CC BY
12УДК 629.113
Петров А.А.
Петров Александр Александрович, конструктор-изобретатель болотно-шагающих технологических машин, внештатный научный сотрудник кафедры технологических машин и оборудования Тверского государственного технического университета, tverotk@mail.ru
Зюзин Б.Ф.
Зюзин Борис Федорович, д. т. н., проф., заведующий кафедрой технологических машин и оборудования Тверского государственного технического университета, zbfru@yandex.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ
ПРОЦЕССА
ПЕРЕДВИЖЕНИЯ
АКТИВНЫХ
ГРУНТОЗАЦЕПОВ
ШАГАЮЩЕЙ
БОЛОТОХОДНОЙ
МАШИНЫ
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ОПТИМАЛЬНЫХ
МОМЕНТОВ
ИХ ВКЛЮЧЕНИЯ
И ВЫКЛЮЧЕНИЯ
ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ
Аннотация. Для повышения тягово-сцепных свойств и проходимости серийных образцов шагающих болотоходных машин типа БШМ и БШМ-1 и преимущественного их использования в качестве шагающих болотных тягачей при передвижении по неосушенной торфяной залежи в их конструкциях, помимо пассивных грунтозацепов, применяются два активных грунтозацепа, внешний и внутренний. Управление ими (подъем и опускание) происходит за счет работы привода от силовых цилиндров.
Ключевые слова: болотоходная шагающая машина, активные грунтозацепы, автоматическое управление.
Petrov A.A.
Petrov Alexander A., designer and inventor of mire-walking technological machines, freelance researcher at the Chair of Technological Machines and Equipment of the Tver State Technical University, tverotk@mail.ru
Zyuzin B.F.
Zyuzin Boris F. Dr. Sc., Prof., Head of the Chair of Technological Machines and Equipment of the Tver State Technical University, zbfru@yandex.ru
STUDY
OF THE MOVEMENT PROCESS
OF ACTIVE WALKING GROUND HOOKS OF A MIRE-WALKING MACHINE
AND DETERMINATION OF THE OpTIMAL MOMENTS OF THEIR SWITCHING ON AND OFF FOR AUTOMATIC CONTROL
Abstract. In order to increase the traction properties and cross-country ability of serial samples of mire-walking machines of the BSHM and BSHM-1 type and their primary use as walking mire tractors when moving along a non-dried peat deposit, in their designs, in addition to passive grunt hooks, two active grunt hooks, external and internal, are used. Their control (lifting and lowering) is due to the operation of the drive from the power cylinders.
Key words: mire-walking machine, active ground protection, automatic control.
Болотоход БШМ - высоко проходимая машина, предназначенная для выполнения различных технологических операций на переувлажненных торфоминеральных грунтах и неосушенных болотах с влажностью более 95% (рис. 1). Он применяется в таких условиях, где затруднено или невозможно передвижение машин с колесным и гусеничным движителями, при температуре окружающего воздуха от -10 до +40 °С и толщине мерзлого грунта не более 0,05 м [1-5].
Рис. 1. Болотоход БШМ Fig. 1. BSM Swamp walker
Болотоход, оснащенный фрезой для рекультивации земель, предназначен для устранения очагов разлива нефти на нефтепромыслах (табл. 1).
Он перемешивает фрезой загрязненный нефтью грунт и возвращает его к жизнедеятельности. Болотоход по просьбе заказчика может быть оснащен дополнительным оборудованием.
Таблица 1. Технические характеристики болотохода БШМ
Table 1. Technical characteristics of the BSHM mire
walker
Тип движителя Шагающий (опоры-понтоны)
Силовая установка Дизель, трактор «Агромаш» 60ТК 121Д
Мощность двигателя, кВт 44,1
Техническая производительность (1-4-я скорость), га 0,08-0,19
Число передач переднего хода 6
Скорости передвижения по болоту, км/ч Транспортные - 0,45-2,0 Рабочие (с фрезой) - 0,45-1,0
Наименьший радиус поворота, м, не более 10
Масса, кг, не более 6000
Среднее давление под опорами (понтонами), кПа 10
Габаритные размеры, м, не более Длина - 9,0; ширина - 2,5; ширина с увеличителями проходимости - 3,8; высота - 2,4; высота со снятыми кабиной и глушителем - 2,4
Ширина захвата фрезы, мм (в зависимости от свойств грунта) 1800 при глубине до 350 мм
Скорости вращения барабана фрезы, об./мин 400
Понятия активного грунтозацепа, как и пассивного, в технике нет.
Условимся в отличие от пассивных грун-тозацепов, которые имеют малые размеры по высоте и неподвижно установлены на подошвах шагающих опор, активными называть такие грунтозацепы, которые, кроме больших размеров по высоте и ширине, являются подвижными и их функционирование зависит от нормальной работы других устройств, например, управляющих устройств, какими являются силовые цилиндры.
