CC BY
9УДК 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 ОПОР ШАГАЮЩЕЙ БОЛОТОХОДНОЙ МАШИНЫ НА ПОВОРОТЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ МОМЕНТОВ ВКЛЮЧЕНИЯ И ВЫКЛЮЧЕНИЯ ПРИВОДА ИХ ПОВОРОТА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Аннотация. Управление серийными образцами шагающих болотоходных машин типа БШМ и БШМ-1 при их передвижении на повороте происходит за счет работы гидравлического привода от силового цилиндра поворота. Включение и выключение силового цилиндра поворота выполняется машинистом вручную путем переключения золотника гидрораспределителя рукояткой дважды на каждом шаге опор. Такое управление имеет ряд недостатков, оно сложно, утомительно для машиниста и выполняется несвоевременно. При этом происходит неполный поворот опор, увеличивается радиус поворота, уменьшается поворотливость и проходимость шагающих болотоходных машин на повороте. В работе приведены исследования процесса передвижения опор шагающей болотоходной машины
Petrov А.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
INVESTIGATION OF THE PROCESS OF MOVEMENT OF THE SUPPORTS OF A MIRE-WALKING MACHINE ON A TURN AND DETERMINATION OF THE OPTIMAL MOMENTS OF SWITCHING ON AND OFF THE DRIVE OF THEIR ROTATION FOR AUTOMATIC CONTROL
Abstract. The control of serial samples of mire-walking machines of the EmM and EmM-1 type during their movement on the turn is due to the operation of a hydraulic drive from the power cylinder of the turn. Turning the power cylinder on and off is performed manually by the driver by switching the valve spool with the handle twice at each step of the supports. Such management has a number of disadvantages, it is difficult, tedious for the driver and is performed uncharacteristically-temporarily. At the same time, there is an incomplete turn of the supports, the radius of the turn increases, and the turnability and cross-country ability of walking swamp-walking vehicles on the turn decreases. The paper presents studies of the process of moving the supports of a walking marsh-walking machine on a turn, substantiates the optimal moments of switching
на повороте, обоснованы оптимальные моменты включения и выключения привода поворота опор и разработаны предпосылки для автоматического управления поворотом. Применение автоматического управления устранит недостатки ручного управления и повысит эффективность процесса поворота и проходимость шагающей машины на повороте в условиях неосушенных торфяных болот.
on and off the drive for turning the supports, and develops the prerequisites for automatic turn control. The use of automatic control will eliminate the disadvantages of manual control and increase the efficiency of the turning process.
Ключевые слова: болотоходная шагающая машина, передвижение на повороте, силовой цилиндр поворота, поворот опор, поворотливость, ручное управление, автоматическое управление, неосушенные торфяные болота.
Key words: mire-walking machine, movement on a turn, power cylinder of a turn, turn of supports, turnability, manual control, automatic control, not drained peat bogs.
С 1975 года на кафедре «Торфяные машины и комплексы» Калининского пол итехнического института впервые в России и за рубежом были начаты научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по разработке высокопроходимой бо-лотоходной машины с принципиально новым движителем шагающего типа [1]. Тема работы по созданию шагающей болотоходной машины была включена в подпрограмму «Торфяные ресурсы Сибири и их комплексное использование» региональной научно-исследовательской программы «Сибирь» - новой долговременной программы по освоению производительных сил Западной Сибири.
Результатом этих работ стало создание ряда экспериментальных и опытно-промышленных образцов высокопроходимых шагающих боло-тоходных машин [2-5].
Изучение физико-механических свойств не-осушенной торфяной залежи и проходимости болотоходных машин с различными типами движителей, в том числе и шагающими, позволило выработать специальные требования, предъявляемые к болотоходной технике, предназначенной для передвижения и работы в рассматриваемых условиях.
Среди них главное место занимает требование проходимости, а среди свойств проходимости не последнее место занимает требование поворотливости, характеризуемое минимальным или наименьшим радиусом поворота. Чем меньше радиус поворота машины, тем выше ее поворотливость и выше проходимость при передвижении на повороте.
Для управления поворотом шагающей боло-тоходной машины применен гидравлический
привод, который показал надежность работы в процессе длительного периода эксплуатации. В состав такого привода в соответствии с гидравлической схемой входит однозолот-никовый трехпозиционный гидрораспределитель 1, который с помощью трубопроводов соединен с насосом 2 и силовым цилиндром 3 поворота опор (рис. 1).
Гидравлическая схема включает в себя также сливной фильтр 4 и гидробак 5. Золотник гидрораспределителя 1 имеет три положения. Если золотник находится в среднем положении, то при вращении гидронасоса 2 от силовой установки рабочая жидкость не поступает к силовому цилиндру 3 управления поворотом опор, а идет на слив в гидробак 5 через предохранительный клапан, встроенный в корпус гидрораспределителя 1.
