CC BY
48
Специальные машины и технологии
А. М. ЛУКИН Б. А. КАЛАЧЕВСКИЙ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
УДК 621.869
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТИПОВОГО ПОГРУЗОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА
РАССМАТРИВАЕТСЯ ВОПРОС СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОГРУЗОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА, РЕШЕНИЕ КОТОРОГО ПОЗВОЛИЛО ОБЕСПЕЧИТЬ ВЫПОЛНЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПОДЪЕМЕ КОВША С СЫПУЧИМ МАТЕРИАЛОМ НА ВЫСОТУ ЕГО ВЫГРУЗКИ В ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО.
Для оптимальности всего рабочего цикла фронтального погрузчика (ФП) необходимо, чтобы каждый элемент этого цикла был рациональным по соответствующему критерию [3]. При подъеме погрузочного оборудования (ковш, стрела и др.) на высоту выгрузки сыпучего материала в транспортное средство (рис. 1) за критерий оптимальности принят угол е запрокидывания ковша, так как при постоянном значении величины этого угла обеспечиваются требования техники безопасности при проведении погрузочных работ.
вращения ковша относительно стрелы; е - угол запрокидывания ковша, отсчитываемый от горизонтали; -угол, составленный вертикалью, проходящей через ось вращения стрелы, и прямой линией, проходящей через оси вращения стрелы и ковша.
Величина угла е при подъеме погрузочного оборудования с запрокинутым ковшом должна оставаться постоянной, т. е. ковш должен осуществлять поступательное движение. Исходя из этого, критерий оптимальности е на рассматриваемом элементе рабочего цикла ФП должен отвечать условию
Е -* Const.
Известна [3] математическая модель работы погрузочного оборудования, которая по этому критерию позволяет оценить качество конструкторского решения, реализованного на конкретной машине, на каждом элементе рабочего цикла ФП. На основе математической модели [3] проведены исследования с целью проверки соответствия кинематических характеристик погрузочного оборудования фронтальных погрузчиков ТО-18А, ТО-18НП, ТО-28, ТО-ЗО, ТО-27-1 принятому критерию оптимальности (г-» -►const). Результаты исследований иллюстрируются графиками (рис 2).
Рис. 1. Подъем погрузочного оборудования с грузом в ковше.
Как известно [1, 2] типовой рабочий цикл ФП состоит из следующих элементов: 1 - установка погрузочного оборудования в исходное положение черпания; 2 - черпание сыпучего материала; 3 - установка погрузочного оборудования в транспортное положение; 4 - движение ФП к месту выгрузки сыпучего материала; 5 - подъем погрузочного оборудования на высоту выгрузки сыпучего материала в транспортное средство; 6 - разгрузка ковша; 7 - установка погрузочного оборудования в транспортное положение; 8 - обратное движение ФП к штабелю сыпучего материала.
На рис. 1 приняты следующие условные обозначения: 1 - ось вращения стрелы относительно портала; 2 - ось
£ , рад 1,1
0,9
0,7
Рис. 2. Графики зависимостей ¿ = Ца„2) при подъеме погрузочного оборудования с запрокинутым ковшом на высоту выгрузки сыпучего материала в транспортное средство.
Анализ приведенных на рис. 1 зависимостей показывает, что у всех исследуемых погрузчиков при подъеме погрузочного оборудования с грузом в ковше углы запрокидывания ¿увеличиваются с разной интенсивностью, поскольку кинематические схемы погрузочного оборудования на каждом погрузчике различаются.
Результаты исследований по изучению движения ковша при подъеме погрузочного оборудования сведены в таблицу.
Таблица
Изменение углов запрокидывания ковша при подъеме погрузочного оборудования на высоту выгрузки сыпучего материала
Марка погрузчика Величины углов запрокидывания ковша
Emin, град Emax, Град AE-Emax^Emin, град
ТО-ЗО 42,055 60,733 18,678
TO-18A 41,424 64,171 22,746
ТО-18НП 42,284 64,744 22,459
ТО-28 42,055 63,598 21,543
TO-27-1 40,909 60,733 19,824
Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что разность Ав между максимальными и минимальными значениями углов запрокидывания ковша составляет от 1В0 до 22 что не соответствует принятому критерию е-» const.
Таким образом, у исследованных погрузчиков ковш в процессе подъема погрузочного оборудования совершает не поступательное, как это рекомендует принятый критерий, а плоскопараллельное движение, запрокидываясь на "себя". При таком движении часть набранного в ковш сыпучего материала высыпается, а это приводит к снижению производительности и нарушению требований техники безопасности при проведении работ.
Известные кинематические схемы погрузочного оборудования не позволяют непрерывно и плавно корректировать положение ковша при подъеме погрузочного оборудования.
