CC BY
38
УДК 621.878.2
ХВИЛЬОВ1 ЛАНЦЮГОВ1 ПЕРЕДАЧ1 У ПРИВОДАХ ЗЕМЛЕРИЙНИХ МАШИН
В.Г. Крупко, доц., к. т.н., И.О. Кучер, маг., Донбаська державна машинобуд1вна академ1я, м. Краматорськ
Анотац1я. Розглядаетъся можлив1сть застосуеання хеилъоеих ланцюгоеих передач у приводах одноювшових екскаватор1в-драглайшв i механичных лопат. Показано, що за допомогою додат-коеого пулъсуючого руху робочого органа можна досягти зниження enepzoeMHOcmi процесу руйнуеання tpynmie за рахунок руйнуеання так званого «ядра» грунту, що перемещаешься перед р1жучою кромкою ковша.
Ключов1 слова: ланцюг, хвилъовий npueid, пулъсуючий pyx, кгвш, екскаеатор.
ВОЛНОВЫЕ ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ В ПРИВОДЕ ЗЕМЛЕРОЙНЫХ МАШИН
В.Г. Крупко, доц., к. т.н., Н.А. Кучер, маг., Донбасская государственная машиностроительная академия, г. Краматорск
Аннотация. Рассматривается возможность применения волновых передач в приводах экскаваторов-драглайнов и механических лопат. Показано, что с помощью дополнительного пульсирующего движения рабочего органа можно достичь снижения энергоемкости процесса разрушения грунтов за счет разрушения так называемого «ядра» грунта, которое движется впереди режущей кромки ковша.
Ключевые слова: цепь, волновой привод, пульсирующее движение, ковш, экскаватор.
WAVE OF TRANSMISSION IN THE DRIVE EXCAVATIONS
V. Krupko, Assoc. Prof., Cand. Sc. (Eng.), N. Kucher, M. S., Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk
Abstract. The possibility of the use of wave transmission in drives of dragline excavators and mechanical shovels. It is shown that with the help of an additional pulsating motion of the working body can be achieved by reducing the energy intensity of the process of destruction of soil due to the destruction of so-called «core» of the soil, which moves in front of the cutting edge of the bucket.
Key words: chain, wave drive, pulsating motion, bucket.
Вступ
Зростання обсяпв землерийних po6iT вимагае створення высокопродуктивно! мобшьно! швидюсно1 землерийно! техшки: машин, устаткування, виконавчих мехашзм1в, ш-струмешгв, робочих оргашв. Тому пошук нових ф1зичних ефекпв процесу руйнування rpyrniB, ефективних cnoco6iB впливу на po6i-тнич1 середовища та розробка cnoco6iB ште-нснфшацп робочих процес1в землерийних машин е досить актуальною науково-техшчною задачею.
У джерелах, присвячених динам1чному руй-нуванню грунтов, наведен! схеми для в1бра-цшного, ударного, високошвидюсного руйнування грунтов, основи розрахунюв. Процеси руйнування грунтов за змшно! шви-дкосто робочого органа дозволяють зменши-ти енергетичш витрати за рахунок перюдич-ного руйнування «ядра» грунту, що знаходиться перед р1жучою кромкою робочого органа. Приводи землерийних машин на основ! хвильово! ланцюгово! передач! для ¿мпульсного руйнування грунтов дозволяють забезпечити створення необхщного пульсу-
ючого руху ковша, що дозволяе отримати необхщний ефект. Тому роботи, присвячеш розробщ та дослщжеиию процес1в руйиуваи-ня Грунт1в за допомогою привод1в хвильових ланцюгових передач, е досить актуальними.
Анашз публжацш
У галуз! землерийних машин завдання 3i зниження еиергоемиост! процешв руйиуваи-ня Грунт1в знайшли широке воображения в роботах A.M. Холодова [1], В.А. Ветрова [2], Л.А. Хмари [3]. Одним i3 сучасних напрям1в щодо зниження еиергоемиост! процесу копания грунпв вважаеться застосування ди-нам1чного руйнування [4], яке дозволяе на 30-40 % шдвищити ефектившсть роботи землерийних машин. На кафедр! ПТМ ДДМА розроблено хвильовий привщ землерийних машин, ефектившсть якого полягае в пуль-суючому pyci ковша, що шдтверджуеться цшим рядом патеннв i наукових розробок
[5, 6].