Управление силовыми цилиндрами, в свою очередь, производится золотниками гидрораспределителя.
Для рассмотрения процесса управления грунтозацепами шагающей болотоходной машины воспользуемся ее принципиальной гидравлической схемой, на которой изображены ее основные узлы: двухзолотниковый трехпозиционный гидрораспределитель 1, установленный в кабине машины, который с помощью трубопроводов соединен с гидронасосом 2 и двумя парами силовых цилиндров 3, 4 управления подъемом и опусканием грун-тозацепов (рис. 2).
Рис. 2. Гидравлическая схема управления грунтозацепами шагающей болотоходной машины с ручным переключением золотников гидрораспределителя: 1 - двухзолотниковый гидрораспределитель; 2 - гидронасос;
3 - силовые цилиндры управления внутренним грунтозацепом (грунтозацепом средней опоры);
4 - силовые цилиндры управления внешним грунтозацепом (грунтозацепом боковых опор);
5 - фильтр сливной; 6 - гидробак
Fig. 2. Hydraulic scheme of control of ground hooks of the mire-walking machine with manual switching of spool valves of the hydraulic distributor: 1 - two-arm hydraulic distributor; 2 - hydraulic pump; 3 - power cylinders of control of the internal ground hook (ground hook of the middle support);
4 - power cylinders for controlling the external grunt hook (grunt hook of the side supports);
5 - drain filter; 6 - hydraulic tank
В состав гидросистемы также входит сливной фильтр 5 и гидробак 6.
В исходном среднем положении золотников гидрораспределителя 1 при вращении гидронасоса 2 (за счет работы силовой установки) рабочая жидкость не поступает к силовым цилиндрам 3, 4 управления грунтозацепами, а идет на слив в гидробак 6 через предохранительный клапан, встроенный в корпус гидрораспределителя 1, и через фильтр 5.
При перемещении машинистом левого рычага гидрораспределителя 1 в ту или иную сторону происходит переключение его левого золотника в соответствующее положение, при котором рабочая жидкость от гидронасоса 2 поступает в штоковую или поршневую полость параллельно соединенной пары силовых цилиндров 3 управления внутренним
грунтозацепом (грунтозацепом средней опоры), в результате чего происходит его подъем или опускание.
При перемещении машинистом правого рычага гидрораспределителя 1 в ту или иную сторону происходит переключение его правого золотника в соответствующее положение, при котором рабочая жидкость от гидронасоса 2 поступает в штоковую или поршневую полость другой параллельно соединенной пары силовых цилиндров 4 управления внешним грунтозацепом (грунтозацепом боковых опор), в результате чего происходит его подъем или опускание.
В связи с тем, что привод на среднюю опору смещен относительно привода на боковые опоры на 180°, то в процессе шагания болото-ходной машины ее средняя опора перемещается в противофазе относительно сдвоенных боковых опор. Опускание средней опоры происходит с одновременным подъемом боковых опор. А подъем средней опоры происходит с одновременным опусканием боковых опор.
Поэтому подъем (опускание) одного грун-тозацепа также должен происходить одновременно с опусканием (подъемом) другого грунтозацепа, то есть в противофазе.
Управление двумя грунтозацепами на каждом шаге болотоходной машины имеет ряд недостатков.
Одним из недостатков является сложность и утомительность управления из-за ручного управления в соответствии с гидравлической схемой.
Так, в процессе движения шагающей болотоходной машины машинисту необходимо, кроме управления педалью сцепления, рулевым колесом, рычагом переключения скоростей и другими органами, дополнительно вручную посредством двух рычагов управлять одновременно двумя золотниками гидрораспределителя.
То есть водителю необходимо управлять движением машины и одновременно, наблюдая за положением опор, грунтозацепов и штоков силовых цилиндров, визуально подбирать моменты для переключения золотников гидрораспределителя. При управлении одновременно двумя грунтозацепами машинист задействует сразу обе руки.
Другим недостатком внедорожного транспортного средства является низкая эффективность работы внешнего и внутреннего грунтозацепов из-за несвоевременного их опускания и несвоевременного подъема (ранний или за-
поздалый подъем, раннее или запоздалое опускание) вследствие бесконтрольного ручного управления их силовыми приводами в условиях недостаточной обзорности элементов управления, а также из-за субъективной оценки машинистом момента времени, при котором необходимо производить опускание (подъем) одного грунтозацепа с одновременным подъемом (опусканием) другого грунтозацепа.
