IMPROVING THE HYDRAULIC WORK EQUIPMENT OF ROAD-BUILDING MACHINES

Full Text

Уровень совершенства механизмов на стадии проектирования зависит от достоверности расчетных схем и нагрузок. Поэтому при расчете нагрузок, преодолеваемых в момент движения рабочего оборудования гидравлического экскаватора, необходимо оценить влияние параметров грузоподъемного механизма (ГМ) на динамическую нагруженность гидроцилиндра стрелы. Установлено, что типовые ГМ гидравлических экскаваторов имеют постоянные параметры присоединения гидроцилиндров стрелы к платформе для всех видов рабочего оборудования (РО), что свидетельствует о целесообразности разработки ГМ позволяющего изменять технологические параметры в зависимости от вариации используемого РО[1]. Для решения задачи максимального использования потенциала гидравлического экскаватора разработана конструкция ГМ содержащая дополнительный механизм, позволяющий изменять параметры ГМ в зависимости от вида рабочего оборудования [2]. На рис. 1 приведена расчетная схема параметров ГМ. Исследование параметров ГМ производится на основании математической модели, которая включает в себя [3]: - определение угловых параметров , (1) . (2) - определение угловой скорости и ускорения , (3) . (4) - определение суммарной длины гидроцилиндра , (5) где S0 - минимальная длина гидроцилиндра подъема стрелы, м; t - время движения, с. - определение усилия в гидроцилиндре стрелы в момент движения рабочего оборудования (6) где Jc - момент инерции стреловой группы манипулятора. Расчетные формулы (1 - 6), представляют собой математическую модель исследования и выбора параметров ГМ, при его движении, а именно параметров установки гидроцилиндра стрелы по критерию снижения величины усилия развиваемого гидроцилиндром стрелы и динамических нагрузок. Математическая модель ориентирована для реализации на ЭВМ с использованием программы написанной на языке Delphi [4], помимо выбора параметров, позволяет исследовать зависимость изменения режимных параметров от любых исходных. Исходными данными являются: L; l; mc; m; S0 ;; ; v (см. рис.1). В ходе исследования параметров ГМ, задаемся интервалами изменения параметров установки гидроцилиндра стрелы a () , b (), () и поочередно меняем каждый из них, при этом два других соответствуют стандартным значениям параметров ГМ данной размерной группы экскаватора. Процесс исследования параметров заключается в полном переборе вариантов параметров ГМ при изменении одного из параметров и фиксированных значениях двух других. Такого рода исследование обеспечивает возможность выбора параметров ГМ, в наибольшей степени соответствующих предъявляемым техническим требованиям. По формулам (1) и (2) определяем углы и , вычисляем суммарную длину S гидроцилиндра подъема стрелы по формуле (5). Определяем угловую скорость и угловое ускорение стреловой группы, формулы (3) и (4), определяем величину усилия F развиваемого гидроцилиндром стрелы при подъеме рабочего оборудования по формуле (6). Строим графики зависимости от t, от t и F от t, для значений исследуемого параметра и выбираем его значение исходя из снижения величины усилия развиваемого гидроцилиндром стрелы и динамических нагрузок. Исследование параметров ГМ гидравлического экскаватора: 1. Параметры а и - постоянны и соответствуют аналогу проектируемого ГМ экскаватора. Параметр b равен: b=2,5+0,05j, (7) где j=0..10. По формулам (1), (2) определяем углы и , вычисляем суммарную длину S гидроцилиндра подъема стрелы по формуле (5). Определяем угловую скорость и угловое ускорение стреловой группы, формулы (3), (4). Строим графики зависимости от t, от t и F от t, для значений параметра согласно уравнению (7), а также графики зависимости от b, от b и F от b при движении стреловой группы . На рис. (2 - 4) представлены зависимости угловой скорости , углового ускорения и усилия в штоке F от времени t при различных значениях параметра b. Увеличение параметра b приводит к уменьшению угловой скорости и углового ускорения стрелы и, как следствие, к увеличению динамических нагрузок. Минимальное (по абсолютной величине) усилие в штоке соответствует значениям b=2,7 - 2,9 м. Влияние параметра b на угловую скорость , угловое ускорение и усилие в штоке F при различных положениях стрелы отражено на рис. (5 - 7). Вопреки ожиданиям, перемещение точки А (см. рис. 1) крепления гидроцилиндра вправо приводит к увеличению средних угловой скорости и углового ускорения стрелы. Это объясняется уменьшением плеча АВ относительно точки О. Минимальные угловые ускорения, динамические нагрузки и усилие в штоке гидроцилиндра соответствуют значениям b=2,7 - 2,9 м. При значениях b=2,95 - 3,0 м в начальный момент движения ГПМ происходит резкое увеличение динамических нагрузок. Угол качания стрелы при параметре b=2,7 - 3,0 м меняется со 1000 до 1150. 