Мета i постановка завдання
Метою роботи е обгрунтування ефективносн застосування комбшованого пульсуючого привода мехашзм!в одноювшевих екскавато-piB, який забезпечуе ¿мпульсний характер руху робочого органа, що сприяе змеишению еиергоемиост! процесу руйнування грунпв. Для дослщжеиия мети були поставлен! таю задача
- провести анал1з коиструкцш привод1в землерийних машин та обгрунтувати можливють застосування хвильових ланцюгових передач для забезпечення пульсуючого руху робочих оргашв;
- навести принцип дп та методики розрахуи-к1в основних параметр1в хвильових ланцюгових передач;
- розробити конструкщю привод1в землерийних машин ¿з пульсуючим рухом робочого органу;
- провести експериментальш дослщження роботи такого привода та визначити його ефектившсть пор1вняно з юнуючими.
Хвильов1 ланцюгов1 передач! у приводах землерийних машин
У сучасних землерийних i шдйомно-траиспортиих машинах виршуються р1зно-ман1тн1 задач! щодо забезпечення ефективио!
взаемодп робочих оргашв i3 зовшшшм сере-довищем. Прикладом застосування привод1в з нер1вном1рним «пульсуючим» рухом робочого органа можуть бути викоиавч! мехашз-ми одиоювшових екскаватор1в, в яких HepiB-ном1рн1сть руху забезпечуеться застосу-ваииям хвильово! передач! в кшематичних схемах привод1в.
Яё I Lr \ -гЛЙИЙЙ^т^
Чкиа м\\ , ® SsBP^ 1
3 / 4 6 \ 1 \ 2 5
Рис. 1. Хвильова лаицюгова передача: 1 -корпус; 2 - иерухома з1рочка; 3 - катки; 4 - водило; 5 - ланцюг; 6 - приводний вал
Хвильова лаицюгова передача (рис. 1) забезпечуе дискретшсть руху. Бона складаеться з корпуса 1, иерухомо! з1рочкп 2, водила 4 з катками 3, ланцюга 5 1 приводного вала 6. Таким чином, ювш отримуе перемщення вщ двох барабашв вщразу, один з яких иадае руху пульсацшносп, забезпечуючи додатко-вий вплив на грунт, що розробляеться, та зменшуе снлп, иеобхщш на подолаиия опору грунту, а також знижуе енергоемнють процесу, за рахунок короткочасного збшьшеиия швидкосп р1зання.
Геометрпчна схема та основш параметри провщиого елемента ланцюгово! хвильово! передач! наведен! на рис. 2, звщки видно, що центри котк!в з рад!усом г розмщеш на кол! рад!усом R . Нерухома з!рочка ланцюгово! передач! може викоиуватися з р!зиим числом зуб!в, рад!ус д!лильиого кола з!рочки -
Яо [5].
Ф!ктивиий рад!ус котка г^ з урахуванням
товщиии ланцюга, визначаеться з! сшввщ-иошеиия
гф = г + 0,5С, (1)
де С - ширина ланцюга.
Кут активно! взаемодп котка з ланцюгом, в межах якого виконуеться поворот барабана на заданий кут ф3 (рис. 2), визначаеться за формулою
cos а = -
R - гФ
R
(2)
Ланцюг та позв'язаний з ним канатний барабан залишаються нерухомими впродовж часу, що вщповщае повороту водила на кут (рис. 2)
у = п- 2а.
(3)
Характерш положения центр1в kotkîb водила показан! на рис. 2 (I, II, III, IV, V).
Привщ працюе таким чином. Водило отри-муе безперервне обертання з постшною ку-товою частотою ю вщ двигуна. Коток, торкнувшись ланцюга в точщ а0 (положения
центру котка I, рис. 2), починае вщводити ланцюг вл1во - вгору, що вщповщае подовж-ньому перемщенню ланцюга «знизу-вгору» i повороту барабана. У положенш центру котка II процес перемщення ланцюга закшчу-еться, що вщповщае значению кута ф = 2а. У цьому положенш ланцюг охоплюе коток i з1рочку по периметру abc.
В-В
18
Рис. 2. Характерш положения центр1в робочих kotkîb водила вщносно нерухомих з1рочок
Перемщення ланцюга AS за кут повороту водила на 2а визначаеться р1зницею пери-метр1в
AS = abc - ac.