При этом не происходит поворота опор, и шагающая болотоходная машина движется в прямом направлении.
При перемещении машинистом рычага гидрораспределителя 1 в ту или иную сторону происходит переключение его золотника в соответствующее положение, при котором рабочая жидкость от гидронасоса 2 поступает в штоковую или поршневую полость силового цилиндра 3 управления поворотом опор, в результате чего происходит поворот средней опоры или боковых опор в ту или иную сторону.
В связи с тем, что привод на среднюю опору смещен относительно привода на боковые опоры на 180°, то в процессе шагания болотоходной машины его средняя опора перемещается в противофазе относительно сдвоенных боковых опор. Поворот боковых опор происходит за счет выдвижения (задвижения) штока
1
3
Рис. 1. Гидравлическая схема управления поворотом шагающей болотоходной машины с ручным переключением золотника гидрораспределителя: 1 - гидрораспределитель, установленный в кабине;
2 - гидронасос силовой установки; 3 - силовой цилиндр управления поворотом опор; 4 - фильтр сливной; 5 - гидробак
Fig. 1. Hydraulic control scheme for turning a mire-walking machine with manual switching of the hydraulic valve spool: 1 - hydraulic distributor installed in the cab; 2 - hydraulic pump of the power plant;
3 - power cylinder for controlling the rotation of the supports; 4 - drain filter; 5 - hydraulic tank
силового цилиндра 3 в процессе их переноса на катках по направляющим при неподвижной средней опоре. Боковые опоры в процессе переноса выполняют сложное движение, включающее в себя передвижение относительно корпуса (в относительном движении) и передвижение вместе с корпусом (в переносном движении). Поворот средней опоры происходит аналогично боковым опорам за счет выдвижения (задвижения) штока силового цилиндра 3 в процессе ее переноса на катках по направляющим при неподвижных боковых опорах. Средняя опора, как и боковые, также выполняет сложное движение, включающее в себя передвижение относительно корпуса (в относительном движении) и передвижение вместе с корпусом (в переносном движении). При повороте средняя опора и боковые опоры выполняют помимо указанных выше движений еще и поворот. Таким образом, в процессе
поворота опоры участвуют сразу в трех движениях.
При работе силового цилиндра поворота происходит поворот только той опоры, которая приподнята относительно грунта. При этом направление поворота приподнятой опоры в ту или иную сторону будет зависеть от того, в какую сторону движется управляемый золотником шток силового цилиндра, на выдвижение или на задвижение. Если в процессе поворота на первом шаге рычаг гидрораспределителя включен в какую-то одну сторону, то для продолжения поворота в ту же сторону на втором шаге необходимо произвести переключение рычага гидрораспределителя в противоположную сторону. При использовании в гидравлической схеме машины поворота опор от гидроруля силовой установки вместо золотника гидрораспределителя, управление поворотом остается ручным, не становится проще.
На основании вышеизложенного управление поворотом опор машинист должен производить рычагом гидрораспределителя, поочередно перемещая им золотник на каждом шаге опор то в одну, то в другую сторону, полностью задействуя при этом одну руку.
Следует отметить, что и в настоящее время конструкция механизма поворота опор никакого принципиального изменения не претерпела на современных серийных шагающих болотоходных машинах типа БШМ и БШМ-1, которые нашли свое применение преимущественно в Западной Сибири при устранении нефтяных загрязнений на топких болотах, непроходимых для любой другой вездеходной техники [6-10].
Управление силовым цилиндром поворота современных шагающих болотоходных машин по-прежнему осуществляется вручную.
Глубокие исследования процесса передвижения шагающей болотоходной машины на повороте не проводились, кроме ранее выполненных исследований в Калининском политехническом институте по определению зависимости радиуса поворота от конструктивных параметров шагающего движителя и коэффициента его буксования [11]. Между тем, ручное управление поворотом опор имеет ряд недостатков. Оно сложно, утомительно, требует постоянного внимания, выполняется в условиях ограниченной видимости и, что самое главное, несвоевременно. При повороте машинист вручную на каждом шаге рукоятью гидрораспределителя производит включение золотника поворота в предположении, что опоры уже приподнялись относительно грунта, а также на каждом шаге производит выключение золотника для прекращения поворота опор в предположении, что они уже завершили перемещение и начали опускаться на грунт. Поворот опор в таких условиях не может выполняться своевременно. Происходит раннее или позднее включение поворота, а также раннее или позднее его выключение. При несвоевременном включении и выключении привода поворота опор выполняется неполный их поворот. Также происходит сдвиг грунта опорами при их повороте или так называемый бульдозерный эффект. Следствием неполного поворота опор является увеличение радиуса поворота болотоходной шагающей машины и снижение ее поворотливости и проходимости. А «бульдозерный эффект» приводит к повышению сопротивления повороту опор и
увеличению затрат энергии на их поворот, что приводит к снижению эффективности процесса поворота.
