CC BY
13
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., ФохтЛ.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
1 - установка погрузочного оборудования в исходное положение черпания с заданным углом е =7±2° наклона плоского днища ковша к опорной поверхности штабеля;
2 - внедрение режущей кромки ножа днища ковша на глубину 0,4-0,5 ширины плоского днища ковша;
3 - при продолжающемся движении ФП включение гидромеханизма поворота ковша;
4 - движение режущей кромки ножа днища ковша по траектории, параллельной линии естественного откоса штабеля разрабатываемого материала.
Предложенная технология черпания сыпучего материала совмещенным способом требует жесткого кинематического согласования движения спецшасси ФП и поворота ковша в зависимости от величины угла а естественного откоса штабеля.
Как известно величины углов естественного откоса разрабатываемых ФП шлейфа сыпучих материалов имеют значения от 35 ° до 45 ° [6]. Исходя из этого, было принято, что траектория движения режущей кромки ножа днища ковша наклонена к опорной поверхности штабеля под углом а- 40°.
При работе на штабелях с углами естественного откоса а >40 ° черпание сыпучего материала по удельным энергозатратам будет несколько выше минимально необходимых энергозатрат из-за осыпания разработанного сыпучего материала под ковш.
Если с<40 то удельные энергозатраты так же несколько выше минимально необходимых энергозатрат из-за того, что уплотненное ядро сохраняется на режущей кромке ножа днища ковша.
Таким образом, при величине угла а=40 ° можно осуществлять черпание на всем многообразии сыпучих материалов с энергозатратами, близкими к минимально необходимым.
Типовая схема гидропривода погрузочного оборудования ФП с гидромеханической трансмиссией не обеспечивает жесткого кинематического согласования движения спецшасси погрузчика и поворота ковша при оптимальном варианте черпания. Поэтому требуется ее конструктивное усовершенствование.
Ниже приводится одно из технических решений. На рис. 1 представлен общий вид ФП в процессе черпания сыпучего материала совмещенным способом.
В исходном положении черпания сыпучего материала ковш установлен под углом е = 7+2 ° к опорной поверхности штабеля. Датчик 7 закреплен на боковой стенке ковша под углом а естественного откоса штабеля таким образом, что эластичная мембрана датчика контактирует с сыпучим материалом на глубине 1п начального внедрения режущей кромки ножа днища ковша в штабель. В этот момент времени производится включение гидромеханизма поворота ковша, в результате чего шток ковшового цилиндра выдвигается со скоростью
Датчик 7 глубины внедрения (рис. 2) подключен гидролинией 10 к сигнализатору давления 11.
Рис. 1. Общий вид ФП в процессе черпания сыпучего материала.
Согласно рис. 1 ФП содержит спецшасси 1, типовое погрузочное оборудование 2, включающее в себя ковш 3, стрелу 4, коромысло 5 и тягу 6. На боковой стенке ковша 3 Установлен датчик 7 глубины внедрения, конструкция которого соответствует техническому решению по [2]. Кроме этого, ФП содержит типовой гидропривод погрузочного оборудования, включающий в себя гидробак, гидронасос, парораспределитель, запорную и регулирующую гидроаппаратуру и исполнительные механизмы: стреловые цилиндры 8 и ковшовый цилиндр 9
Рис. 2 Схема подключения датчика глубины внедрения.
Электрический контакт 12 сигнализатора давления 11 включен в электрическую цепь, содержащую бортовой источник питания 13, световой индикатор 14 и переключатель управления черпанием. Световой индикатор и переключатель управления черпанием установлены в кабине ФП на панели приборов. В исходном положении черпания сыпучего материала контакты 12 и 16 нормально разомкнуты.
Усовершенствованный гидропривод содержит все элементы типового гидропривода погрузочного оборудования (на рис. 3 из элементов типового гидропривода 17 показан только ковшовый цилиндр 9J и, кроме этого, дополнительные элементы 18-29.
На коромысле 5 (рис. 1) неподвижно закреплен корректирующий кулачок 18, (рис. 3) профиль которого непрерывно соприкасается с роликом 19, шарнирно закрепленным на штоке цилиндра 20. Цилиндр 20 закреплен неподвижно на стреле 4. В гидросистеме установлен дополнительный гидронасос 21 с приводом от механической коробки перемены передач. В качестве дополнительного гидронасоса 21 может использоваться аварийный гидронасос, который подключен к механической коробке перемены передач. Такое подключение аварийных гидронасосов применяется в кинематических схемах погрузчиков ТО-18 и ТО-ЗО. Подключение гидронасоса 21 к механической коробке перемены передач позволяет осуществлять жесткое кинематическое согласование двух движений: 1 - поступательное движение спецшасси ФП со скоростью Vn; 2 - движение штока ковшового цилиндра со скоростью Vks. Ковшовый цилиндр 9, электрогидравлический золотник 15, цилиндр 20 и гидронасос21 связаны гидролиниями 22-29.
В исходном положении черпания сыпучего материала гидронасос 21 работает на слив рабочей жидкости в гидробак. Поршневая полость цилиндра 20 гидролинией 23 сообщена с напорной гидролинией 22 гидронасоса, а што-ковая полость гидролиниями 25 и 26 постоянно сообщена со сливом. Такое подключение полостей цилиндра 20 обеспечивает постоянный контакт ролика 19 с корректирующим
погрузочного оборудования.
кулачком 18. Поршневая и штоковая полости ковшового цилиндра 9 заперты электрогидравлическим золотником 15.