Несвоевременность управления грунтозацепами и неэффективность их работы приводит к снижению тягово-сцепных свойств шагающей болотоходной машины по следующим причинам:
• при раннем подъеме грунтозацепа, то есть раннем снятии опоры с якоря, происходит ее пробуксовывание и, как следствие, снижение поступательной скорости движения машины и уменьшение тягового усилия движителя;
• при запоздалом подъеме грунтозацепа, когда он остается еще не до конца поднят относительно грунта, а его опора уже выходит на траекторию своего поступательного движения, происходит пропахивание им грунта («бульдозерный эффект»), следствием чего является увеличение силы сопротивления передвижению опоры и уменьшению тягового усилия движителя;
• при раннем опускании грунтозацепа опора еще не опустилась на грунт и продолжает свое поступательное движение, а опущенный грунтозацеп задевает за грунт, что опять-таки вызывает пропахивание им грунта («бульдозерный эффект») и уменьшение тягового усилия движителя;
• при запоздалом опускании грунтозацепа опора еще не успевает заякориться в грунт, в результате чего происходит ее буксование при перестановке опор (откат назад), которое также приводит к уменьшению тягового усилия движителя.
Несвоевременная работа грунтозацепов также обусловлена отсутствием регулировки скорости движения штоков силовых цилиндров, управляемых грунтозацепами.
Из-за отсутствия указанной регулировки происходит рассогласование времени, которое требуется для подъема и опускания грунтоза-цепов, определяемым скоростью поступательного движения шагающей болотоходной машины, со временем, за которое происходит полное выдвижение или полное задвижение штоков силовых цилиндров управления грунтозаце-
пами, определяемым производительностью гидронасоса и размерами силовых цилиндров.
Поскольку одним из критериев проходимости машины являются его тягово-сцепные свойства, то в результате их снижения уменьшается проходимость шагающего движителя.
Для устранения указанных выше недостатков управления грунтозацепами требуется разработка и внедрение в его конструкцию автоматической системы управления.
Эта система должна производить включение и выключение золотников управления силовыми цилиндрами подъема и опускания грунтозацепов своевременно и независимо от действий машиниста.
А для автоматического управления грунтозацепами требуется исследование их передвижения на каждом шаге опор и определение оптимальных моментов для включения и выключения.
При этом важно знать положение опор, при котором необходимо подавать команды золотникам для их своевременного включения и выключения с целью своевременной подачи потока рабочей жидкости к силовым цилиндрам управления внешним и внутренним грун-тозацепами.
Выше были указаны недостатки управления грунтозацепами шагающей болотоходной машины.
К недостатку следует отнести также отсутствие критерия точного положения опор, при котором должны выполняться команды на опускание и подъем грунтозацепов.
Критерий, по которому можно судить о моментах начала и окончания подъема и опускания активных грунтозацепов шагающей болотоходной машины, является положение его опор в момент начала и окончания их подъема и опускания, определяемое положением передних и задних катков корпуса относительно передних и задних направляющих опор.
Прежде чем рассматривать положения грунтозацепов и опор, а также катков корпуса на направляющих опор, при которых необходимо производить управление грунтозацепами, кратко охарактеризуем конструкцию шагающей болотоходной машины на примере болотохода типа БШМ (рис. 3).
В среднем положении его средняя опора 1 изображена опущенной на грунт, а сдвоенные боковые опоры, левая опора и правая 2 показаны в приподнятом положении и расположены под углом а к поверхности грунта.
Рис. 3. Среднее положение опор. Левая опора условно не показана, правая опора и внешний грунтозацеп подняты, средняя опора стоит на грунте, внутренний грунтозацеп опущен (заякорен). Направляющие средней опоры показаны утолщенными линиями: 1 - средняя опора; 2 - правая опора; 3 - правая передняя направляющая средней опоры; 4 - правая задняя направляющая средней опоры; 5 - передняя направляющая правой опоры; 6 - задняя направляющая правой опоры; 7 - внутренний грунтозацеп; 8 - силовые цилиндры управления внутренним грунтозацепом; 9 - внешний грунтозацеп; 10 - силовые цилиндры управления внешним грунтозацепом; 11 - корпус (рама); 12 - передний каток корпуса; 13 -задний каток корпуса; 14 - силовая установка; 15 - цевочная звездочка; 16 - цевки средней опоры; 17 -цевки правой опоры
Fig. 3. The average position of the supports. The left support is not shown conditionally, the right support and the outer ground hitch are raised, the middle support is on the ground, the inner ground hitch is lowered (anchored). The guides of the middle support are shown with thickened lines: 1 - middle support; 2 - right support; 3 - right front guide of the middle support; 4 - the right rear guide of the middle support; 5 - the front guide of the right support; 6 - the rear guide of the right support; 7 - the inner ground hook; 8-power cylinders for controlling the internal ground hitch; 9 - external ground hitch; 10 - power cylinders for controlling the external ground hitch; 11 - housing (frame); 12 - front body roller; 13 - rear body roller; 14 - power plant; 15 -pinwheel sprocket; 16 - pinwheel middle support; 17 - pinwheel right support
Левая опора на рис. 3 и последующих рисунках условно не показана.
При этом подразумевается, что она передвигается по такой же траектории, как и правая опора 2.