К приведенным выше недостаткам ручного управления поворотом опор следует отнести отсутствие критерия точного положения опор, при котором должны выполняться команды на включение и выключение золотника гидрораспределителя. Для устранения указанных выше недостатков по управлению шагающей болотоходной машиной на повороте требуется разработка и внедрение в ее конструкцию автоматической системы управления. Эта система должна производить включение и выключение золотника управления силовым цилиндром поворота своевременно и независимо от действий машиниста.
Критерий, по которому можно судить о моментах начала и окончания поворота опор шагающей болотоходной машиной, является положение его опор в момент окончания их подъема, а также в момент начала их опускания, определяемое положением передних и задних катков корпуса относительно передних и задних направляющих.
Прежде чем рассматривать положения опор, а также катков корпуса на направляющих опор, при которых необходимо производить управление поворотом, кратко охарактеризуем типовую принципиальную конструкцию шагающей болотоходной машины на примере шагающего болотохода БШМ (рис. 2).
В среднем положении средняя опора 1 шагающей машины стоит на грунте, а сдвоенные боковые опоры, правая опора 2 вместе с левой опорой находятся в приподнятом положении под углом а к поверхности грунта. Левая опора на рис. 2 условно не показана. При этом 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 4. Параллельно передним и задним направляющим 3 и 4 средней опоры 1 на палубе каждой
Рис. 2. Шагающий болотоход. Вид слева. Левая опора и внешний грунтозацеп подняты, средняя опора стоит на грунте, внутренний грунтозацеп опущен (заякорен). Передняя и задняя направляющие средней опоры показаны утолщенными линиями: 1 - средняя опора; 2 - правая опора; 3 - передняя направляющая средней опоры; 4 - 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. 2. Mire-walking machine. View from the left. The left support and the outer ground hitch are raised, the middle support stands on the ground, the inner ground hitch is lowered (anchored). The front and rear guides of the middle support are shown with thickened lines: 1 - middle support; 2 - right support; 3 - front guide of the middle support; 4 - rear guide of the middle support; 5 - front guide of the right support; 6 - rear guide of the right support; 7 - internal 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 housing roller; 13 - rear housing roller; 14 - power plant; 15 - pinwheel sprocket; 16 - middle support pinwheels; 17 - right-hand support handguards
боковой опоры, в частности левой опоры 2, 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 прямолинейных участков, верхнего ручья и нижнего ручья, имеющих длину а - 2К.
Верхний и нижний ручьи соединены между собой спереди и сзади в единое целое двумя криволинейными участками, передним ручьем и задним ручьем, выполненными в виде полуколец со средним радиусом К.
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. 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. Он включает в себя установленные в подшипниковых опорах корпуса 11 два приводных вала (на рис. не показаны), которые соосно установлены между передними направляющими средней и боковых опор. 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 ее каждой передней направляющей 3, а цевки 17 - на боковых опорах 2 в центре их передних направляющих 5. Следует отметить, что корпус 11 в принятом нами среднем положении 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. То есть 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. Для исследования процесса передвижения опор шагающей болотоходной машины на повороте и определения оптимальных моментов включения и выключения силового привода поворота приведем некоторые характерные положения ее опор как в вертикальной плоскости на виде сбоку, так и в горизонтальной плоскости на виде в плане.
Также рассмотрим положения центров передних и задних катков в процессе их передвижения по передним и задним направляющим опор.
В процессе шагания боковая опора из среднего положения передвигается в положение 1 (рис. 3), 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 Я, а боковая опора своей задней направляющей не доехала по заднему катку до своего крайнего положения (до т. С1) также на величину Я.
В рассматриваемом положении передний каток корпуса проехал по верхнему ручью передней направляющей средней опоры до его
ЖтУ/////////////Л
Рис. 3. Положение 1. Момент завершения перемещения боковой опоры в переднем направлении и момент начала ее опускания на грунт. Вид сбоку слева
Fig. 3. Position 1. The moment of completion of the movement of the side support in the forward direction and the moment of the beginning of its lowering to the ground. Left side view
переднего края. При этом передняя направляющая боковой опоры проехала по переднему катку своим нижним ручьем до ее заднего края, а центр переднего катка совпал с т. В на направляющей средней опоры и с т. В1 на направляющей боковой опоры.