Для того чтобы исключить высыпание сыпучего материала из ковша при его подъеме на высоту выгрузки в транспортное средство человек-оператор, управляющий работой ФП с типовым гидроприводом погрузочного оборудования, производит многократные попеременные включения гидромеханизмов подъема стрелы и поворота ковша. Это связано с тем, что конструктивное исполнение гидропривода погрузочного оборудования не позволяет осуществлять одновременное включение золотников гидрораспределителя, управляющими стреловыми и ковшовыми цилиндрами. Такая технология работы приводит к Ухудшению динамических характеристик ФП, снижению надежности элементов гидропривода из-за частого их включения-выключения, повышенной утомляемости человека-оператора, возрастанию времени рабочего Цикла и к снижению производительности и эксплуатационных характеристик.
Выявленный недостаток свидетельствует о необходимости конструктивных изменений кинематической схемы погрузочного оборудования ФП.
Усовершенствованный гидропривод (рис. 3) содержит все элементы типового гидропривода 1 погрузочного оборудования. На рисунке из элементов типового гидропри-В0Да показан только ковшовый цилиндр 2 и, кроме того,
Рис. 3. Схема доработки типового гидропривода погрузочного оборудования.
дополнительные элементы 3-16. Цилиндр 3 неподвижно закреплен на портале ФП. На штоке этого цилиндра шарнирно установлен ролик 4. При этом ролик 4 соприкасается с корректирующим кулачком 5, который неподвижно закреплен на стреле. В дополнительной гидросистеме установлены двухпозиционные электрогидравлические золотники 6 и 7 и пневмогидроаккумулятор 8. Электрическая цепь управления этими золотниками содержит бортовой источник питания 9 и контакт 10 электрического переключателя. В исходном положении, показанном на рис. 3, поршневая и штоковая полости цилиндра 3 через гидролинию 11, канал электро-гидравлического золотника 6 и гидролинию 12 связаны с сливной гидролинией 13 типового гидропривода погрузочного оборудования. Гидролинии 14 и 15 соединены соответственно со штоковой и поршневой полостями ковшового цилиндра 2. В исходном положении, показанном на рис. 3, поршневая и штоковая полости ковшового цилиндра заперты электрогидравлическими золотниками 6 и 7. Жидкостная полость пневмогидроаккумулятора 8 гидролинией 16 соединена с электрогидравлическим золотником 7, при этом в исходном положении жидкостная полость пневмогидроаккумулятора заперта.
Поршневая и штоковая полости ковшового цилиндра 2 подключены к типовому гидроприводу погрузочного оборудования. Это позволяет осуществлять управление погрузочным оборудованием в обычном порядке, изложенном в соответствующей инструкции по эксплуатации ФП.
При такой доработке типового гидропривода управление подъемом погрузочного оборудования с запрокинутым ковшом на высоту выгрузки сыпучего материала в транспортное средство осуществляется следующим образом. В гидрораспределителе типового гидропривода 1 включается золотник управления стрелой и установленный на рукоятке этого золотника электрический переключатель. Контакт 10 переключателя замыкает электрическую цепь питания электрогидравлических золотников 6 и 7, которые перемещаются в крайние нижние положения. В этих положениях электрогидравлический золотник 6 соединяет штоковую полость ковшового цилиндра 2 с поршневой полостью цилиндра 3, а электрогидравлический золотник 7 соединяет поршневую полость ковшового цилиндра с жидкостной полостью пневмогидроаккумулятора 8.
При подъеме погрузочного оборудования стрела вращается вместе с закрепленным на ней корректирующим кулачком 5 относительно оси на портале ФП. Кулачок 5 через ролик 4 и шток цилиндра 3 воздействует на рабочую жидкость в поршневой полости этого цилиндра и через гидролинию 11, канал электрогидравлического золотника 6, гидролинию 14 на рабочую жидкость в штоковой полости ковшового цилиндра 2. Рабочая жидкость из пневмогидроаккумулятора 8 через гидролинию 16, канал
электрогидравлического золотника 7 и гидролинию 15 воздействует на рабочую жидкость в поршневой полости ковшового цилиндра 2 и устраняет самопроизвольное запрокидывание и опрокидывание ковша. Такое подключение дополнительной гидроаппаратуры при подъеме погрузочного оборудования с грузом в ковше позволяет непрерывно и плавно изменять длину ковшового цилиндра 2 по заданному закону, определяемому профилем корректирующего кулачка 5. Профиль этого кулачка выполнен таким образом, что он обеспечивает поступательное движение ковша и груза в нем при подъеме погрузочного оборудования на высоту выгрузки сыпучего материала в транспортное средство. Подъем погрузочного оборудования на требуемую высоту осуществляется одноразовым включением золотника управления стрелой в гидрораспределителе типового гидропривода 1 погрузочного оборудования. За счет этого улучшаются динамические характеристики ФП и повышается надежность элементов гидропривода.