В рассматриваемом положении передний и задний катки 12 и 13 корпуса 11 находятся посередине передней и задней направляющих 5 и 6.
На палубе средней опоры 1 параллельно установлены две пары продольных направляющих: пара передних направляющих 3, которые имеют замкнутую овальную форму и пара задних прямолинейных направляющих 4. В дальнейшем для упрощения будем рассматривать пару передних направляющих средней опоры 1, как одну переднюю направляющую 3, и пару задних - как одну заднюю направляющую 4,
так как на виде сбоку две одинаковые направляющие сливаются в одну.
Параллельно передним и задним направляющим 3 и 4 средней опоры 1 на палубе каждой боковой опоры установлено по одной передней и задней направляющей 5 и 6.
Передняя направляющая каждой опоры 3, 5 имеет общую длину а, измеряемую по траектории, описываемой центром переднего катка.
Каждая передняя направляющая 3, 5 состоит из двух параллельных прямолинейных участков, верхнего ручья и нижнего ручья, имеющих длину а-2R. Верхний и нижний ручьи соединены между собой спереди и сзади двумя криволинейными участками, передним ручьем и задним ручьем, выполненными в виде полуколец со средним радиусом R.
К передней торцевой части средней опоры 1 шарнирно прикреплен внутренний грун-тозацеп 7.
Он установлен с возможностью перемещения относительно данной опоры в вертикальной плоскости с помощью пары параллельно соединенных силовых цилиндров 8. К боковым опорам в их передней части шарнирно прикреплен внешний грунтозацеп 9 с возможностью его перемещения относительно данной опоры в вертикальной плоскости с помощью другой пары параллельно соединенных силовых цилиндров 10.
Так как в каждой паре силовые цилиндры 8 и 10 подключены параллельно друг другу, то для упрощения исследования каждую пару будем рассматривать как один силовой цилиндр.
Каждая опора соединена с корпусом 11 посредством параллельно установленных на нем передних и задних катков 12 и 13, первые из которых помещены в передние направляющие 3 и 5, а вторые - в задние направляющие 4 и 6 соответствующих опор 1 и 2.
Передвижение корпуса 11 по опорам 1, 2 происходит за счет работы силовой установки 14 и ее привода, включающего установленные в подшипниковых опорах корпуса два приводных вала, правый и левый (на рис. не показаны), которые установлены соосно, причем правый вал расположен с правой стороны между передней направляющей 5 правой опоры 2 и правой передней направляющей 3 средней опоры 1, а левый вал установлен с левой стороны симметрично правому валу относительно продольной оси симметрии машины.
На концах каждого приводного вала установлены передние катки 12, помещенные в ручьи передних направляющих 3, 5, и цевочные звездочки 15, каждая из которых взаимодействуют своими зубьями с установленными в один ряд цевками 16 и 17. При этом цевки 16 установлены на средней опоре 1 в центре каждой передней направляющей 3, а цевки 17 - на боковых опорах 2 в центре их передних направляющих 5.
Следует отметить, что корпус 11 перемещается со скоростью V по средней опоре 1 на своих передних катках 12 по прямым ручьям передних направляющих 3 и на своих задних катках 13 по задним направляющим 4 за счет зацепления цевочных звездочек 15 с цевками 16.
Таким образом, поступательная скорость корпуса относительно грунта равна V. В то же
время боковая опора 2 за счет привода и его цевочного зацепления 15, 17 движется относительно корпуса 11 с такой же скоростью V. Таким образом, скорость поступательного движения опоры относительно грунта равна двойной скорости корпуса или 2 V. Длина шага между опорами теоретически равна длине передней направляющей а по ее центру, а полный шаг, который совершает одна опора, равен двойному шагу между опорами 2а. Длина хода центра заднего катка при его передвижении по задней направляющей равна а.
То есть а - это расстояние между крайними передним и задним положениями центра заднего катка при его возвратно-поступательном движении по задней направляющей.
Рассмотрим некоторые характерные положения опор и грунтозацепов шагающей машины в процессе ее движения, а также проследим за положениями центров передних и задних катков на передних и задних направляющих.
В процессе шагания боковая опора из среднего положения передвигается в положение 1 (рис. 4), при котором центр заднего катка корпуса перемещается в т. А на задней направляющей средней опоры и т. А1 на задней направляющей боковой опоры. В этом положении задний каток корпуса с центром в т. А не доехал по задней направляющей средней опоры до своего крайнего положения (до т. С) на величину R, а боковая опора своей задней направляющей не доехала по заднему катку до своего крайнего положения (до т. Сх) также на величину R.
В рассматриваемом положении передний каток корпуса проехал по верхнему ручью передней направляющей средней опоры до его переднего края, а передняя направляющая боковой опоры проехала по переднему катку своим нижним ручьем до ее заднего края, при этом центр переднего катка совпал с т. В на направляющей средней опоры и с т. В1 на направляющей боковой опоры.