2. Параметры b и - постоянны и соответствуют аналогу проектируемого ГМ экскаватора. Параметр a равен: a=0,8+0,05j, (8) где j=0..10. Аналогично, по формулам (1), (2) определяем углы и , вычисляем суммарную длину S гидроцилиндра подъема стрелы по формуле (5). Определяем угловую скорость и угловое ускорение стреловой группы, формулы (3), (4). Строим графики зависимости от t, от t и F от t, для значений параметра а согласно уравнения (8), а также графики зависимости от а, от а и F от а при движении стреловой группы . Зависимости угловой скорости , углового ускорения и усилия в штоке F от времени t при различных значениях параметра а представлены на рис. (8 - 10). Как следует из рис. 8, зависимость угловой скорости от времени t для малых значений параметра а (кривые 1, 2) носят немонотонный характер. Минимальные значения , , F наблюдаются при увеличении (для больших) параметра а. Влияние параметра а на угловую скорость , угловое ускорение и усилие в штоке F при различных положениях стрелы отражено на рис.(11 - 13). Как следует из рис. 13, область изменения усилий F при а=1,2 м почти в два раза меньше соответствующей области при а=0,8 м. Параметр а должен быть четко согласован с параметром . 3. Параметры а и b - постоянны и соответствуют аналогу проектируемого ГМ экскаватора. Параметр равен: , (9) где j=0..10. Определяем углы и по формулам (1) и (2), вычисляем суммарную длину S гидроцилиндра подъема стрелы по формуле (5). Определяем угловую скорость и угловое ускорение стреловой группы, формулы (3), (4). Строим графики зависимости от t, от t и F от t , для значений угла согласно уравнению (9), а также графики зависимости от , от и F от при движении стреловой группы . Угол является важным геометрическим параметром, характеризующим положение гидроцилиндра. Зависимости , , F от времени t для различных значений представлены на рис. (14 - 16). Наибольший разброс угловой скорости и ускорения в зависимости от угла установки гидроцилиндра наблюдается в верхней точке подъема стрелы (рис. 14, рис. 15). На усилие в гидроцилиндре угол оказывает существенное влияние (рис.16), при значительном увеличении угла =50 - 600, наблюдается возрастание усилия, развиваемого гидроцилиндром. Это объясняется уменьшением плеча АВ относительно точки О. Уменьшение угла дает снижение усилия, развиваемого гидроцилиндром. Таким образом, увеличение и уменьшение угла в момент движения дают зеркальное отображение по показателю развиваемого усилия гидроцилиндром, соответственно. Параметр в меньшей степени влияет на режимы движения ГМ, однако он должен быть согласован с параметром а. На рис. 17 - 19 представлены зависимости , , F от угла при различных положениях стрелы. Минимальные динамические нагрузки и усилия в штоке наблюдаются при значениях =38 - 500. Угол рекомендуется принимать для прямой лопаты меньшим нежели, чем для обратной. Исследование параметров ГМ, проводиться с учетом наиболее благоприятных условий по динамическим нагрузкам и усилиям в штоке гидроцилиндра подъема стрелы для различных видов рабочего оборудования, каждый из параметров при этом уточняется. Для обратной лопаты со стандартным видом рабочего оборудования наиболее благоприятны следующие значения параметров ГМ: a . Для прямой лопаты параметры ГМ следующие: . При изменении геометрических параметров рабочего оборудования параметры ГМ рационально изменять. Исходя из выполненного исследования, следует, что наиболее существенное значение при снижении динамических нагрузок и усилия в гидроцилиндре стрелы оказывает параметр а, незначительное изменение параметра b необходимо при применении различных видов рабочего оборудования удлиненного исполнения, параметр рационально менять для прямой и обратной лопаты в силу специфики производства ими земляных работ. Рис. 1. Расчетная схема грузоподъемного механизма

About the authors

Sergey Ivanovich Sushkov

Voronezh State Forestry University

Email: kafedra_prom_transporta@list.ru
Head of the Department of Industrial Transport, Construction and Geodesy, Doctor of Technical Sciences

Valeriy Alfeevich Burmistrov

Ukhta State Technical University

Email: rtimohov@ugtu.net
Associate Professor of the Department of Engineering of Technological Machines and Equipment of the Ural State Technical University

Olga Nikolaevna Burmistrova

Ukhta State Technical University

Email: oburmistrova@ugtu.net
Head of the Department of Technologies and Logging of the USTU, Doctor of Technical Sciences

Roman Sergeevich Timokhov

Ukhta State Technical University

Email: rtimohov@ugtu.net
Senior Lecturer, Department of Engineering of Technological Machines and Equipment

References

Supplementary files