CC BY
37
УДК 621.878.25
ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ЗНИЖЕННЯМ НАВАНТАЖЕННЯ
В.В. Нічке, професор, д.т.н., В.Ф. Демішкан, професор, к.т.н., О.А. Єрмакова, доцент, к.т.н., О.І. Жинжера, асистент, ХНАДУ
Анотація. На основі аналізу робочого процесу землерийно-транспортних машин, проведеного авторами в більш ранніх роботах, показані конструктивні схеми обмежувачів навантажень.
Ключові слова: бульдозер, скрепер, гідроциліндри, шарніри чотириланкові, обмежувачі навантажень, відвал, ківш.
Вступ
Залежно від виду причіпного чи навісного обладнання (ПНО) агрегатовані з ним машини працюють у циклічному або безупинному режимі, операції по розробці ґрунту чергуються зі значними за тривалістю транспортними, або ж транспортування займає порівняно невеликий обсяг часу роботи. Тому зниження навантажень, їхнє обмеження повинно здійснюватися або тільки в режимі розробки ґрунту, або і при розробці ґрунту, й у транспортному режимі.
Істотне підвищення потужності базових тракторів (з 185 - 210 кВт, до 350 - 600 кВт) при робочих швидкостях, які для багатьох видів ПНО порівняно мало змінилися, призвело до різкого підвищення тягових зусиль.
Дослідження і розробка схем обмежень навантажень
У зв’язку з динамічним характером робочих процесів землерийно-транспортних машин, необхідністю змінювати швидкість у широкому діапазоні силові передачі машин зазнали в останніх конструкціях базових тракторів істотних змін. У їхні конструкції включені гідродинамічні, гідростатичні, електричні передачі з метою виключення або зниження ударних режимів, розширення діапазону швидкостей, швидкого перемикання передач. Порівняно недавно почала здійснюватися модернізація навісного обладнання, систем керування з метою зниження навантаженості металоконструкції, поліпшення керованості, досягнення необхідної надійності. Як випливає з аналізу динаміки машин, основними напрямками зниження навантажень є: регулювання величини зовнішніх навантажень шляхом зміни швидкості руху машин; зменшення загальної маси за рахунок відключення обертових мас за допомогою фрикційних механізмів; зменшення жорсткості конструкції шля-
хом введення додаткових пружних елементів; автоматичне регулювання конструктивних параметрів у процесі навантаження робочого органа шляхом введення захисних і запобіжних пристроїв, які мають спеціальну пружну характеристику.
Таким чином, обмеження навантажень на ПНО і, отже, на базову машину досягається застосуванням пристрою з пружною характеристикою, близькою до релейної із попереднім регулюванням пружного елемента. Забезпечення необхідної норми досягається зміною параметрів підйомної системи або характеристик пружного елемента (пружини, пнев-могідроакумулятора, дроселів і т.д.). Далі розглянемо ряд конструкцій обмежувачів навантаження для машин різних видів.
Для бульдозерного і навантажувального робочого обладнання, обладнання штовхача ефективним засобом обмеження навантажень є впровадження в силовий ланцюг шарнірного чотириланкового механізму із введенням в одну з діагоналей гідроциліндрів, сполучених із гідропневмоакумулято-ром (а.с. 1168687). При дії навантаження, більшого розрахункової величини, відкривається клапан, що з’єднує штокову порожнину гідроциліндра з гідропневмоакумулятором, при цьому важелі 2 і 5 повертаються за годинниковою стрілкою, відвал піднімається і повертається, обходячи перешкоду. Після зменшення тиску в гідроциліндрі 3 (тобто зменшення діючого на відвал зусилля) через регульований дросель робоча рідина перетікає з гідропмевмоакумулятора в гідроциліндр, повертаючи його в початкове положення. Регульований дросель перед входом у штокову порожнину гідроциліндра дає можливість настроювання чутливості гідросистеми обмежувача навантажень. Слід зазначити, що, подаючи рідину в поршневу порожнину гідроциліндра, можна змінювати кут різання і кут установки відвалу, а подаючи рідину в один із циліндрів (правий або лівий), здійснювати перекіс відвала (рис. 1).
Рис. 1. Бульдозерне обладнання з обмежувачем навантаження (а.с. 1168687)
Аналогічний пристрій, застосований для обладнання штовхача (а.с. 1004544), шарнірний чоти-риланковий механізм, утворений плитою, що штовхає, 1, важелями 7 і 8 і металоконструкцією базової машини 5. Важелі 7 і 8 у вихідному положенні розташовані під кутом, близьким до 1800. У чотириланковий механізм між кронштейном 4 і шарніром 9 включено пружний елемент. При упорі плитою 1 у буфер 2 скрепера важелі 7 і 8 повертаються, при цьому пружний елемент 6 стискується, а плита, повертаючи, іде до базового трактора. Довжини важелів, кут між ними і жорсткість пружного елемента вибираються, виходячи з розглянутого вище рівня забезпечення гасіння амортизуючим пристроєм кінетичної енергії што-вхача. При цьому співвідношення між величинами динамічного і статичного зусилля на плиті, що штовхає, не перевищує 1,5 (рис. 2).
Рис. 2. Штовхач з амортизуючим обладнанням (а.с. 1004544)
Принцип дії пристрою для зниження динамічного навантаження тягача 1 і скрепера 2 полягає у включенні в роботу, після досягнення заданого рівня тягового зусилля, пружного елемента, включеного між частинам 5 і 6 хобота тягової рами 4. Пружний елемент 9 становить собою набір амортизуючих елементів (пружину 3), початкове затягування якої регулюється гвинтом. Величина попереднього затягування встановлюється за умови включення пристрою в роботу тільки після перевищення тяговим зусиллям номінального значення. При включенні частини 5 і 6 хобота, повертаючись відносно шарніра 8, стискують пружний елемент і забезпечують гасіння динамічного навантаження (рис. 3).