Во время передвижения боковой опоры внешний грунтозацеп находится в приподнятом положении и удерживается силовым цилиндром 10.
Нижняя точка рассматриваемого грунтоза-цепа находится не ниже продолжения плоскости подошвы боковой опоры. При передвижении опоры грунт не оказывает сопротивления передвижению внешнего грунтозацепа.
Грунтозацеп движущейся опоры не касается грунта и не создает «бульдозерного эф-
Рис. 4. Положение 1. Перемещение боковой опоры из среднего положения вперед Fig. 4. Position 1. Moving the side support from the middle position forward
фекта», а шток силового цилиндра управления внешним грунтозацепом полностью втянут в гильзу цилиндра.
Во время передвижения боковой опоры из среднего положения в положение 1 средняя опора все время остается на грунте, а внутренний грунтозацеп заглублен в грунт на величину h относительно плоскости подошвы указанной опоры, при этом шток силового цилиндра управления данным грунтозацепом полностью выдвинут из гильзы.
Положение 1 (рис. 4) соответствует моменту начала опускания на грунт боковой опоры вместе с внешним грунтозацепом, а также моменту начала опускания внешнего грунтоза-цепа относительно боковой опоры.
В этот момент золотник, управляющий внешним грунтозацепом, должен направить поток рабочей жидкости на выдвижение штока силового цилиндра внешнего грунтозацепа.
Положение 1 также соответствует моменту начала подъема относительно грунта средней опоры вместе с внутренним грунтозацепом и моменту начала подъема внутреннего грунтозацепа относительно средней опоры. В этот момент золотник, управляющий внутренним грунтозацепом, должен направить поток рабочей жидкости на задвижение штока силового цилиндра внутреннего грунтозацепа.
В положении 2 (рис. 5) все опоры стоят на поверхности грунта.
Корпус передвинулся в такое положение, при котором центр его заднего катка перемес-
Рис. 5. Положение 2. Опускание боковой опоры на грунт. Опускание (заякоривание) внешнего грунтозацепа. Подъем внутреннего грунтозацепа
Fig. 5. Position 2. Lowering the side support to the ground. Lowering (anchoring) of the external ground hook. Lifting of the internal ground hitch
тился в т. С на задней направляющей средней опоры и в т. С1 на задней направляющей боковой опоры.
Задний каток оказался в крайнем переднем положении по отношению к задней направляющей средней опоры и в крайнем заднем положении относительно задней направляющей боковой опоры.
Передний каток корпуса из т. В переместился в т. D на передней направляющей средней опоры, совпадающей с т. D1 на передней направляющей боковой опоры.
В положении 2 завершилось опускание внешнего грунтозацепа в крайнее нижнее положение.
Он заглубился в податливый грунт на полную величину h за счет работы его силового цилиндра, шток которого полностью выдвинулся из гильзы.
В этот момент золотник управления силовым цилиндром внешнего грунтозацепа должен быть переключен в среднее (нейтральное) положение, а указанный силовой цилиндр должен завершить работу по выдвижению штока.
В положении 2 завершился подъем внутреннего грунтозацепа в крайнее верхнее положение, при котором его нижняя точка находится не ниже продолжения плоскости подошвы средней опоры.
В этот момент золотник управления силовым цилиндром внутреннего грунтозацепа должен быть переключен в среднее (нейтральное) положение, а указанный силовой цилиндр должен завершить работу по задвижению штока.
В положении 3 (рис. 6) средняя опора приподнялась относительно грунта вместе с внутренним грунтозацепом, а боковая опора неподвижно стоит на поверхности грунта.
Внешний грунтозацеп заякорен в грунт.
Корпус передвинулся в такое положение, при котором центр его переднего катка переместился в т. F на передней направляющей средней опоры и в т. F1, на передней направляющей боковой опоры.
В это время центр заднего катка корпуса совпал с т. Е на задней направляющей средней опоры и с т. Ег на задней направляющей боковой опоры.
Задний каток удалился от переднего края задней направляющей средней опоры на величину R и от заднего края задней направляющей боковой опоры на величину R. Золотники гидрораспределителя управления грунтозацепами в положении 3 находятся в среднем положении.
В положении 4 (рис. 7) средняя опора и ее внутренний грунтозацеп продвинулись вперед относительно катков корпуса, а корпус на своих катках переместился вперед по боковой опоре.
При передвижении средней опоры поднятый внутренний грунтозацеп не касается грунта и не создает «бульдозерного эффекта», а шток гидроцилиндра управления грун-тозацепом средней опоры остается полностью втянут в гильзу гидроцилиндра и удерживает грунтозацеп в данном положении. Боковая опора остается на грунте, а ее внешний грун-тозацеп заякорен в грунт на глубину h.