Модернизация типового гидропривода осуществляется на стандартных элементах, широко распространенных в строительном и дорожном машиностроении
Таким образом, предложенная доработка типового гидропривода ФП позволяет осуществить поступательное движение ковша и груза в нем при подъеме погрузочного оборудования на высоту выгрузки сыпучего материала в транспортное средство, обеспечить требования по тех-
А. М. ЛУКИН
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
УДК 621.869
В настоящей работе обоснован оптимальный вариант совмещенного способа черпания сыпучего материала и предложено одно из технических решений, реализующих этот вариант на фронтальном погрузчике (ФП).
Как известно [1, 6], типовой рабочий цикл ФП состоит из следующих элементов: 1 - установка погрузочного оборудования в исходное положение черпания; 2 - черпание сыпучего материала; 3 - установка погрузочного оборудования в транспортное положение; 4 - движение ФП к месту выгрузки сыпучего материала; 5 - подъем погрузочного оборудования для выгрузки сыпучего материала в транспортное средство; 6 - разгрузка ковша; 7 - установка погрузочного оборудования в транспортное положение; 8 -обратное движение ФП к штабелю сыпучего материала.
Для оптимальности всего рабочего цикла ФП необходимо, чтобы каждый элемент этого цикла был оптимальным по соответствующему критерию оптимальности [9].
В качестве критерия оптимальности при черпании сыпучего материала автором приняты удельные энергозатраты Еу (кДж/ м3), определяемые по формуле
Еу=Е/Ут=Еу(и)-гтш,
где Е - энергозатраты на черпание; \/т - объем сыпучего материала в ковше по окончании черпания; о - множество режимных и конструктивных параметров.
нике безопасности при проведении работ, снизить нагрузки на элементы конструкции и, в конечном счете, повысить производительность процесса.
Литература
1. Казаринов В.М., ФохгЛ.П Одноковшовые погрузчики в строительстве. - 2-е изд. перераб. и доп. - М., Строй-издат, 1975. -239 с.
2. Лукин A.M. Математическая модель и программа для определения кинематических и силовых параметров погрузочного оборудования фронтальных погрузчиков. Омск, 1986. -62 с. - Рукопись представлена Сиб. автомоб,-дор. ин-том. Деп. в ЦНИИТЭстроймаше, №411. Опубл. в Библиогр. указ. ВНИИТИ: Деп. научн. работы, 1986, № 10, с. 128.
3. Лукин А.М. Анализ параметров погрузочного оборудования фронтальных погрузчиков. Омск, 1988. - 32 с. -Рукопись представлена Сиб. автомоб.-дор. ин-том. Деп. в ЦНИИТЭстроймаше, № 11-од88. Опубл. в Библиогр. указ. ВНИИТИ: Деп. научн. работы. 1988, № 5, с. 134.
ЛУКИН Александр Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры теоретической механики. КАЛАЧЕВСКИЙ Борис Алексеевич, доктор технических наук, заведующий кафедрой технологии конструкционных материалов.
Известны попытки автоматизации процесса черпания сыпучего материала [2, 6, 7, 8, 9]. При создании автоматизированных систем управления (АСУ) этим процессом использованы различные принципы регулирования ковша: в зависимости от загрузки двигателя; буксования движителя; напорного сопротивления штабеля и т. д.
В настоящее время нет достаточно простых, надежных в работе АСУ черпанием. Проведенная в этом направлении работа [7], несмотря на в общем положительные результаты, не получила дальнейшего развития в силу громоздкости, сложности АСУ, а главное - из-за неопределенности функций, обеспечивающих надежное управления процессом черпания. В значительной мере это объясняется недостаточной изученностью рабочего процесса. Неполная информация о процессе черпания сыпучего материала не позволяет обоснованно выбрать управляющие параметры и функциональные схемы АСУ этим процессом.
Известны математические модели черпания сыпучего материала различными вариантами совмещенного способа, которые по критерию оптимальности позволяют оценить удельные энергозатраты процесса [3,4,5, 6].
Проведенные исследования {9] процесса черпания сыпучего материала ФП позволили установить, что минимально энергоемким является процесс, при котором реализуется следующая технология:
УПРАВЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫМ ВАРИАНТОМ СОВМЕЩЕННОГО СПОСОБА ЧЕРПАНИЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА_
РАССМАТРИВАЕТСЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СОВМЕЩЕННОГО СПОСОБА ЧЕРПАНИЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА ФРОНТАЛЬНЫМ ПОГРУЗЧИКОМ, ПОЗВОЛЯЮЩАЯ ОСУЩЕСТВЛЯТЬ ТЕХНОЛОГИЮ ЭТОГО ПРОЦЕССА С МИНИМАЛЬНО НЕОБХОДИМЫМИ ЭНЕРГОЗАТРАТАМИ