Во время передвижения боковой опоры из среднего положения в положение 1 средняя опора все время остается на грунте и воспринимает вес корпуса и вес переносимой опоры.
Положение 1 (рис. 3) соответствует моменту завершения передвижения боковой опоры в переднем направлении и моменту начала ее опускания на грунт. В этот момент золотник, управляющий поворотом боковой опоры, должен перекрыть поток рабочей жидкости к силовому цилиндру поворота боковой опоры. Должен завершиться процесс ее поворота. При этом если шток цилиндра был полностью выдвинут, то боковая опора должна полностью повернуться влево, а если задвинут, то боковая опора должна полностью повернуться вправо.
В положении 2 (рис. 4) средняя опора завершила подъем относительно грунта, а боковая опора неподвижно стоит на поверхности грунта.
Корпус передвинулся в такое положение, при котором центр его переднего катка переместился в т. на передней направляющей средней опоры и в т. на передней направляющей боковой опоры.
В это время центр заднего катка корпуса совпал с т. Е на задней направляющей средней опоры и с т. Е1 на задней направляющей
боковой опоры. Задний каток удалился от переднего края задней направляющей средней опоры на величину К и от заднего края задней направляющей боковой опоры на величину К.
Положение 2 соответствует моменту начала поворота средней опоры влево или вправо. В этом положении золотник, управляющий поворотом опор, должен направить поток рабочей жидкости к силовому цилиндру для поворота средней опоры. При подаче рабочей жидкости в штоковую полость шток будет задвигаться в гильзу, и средняя опора начнет поворачиваться в одну сторону. При подаче рабочей жидкости в поршневую полость шток будет выдвигаться из гильзы, и средняя опора начнет поворачиваться в другую сторону.
В положении 3 (рис. 5) средняя опора в процессе шагания продвинулась вперед относительно катков корпуса, а корпус на своих катках переместился вперед по боковой опоре.
Корпус передвинулся в такое положение, при котором центр его переднего катка переместился в т. К на передней направляющей средней опоры и в т. К1 на передней направляющей боковой опоры.
В это время центр заднего катка корпуса совпал с т. С на задней направляющей средней опоры и с т. в1 на задней направляющей боковой опоры. Задняя направляющая средней опоры не доехала по заднему катку до своего крайнего положения на величину К. Задний каток корпуса проехал по задней направляющей боковой опоры и не доехал до переднего ее края на величину К.
Рис. 4. Положение 2. Момент завершения подъема средней опоры и начала ее перемещения в переднем направлении
Fig. 4. Position 2. The moment of completion of the lifting of the middle support and the beginning of its movement in the forward direction
m.K = m.K1
m.M1 m.G = m.Gi
[ P///////////^
Рис. 5. Положение 3. Момент завершения передвижения средней опоры вперед и начала ее опускания на грунт
Fig. 5. Position 3. The moment of completion of the movement of the middle support forward and the beginning of its lowering to the ground
Положение 3 соответствует моменту завершения передвижения средней опоры вперед и моменту начала ее опускания на грунт.
В этот момент золотник, управляющий поворотом опор, должен перекрыть поток рабочей жидкости к силовому цилиндру поворота опор.
Должен завершиться процесс поворота средней опоры.
При этом если шток цилиндра был полностью выдвинут, то средняя опора должна была полностью повернуться в одну сторону, а если задвинут, то средняя опора должна была полностью повернуться в противоположную сторону.
В положении 4 (рис. 6) боковая опора приподнялась относительно грунта. Завершился ее подъем и началось ее перемещение вперед.
В этом положении центр переднего катка находится в т. Р1 на передней направляющей боковой опоры и в т. Р на передней направляющей средней опоры. 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 перемещаться относительно переднего катка корпуса.
Поднятое положение боковой опоры (положение 4) соответствует моменту начала ее по-
m.P = m.P
У/Ж^////////////////а
Рис. 6. Положение 4. Момент завершения подъема боковой опоры и начала ее перемещения вперед
Fig. 6. Position 4. The moment when the lifting of the side support is completed and when it starts moving forward
ворота влево или вправо. В этом положении золотник, управляющий поворотом опор, должен направить поток рабочей жидкости к силовому цилиндру для поворота боковой опоры.
При подаче рабочей жидкости в штоковую полость шток будет задвигаться в гильзу, и боковая опора начнет поворачиваться в одну сторону.
При подаче рабочей жидкости в поршневую полость шток будет выдвигаться из гильзы, и боковая опора начнет поворачиваться в противоположную сторону. При дальнейшем движении шагающей машины боковая опора проходит среднее положение и перемещается в положение, которое снова соответствует положению 1 (см. рис. 3) и цикл движения повторяется (см. рис. 3-6).