Рис. 6. Положение 3. Поднятие средней опоры Fig. 6. Position 3. Raising the middle support
Рис. 7. Положение 4. Перемещение средней опоры из положения 3 вперед Fig. 7. Position 4. Moving the middle support from position 3 forward
В положении 4 корпус передвинулся в такое положение, при котором центр его переднего катка переместился в т. К на передней направляющей средней опоры и в т. Кх, на передней направляющей боковой опоры.
В это время центр заднего катка корпуса совпал с т. G на задней направляющей средней опоры и с т. G1 на задней направляющей боковой опоры.
Задняя направляющая средней опоры не доехала по заднему катку до своего крайнего положения на величину R. Задний каток корпуса проехал по задней направляющей боковой опоры и не доехал до переднего ее края на величину R.
В рассматриваемом положении золотник управления внутренним грунтозацепом должен направить поток рабочей жидкости
на опускание внутреннего грунтозацепа, а золотник управления внешним грунтозацепом -на подъем внешнего грунтозацепа.
В положении 5 (рис. 8) все опоры стоят на поверхности грунта.
Корпус передвинулся в такое положение, при котором центр его заднего катка переместился в т. М на задней направляющей средней опоры и в т. Мг на задней направляющей боковой опоры.
Задний каток оказался в крайнем заднем положении по отношению к задней направляющей средней опоры и в крайнем переднем положении относительно задней направляющей боковой опоры.
При этом средняя опора своей передней направляющей переместилась по переднему катку корпуса из т. К в т. N. а корпус за это
Рис. 8. Положение 5. Опускание средней опоры на грунт. Опускание (заякоривание) внутреннего грунтозацепа. Подъем внешнего грунтозацепа
Fig. 8. Position 5. Lowering the middle support to the ground. Lowering (anchoring) of the inner ground hook. Lifting of the external ground hook
время своим передним катком переместился по боковой опоре в т. N1.
В положении 5 завершилось опускание внутреннего грунтозацепа в крайнее нижнее положение.
В этот момент золотник управления силовым цилиндром внутреннего грунтоза-цепа должен быть переключен в среднее положение, а указанный силовой цилиндр должен завершить работу по выдвижению штока.
В положении 5 завершился подъем внешнего грунтозацепа в крайнее верхнее положение, при котором его нижняя точка находится не ниже продолжения плоскости подошвы боковой опоры.
В этот момент золотник управления силовым цилиндром внешнего грунтозацепа должен быть переключен в среднее положение, а указанный силовой цилиндр должен завершить работу по задвижению штока.
В положении 6 (рис. 9) боковая опора приподнялась относительно грунта вместе с внешним грунтозацепом, который находится в поднятом положении.
В этом положении центр переднего катка находится в т. Р1 на передней направляющей боковой опоры и в т. Р на передней направляющей средней опоры.
В положении 6 корпус передним катком начинает свое движение по верхнему ручью передней направляющей средней опоры, которая стоит на грунте, а боковая опора нижним ручьем своей передней направляющей начинает движение относительно переднего катка корпуса.
При дальнейшем движении шагающей машины боковая опора проходит среднее положение, которое совпадает с принятым при исследовании исходным положением (рис. 3), и цикл движения повторяется (рис. 4-9).
Таким образом, из всех рассматриваемых положений опор и катков корпуса на направляющих только в четырех характерных положениях (1, 2, 4, и 5) происходит передвижение грунтозацепов.
Положение 1 соответствует началу опускания внешнего грунтозацепа и началу подъема внутреннего грунтозацепа, положение 2 соответствует завершению опускания внешнего грунтозацепа и завершению подъема внутреннего грунтозацепа. Положение 4 соответствует началу опускания внутреннего грунтозацепа и началу подъема внешнего грунтозацепа, а положение 5 - завершению опускания внутреннего грунтозацепа и завершению подъема внешнего грунтозацепа.
На основании приведенного выше исследования процесса передвижения шагающего болотохода в его характерных положениях и процесса перемещения внутреннего и внешнего грунтозацепов наглядно графически на передних направляющих опор показаны точки и отдельные участки, при прохождении которых центрами передних катков корпуса должны срабатывать золотники управления силовыми цилиндрами грунтозацепов.
Золотники должны направлять поток рабочей жидкости на подъем (опускание) активных грунтозацепов или останавливать поток для прекращения движения силовых цилиндров и грунтозацепов (рис. 10, 11).