Рис. 3. Схема скрепера з обмежувачем навантаження за тягою (а.с. 1162905)
Недоліком описаного пристрою є та обставина, що обмежувач, знижуючи динамічні навантаження, не забезпечує автоматичного виглиблення робочого органа скрепера гідроциліндром 7, агрегат зупиняється, тягач буксує, знижується продуктивність, зношуються шини. У зв’язку з цим більш раціональним є застосування обмежувача, що забезпечує разом із зниженням динамічних навантажень виглиблення ковша, зниження опорів на ножі.
В одному із варіантів, розроблених у ХНАДУ, з’єднання арки-хобота тягової рами з поперечиною здійснюється шарнірами у верхній частині і за допомогою системи важелів в нижній. Система важелів утримується в заданому положенні за допомогою гідропневмоакумуляторів і гідроциліндрів або спеціальних пружин. Напрямок установки важелів залежить від розташування поперечини відносно прямої лінії, що з'єднує шарнір кріплення тягової рами до ковша і шарнір кріплення арки-хобота до тягача.
З перевищенням навантаження у пружному елементі заданої величини відбувається поворот важелів, стиск пружного елемента. При цьому повороті двоплечий важіль через гідроциліндри керування ковшем робить виглиблення ковша на величину, обумовлену величиною деформації пружного елемента і співвідношенням плечей важеля. Очевидно, величина підйому ковша повинна забезпечувати повне його виглиблення при зустрічі з непереборною перешкодою.
Попереднє регулювання (затягування) пружного елемента забезпечує жорстку, кінематично незалежну конструкцію рами в межах дії навантажень, які менше розрахункових. Таким чином, при нормальному плині процесу розробки ґрунту скрепером, його керованість не погіршується. Проте діючі навантаження не можуть перевищити задану величину, піки навантаження зрізаються, що в результаті призводить до істотного підвищення довговічності. Крім того, можливе зниження металоємності машини у зв’язку з тим, що навантаження в цьому випадку цілком визначені і запаси міцності можуть бути знижені.
Для зниження навантаження ЗТМ, що мають у складі робочого циклу значну долю транспортних операцій, застосовується амортизуючий пристрій, який забезпечує еластичну підвіску робочого органа в транспортному режимі і відключає цю підвіску в режимі копання. При цьому, для запобігання резонансних коливань, що можуть виникнути при збігові частоти впливу транспортних шляхів із частотою власних коливань машини, в пристрій уведено принцип змінного демпфірування (рис. 4).
Рис. 4. Амортизуючий пристрій скрепера (а.с.
876890)
З цією метою штокова порожнина 7 гідроциліндра 1 керування робочим органом у транспортному режимі з'єднується з гідропневмоакумулятором 2 за допомогою розподільного органа, виконаного у вигляді змонтованого на корпусі гідроциліндра дроселя 5 із підпружиненим клапаном 10 і жорстко пов'язаним з останнім штовхачем 11, а аморти-зуючий пристрій обладнаний криволінійним брусом 9, Ідо закріплений на штоку гідроциліндра і має можливість взаємодії зі штовхачем у транспортному положенні робочого органа. При цьому підклапанна порожнина дроселя 6 поєднана зі штоковою порожниною 7 гідроциліндра, а над-клапанна 4 - із гідропневмоакумулятором 2.
У режимі копання криволінійний брус не взаємодіє зі штовхачем 11, клапан закритий і гідроциліндр роз'єднаний з гідропневмоакумулятором. Жорсткість підвіски ковша при цьому відповідає
звичайній, що забезпечує надійне керування. У транспортному режимі, при рухові по нерівностях транспортного шляху коливання ковша і, отже, штока 8 гідроциліндра виникають перетікання рідини між порожниною 7 гідроциліндра і гідропневмоакумулятором 2. Одночасно криволінійний брус, переміщуючись із штоком, змінює прохідний перетин дроселя.
При цьому змінюються гідравлічні опори і, відповідно, коефіцієнт демпфірування в коливальній системі ківш - гідроциліндр 1, підклапанна порожнина 6, надклапанна порожнина 4, гідропневмо-акумулятор 2. Ступінь демпфірування коливань пов'язаний з величиною їхньої амплітуди так, що забезпечується автоматичне збільшення демпфірування зі збільшенням розмаху коливань ковша, а значить, розсіювання енергії коливань, що накопичується. Таким чином, усувається виникнення резонансних явищ, пов’язаних із накопиченням енергії в коливальній системі.
Висновки
Аналіз робіт, проведених у ХНАДУ, матеріалів обстежень в експлуатаційних господарствах, матеріалів, розміщених в Інтернеті, технічної літератури з питань надійності дорожніх машин дає можливість зробити такий висновок.
Можливо підвищити ефективність і надійність за рахунок обмеження навантажень на робочих органах, інтенсифікації робочих процесів, застосування раціональних параметрів робочих органів.
Вказані удосконалення можна проводити як на заводах, що випускають машини, так і в експлуатаційних господарствах.
Література
1. Наукові основи створення високоефективних землерийно-транспортних машин / Кириченко І.Г., Назаров Л.В., Нічке В.В. та ін. - Харків: ХНАДУ, 2003. - 588с.
Рецензент: Л.В. Назаров, професор, д.т.н., ХНАДУ. Стаття надійшла до редакції 10 лютого 2005 р.