Поршневая и штоковая полости ковшового цилиндра 9 подключены гидролиниями к типовому гидроприводу 17 погрузочного оборудования (на рис. 3 гидролинии не показаны). Это позволяет осуществлять управление погрузочным оборудованием на остальных элементах рабочего цикла в обычном порядке.
Усовершенствованный гидропривод погрузочного оборудования в процессе черпания работает следующим образом.
Перед началом черпания сыпучего материала погрузочное оборудование находится в положении, показанном на рис. 1, а элементы управления ковшом в положениях, показанных на рис. 2 и рис. 3. При движении ФП к штабелю для осуществления черпания человек- оператор, управляющий рабочим процессом, включает переключатель управления черпанием, установленный в кабине на панели приборов. При этом действии человека-оператора нормально разомкнутый контакт 16 (см. рис. 2) замыкается. Ковш поступательным движением спецшасси ФП со скоростью \/п внедряется в штабель на начальную глубину 1_п, равную 0,4-0,5 ширины плоского днища. В момент соприкосновения эластичной мембраны датчика 7 глубины внедрения рабочая жидкость из внутренней полости, образованной корпусом датчика и эластичной мембраной, по гидролинии 10 вытесняется в поршневую полость сигнализатора давления 11, который своим контактом замыкает электрическую цепь (рис. 2). В результате этого включаются световой индикатор 14 и электрогидравлический золотник 15, который перемещается в крайнее нижнее положение (см. рис. 3). При таком положении электрогидравлического золотника напорная гидролиния 22 гидронасоса 21 сообщается с поршневыми полостями дополнительного цилиндра 20 и ковшового цилиндра 9, а штоковая полость ковшового цилиндра через гидролинию 28, канал электрогидравлического золотника 15 и гидролинии 27,26 сообщается со сливом. В результате этого осуществляется движение штока ковшового цилиндра 9 и поворот ковша 3 на запрокидывание. При вращении коромысла 5 с закрепленным на нем корректирующим кулачком 18 последний через ролик 19 воздействует на шток дополнительного цилиндра 20 и, следовательно, на рабочую жидкость в поршневой полости этого цилиндра.
Геометрия профиля корректирующего кулачка выбрана таким образом, что совместная подача рабочей жидкости из поршневой полости дополнительного цилиндра 20 и гидронасоса 21 в поршневую полость ковшового цилиндра 9 обеспечивает кинематическое согласование скорости Vk5 движения штока ковшового цилиндра и скорости Vn движения спецшасси ФП, при котором режущая кромка ножа днища ковша движется по траектории, параллельной откосу штабеля сыпучего материала.
По окончании черпания человек-оператор отключает переключатель, установленный в кабине на панели приборов. В результате этого контакт 16 размыкает электрическую цепь питания электрогидравлического золотника 15 и он перемещается в исходное положение, показанное на рис. 3.
По сравнению с известными разработками [2, 6,7,8] предлагаемое техническое решение имеет следующие преимущества:
1 - при одноразовом включении гидромеханизма погрузочного оборудования обеспечивается плавное, бесступенчатое регулирование движения ковша;
2 - доработка типового гидропривода погрузочного оборудования производится стандартными гидроэлементами, которые широко распространены в строительном и дорожном машиностроении и соответствуют условиям эксплуатации ФП.
Литература
1. КазариновВ.М.,ФохтЛ.Г. Одноковшовые погрузчики в строительстве. 2-е изд., перераб и доп. - М., Стройиздат, 1975.-239 с.
2. Лукин A.M. Одноковшовая погрузочная машина. А. с. № 1071713 (СССР).-Опубл. в Б.И., 1984, №5.
3. Лукин A.M. Динамика взаимодействия ковша погрузчика со штабелем сыпучего материала при совмещенном способе черпания. Омск, 1983. - 63 с. - Рукопись представлена Сиб. автомоб.-дор. ин-том. Деп. в ЦНИИТЭстрой-маше, № 411. Опубл. в Биб-лиограф. указ. ВНИИТИ: Деп. научн. работы, 1983. № 1, с. 94.
4. 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, № 82-сд-86. Опубл. в Библиограф, указ. ВНИИТИ: Деп. научн. работы, 1986. № 10, с. 128.
5. Лукин А.М. Математическая модель процесса черпания сыпучего материала. Омск, 1983. - 41 с. - Рукопись представлена Сиб. автомоб.- дор. ин-том. Деп. в ЦНИИТЭстроймаше, № 71 сд - Д83. Опубл. в Библиограф, указ. ВНИИТИ: Деп. научн. рабо-ты, 1983. № 1, с. 94.
6. Лукин A.M. Оптимизация процесса черпания сыпучего материала фронтальным погрузчиком. -Дис...канд. техн. наук. - Омск, 1984, -199 с.
7. Михирев П.А. Основы теории ковшовых автоматизированных погрузочных органов. - Новосибирск: Наука, 1986.-166 с.
8. Тарасов В.Н., Фисенко Н.И., Лукин A.M. Способ управления процессом черпания. А. с. № 785437 (СССР). -Опубл. в Б.И., 1980, №45.
9. Лукин A.M. Основы проектирования ресурсосберегающих технологий сложных динамических систем циклического действия. Часть 1. Методологические основы теории черпания сыпучего материала ковшом погрузочной машины: Монография. - Омск. Изд-во СибАДИ, 2002. - 319 с.
ЛУКИН Александр Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры теоретической механики.