Рис. 9. Положение 6. Поднятие боковой опоры Fig. 9. Position 6. Lifting the side support
Рис. 10. Положение характерных точек центра переднего катка корпуса на передней направляющей средней опоры, в момент прохождения которых передним катком от золотника должна поступать соответствующая команда по управлению силовыми цилиндрами внутреннего грунтозацепа: т. В - точка начала подъема внутреннего грунтозацепа, т. D - точка окончания его подъема, BD - участок подъема внутреннего грунтозацепа, т. К - точка начала опускания внутреннего грунтозацепа, т. N - точка окончания его опускания, KN - участок опускания внутреннего грунтозацепа
Fig. 10. The position of the characteristic points of the center of the front roller of the housing on the front guide of the middle support, at the time of passing which the front roller from the spool needs to do a proper team management power the cylinders inside lug: t. B - the point of beginning of the rise in domestic lug, t. D - is the end point of its ascent, BD - uphill inner lug to the point of beginning st-niya internal lug, t. N - point end down, KN - phase by lowering the internal lug
Рис. 11. Положение характерных точек центра переднего катка корпуса на передней направляющей
правой опоры, в момент прохождения которых передним катком от золотника должна поступать
соответствующая команда по управлению силовыми цилиндрами внешнего грунтозацепа:
т. В1 - точка начала опускания внешнего грунтозацепа, т. D1 - точка окончания его опускания,
B1D1 - участок опускания внешнего грунтозацепа, т. К1 - точка начала подъема внешнего грунтозацепа,
т. N1 - точка окончания его подъема, K1N1 - участок подъема внешнего грунтозацепа
Fig. 11. The position of the characteristic points of the center of the front roller of the housing on the front guide of the right support, at the time of passing which the front roller from the spool, the appropriate command must be received to control the power cylinders of the external ground hitch: t. B1 - the point of beginning of lowering the external ground hitch, t. D1 - the point of ending it lowering, B1D1 - the section of lowering of the external ground hitch, i. e. K1 - the point of beginning of lifting of the external ground hitch, i. e. N1 - the point of ending of its lifting, K1N1 - the section of lifting of the external ground hitch
На рис. 12 и 13 также графически показаны на задних направляющих опор отдельные участки и точки, при прохождении которых центрами задних катков корпуса должны срабатывать золотники управления силовыми цилиндрами внутреннего и внешнего грунто-зацепов и направлять поток рабочей жидкости на их подъем (опускание) или останавливать поток для прекращения движения силовых цилиндров и грунтозацепов.
Выводы по обоснованию оптимальных моментов включения и выключения активных грунтозацепов для автоматического управления ими.
1. Оптимальными в соответствии с траекториями движения опор являются такие моменты начала подъема и опускания грун-тозацепов, которые совпадают с моментами начала подъема и опускания опор, на которых они установлены.
Рис. 12. Положение характерных точек центра заднего катка корпуса на задней направляющей средней опоры шагающего болотохода, в момент прохождения которых задним катком от гидрозолотника должна поступать соответствующая команда по управлению силовыми цилиндрами внутреннего грунтозацепа: а) т. А - точка начала подъема внутреннего грунтозацепа, т. С - точка окончания его подъема, АС - участок подъема внутреннего грунтозацепа на длине R; б) т. G - точка начала опускания внутреннего грунтозацепа, т. М - точка окончания его опускания, GM - участок опускания внутреннего грунтозацепа на длине R
Fig. 12. The position of the characteristic points of the center of the rear roller of the body on the rear guide of the middle support of the walking swamp walker, at the time of passing which the rear roller from the hydraulic hammer should receive the appropriate command to control the power cylinders of the internal grunt: а) t. A - the point of the beginning of the lifting of the inner ground hitch, t. C - the point of the end of its lifting, AC - the section of the lifting of the inner ground hitch at length R; б) t. G - the point of the beginning of the lowering of the inner ground hitch, t. M - the point of the end of its lowering, GM - the section of the lowering of the inner ground hitch at length R
Рис. 13. Положение характерных точек центра заднего катка корпуса на задней направляющей боковой опоры шагающего болотохода, в момент прохождения которых задним катком от гидрозолотника должна поступать соответствующая команда по управлению силовыми цилиндрами внешнего грунтозацепа: а) т. А1 - точка начала опускания внешнего грунтозацепа, т. С1 - точка окончания его опускания, А1С1 - участок опускания внешнего грунтозацепа на длине R; б) т. G1 - точка начала подъема внешнего грунтозацепа, т. М1 - точка окончания его подъема, G1М1 - участок подъема внешнего грунтозацепа на длине R
Fig. 13. The position of characteristic points of the center of the back of the rink housing on rear rail side supports walking swamp, at the time of the passage of which the rear roller from hydrocolonic should do a proper team management power cylinders external lug: а) t. A1 - starting point of lowering the external lug, t. C1 - point end down, А1С1 - phase by lowering the external lug on the length R; б) t. G1 - starting point of the rise of the external lug, t. M1 is the end point of its ascent, G1М1 - uphill external lug on the length of R
а
б
а
б
2. Началом опускания внешнего грунтозацепа является такое положение переднего катка корпуса, при котором его центр располагается на заднем краю нижнего ручья передней направляющей боковой опоры, а окончанием опускания внешнего грунтозацепа такое положение переднего катка, при котором его центр находится на середине заднего ручья передней направляющей боковой опоры.