(4)
Ця р1зниця повинна бути обов'язково кратною кроку tw, тобто
AS = Az • t
(5)
де Az - р1зниця довжин периметра abc та
и
дуги ac.
Описане вище перемщення ведучо! гщки ланцюга забезпечуеться за рахунок того, що з боку ведено! гщки ланцюга котком ш пере-даеться така ж дщянка ланцюга ДО (рис. 2); при цьому протилежно розташований каток переходить ¿з положения IV в положения V. Канатний барабан при цьому повертаеться на кут
ф3 =-
AS•360
nD„
(6)
де D„ - д1аметр початкового кола з1рочок, встановлених на канатному барабан!.
При иодальшому обертанш водила (рис. 2) на кут у (перехщ котка з положения II в положения IV через пром1жне положения III) вщбуваеться холоста перегонка гофра abc, а робоч1 гшки ланцюга не перемщаються (точки a та c - нерухом1). Барабан залиша-еться нерухомим.
Число kotkîb водила взяте р1вним двом для забезпечення достатнього числа зуб1в з!роч-ки, що знаходяться в зачепленш з лаицюгом [1].
Очевидно, що для нормально! роботи привода необхщно, щоб в положенш котка з центром у точщ II ланцюг був повшстю ви-ведеиий i3 зачеплеиия зпдио 3i стввщно-шеииям
К = R + ' + А,
(7)
де А - гарантований пром1жок м1ж зубами з1рочки i ланцюгом.
Середне значения передатиого числа хвильо-вого лаицюгового привода
п-D„
Тцп =
к - (t +Аг)
(8)
де k - кшьюсть котюв водила.
Таким чином, вказана методика дае можли-вють визначити осиовш геометричш та кше-матичш параметри хвильово! ланцюгово! передач!, основними з яких е: ф!ктивиий рад!ус котка, кут повороту водила, перемь щеиия ланцюга, кут обертання канатного барабана, середне значения передатиого вщ-ношення.
На кафедр! ПТМ ДДМА розроблен! приводи викоиавчих мехашзм!в землерийних машин, як! забезпечують додаткове наваитажения в!д д!! хвнльового ланцюгового привода, що призводить до виникнення б!льш поширеиих зон руйнування, зменшуючи необх!дну силу копания та витрати електроенерг!! на техно-лог!чний процес, а також змеишуеться ¿мовь рнють зупиики екскаватора в раз! зпкнення ковша з б!льш щ!льною породою.
Тим самим виршуеться проблема статичнос-т! руйнування грунту, що вимагае значних енерговитрат ! високо! квал!ф!кацп машишс-та екскаватора.
BiH складаеться з рукоят! 1, ковша 2, блоюв стр!ли 3, п!дйомиих канапв 4, 5, редуктора 6, хвильового ланцюгового редуктора 7, асиих-ронних електродвпгун!в 8, 9, п!дйомио! лебь дки ланцюгового хвнльового привода 10 та шдйомно! леб!дкн класпчного привода 11 [5].
На рис. 3 зображений пщйомний мехаи!зм екскаватора [5].
Рис. 3. Пщйомний механ!зм екскаватора
Пщйомний механ!зм екскаватора працюе таким чином: вщ хвильового ланцюгового редуктора 7 за допомогою шдйомно! лебщкн 9 робочпй орган 2 приходить у рух; вкут з рухом п!дйомио! лебщки 10 зд!йсиюеться пщ-йом ковша та руйнування грунту. Опускания ковша та розвантаження вщбуваеться без учасп хвильового ланцюгового привода. Та-кий прив!д забезпечуе пульсуючий рух ковша, що зменшуе еиергозатрати.
Дослщжеиия впливу дииам!чиого руйнування на зниження еиергоемиост! проводилися в лабораторп кафедри ПТМ на установц! (рис. 4), яка дозволяе проводит спектр нау-кових досл!джень в!дносно параметр!в при-вод!в землерийних машин на пщстав! застосування хвильово! ланцюгово! передач! (рис. 4). Використання комбшованого типу привода е новим ршенням в галуз! зниження еиергоемиост! процесу копания. Комбшова-ний тип привода грунтуеться на застосуванн! хвильово! ланцюгово! передач! [6], завдяки впливу яко! процес копания набувае динамь чного типу руйнування за рахунок додатко-вих пульсуючих иаваитажеиь на грунт, що
розробляеться, а також за рахунок зменшен-ня ймов1рносп зупинок у раз1 з1ткнення ро-бочого органу (ковша) з мщшшою породою.
