CC BY
45
уложенной. Этот подход является частью рабочего процесса устройства для центрирования труб экскаватором. В дальнейших статьях планируется описать методы планирования сглаженной траектории центрирования труб, управления экскаватора и апробирования работы устройства центрирования.
Библиографический список
1. Комаров, Е. Д. Устройство для центрирования труб / Е. Д. Комаров, А. А. Руппель // Патент на полезную модель № 139564. 2014 Бюл. №11.
2. Юревич, Е. И. Основы робототехники / Е. И. Юревич. 2-е изд. - СПб.: БХВ - Петербург, 2005. -416с.
3. Гонсалес, Р. С. Робототехника / К.С.Г. Ли; К.С. Фу; пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 620 с.
4. Яковлев, Г. Н. Геометрия: теория и ее использование для решения задач : учеб. пособие/ Г. Н. Яковлев - Минск : Альфа, 1995. - 335 с.
METHOD FOR SETTING RANGE-FINDERS ON THE EXCHANGEABLE WORKING EQUIPMENT OF EXCAVATOR FOR PIPE INSTALLATION
E. D. Komarov, A. A. Ruppel
Abstract. The article reviews the method of setting four sensors on range-finders on the exchangeable working equipment - traverse allowing uniquely to determine the position of the previously laid pipe and subsequently to automate the process of centering and lining-up of pipes. The determination of the position of the previously laid pipe is realized by
using the equation of cylindrical surface and four points obtained by means of the sensors.
Keywords: pipe installation, traverse, exchangeable working equipment, centering device, automation.
Bibliographic list
1. Komarov E. D. Device for centering pipes / E. D. Komarov, A. A. Ruppel // Patent RF for useful model № 169565.
2. Urevich E. I. Base of robotechnics / E. I. Urevich 2-nd edition - Spb.: BHV-Pitersburg, 2005. - 416 p.
3. Gonsales R. S. Robotechnic / R.S. Gonsales, K.S.G. Li, K.S. Fu; Trans from Eng. - Moscow: Mir, 1989. - 620 p.
4. Yakovlev G. N. Geometry: theories and using for solving problems / G. N. Yakovlev - Minsk: Alfa, 1995. - 335 p.
Комаров Евгений Дмитриевич - аспирант Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) г. Омск. Основное направление научной деятельности:
экскаваторы, строительные манипуляторы, системы управления, робототехника. Общее количество опубликованных работ: 11. e-mail: opengamer29@gmail. com
Руппель Алексей Алексадрович - кандидат технических наук, доцент, и.о. зав. каф. АППиЭ факультета НСТ Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) г. Омск. Основное направление научной деятельности: вопросы разработки,
проектирования, математического
моделирования, решение задач анализа и синтеза систем управления строительных и дорожных машин. e -mail: ruppel_aa@bk.ru
УДК 629.114:62-82:622.6
СНИЖЕНИЕ ВИБРАЦИИ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ АВТОТРАНСПОРТА
Е. А. Лысенко, А. П. Болштянский, Д. А. Кузеева, Д. В. Бирюкова
Аннотация. В статье рассматривается алгоритм поиска перечня конструктивных признаков для синтеза конструкции компрессора для нужд автотранспорта. Производится анализ существующих конструкций приводов поршневого компрессора, с целью выявления возможностей полного исключения боковых нагрузок на поршень компрессора, выделены основные конструктивные признаки данных механизмов. Приводится схема полностью динамически уравновешенного привода, не создающего боковых усилий на поршне компрессора, что дает возможность существенно снизить его виброативность и повысить ресурс работы.
Ключевые слова: пневматическая система автомобиля, поршневая машина, привод, динамика.
Введение
На сегодняшний момент поршневые компрессоры нашли широкое применение в автомобильном транспорте в качестве источника питания пневмосистем, составной
частью которых являются усилители привода сцепления и тормозные механизмы.