3. Началом опускания внешнего грунтоза-цепа является такое положение заднего катка корпуса, при котором его центр располагается на расстоянии R от своего заднего крайнего положения на задней направляющей боковой опоры, а окончанием опускания внешнего грунтозацепа такое положение заднего катка, при котором его центр находится в заднем крайнем положении на задней направляющей боковой опоры.
4. Началом подъема внешнего грунтозаце-па является такое положение переднего катка корпуса, при котором его центр располагается на переднем краю верхнего ручья передней направляющей боковой опоры, а окончанием подъема внешнего грунтозацепа такое положение переднего катка, при котором его центр находится на середине переднего ручья передней направляющей боковой опоры.
5. Началом подъема внешнего грунтозацепа является такое положение заднего катка корпуса, при котором его центр располагается на расстоянии R от своего крайнего переднего положения на задней направляющей боковой опоры, а окончанием подъема внешнего грунтозацепа такое положение заднего катка, при котором его центр находится в крайнем переднем положении на задней направляющей боковой опоры.
6. Началом опускания внутреннего грунтозацепа является такое положение переднего катка корпуса, при котором его центр располагается на заднем крае нижнего ручья передней направляющей средней опоры, а окончанием опускания внутреннего грунтозацепа такое положение переднего катка, при котором его центр находится на середине заднего ручья передней направляющей средней опоры.
7. Началом опускания внутреннего грун-тозацепа является такое положение заднего катка корпуса, при котором его центр располагается на расстоянии R от своего крайнего заднего положения на задней направляющей средней опоры, а окончанием опускания внутреннего грунтозацепа такое положение заднего катка, при котором его центр находится
в крайнем заднем положении на задней направляющей средней опоры.
8. Началом подъема внутреннего грунтозацепа является такое положение переднего катка корпуса, при котором его центр располагается на переднем крае верхнего ручья передней направляющей средней опоры, а окончанием подъема внутреннего грунтозацепа такое положение переднего катка, при котором его центр находится на середине переднего ручья передней направляющей средней опоры.
9. Началом подъема внутреннего грунтоза-цепа является такое положение заднего катка корпуса, при котором его центр располагается на расстоянии R от своего крайнего переднего положения на задней направляющей средней опоры, а окончанием подъема внутреннего грунтозацепа такое положение заднего катка, при котором его центр находится в крайнем переднем положении на задней направляющей средней опоры.
10. При автоматическом управлении силовыми цилиндрами подъема и опускания грунтозацепов шагающей болотоходной машины своевременными будут являться такие команды, отдаваемые золотникам гидрораспределителя, направляемым поток рабочей жидкости к силовым цилиндрам и исполняемые последними, которые подаются в то время, которое совпадает с соответствующим положением центров передних катков на передних направляющих опор и центров задних катков на задних направляющих опор, изложенных в выводах 2-9.
11. Для своевременной работы внешнего и внутреннего грунтозацепов, закрепленных соответственно на боковых и средней опорах, необходимо иметь регулировку скорости их движения, чтобы они успевали полностью подняться или опуститься в грунт за счет работы силового привода за время подъема или опускания опор, определяемое скоростью поступательного движения шагающей болотоходной машины.
12. На основании выполненных исследований в настоящее время проводятся работы по проектированию автоматического управления внешним и внутренним грунтозацепа-ми, которое позволит существенно упростить управление шагающей болотоходной машиной и повысить ее тягово-сцепные свойства при передвижении по неосушенной торфяной залежи за счет более эффективной работы ее активных грунтозацепов.
Библиографический список
1. Движитель шагохода / Л.Ф. Коровицын, А.А. Петров, И.В. Третьяков, А.Ю. Коровоч-кин. А.С. № 1243292. - Калининский ордена Трудового Красного знамени политехнический институт. Опубликовано 28.07.2020. Бюлл. № 22.
2. Авторское свидетельство № 1556019 СССР, МКИ 3 B62D 57/02. Внедорожное транспортное средство / Л.Ф. Коровицын, А.А. Петров, В.Н. Александров // Заявлено 05.07.88 г. Опубл. в бюлл. «Изобретения». 1994. - № 4.
3. Патент на полезную модель № 50200 от 27.07.05 г., МПК7 B 62 D 57/02. Внедорож-
ное шагающее транспортное средство /
B.В. Родионов, М.Н. Сафронов, Н.Ф. Швец, Л.Ф. Коровицын, А.А. Петров // 2005. -Бюлл. № 36.
4. Петров А.А., Гирин Д.В. Малогабаритный шагающий болотоход для устранения нефтяных загрязнений на болотах // Нефть-Газ промышленность. - 2006. - № 4 (24). -
C. 50-51.
5. Петров А.А., Швец Н.Ф., Гирин Д.В. Шагающий болотоход БШМ для ликвидаций последствий аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на неосушенных торфяных болотах // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2008. - № 3. - С. 42-44.
