CC BY
33
© В.А. Субботин, 2003
УЛК 622.25/26.002.5
В.А. Субботин
СОЗЛАНИЕ МАНИПУЛЯТОРА МГГУ, ПРЕЛНАЗНАЧЕННОГО ЛЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОЛСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СООРУЖЕНИИ И РЕКОНСТРУКЦИИ ТОННЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
В Московском государственном горном университете на кафедре сопротивление материалов в течение длительного времени ведутся работы по созданию поточных технологий сооружения тоннелей различного назначения, а также средств механизации, обеспечивающих их внедрение.
В процессе этих работ были разработаны различные конструкции манипуляторов. Последней разработкой является манипулятор МГГУ.
Манипулятор состоит из каретки и , связанной с ней шарнирно, трехзвенной стреловой системы, общей длиной шесть метров. Каретка манипулятора снабжена двумя колесными парами и перемещается по монорельсовой дороге под сводом тоннеля. Элементы манипулятора (звенья стреловой системы и каретка) соединены между собой шарнирами Гука и снабжены шестью гидроцилиндрами, которые позволяют осуществлять поворот элементов манипулятора в шарнирных соединениях и обеспечивают перемещение захватного устройства стреловой системы в вертикальной и горизонтальной плоскости.
Такая конструктивная особенность манипулятора МГГУ позволяет использовать его для механизации различных производственных процессов при сооружении, реконструкции и ремонте тоннелей любой формы поперечного сечения.
Монорельсовая дорога манипулятора состоит из отдельных звеньев. Длина каждого звена - один метр. Звенья монорельсовой дороги изготавливают из стандартных прокатных профилей -швеллера или двутавра.
Причем, достаточно иметь два, три звена монорельсовой дороги для перемещения манипулятора по ней в нужном направлении. Перемещение манипулятора осуществляют с помощью его стреловой системы, отталкиваясь от обделки тоннеля.
Манипулятор МГГУ позволяет механизировать следующие производственные процессы
при сооружении и реконструкции тоннелей: монтировать и демонтировать тюбинговую или блочную обделку тоннеля любой формы поперечного сечения; разрабатывать и грузить породу при оснащении его грейфером или ковшом (прямая или обратная лопата); шать включения прочных пород или валуны при оснащении его гидроударником; механизировать процессы бурения шпуров при оснащении его перфоратарами; ханизировать производственные процессы при устройстве прорезных колец; механизировать производственные процессы при перекреплении тоннеля для изменения формы его поперечного сечения или при ремонте обделки; манипулятор можно также использовать для доставки рабочих в любые высотные отметки тоннеля для производства необходимых работ.
Примечание. Управление манипулятором осуществляет машинист с выносного пульта. При выполнении рабочего проекта манипулятора МГГУ были определены с помощью уравнений статики силы распора домкратов, выделены две опасные расчетные схемы, построены эпюры внутренних усилий, выполнен прочностной расчет стреловой системы.
На рис. 1а, б, в, г. показаны соответственно первая опасная расчетная схема при действии вертикальной нагрузке 10 кН (масса элемента обделки) и эпюры продольных, поперечных сил, изгибающих моментов. На рис. 2 а, б, в, г. показаны та же расчетная схема при действии горизонтальной нагрузки, равной 1 кН и эпюры продольных, поперечных сил, изгибающих моментов. При увеличении силы в несколько раз внутренние усилия изменятся пропорционально, что позволит найти внутренние усилия в любом сечении стреловой системы
N П.П Название стали Растяжение МПа Сжатие МПа О0,2 Кручение I МПа |
Ов О0,2 Тв Т0,3
1. ЗОХГСН2А 1750 1400 1500 1550 900 I
2. 40ХГСН2МА 1900 1440 1600 1600 850
3. 25Х2ГНТА 1500 1200 1400 1350 950 |
от горизонтальной силы любой величины. На рис. 3 а, б, г, д. и рис. 4 а, б, в, г. показаны вторая опасная расчетная схема, нагруженная соответственно вертикальной и горизонтальной сосредоточенной силой и эпюры продольных и поперечных сил, изгибающих и крутящих моментов. Анализ эпюр позволяет сделать вывод. - Стреловая система манипулятора должна быть легкой и прочной и обеспечивать работу несущих элементов на сложное сопротивление: изгиб в двух плоскостях с кручением и растяжением. По этой причине выберем рациональное тонкостенное квадратное коробчатое сечение с размерами - высота профиля х ширина профиля х толщина стенки (С х сі х ^ и изготовим его из высокопрочной среднелегированной стали. Механические характеристики среднелегированных сталей приведены в таблице.