Однако, существующие типы
компрессоров имеют в основном кривошипно-шатунный привод, который создает
колебания и вибрации в связи с большими трудностями его полного
уравновешивания [1]. В связи с этим актуальна задача создания механизма привода поршневого компрессора, который позволял бы практически полностью исключить это негативное явление. Кроме того, ресурс работы поршневого компрессора в значительной степени определяется износом боковой поверхности поршня из-за наличия усилий, передаваемых ему со стороны кривошипно-шатунного механизма. Поиск путей исключения этих усилий также входит в задачу данного исследования.
Синтез перспективной конструкции привода поршневого компрессора
В настоящее время имеется достаточно литературных источников, в которых описаны процедуры синтеза технических решений, обладающих необходимыми для
проектировщика свойствами [2-5]. Все авторы утверждают, что основой синтеза является выделение целей, которые преследует проектировщик, определение накладываемых ограничений, создание базы данных о проектируемом объекте (проведение информационного поиска).
Целью исследования является, поиск и подготовка к реализации технических решений, снижающих боковые и вибрационные нагрузки на поршень компрессора. Ранее авторами была создана информационная база, которая может стать основой для дальнейшего поиска удовлетворяющей цели конструкции компрессора. Для ее корректного использования следует, прежде всего, определить систему поиска, которая может выглядеть как метод последовательного исключения конструкций, принципиально не обладающих необходимыми свойствами (рис. 1). Последовательное выполнение нумерованных процедур 1 - 8 позволяет выбрать те конструктивные признаки из всех рассмотренных ранее технических решений, которые могут в дальнейшем участвовать в синтезе окончательного варианта
компрессора с газовым подвесом поршня. При этом процесс «исключения» конструкции при переходе процедуры от низшего номера к высшему сопровождается выделением этих конструктивных признаков.
База данных приводов, содержащая основные признаки конструкции
н.......Н-1.......I.......И
Возможность компенсации сил инерции
4
ДА
Конструкции, в которых возможна компенсация сил инерции
7
__
Возможность исключения боковых усилий на поршне
2
Конструкции обладающие необходимыми технологическими качествами 5
Конструкции, в которых возможно полное исключение боковых нагрузок
3
Рис. 1. Схема поиска перечня конструктивных признаков для синтеза конструкции поршневого компрессора
Процедура 1. Создание базы данных. Создана база конструкций и их конструктивных признаков.
Процедура 2. Анализ возможности исключения боковых усилий на поршне.
Невозможно принципиально исключить боковые усилия в следующих конструкциях привода: кривошипно-шатунный
бескрейцкопфный; кривошипно-кулисный; кривошипно-ползунный; традиционный
кулачковый.
Перспективные конструктивные признаки этих механизмов: возможность полного уравновешивания сил инерции в кривошипно-ползунном приводе; возможность
варьирования законом перемещения поршня в традиционно кулачковом приводе.
Процедура 3. Перечень конструкций, в которых возможно исключение боковых усилий на поршне: двухвальный, в т.ч. двухвальный электромагнитный (рис. 2); механизм Баландина; многозвенный шарнирный; кулачковый с вращающимся поршнем (рис. 3); электромагнитный.
Процедура 4. Анализ технологических сложностей, возникающих при реализации конструкции.
Невозможно изготовить поршневой компрессор малой производительности со
следующими механизмами привода: механизм Баландина; многозвенный шарнирный; кулачковый с вращающимся поршнем;
Перспективные конструктивные признаки этих механизмов: возможность полной компенсации сил инерции в кулачковом механизме с вращающимся ротором (рис. 3).
Процедура 5. Конструкции, обладающие необходимыми технологическими свойствами: двухвальный, в т.ч. двухвальный электромагнитный (рис. 2); электромагнитный.
Процедуры 6 - 7. Перечень конструкций, в которых возможна полная компенсация сил инерции: двухвальный электромагнитный (рис. 2); электромагнитный с двумя поршнями, движущимися в противофазе.