Из-за большого объема материала другие промежуточные положения опор не показаны,
a)
m.B
так как они не являются характерными для данной темы исследования.
Например, не показано положение «три опоры на грунте», так как в этом положении ни одна из опор не приподнята относительно грунта.
При таком положении нельзя отдавать команды на поворот опор, так как при их повороте будет происходить их трение о грунт и сдвиг грунта.
На основании приведенного выше исследования процесса передвижения шагающей болотоходной машины в его характерных положениях графически на передних направляющих неподвижных опор показаны точки, при прохождении которых центрами передних катков корпуса должен срабатывать золотник управления силовым цилиндром поворота переносимой опоры (рис. 7).
т.Р
б)
m.K,
m.F,
Рис. 7. Положение точек центра переднего катка корпуса на передней направляющей неподвижной опоры в момент окончания подъема и в момент начала опускания переносимой опоры: а - передняя направляющая средней опоры, неподвижно стоящей на грунте; б - передняя направляющая боковой опоры, неподвижно стоящей на грунте; т. Р - положение центра переднего катка корпуса на передней направляющей средней опоры, при котором должно произойти включение привода поворота боковой опоры; т. В - положение центра переднего катка корпуса на передней направляющей средней опоры, при котором должно произойти выключение привода поворота боковой опоры; т. F1 - положение центра переднего катка корпуса на передней направляющей боковой опоры, при котором должно произойти включение привода поворота средней опоры; т. К1 - положение центра переднего катка корпуса на передней направляющей боковой опоры, при котором должно произойти выключение привода поворота средней опоры
Fig. 7. The position of the center points of the front roller of the housing on the front guide of the fixed support at the end of the lifting and at the beginning of the lowering of the portable support: a - the front guide of the middle support standing still on the ground; b - the front guide of the side support standing still on the ground; P - position of the center of the front of the rink corps on the front rail center support, which should be on the drive side turn support; t. B - in the position of the center of the front of the rink corps on the front rail center support, which should happen off of the drive of rotation of the lateral supports; t. F1 - position of the center of the front of the rink corps on the front rail side supports, which should be on the drive turn the middle support; t. K1 - position of the center of the front of the rink corps on the front rail side supports, which should happen off of the drive rotation center support
Графически на задних направляющих неподвижных опор показаны точки, при прохождении которых центрами задних катков корпуса должен срабатывать золотник управления силовым цилиндром поворота переносимой опоры (рис. 8).
На рис. 8 не показаны точки на задних направляющих переносимых опор, при прохождении которых центрами задних катков корпуса будет срабатывать золотник управления силовым цилиндром их поворота.
Поскольку привод на боковые опоры смещен на 180° относительно привода на среднюю
опору, то задние катки на переносимых опорах будут в это время также находиться на расстоянии R от своих крайних положений.
Однако задние направляющие будут наклонены относительно опорной поверхности на угол а, а задние катки будут двигаться по ним в это время в противоположную сторону (в относительном движении).
На виде в плане средняя опора шагающей болотоходной машины выполнена в виде удлиненного шестиугольника с углами скоса бортов в/2 (рис. 9). Оптимальный процесс поворота шагающей машины предусматривает
a)
m.A
Шй
R
/
a - 2R
a/2
a/2 - R
Z
m.S
R
a
б)
m.G1
m.E1
т- у ^—-
—r— --- -- - - -e t 'v- -A-- J
Рис. 8. Положение точек центра заднего катка корпуса на задней направляющей неподвижной опоры в момент окончания подъема и в момент начала опускания переносимой опоры; стрелками показано направление движения заднего катка по неподвижной задней направляющей: а - задняя направляющая средней опоры, которая неподвижно стоит на грунте; б - задняя направляющая боковой опоры, которая неподвижно стоит на грунте; т. S - положение центра заднего катка корпуса на задней направляющей средней опоры, при котором должно произойти включение привода поворота боковой опоры; т. А - положение центра заднего катка корпуса на задней направляющей средней опоры, при котором должно произойти выключение привода поворота боковой опоры; т. Е1 - положение центра заднего катка корпуса на задней направляющей боковой опоры, при котором должно произойти включение привода поворота средней опоры; т. G1 - положение центра заднего катка корпуса на задней направляющей боковой опоры, при котором должно произойти выключение привода поворота средней опоры
Fig. 8. The position of the center point of the rear of the rink enclosure on the back of the guide the fixed bearing in the end of the ascent and at the beginning of the lowering portable support; the arrows indicate the direction of movement of the rear roller at the rear of the guide: a - rear guide rail center support, which still stands on the ground; b - rear side guide support, which still stands on the ground; t. S - the position of the center of the back of the rink enclosure on the back of the guide, the average support, which should be on drive rotation of side supports; t. A - center position of rear roller housing to rear rail medium reliance, which has to happen off of the drive of rotation of the lateral supports; t. E1 - position of the center of the back of the rink housing on the rear side of the guide support, which should be on the drive turn the middle support; t G1 - position of the center of the back of the rink housing on the rear side of the guide support, which should
