Влияние параметров крепления гидроцилиндра подъема стрелы на динамическую нагруженность экскаватора Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК 630.621. 879. 322

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ КРЕПЛЕНИЯ ГИДРОЦИЛИНДРА ПОДЪЕМА СТРЕЛЫ НА ДИНАМИЧЕСКУЮ НАГРУЖЕННОСТЬ ЭКСКАВАТОРА

© 2007 г. В.Н. Макеев, П.И. Попиков, Д.Д. Плешков, А.А. Сидоров

Для строительства и эксплуатации лесовозных дорог в лесном комплексе используется большое количество специализированной и дорожно-строительной техники. Применение экскаваторов, как на земляных, так и на других работах в дорожном строительстве лесного комплекса, является неотъемлемой частью технологии и организации этих работ. Однако наиболее эффективное использование гидравлических экскаваторов сдерживается несовершенством конструкции стрелоподъемного механизма (СПМ), которая не позволяет изменять ему параметры в зависимости от применяемого рабочего оборудования [1]. В связи с этим возникает целесообразность создания такой конструкции СПМ, которая бы обеспечивала изменение кинематических параметров в зависимости от различных вариантов рабочего оборудования, технологии производства работ и зон разработки и выгрузки грунта. Для более наглядного рассмотрения вопроса определения параметров СПМ представим его кинематическую схему (рис. 1).

С

_ Уровень опоры_экскаватора_

I Г

Xy

Рис. 1. Кинематическая схема СПМ, содержащая дополнительное звено

Исходя из этой схемы дифференциальное уравнение движения стрелы будет [2]:

где Зс - момент инерции стреловой группы относительно шарнира О, кг-м; е - угловое ускорение стрелы; т - масса груза, кг; тс - масса стреловой группы, м; I - вылет рабочего оборудования экскаватора, м; 1с -расстояние от шарнира О до центра масс стреловой группы, м; Ь - расстояние от шарнира О до точки крепления гидроцилиндра к стреле, м; Е - усилие развиваемое гидроцилиндром подъема стрелы, Н.

В результате решения уравнения (1) получено выражение для определения усилия на штоке гидроцилиндра

(с + т12 )е + g(т1 + тс1с)собф

F =

(Jc + ml )е + g (ml + mclc )cos9 = Fbsina,

(1)

ab sin(у + ф)

Xyja2 + b2 - 2ab cos(y + ф).

Проанализируем, используя программу MATHCAD, взаимосвязь усилия развиваемого гидроцилиндром поворота стрелы от изменения кинематического параметра а. Определим величину усилия при различных значениях параметра а, примем оптимальную с последующим уточнением параметра а в кинематической схеме стрелоподъемного механизма в зависимости от технологических условий разработки грунта. Значение параметра а = 0,5 + 0,25/, где i = = 0...2, угол y = const, угол ф = п/18,j = 0...6. Исходя из изменения кинематических параметров стре-лоподъемного механизма строим графики зависимостей F = f ф) (рис. 2) при различных значениях а и F = f(a) (рис. 3) для конкретного угла подъема (опускания) стрелы.

На основании приведенных графиков (рис. 2, 3) можно сделать соответствующие выводы, что при увеличении параметра а требуется меньшее усилие, развиваемое гидроцилиндром для подъема (опускания) стрелы, соответственно процесс разработки грунта становится менее энергоемким. При подъеме стрелы экскаватора на угол 60 ° относительно оси ОХ (рис. 1) у машин со стандартным местом крепления гидроцилиндра подъема стрелы к платформе происходит резкое падение усилия, однако при увеличении параметра а прослеживается более равномерное изменение усилия во всем диапазоне углов. Все это говорит о положительном эффекте переноса точки креп-

ления гидроцилиндра СПМ экскаватора относительно платформы.

1 -10

F

о, j

Fl1 j 5 -105

F

2, j

20

40

60

180

V

п

У

J

Рис. 2. Зависимость усилия, развиваемого гидроцилиндром стрелы, от угла подъема при различных значениях кинематического параметра а

5 -105

4-10"

Fi

3 -10 -

2-10"

0.5

0.7

0.9

üi

Рис. 3. Зависимость усилия, развиваемого гидроцилиндром стрелы, от кинематического параметра а для угла подъема стрелы в 60 °

Исходя из принятого параметра а и угла у = const (принимается в зависимости от применяемого рабочего оборудования), определим координаты крепления гидроцилиндра поворота стрелы относительно платформы (см. рис. 1):

Xц = Xc + а sin(90 - у), Yц = Yc + а cos(90 - у).

Угол у для каждого вида рабочего оборудования постоянен, для прямой лопаты этот угол принимается немного меньше, чем для обратной в силу увеличения зоны разработеи грунта и вылета рабочего оборудования.

Координаты крепления пяты стрелы к платформе экскаватора (Xc, Yc) считаем постоянными, так как изменение этих координат может привести к изменению центра тяжести рабочего оборудования, что может вызвать риск опрокидывания экскаватора.

На основании вышеизложенного предлагается конструкция СПМ (рис. 4), содержащая дополнительное звено - съемный кронштейн треугольной формы, один конец которого при помощи болтового соединения связан с платформой экскаватора, а другой шар-нирно соединен с гидроцилиндром поворота стрелы [3].

Рис. 4. Конструкция СПМ, содержащая съемный кронштейн

При использовании экскаватора с оборудованием типа прямая лопата, которое предназначено для разработки грунта, находящегося выше плоскости опоры экскаватора, кронштейн устанавливается на платформу в положение I при котором обеспечивается необходимый угол у качания стрелы 4 для охвата зоны работы с данным оборудованием и возможно больший угол а между стрелой 4 и цилиндром ее поворота 3. При установке на экскаватор рабочего оборудования типа обратная лопата, которое предназначено для разработки грунта ниже плоскости опоры экскаватора, кронштейн 2 устанавливается на платформу в положение II, которое обеспечивает необходимый угол поворота ф стрелы 4 для охвата зоны работы с этим рабочим оборудованием и возможно больший угол в между стрелой 4 и цилиндром ее поворота в нижней части этой зоны, при данном ходе поршня цилиндра.

Литература

1. Плешков Д.Д. Оценка на универсальность конструкций стрелоподъемных механизмов одноковшовых гидравлических экскаваторов применяемых в лесном комплексе. Воронеж, 2005. 15 с. Деп. в ВИНИТИ, 22.07.05, №1072 -В2005.

2. Попиков П.И., Бухтояров Л.Д. Проектирование самоходных лесных машин: Тексты лекций. Воронеж, 2002.

3. Патент на полезную модель № 54971 РФ, МПК Б02Р 3/28. Рабочее оборудование одноковшового гидравлического экскаватора / В.Н. Макеев, Д.Д. Плешков; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 2006106999/22; заявл. 06.03.2006 ; опубл. 27.07.2006 // Б.И. 2006. № 21.

Воронежская государственная лесотехническая академия

12 декабря 2006 г.

0

Ф