CC BY
134
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИН
СО СРЕДОЙ
© Козбагаров Р.А.*
Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева, Республика Казахстан, г. Алматы
Совершенствование использования машин, разработка нормативной базы и рекомендаций по модернизации оборудования зависят от глубины познания особенностей взаимодействия рабочих органов машин и обрабатываемого материала в зоне контакта. Взаимодействия различных по конструкции и назначению рабочих органов со средой с учетом их параметров и свойств материала - основа расчетного определения возникающих сопротивлений, необходимых при проектировании и совершенствовании машин и механизмов. Изучение сути происходящих при этом процессов позволяет определить составляющие общего сопротивления, проверить на практике теоретические положения, выявить влияние отдельных свойств материала и конструктивных параметров рабочего органа на взаимодействие в целом.
Накоплен большой опыт по использованию различных средств и способов, позволяющих проникнуть в суть процесса взаимодействия рабочих органов с материалом. Регистрацию перемещений частиц материала относительно массива и органа, передающего нагрузку, а также развития процессов в целом широко используют при исследованиях резания грунтов различными рабочими органами обработки металлов давлением, движения тел различной конфигурации в жидкостях и газах, перемещения частиц материалов в процессе обогащения и др. Анализ проведенных исследований позволяет выявить процессы, протекающие при взаимодействии рабочих органов и тел различной конфигурации со средой.
Наиболее распространенные рабочие органы землеройных машин, предназначенных для разработки и перемещения грунта, - отвальные и ковшовые, поэтому взаимодействие их с грунтом исследовано наиболее полно. Баловнев В.И. [1] выделяет три зоны при взаимодействии отвала бульдозера с грунтом: формирования стружки у режущей кромки; движения пласта по отвалу и зону разрыхленного материала, образующую призму волочения. При наборе грунта в ковшовый орган на завершающем этапе также выделяются три характерные зоны: отделения грунта от массива и формирования пласта; движения пласта (части грунта) внутри ковша и зона неподвижных участков внутри ковша. Кроме того, Ю.А. Ветров [2] учитывает зону разрушения материала в боковых расширениях прорези.
* Доцент кафедры «Автомобили, дорожная техника и стандартизация», кандидат технических наук, доцент.
Исследования по зачерпыванию материалов грейферной челюстью показывают, что материал за счет трения как бы затягивается подвижной частью рабочего органа. Как и при внедрении штампов в грунтовый массив на свободной поверхности образуется выпор, слои материала смещаются относительно друг друга. Отмечено, что в общем случае при взаимодействии рабочих органов с грунтом происходят деформации сжатия, сдвига и растяжения грунта, а также трение грунта при перемещении по поверхности рабочего органа, рабочего органа о грунт и грунта по грунту.
Особый предмет исследований - рассмотрение процессов, происходящих при взаимодействии режущей кромки со средой. Эти явления широко исследованы при внедрении штампов различной конфигурации в грунт. Выявлено, что при воздействии тела на сплошную среду на его фронтальной поверхности образуется уплотненное ядро, если угол заострения профиля а > 45° + ф/2, где ф - угол внутреннего трения материала. Линии скольжения частиц материала, образующиеся при действии штампа или рабочего органа, направлены в строну наименьшего сопротивления.
Однотипность процессов, происходящих при воздействии тела на сплошную среду, объясняется аналогичным характером распределения напряжений, возникающих в материале. В грунте в зависимости от вида нагрузки (сосредоточенная, распределенная, нормальная или под углом) оно определено аналитически H.A. Цытовичем [5], экспериментально H.A. Зелениным [3] при резании грунта вертикальными профилями, воздействии ходового оборудования на грунтовые основания, пуансона на металл. На основании подобных исследований определена величина критической нагрузки, выводящей систему тело - из равновесия в зависимости от ее характера и угла приложения. Движение рабочего органа внутри среды обусловливает силы трения, возникающие по поверхностям относительного перемещения. Благодаря проведенным исследованиям определены сопротивления, возникающие при резании грунта, движении тел в различных средах, оптимальные параметры рабочих органов землеройных машин при разработке грунтов.
При взаимодействии рабочих органов транспортирующих машин с материалами также наблюдаются процессы, обусловливающие возникающие сопротивления и эффективность их работы, вызванные параметрами машин и свойствами материала. Навалочные материалы можно транспортировать при помощи машин периодического и непрерывного действия.
Для автомобильного, железнодорожного, водного и других видов транспорта цикличного действия, перемещающего сыпучий груз непосредственно на поверхности рабочего оборудования или в контейнерах процессы аналогичны. Находясь на поверхности транспортных средств, материал в зависимости от свойств и условий может налипать, примерзать, вызывать коррозию и т.д. Взаимодействие материала с поверхностью
транспортирующих средств зависит от внешних факторов: температуры и влажности окружающей среды, механических воздействий (вибрации, давления), длительности контакта и т.д. Основной критерий оценки взаимодействия липких материалов с поверхностями транспортных средств -возможность полной и беспрепятственной разгрузки.
В зависимости от прочности возникающих связей по поверхности раздела применяют свободную разгрузку при наклоне рабочего органа, полупринудительную с частичной очисткой поверхностей или принудительную при сталкивании материала подвижными элементами. Выбор типа разгрузки определяется необходимостью преодоления сил трения или сцепления материала с поверхностями транспортных средств. Наиболее распространенная и простая - свободная разгрузка, но при транспортировании липких и влажных материалов она неэффективна.