8 16 3 10 21 11 17 5 1 18 2 4 6
Рис. 9. Положение узлов шагающей болотоходной машины на виде в плане при ее движении в переднем направлении (влево), при котором должен начаться поворот ее боковых опор, например, влево:
I - средняя опора; 2 - правая опора; 3 - передняя направляющая средней опоры; 4 - задняя направляющая средней опоры; 5 - передняя направляющая правой опоры; 6 - задняя направляющая правой опоры; 7 - внутренний грунтозацеп; 8 - силовой цилиндр управления внутренним грунтозацепом; 9 - внешний грунтозацеп; 10 - силовой цилиндр управления внешним грунтозацепом;
II - корпус; 12 - передний каток корпуса; 13 - задний каток корпуса; 14 - силовая установка
(на рис. не показана; см. рис. 2); 15 - цевочная звездочка; 16 - цевки средней опоры; 17 - цевки правой опоры; 18 - продольная рама средней опоры; 19 - силовой цилиндр поворота; 20 - шарнир поворота; 21 - правый вал привода опор
Fig. 9. The position of the nodes of the mire-walking machine in the plan view when it moves in the forward direction (to the left), at which the rotation of its side supports should begin, for example, to the left: 1 - the middle support; 2 - the right support; 3 - the front guide of the middle support; 4 - rear guide of the middle support; 5 - front guide of the right support; 6 - rear guide of the right support; 7 - internal ground hitch; 8 - power cylinder for controlling the internal ground hitch; 9 - external ground hitch; 10 - power cylinder for controlling the external ground hook; 11 - body; 12 - front roller of the body; 13 - rear roller of the body; 14 - power plant (in fig. not shown; see fig. 2); 15 - pinwheel sprocket; 16 - pinwheels of the middle support; 17 - pinwheels of the right support; 18-longitudinal frame of the middle support; 19 - power cylinder of rotation; 20 - pivot joint; 21 - right shaft of the support drive
своевременное начало и своевременное окончание поворота его опор, при котором достигается их поворот на полный угол в на каждом шаге за исключением первого шага.
На первом шаге болотоход за счет скоса бортов средней опоры имеет возможность поворота из своего среднего положения только на угол в/2 при сохранении гарантированного бокового зазора между опорами.
При оптимальном управлении поворотом опор поворотливость шагающей машины будет максимальной, поскольку радиус поворота
будет минимальным за счет полного поворота каждой опоры на каждом шаге.
При этом процесс поворота можно назвать наиболее эффективным, так как опоры будут своевременно осуществлять свой поворот за время их движения от момента полного подъема и начала передвижения в переднем направлении до момента завершения передвижения и начала опускания на грунт.
При этом опоры не будут пропахивать (сдвигать) грунт, то есть при их повороте не будет создаваться «бульдозерный эффект» и
не будет возникать сопротивления повороту со стороны грунта. Оптимальный процесс поворота шагающей болотоходной машины на виде в плане поясняется представленными ниже рисунками (рис. 9-14).
За исходное положение шагающей машины примем такое ее положение, при котором все три ее опоры стоят на опорной поверхности грунта.
Предположим, что средняя опора располагается впереди, а боковые опоры сзади. При
Рис. 10. По сравнению с рис. 9 произошло перемещение боковых опор шагающей болотоходной машины вперед до начала их опускания на грунт
Fig. 10. In comparison with fig. 9, the lateral supports of the mire-walking machine were moved forward before they were lowered to the ground
Рис. 11. По сравнению с рис. 9 произошло перемещение боковых опор шагающей болотоходной машины вперед и их поворот влево (по ходу движения) на угол в/2
Fig. 11. In comparison with fig. 9, the lateral supports of the mire-walking machine were moved forward and turned to the left. (in the direction of travel) at the angle в/2
Рис. 12. Средняя опора по сравнению с рис. 11 шагнула вперед
Fig. 12. The average support in comparison with fig. 11 has stepped forward
Рис. 13. Средняя опора по сравнению с рис. 11 шагнула вперед, а по сравнению с рис. 12 - повернулась влево на угол в
Fig. 13. The middle support in comparison with fig. 11 stepped forward, and in comparison with fig. 12 - turned to the left at the angle в
движении передним ходом (на всех рисунках -влево) корпус машины будет перемещаться на катках по направляющим впереди стоящей средней опоры со скоростью V относительно нее и относительно грунта, а боковые опоры
будут подниматься и перемещаться относительно корпуса с такой же скоростью V, а относительно грунта со скоростью 2У
Для начала поворота боковых опор в процессе движения им необходимо из исходного
Рис. 14. Положение боковых опор в процессе поворота, при котором они (по сравнению с рис. 13) шагнули вперед и одновременно повернулись влево на угол в относительно неподвижной средней опоры
Fig. 14. The position of the side supports during rotation, at which they (compared to fig. 13) stepped forward and simultaneously turned to the left at an angle в relative to the stationary middle support
положения подняться относительно подошвы неподвижной средней опоры и переместиться в оптимальное для поворота положение (см. рис. 9).