Рис. 2. Конструктивная схема оппозитного компрессора с двухвалным электромагнитным приводом: 1. Цилиндр. 2. Поршень 3. Общий шток. 4. Корпус. 5. Обмотка статора. 6. Якорь. 7. Выступ. 8. Неподвижная ось. 9. Обмотка якоря. 10. Впадина
1
2 3
4
5
6
10
11
14 15 16 17
11
Рис. 3. Конструктивная схема компрессора с кулачковым приводом, выполненным в виде кулачка с синусоидальной канавкой: 1. Цилиндр. 2. Поршень с газовым подвесом. 3. Верхний шарнир крепления поршня. 4. Шток. 5. Корпус направляющей. 6. Нижний шарнир крепления поршня. 7. Верхний кулачок. 8, 13. Комплект шариков (сепараторы условно не показаны). 9 «Прямая» синусоидальная канавка. 10. Круговая канавка. 11. Шлицевой вал. 12. Нижний кулачек со шлицевым отверстием. 14. «Ответная» синусоидальная канавка. 15. Круговая канавка. 16. Короткозамкнутые обмотки ротора асинхронного двигателя. 17. Обмотки статора асинхронного двигателя
6
8
Однако применение электромагнитного привода осложнено необходимостью использования достаточно сложных электронных устройств, обеспечивающих как подачу рабочих импульсов на обмотки электромагнита, так и остановку поршня (или поршней) в крайних мертвых точках.
Процедура 8. Выбор конструктивных признаков и синтез механизма привода.
Рассматривая результаты поиска, следует выделить следующие технологически возможные для компрессора малой производительности конструктивные
признаки, обеспечивающие поставленные цели:
1. Отсутствие боковых усилий и прямолинейное движение поршня обеспечивается встречным движением элементов, передающих усилие на поршень.
2. Полная компенсация сил инерции, вызывающих вибрационные нагрузки, возможна за счет организации движения элементов конструкции привода в противофазе, при этом силы инерции второго порядка должны отсутствовать.
Первый признак присутствует в двухвальном механизме, второй (частично) в кривошипно-ползунном. Соединение этих механизмов в единый может обеспечить поставленную цель.
Такой механизм был предложен и запатентован в 2008 г. в ОмГТУ, его схема приведена на (рис. 4), где схематично изображено продольное сечение поршневого компрессора с двумя оппозитными поршнями (блоком поршней), один из которых (верхний по рисунку) находится в верхней мертвой точке (в верхнем цилиндре заканчивается процесс нагнетания), а другой (нижний по рисунку) находится в положении нижней мертвой точки (в нижнем цилиндре заканчивается процесс всасывания).
На рисунке 5 изображено поперечное сечение компрессора (вид в направлении стрелки «А» на рис. 5).
Компрессор (рис. 4 - 5) состоит из первого 1 и второго 2 цилиндров, снабженных всасывающими, соответственно 3 и 4, и нагнетательными, соответственно, 5 и 6 клапанами. В цилиндрах 1 и 2 размешены, соответственно, поршни 7 и 8, образующие блок поршней, соединенные с общим механизмом привода, выполненным в виде кулисы 9 с пазом 10. В пазу 10 установлены первый 11 и второй 12 кривошипы, жестко соединенные с первым 13 и вторым 14 валом приводных двигателей (в данном примере -электродвигателей), причем вал 13 имеет сквозное отверстие 15, через которое проходит вал 14.
18 20 16
Рис. 4 Схема продольного сечения конструкции оппозитного компрессора с совмещенными электродвигателями
Рис. 5. Схема поперечного сечения конструкции
оппозитного компрессора с совмещенными электродвигателями (положение блока поршней «посередине»)
Оба электродвигателя (первый и второй) имеют общий корпус 16, статорные обмотки, соответственно, 17 и 18, соединенные с источником напряжения, и роторные обмотки 19 и 20, например, коротко замкнутого типа (оба двигателя асинхронного типа), сидящие неподвижно, соответственно на валах 13 и 14. Валы 13 и 14 установлены в корпусе 16 на подшипниках качения соответственно 21 и 22. Направление движения (вращения) магнитного поля в статорных обмотках 17 и 18 противоположное, в связи с чем валы 13 и 14 совершают синхронное противоположное вращение.