Липкость почвогрунтов и мероприятия по ее снижению изучены Р.П. За-днепровским [4]. Основными методами снижения адгезии влажных грунтов являются:
- создание на границе грунт - рабочий орган пограничного слоя из полиэтилена, эпоксидных композиций, резины, органических смазок, водных прослоек при электроосмосе, снижающих силы прилипания в 1,2-5 раз и повышающих производительность машин на 10-40 %;
- внешние воздействия вибрацией звуковой частоты, ультразвуком, магнитным полем, а также нагрев поверхностей рабочих органов; комбинированные методы;
- конструктивно-технологические мероприятия, включающие уменьшение площади контакта, снижение времени контакта за счет увеличения скорости перемещения рабочих органов.
Работоспособность и эффективность средств механизации определяются особенностями взаимодействия рабочих органов с липкими породами. Совершенствование оборудования возможно на основе количественной и качественной оценки процессов взаимодействия, которые осложняются липкостью породы. Необходимо установить характерные типы взаимодействия элементов рабочих органов, действующих в общей совокупности взаимодействия рабочего органа в целом.
При разработке породы бульдозером режущий нож отвала, как и экскаваторного ковша, отделяет от массива материала стружку. При ее последующем движении по отвальной поверхности она воздействует на эту поверхность за счет давления призмы волочения. Стружка по отвальной поверхности в ее верхней части может не перемещаться, когда закрепляется на ней силами адгезии и возникающая сила сопротивления будет больше усилия перемещения стружки. Но и в этом случае сохраняется ее давление
на отвал. Призма волочения, перемещаясь по нефтебитуминозной породе, воздействует на нее силой тяжести. На боковых поверхностях отвала при его перемещении возникают силы трения за счет воздействия боковых стенок траншеи, образующиеся при вырезании стружки.
Величина липкости материалов характеризуется силой отрыва, отнесенной на единицу площади, работой отрыва и временем, необходимым для нарушения связи между контактируемыми материалами при действии постоянной нагрузки. Часто липкость характеризуют минимальной силой, необходимой для отрыва. Эту величину называют адгезионной прочностью, адгезионным давлением (напряжением), давлением прилипания или удельным прилипанием.
Поскольку при разрушении контакта двух тел происходит чаще всего адгезионно-когезионный разрыв связи, то по-видимому при характеристике слипания поверхностей двух разнородных материалов следует употреблять термин «прилипание». Природа его окончательно не выявлена, но известно несколько теорий, объясняющих физико-химическую сущность адгезионных явлений: адсорбционная, электрическая, диффузионная, химическая и др.
Как показал опыт разработки месторождения битуминозных пород Мунайлы-Мола при помощи бульдозерного оборудования ДЗ-27С, главными факторами снижения производительности являются:
- значительное сопротивление среды при срезании стружки, а следовательно, повышение энергоемкости процесса;
- необходимость длительного времени для оставления призмы волочения у места штабелирования;
- регулярная очистка рабочих поверхностей оборудования от налипшего материала.
Анализ исследования показывают, что значительное влияние на усилие резания оказывает угол резания. Наиболее резкий спад усилий наблюдается при угле заострения менее 30°.
Не малое влияние на снижение усилий резания оказывает навесное оборудование бульдозера. Кроме того, на завершающем этапе копания снижается энергоемкость рабочего процесса, так как резание осуществляется ножом при угле менее 30°.
Подвеска отвала [6] при переносе крепления раскосов с толкающего бруса на базовый тягач дает возможность автоматически менять угол резания с изменением величины заглубления, а следовательно, сократить путь набора породы, причем эффективная высота отвала при его выглуб-лении увеличивается. При встрече с препятствием усилие, реализуемое тягачом, воспринимается ножом, что требует подбора его параметров. В результате повышается надежность рыхлителя, его долговечность, а также увеличивается производительность машины.
Список литературы:
1. Баловнев В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин. - М., 1981. - 335 с.
2. Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами. - М.: Машиностроение, 1971. - 360 с.
3. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. - М., 1968. - 275 с.
4. Заднепровский Р.П. Результаты снижения трения и прилипания влажных грунтов при разработке землеройными машинами // Строительные и дорожные машины. - 1973. - № 5. - С. 31-33.
5. Цытович H.A. Механика грунтов. - М., 1979. - 272 с.
6. Бочаров B.C., Козбагаров P.A. Адаптация бульдозерного оборудования к изменению грунтовых условий //Материалы международной научно-технической конференции «Особенности проектирования строительт-ства и эксплуатации автомобильных дорог в Восточно-Сибирском регионе»: сб. науч. тр. - Иркутск, 1998. - С. 221-225.
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АВТОМАТНЫХ МОДЕЛЕЙ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ИМИТАЦИОННЫХ ТРЕНАЖЕРОВ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ОПЕРАТОРОВ АСУ ТП
© Коломиец A.C.*
Национальный исследовательский Томский политехнический университет,
г. Томск
На основе сравнения традиционного метода моделирования сценариев имитационных тренажеров, с применением уравнений энергетического, расходного и гидравлического балансов в элементах оборудования, и метода моделирования с использованием автоматных моделей, в статье сделаны выводы о преимуществах использования автоматных моделей, при моделировании сценариев с использованием САПР, а также при учете маловероятных аварийных ситуаций в обучении операторов АСУ ТП.
В последние годы резко увеличилась роль имитационного обучения персонала. В пользу этого утверждения говорят тот факт, что применение тренажеров имитаторов становится повсеместным.
Тенденции развития науки и техники, и очень быстрые темпы обновления материально-технической базы, требуют постоянного соответствия квалификации оперативного персонала с используемым оборудованием,
* Студент.