Данное положение характеризуется тем, что в процессе движения корпус на катках из исходного положения (три опоры на грунте) проезжает по направляющим опор в горизонтальном направлении путь Я, равный радиусу передней направляющей.
При этом центры передних катков корпуса относительно передних направляющих неподвижной средней опоры располагаются в крайней задней части ее верхних ручьев, а относительно передних направляющих боковых опор - в крайней передней части ее нижних ручьев.
В таком положении завершается подъем боковых опор и начинается их перенос вперед.
Это положение опор на виде сбоку соответствует положению 4, изображенному на рис. 6.
Как раз в этом положении необходимо золотнику силового цилиндра поворота отдать команду для начала поворота боковых опор, например, влево.
Чтобы боковые опоры начали поворот влево, необходимо переключить золотник гидрораспределителя в такое положение, при котором он направил бы поток рабочей жидкости в штоковую полость на выдвижение штока.
Оптимальным будет считаться такой процесс поворота боковых опор, который закончится не позднее завершения их перемещения и начала их опускания на грунт.
Для наглядности изобразим процесс перемещения боковых опор вперед и процесс их поворота влево раздельно, не на одном рисунке, а на двух (см. рис. 10, 11).
На рис. 10 показан процесс перемещения боковых опор вперед, а на рис. 11 - их поворот влево.
Поворот боковых опор влево на угол в/2 за время их перемещения вперед показан отдельно на рис. 11
При перемещении боковых опор вместе с ними вперед переместились установленные на них передние и задние направляющие; задняя балка, соединяющая боковые опоры в их хвостовой части; внешний грунтозацеп, шарнирно установленный в носовой части боковых опор; корпус с установленными на нем приводными валами (левым и правым), передними и задними катками.
Неподвижными остались средняя опора, включающая в себя средний понтон с закрепленными на нем четырьмя поворотными роликами и шарнирно соединенную с ним продольную раму с жестко закрепленными на ней передними и задними направляющими, а также поперечно установленный силовой цилиндр поворота, шарнирно соединяющий средний понтон с его продольной рамой.
При завершении поворота боковых опор влево шток силового цилиндра должен полностью выдвинуться из его гильзы. Золотник должен отключить подачу рабочей жидкости к силовому цилиндру поворота.
После завершения первого шага боковых опор с первым поворотом на угол в/2 между бортами средней опоры и боковых опор образовался угол в.
Поэтому все последующие повороты опор будут выполняться на угол в.
В процессе дальнейшего передвижения шагающего болотохода его боковые опоры, становятся на грунт, средняя опора приподнимается и шагает вперед вдоль продольной оси боковых опор (рис. 12) с одновременным поворотом влево (см. рис. 13).
Поворот средней опоры за время ее перемещения показан отдельно на рис. 13.
На предыдущих рисунках (см. рис. 9-13) на видах в плане были показаны отдельно положения опор при их перемещениях вперед и отдельно при их поворотах.
На рис. 14 по сравнению с рис. 13 показано сразу окончательное положение боковых опор в результате их сложного движения: поступательного перемещении по направляющим и совместного с ним поворота на угол в относительно шарнира поворота.
При дальнейшем движении шагающей бо-лотоходной машины на повороте цикл перемещения и поворота его опор, изложенный выше, повторяется. Если принять угол в/2 равным
10°, то поворот шагающей машины на 90° будет произведен за 5 шагов опор.
Поворот опор вправо выполняется аналогично описанному выше.
В результате проведенных исследований установлены положения опор, катков, направляющих и других узлов шагающей болотоход-ной машины на виде сбоку и на виде в плане, которые определяют оптимальные моменты включения и выключения силового привода поворота для автоматического управления процессом поворота.
Выводы
1. Оптимальным должен быть такой момент начала поворота переносимой опоры, который совпадает с моментом окончания ее подъема. Оптимальным должен быть такой момент окончания поворота переносимой опоры, который совпадает с моментом начала ее опускания.
