, влияющего на величину тяговой мощности или мощности ДВС, могут быть выбраны: заглубление рабочего органа в грунт (толщина стружки), номер передачи трансмиссии (скорость движения машины) и положение рейки топливного насоса (топливоподачи). Управление рейкой топливного насоса производится серийным регулятором частоты вращения вала ДВС [6].
Анализ ранее проведенных исследований позволил сделать предположение о том, что для опре-
© КОМПАС 3D V6 Plus [CiV'rogrcmiTtfesVASCONWOMPAS 3D V6 PlusVSamptcsVpbDainrc/ib aniнекого дсйствня^принмипиэдЬизд гицрасмс^.Гпу]'.
файл Ёедлгтор Вцдептть &U Вставка фструненты Саечифжацмя Сервис Скно £ppawa ЬЛлиотегл
; Ь " G& В \£ V*« -
ti so . 0 о . .О.?] «I ': U ; S Н "i »41« -iiua .;
JfiLii.
Принципиальная гидравлическая схепа рыхлителя активного дейстбия экскаватора с Вынесенным гидропнеВноащнултороп
-S) рьгглитв(ь активного д»стаиа Гидрогмеиоаккуиупатср
■.• £¡3 госты
KOpnyi
м-а поеии«>
EliJ гидросхаиа
■Рт Сбое»
> Гидрот ивноаогунупятор седое 1J 4« ■ корпус
годен»
■. пртдошьше гндропсела
'<< . - =
табпиы с ракоиендуем^н размерам* р*лжп»тт ¡2SJ шток
^ЬйютииКОММС I %KCWTAC-SHAfT 30 | ^KOMTftC-gMHS |%&</иоте«тобрм1ажй[мр№1хш»о« | ^Менеджер шаблон»[g Эламиты париоючдтмай |
>
<i;ti
Усаките т»«у «ело первого увтмо, аикнаекго в каигур
>1 пуск
■I & 'о
Рис. 2. Рабочее окно программы проектирования рыхлителя активного действия
Рис. 3. Стратегии конструкторско-технологического проектирования рыхлителя
деленных грунтовых условий, конфигурации рабочего органа и выбранной толщине разрушения, а также при определенных условиях работы двигателя базовой машины определяемых и задаваемых человеком — оператором существует своя оптимальная энергия, при которой энергоемкость процесса разработки мерзлых грунтов минимальна, а объем сколотой породы максимален.
По данным исследований [7,8], сопротивление сдвигу составляет 30-40%, а сопротивление разрыву достигает 20-35% от сопротивления сжатию, следовательно, целесообразным является учет влияния вида возникающих деформаций на энергоемкость разрушения грунта (т.е. для разрушения мерзлого и прочного грунта необходимо применять способы, при которых преобладают деформации разрыва).
В работе [10] отмечено отсутствие единого мнения о влиянии частоты ударов на энергоемкость и производительность разрушения, однако в работе [9] отмечается, что величина энергии удара, при которой достигается минимальное значение энергоемкости разрушения, зависит как от параметров рабочего органа, так и от условий работы (глубины разработки, расстояния до края забоя, прочностных свойств грунта) и назначается исходя из производственных требований, например, более эффективного разрушения забоя, достижения максимальной производительности технологического процесса, снижения удельных затрат.
На величину удельной энергоемкости, а, следовательно, и на производительность большое влияние оказывает характер разрабатываемого забоя. Неподготовленный забой увеличивает энергоемкость скола в среднем в три раза по сравнению с подготовленным. По мере формирования забоя в грунтах с мерзлым слоем и уменьшением его относительной толщины производительность экскаватора с рыхлителем активного действия возрастает.
Для создания математического описания всех процессов происходящих в процессе рыхления в зависимости ст внешних факторов и внутренних факторов системы составляется вычислительная программа с использованием современных программных средств MS EXCEL, MATLAB и других.
На основе проведенного анализа проектировщик делает определенные выводы и выбирает или соз-
дает модель рыхлителя активного действия, при этом он может пойти двумя путями (рис.3) либо совершенствованием прототипа, либо поиском, формированием и оценкой альтернативных решений.
Третий этап конструкторско-технологического анализа конструкции - оценка условий сборки (собираемости). В МГТУ МАМИ разработаны метод и устройство относительного ориентирования плоских деталей сложной конфигурации, которые предотвращают их заклинивачие в процессе сборки.
На четвертом этапе анализа изделий выбирается материал деталей, формируются технические требования по отдельным поверхностям, а также режимам термообработка, так как здесь мы имеем дело с очень ответственными деталями, работающими в условиях постояш (ых динамических нагрузок и при существовании сил трения между деталями (гильза-поршень).
Обработка изделия на технологичность требует оценки эффективности затрат на изготовление базовой и измененной конструкции. Такой анализ может быть проведен методом функционально — стоимостного анализа.
Данная система проектирования существенно сокращает затраты на подготовку производства, выявляя недостатки конструкции на ранних этапах проектирования изделий, и создает реальные предпосылки автоматизации проектирования рабочего оборудования активного действия( и любого другого), обеспечения его технологичности.
Библиографический список
1. Батенькина О.В. Создание системы автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства.-Автореф. дис. канд. техн. наук,- Омск,-2005.-19 с.
2. Бедрина Е.А. Обоснование основных параметров гидроударников для ковшей активного действия: Дис... канд. техн. наук,- Омск 2002,- 212 с.
3. Бульдозеры и рыхлители /Б.З. Захарчук, В.Д. Телушкин, Г,А. Шлойдо, A.A. Яркин,- М.: Машиностроение, 1987,- 240 с.
4. Вартанов М.В. Параллельное конструкторско-технологическое проектирование- основа совершенствования изделий//Автомобильная промышленность, 2005, №3.-С. 31 - 34.
5. Галдин Н С. Многоцелевые гидроударные рабочие органы дорожно-строительных машин: Монография - Омск: Изд-во СибАДИ, 2005,- 223 с.
6. Глушец В.А. Совершенствование системы управления рыхлительным агрегатом :Дис.... канд. техн. наук.- Омск, Сибади, 2004,- 205 с.
7. Иванов P.A., Федулов А.И. Экскаваторный ковш активного действия //Строительные и дорожные машины. 1998.-№4 .-С.2 - 4.
8. Недорезов И.А. Резание и ударное разрушение грунтов. -Новосибирск.: Наука, 1965.- 259 с,
9. Федулов А.И., Иванов P.A. Навесные ударные устройства для разработки грунтов.- Новосибирск.: ИГД СО АН СССР, 1988.-144 с.
10. Федулов А.И., Иванов P.A. Ударное разрушение мерзлых грунтов.- Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1975.- 137с.
ГАЛДИН Николай Семенович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Подъемно-транспортные, тяговые машины и гидропривод». СЕМЕНОВА Ирина Анатольевна, инженер, кафедра «Подъемно-транспортные, тяговые машины и гидропривод».
Дата поступления статьи в редакцию: 13.01.06 г. © Галдин Н.С., Семенова И.А.