У грунтовому канал1 1 (рис. 4) ювш 2 пере-мщаеться за допомогою тягового каната 6, що проходить через блоки 3 1 4 1 закршлений на двох лебщках: А - з ланцюговим хвильо-
вим приводом, В - ¿з класичним приводом. Привщ «А» складаеться з електродвигуна 7, цилшдричного редуктора 9, вщ якого через муфту крутний момент передаеться на хви-льову ланцюгову передачу 8, а пот1м на барабан 10, через ланцюг 5 I рухливу з1рочку 11.
Рис. 4. Схема лабораторно! установки: 1 - грунтовий канал; 2 - ювш; 3, 4 - блоки; 5 - ланцюг; 6 - тяговий канат; А - хвильовий ланцюговий привод; 7 - електродвигун; 8 - хвильова ланцюгова передача; 9 - редуктор; 10 - барабан; 11 - рухома з1рочка; В - класичний привод; 12 - електродвигун; 13 - редуктор; 14 - барабан
Експериментальш дослщження на лабораторий установщ з дослщження процесу руйну-вання грунтов ковшем драглайна проводились вщповщно до сучасного стану планування експериментов [3], а обробка !х результата дозволила отримати залежносп енергоемносто процесу копання [6]. Так, в результат! експериментов з використання комбшованого привода установлено, що ене-рговитрати на руйнування грунтов ковшем драглайна можна зменшити на 15-17 % в по-р1внянш з класичним приводом.
Висновки
Запропоновано принцип дп та методику ви-значення основних геометричних параметр1в хвильово! ланцюгово! передач! та розглянуто сфери, в яких були застосоваш хвильов1 лан-
цюгов1 передач! в конструкщях пщйомного мехашзму екскаватора, де додатково вклю-чаеться хвильовий ланцюговий привод на основ! хвильового ланцюгового редуктора, асинхронного електродвигуна, а також пщ-йомно1 лебщки ланцюгового хвильового привода. Додаткове нер1вном1рне наванта-ження вщ дп ланцюгового привода призво-дить до виникнення бщьш поширених зон руйнування, зменшуючи необхщну силу копання та витрати електроенергп на техноло-пчний процес. Це також зменшуе ¿мов1ршсть зупинки екскаватора в раз1 зтокнення ковша з бщьш щщьною породою.
Експериментальш дослщження роботи хвильового ланцюгового привода тяги драглайна показали, що застосування комбшованого типу привода, в пор1внянш з1 стандартним,
веде до зменшення на 15-17 % енергоемносп процесу копання.
Лггература
1. Холодов, A.M. Проектирование машин для
земляных работ / A.M. Холодов. - X.: Высшая шк., 1986. - 272 с.
2. Ветров Ю.А. Машины для специальных
земляных работ/ Ю.А. Ветров, В.Л. Ба-ладинский. - К.: Высшая школа, 1980. -192 с.
3. Хмара Л.А. Многофакторные исследова-
ния рабочего процесса ковша экскаватора с гидроуправляемой челюстью / Л. А. Хмара, В.И. Курочка / Научные работы ПДАБА. - 2005. - № 99. - С.80-85.
4. Баладинский В.Л. Механика динамическо-
го разрушения грунтов / В.Л. Баладинский, Ю.Д. Абрашкевич - К.: Техника строительства, 1999. - 160 с.
5. Пат. 19928и Украина, МПК E02F3/18. Пь
дйомний мехашзм екскаватора / Круп-ко В.Г., Хмара Л.А., Дорохов М.Ю., Альошичев П.В.; заявиик 1 патентовлас-ник Донбаська державна машинобущвна академ1я. - № 4200900340; заявл. 19.04.2006, опубл. 2007 р., Бюл. №1.
6. Крупко В. Г. Экспериментальные исследо-
вания разрушения грунтов на стенде с комбинированным приводом на основе волновой цепной передачи / В.Г. Крупко, П.В. Альошичев // Вюник ДДМА. - 2011. - №2(23). - С.79-82.
Рецензент: 1.Г. Кириченко, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакцп 13 кв1тня 2016 р.