2. Началом поворота боковой опоры должно быть такое ее положение, при котором центр переднего катка корпуса будет находиться на заднем крае верхнего ручья передней направляющей средней опоры, а окончанием поворота боковой опоры такое положение, при котором центр переднего катка корпуса будет располагаться на переднем крае верхнего ручья передней направляющей средней опоры.
3. Началом поворота средней опоры должно быть такое ее положение, при котором центр переднего катка корпуса будет располагаться на заднем крае верхнего ручья передней направляющей боковой опоры, а окончанием поворота средней опоры такое положение, при котором центр переднего катка корпуса будет находиться на переднем крае верхнего ручья передней направляющей боковой опоры.
4. Началом поворота боковой опоры должно быть такое ее положение, при котором центр заднего катка корпуса будет располагаться на расстоянии R от своего крайнего заднего положения на задней направляющей средней опоры, а окончанием поворота боковой опоры такое положение, при котором центр заднего катка корпуса будет находиться на расстоянии К от своего крайнего переднего положения на задней направляющей средней опоры.
5. Началом поворота средней опоры должно быть такое положение, при котором центр заднего катка корпуса будет располагаться на расстоянии К от своего крайнего заднего положения на задней направляющей боковой опоры, а окончанием поворота средней опоры такое
положение, при котором центр заднего катка корпуса будет находиться на расстоянии R от своего крайнего переднего положения на задней направляющей боковой опоры.
6. При автоматическом управлении процессом поворота опор шагающего болотохода оптимальными и своевременными будут являться такие команды, отдаваемые золотнику гидрораспределителя и исполняемые силовым цилиндром поворота, которые подаются в такое время, которое совпадает с соответствующими положением центров передних катков на передних направляющих или соответствующим положением центров задних катков на задних направляющих, изложенные в выводах 2-5.
7. На основании выполненных исследований и сделанных выводов с целью упрощения управления шагающей болотоходной машиной при ее движении на повороте, а также с целью своевременного включения и выключения силового привода поворота, уменьшения радиуса поворота и повышения ее проходимости в условиях неосушенной торфяной залежи в настоящее время проводятся работы по разработке двух вариантов конструкций автоматического управления поворотом.
Библиографический список
1. Исследовать и создать высокопроходимое средство для передвижения и работы на неосушенных торфяных месторождениях: отчет о НИР (промежуточ.) / КПИ; рук. Л.Ф. Коровицын; ответств. исполн. А.А. Петров. - Калинин, 1980. - 110 с. № ГР 80046421. Инв. № Б 908880.
2. Коровицын Л.Ф., Петров А.А. Высокопроходимый движитель для торфяных машин // Технология и комплексная механизация торфяного производства. - Калинин: КГУ, 1982. - С. 25-28.
3. КоровицынЛ.Ф., Петров А.А., Третьяков И.В. Шагающий болотоход // Торфяная промышленность. - 1983. - № 4. - С. 26-27.
4. Коровицын Л.Ф., Петров А.А., Васильев А.Н. и др. Шагающий болотоход // Гидротехника и мелиорация. - 1987. - № 2. - С. 49-51.
5. Петров А.А. Применение легкопроходимого шагающего болотохода в торфяной промышленности / Тез. докл. и сообщ. на ВДНХ СССР 19-23 мая 1987 г. - М.: ЦБНТИ МТП РСФСР. - С. 20-21.
6. Внедорожное шагающее транспортное средство: пат. № 50200 Рос. Федерация: МПК7 B 62 D 57/02 / М.Н. Сафронов, Н.Ф. Швец, А.А. Петров и др.; заявитель и патентообладатель ЗАО «Тверской экспериментально-механический завод». Опубл. 27.12.2005. Бюлл. № 36.
7. Петров А.А., Гирин Д.В. Малогабаритный шагающий болотоход для устранения нефтяных загрязнений на болотах // Нефть-Газ промышленность. - 2006. - № 4 (24). -С. 50-51.
8. 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.
9. Патент на полезную модель № 123389 от 24.04.12 г., МПК B62D 57/02. Шагающий манипулятор для рекультивации болот / М.Н. Сафронов, В.А. Фонарюков, А.А. Петров и др. // 2012. Бюлл. № 36.
10. Движитель шагохода / Л.Ф. Коровицын, А.А. Петров, И.В. Третьяков, А.Ю. Коро-вочкин. А.С. № 1243292. Калининский ордена Трудового Красного знамени политехнический институт. Опубликовано 28.07.2020. Бюлл. № 22.
11. Петров А .А., Коровицын Л.Ф. Основные параметры поворота шагающего болотохода // Калинин. политехн. ин-т. - Калинин, 1983. - 7 с. Деп. в ЦБНТИ МТП РСФСР 13.07.83. № 3, тп Д 83.