Компрессор работает следующим образом.
При подаче переменного напряжения к статорным обмоткам 17 и 18 в них возникает вращающееся противоположно направленное магнитное поле, возбуждающее магнитные поля в соответствующих роторных обмотках 19 и 20. Взаимодействие магнитных полей вызывает появление крутящего момента, который направлен противоположно в обеих роторных обмотках, в связи с чем валы 13 и 14 начинают вращение в противоположных направлениях с одинаковой частотой и одинаковым крутящим моментом благодаря идентичности электромагнитных характеристик статорных 17 и 18 и роторных 19 и 20 обмоток. При этом кривошипы 11 и 12 совершают синхронное противоположное вращение в пазу 10 кулисы 9, придавая ей возвратно-поступательное движение вдоль совместной оси первого 1 и второго 2 цилиндров. Перемещающиеся вместе с кулисой 9 поршни 7
и 8 также совершают возвратно-поступательное движение, изменяя рабочий объем цилиндров 1 и 2. При этом, в связи с наличием всасывающих 3 и 4 и нагнетательных 5 и 6 клапанов рабочее тело (газ, смесь газов, например, воздух) всасывается в цилиндры, сжимается в них и подается потребителю.
Синхронное противоположно направленное и практически полностью соосное вращение валов 13 и 14, а также закрепленных на них кривошипов 11 и 12 обеспечивает отсутствие значительных боковых усилий на блоке поршней 7 и 8.
Выполнение одного общего корпуса для обоих приводных двигателей при наличии в валу одного двигателя (в данном примере -13) сквозного отверстия, через которое проходит вал второго двигателя (в данном примере 14) позволяет идеально совместить оси обоих приводных валов 13 и 14, одновременно сократить массу и габариты компрессора при обеспечении минимальных боковых усилий, действующих на поршни.
Заключение
Применение предложенной конструкции позволяет практически полностью исключить боковые силы, действующие на поршень, что позволит значительно снизить износ боковой поверхности поршня и повысить его ресурс работы, а также исключить вибрацию компрессора.
Библиографический список
1. Пластинин, П. И. Поршневые компрессоры. Том 1. Теория и расчет / П. И. Пластинин. - М.: Колос, 2000. - 456 с.
2. Джонс, Дж. К. Методы проектирования / Дж. К. Джонс. - М.: Мир, 1986. - 326 с.
3. Половинкин, А. И. Основы инженерного творчества / А. И. Половинкин. - М.: Машиностроение, 1988. - 368 с.
4. Дворянкин, А. М. Методы синтеза технических решений / А. М. Дворянкин, А. И. Половинкин, А. Н. Соболев. - М.: Наука, 1977. -104 с.
5. Справочник по функционально-стоимостному анализу / А. П. Ковалев [и др.]. - М.: Финансы и статистика, 1988. - 431 с.
6. А. с. 1767216 СССР, МКИ F04 В 25/04. Поршневой компрессор с электромагнитным приводом / А. П. Болштянский, В. С. Демиденко, Ю. З. Ковалев, В. Е. Щерба. - № 4661904/29; заявлено 13.03.89; опубл. 07.10.92. - Бюл. № 37.
7. А. с. 848909 СССР, МКИ F25 В 9/00. Холодильно-газовая машина / А. П. Болштянский, Ю. Д. Терентьев, Ю.И. Гунько. - № 2688129/23-06; заявлено 04.01.80; опубл. 23.07.81. - Бюл. № 27.