Анализируя эпюры внутренних усилий, (рис. 1, 2, 3, 4) можно установить, что опасные сечения во всех трех элементах стреловой системы находятся на расстоянии 0,95 м от конца каждого элемента. Причем, наибольшие напряжения возникают в первой расчетной схеме. По этой причине примем следующий порядок расчета на прочность элементов стреловой системы:
1. Подбираем размеры, квадратного коробчатого профиля по опасным сечениям элементов стреловой системы по первой расчетной схеме (рис. 1 и рис. 2).
2. Проверяем подобранное сечение по второй
опасной расчетной схеме (рис. 3 и рис. 4).
3. Величину горизонтальной силы принимаем равной 5 кН.
4. При подборе размеров поперечных сечений несущих элементов принимаем, что они будут изготовлены из среднелегированной стали ЗОХГСН2А с условным пределом текучести 1400 МПа.
5. Коэффициент запаса прочности принимаем равным 5, т.к. манипулятор МГГУ будет работать в сложных подземных условиях, и непосредственно в зоне его работы будет находиться обслуживающий персонал.
6. Допускаемое напряжение тогда будет равно: = 1400 / 5 = 280 МПа. Подбираем размеры поперечных сечений стреловой системы манипулятора.
7. Элемент АС.
Опасным сечением в этом элементе будет сечение В, в котором действуют изгибающие моменты: вертикальный - Мх = 9,5 кНм, горизонтальный - Му = 0,95 х5= 4,75 кНм.
(9,5 + 4,75) / Wx = 280 МПа, отсюда расчетный момент сопротивления будет равен Wx = 50,9 см.
Принимаем квадратный коробчатый профиль 120 х 120 х 3 с моментом сопротивления 53,4 см.
Элемент СЕ.
Опасным будет сечение Д, в котором действуют изгибающие моменты: вертикальный - 30,6 к Нм, горизонтальный - 14,75 к Нм.
Определим расчетный момент сопротивления: Wx = 45,35 / 280 = 161,96 см Принимаем коробчатый профиль 140 х 140 х 7 с моментом сопротивления 157,2 см. Проверяем подобранное сечение по второй расчетной схеме:
стмиз= 23,6 /157,2 = 146,3 МПа, тмпр = 14,1 / 2 х 0,133 х 0,133 х 0,007 = 56,9 МПа
= V 146,12 + 4 х 56,92 = 185,3 МПа
Элемент ЕМ.
В опасном сечении К действуют изгибающие моменты: вертикальный - 54,3 к Нм, горизонтальный - 24,75 к Нм.
Расчетный момент сопротивления равен: Wx = 79,05 / 280 = 282,3 см.
Принимаем коробчатый профиль 180 х 180 х 7 с моментом сопротивления 268,9 см . Фактическое, нормальное напряжение от изгиба будет равно 294 М Па, процент перенапряжения меньше 5%.
Проверяем подобранное сечение по второй расчетной схеме: Нормальные напряжения от изгиба равны - 151 М Па, касательные напряжения от крутящего момента равны - 62,4 М Па, эквивалентное напряжение в наиболее напряженной точке опасного сечения равно -195,9 М Па, что допустимо. На основании проведенных исследова-
1 Субботин В.А. Протяженные скоростные магистрами и улучшение экологическойобстановки в Москве. - М.: Горный журнал №11-12 2000.
2 Г.С. Вартанян, В.И. Андреев, Н.А. Атаров, А.А.
ний разработан рабочий проект манипулятора МГГУ.
В настоящее время изготавливаются два опытных образца манипулятора МГГУ. Фирмой «Протонтоннельстрой» изготавливается опытный образец, который будет применяться фирмой для механизации производственных процессов в тоннелестроении.
Заводом «Метромаш» изготовляется опытный образец который будет использоваться в технологической линии по сортировке и переработке городских отходов. Линия изготовляется заводом по заданию мэра города Москвы.
------СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ков Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности. - М.: Ассоциация строительных ВУЗов, 1995.
3. Александров А.В., Потапов ВД Сопротивление материалов - М.: Высшая школа, 2000.
4. Справочник под общей редакцией д. т. н. Б.Н. Арзама-сова «Конструкционные материалы. - М.: Машиностроение, 1990.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Субботин В. А. -доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
СУББОТИН
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB7_03 C:YUsersYТаняYAppDataYRoammgYMicшsoftYШаблоныYNormaLdotm Доцент, к
Yegorov
02.06.2003 14:58:00 4
08.11.2008 23:47:00 Таня
1 мин.
09.11.2008 0:05:00
3
1 228 (прибл.)
7 001 (прибл.)