DECREASING VIBRATION OF PISTON
COMPRESSOR OF MOTOR TRANSPORT'S PNEUMATIC SYSTEMS
E. A. Lysenko, A. P. Bolshtyansky, D. A. Kuzeeva, D. V. Biryukova
Abstract. The article dwells on the algorithm of searching list of structural features for synthesis of compressor's construction for the needs of motor transport. The existing structures of the piston compressor's drives are analyzed with the aim of revealing opportunities for the total exclusion of lateral loads on the compressor's piston, there are defined the main structural features of these mechanisms. The scheme of the fully dynamically balanced drive, which does not produce lateral forces on the compressor's piston, that allows to significantly reduce its vibroactivity and increase the operation life, is represented.
Keywords: pneumatic automobile's system, piston machine, drive, dynamics.
Bibliographic list
1. Plastinin P. I. Reciprocating compressors. Vol. 1. Theory and calculation/ P. I. Plastinin. - Moscow: Kolos, 2000. - 456 p.
2. Jones J. K. Methods of design / J. K. Jones. -Moscow: Mir, 1986. - 326 p.
3. Polovinkin A. I. Fundamentals of engineering creativity / A. I. Polovinkin. - Moscow: Mashinostroenie, 1988. - 368 p.
4. Dvoryankin A. M. Methods of synthesis of technical solutions/ A. M. Dvoryankin, A. I. Polovinkin, A. N.Sobolev. - Moscow: Nauka, 1977. - 104 p.
5. Reference value analysis / A. P. Kovalev. -Moscow: Financy i statistika, 1988. - 431 p.
6. A. s. 1767216 USSR, MKI F04 B 25/04. Reciprocating compressor with electromagnetic drive/ A.P. Bolshtyansky, V. S. Demidenko, Y. Z. Kovalev, V. E. Shcherba. - № 4661904/29; stated 13.03.89; published 07.10.92. - St. № 37.
7. А. s. 848909 USSR, MKI F25 В 9/00. Refrigeration and gas machine/ A. P. Bolshtyansky, Y. D. Terentev, Y. I. Gun'ko. - № 2688129/23-06; stated 04.01.80; published 23.07.81. - St. № 27.
Лысенко Евгений Алексеевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины», Омского государственного технического университета (ОмГТУ) г. Омск. Основное направление научной деятельности: Поршневые компрессорные машины. Общее количество опубликованных публикаций: 39. E-mail: lysenkojo@mail. ru
Болштянский Александр Павлович - доктор технических наук, профессор кафедры «Гидромеханика и транспортные машины», Омского государственного технического университета (ОмГТУ) г. Омск. Основное направление научной деятельности: Поршневые компрессорные машины. Общее количество опубликованных работ: 300. E-mail: alexander_p_b@mail. ru
Кузеева Диана Анатольевна - ассистент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины», Омского государственного
технического университета (ОмГТУ)г. Омск. Основное направление научной деятельности: Поршневые компрессорные машины. Общее количество опубликованных работ: 2. E-mail: kda55@list.ru
Бирюкова Дарья Валерьевна - магистрант направления «190600.68 - Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов, Омского государственного технического университета (ОмГТУ) г. Омск. Основное направление научной деятельности: Пневмооборудование для транспортно-технологических машин. E-mail:
4ertoffka_ 55@mail. ru
УДК 621.83.061
РЕДУКТОР С ИЗМЕНЯЕМЫМ ПЕРЕДАТОЧНЫМ ЧИСЛОМ ДЛЯ КРАНОВЫХ МЕХАНИЗМОВ
Ю. В. Ремизович
Аннотация. В данной статье рассматривается проблема управления скоростями рабочих операций в крановых механизмах. Дан обзор известных методов изменения скорости, включая транспортные средства. Показана затратность электротехнических устройств (тиристорное регулирование) для управления скоростью подъема груза. Альтернативным этому способу управления скоростью является предлагаемый автором редуктор с изменяемым передаточным числом. Приведены схемы редуктора и механизма переключения передач (зубчатых пар). Упрощение механизма передвижения крана (тележки), сопровождаемое снижением динамических нагрузок, даст определенный экономический эффект.
Ключевые слова: редуктор, крановый механизм, передаточное число, изменение.
