удк 621.869 повышение эффективности работы полуприцепных

УДК 621.869
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ПОЛУПРИЦЕПНЫХ
СКРЕПЕРОВ ПУТЕМ УЛУЧШЕНИЯ ИХ ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ
КАЧЕСТВ
Тютюн А.В., инж.
Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Приведены результаты исследований повышения продуктивности и
качества работы полуприцепных скреперов, агрегатированных с тягачами
(тракторами) семейства «ХТЗ» путем повышения их тягово-сцепных качеств.
Исследованы динамические нагрузки, которые испытывает скрепер в
различных положениях. Предложена схема гидропривода заднего моста.
Введение. В мире выпускается большое количество гусеничных и
колесных, одноосных и многоосных тягачей и специализированных шасси для
землеройно-транспортных машин (ЗТМ). Разработана элементная база в виде
электромотор- и гидромотор-колес, позволяющая создавать и модернизировать
имеющиеся конструкции скреперов, обладающих высокими надежностью,
проходимостью и маневренностью. Только рациональное, гармоничное
сочетание параметров двигателя, движителя и рабочего органа может
обеспечить эффективную работу машины в целом [1].
Анализ основных публикаций. Учеными уделялось и уделяется
существенное внимание вопросам исследования скреперных агрегатов.
Достигнуты крупные успехи в области их теории и расчета, интенсификации
рабочего процесса. Развитие тракторостроения в направлении освоения и
серийного выпуска промышленностью мощных энергонасыщенных колесных
тягачей создало проблему рационального использования мощности двигателя
тягача на тяговом режиме при разработке грунта скреперным агрегатом.
Эффективное использование энергонасыщенных тягачей связано с решение
двуединой задачи: увеличение сцепного веса тягача на тяговом режиме и
снижение технологического сопротивления (сопротивления копанию, тяговой
нагрузки). Конструкторские разработки в этом направлении привели к
созданию скреперных поездов постоянного или временного состава,
скреперных агрегатов на базе гусеничных и двухосных колесных тягачей с
изменяемым положением центра тяжести, агрегатов на базе автогрейдеров,
скреперных агрегатов с изменяемой шириной резания и различными
интенсификаторами копания.
Цель исследования. В статье рассматриваются средства (конструкции и
способы) увеличения сцепных качеств скреперных агрегатов. Создание
скреперов с изменяемым сцепным весом, представляет актуальную научную и
интересную конструкторскую задачу. Решение этой задачи основано на
обобщении результатов современных исследований в области теории копания
грунта скреперами, тяговой механики ЗТМ, теории создания и расчета
скреперных агрегатов. Обязательным условием высокой производительности
скрепера является обеспечение перед его ковшом (в процессе зарезания и
наполнения ковша) призмы волочения, что способствует более интенсивному
наполнению ковша.
При этом возникает проблема поиска источника увеличения сцепного
веса тягача не только в металлоконструкции рабочей машины, но и в самом ее
технологическом процессе.
Решение задачи. Основное влияние на повышение производительности
скреперов оказывает сокращение времени на выполнение отдельных операций
производственного цикла машины.
Широкое применение гидрообъемного привода объясняется рядом
преимуществ (по сравнению с механическим, пневматическим и электрическим
приводами), к которым относятся:
- меньшие габариты и удельная масса (масса гидропривода, отнесенная к
передаваемой мощности), то есть компактность;
- большие усилия на выходном звене привода; плавность работы
благодаря практической несжимаемости жидкости;
- малая инерционность вращающихся частей, обеспечивающая быструю
смену режимов работы (пуск, разгон, реверс, остановка);
- повышение производительности за счет увеличения усилий на рабочих
органах и малой инерционности системы управления;
- простота преобразования вращательного движения в возвратнопоступательное; возможность расположения гидродвигателя на удалении от
насоса и свобода компоновки;
- надежная смазка трущихся поверхностей маслом и снижение коррозии;
- применение стандартных и унифицированных гидромашин,
направляющих и регулирующих аппаратов.
В гидродинамической передаче (гидротрансформаторе) происходит
передача кинетической энергии от насосного лопастного колеса к турбинному
за счет круга циркуляции (тора) рабочей жидкости, в котором действует
центробежная сила инерции. Таким образом, гидротрансформатор не только
бесступенчато преобразует передаваемый крутящий момент в зависимости от
скорости движения машины, но также и выполняет функцию гидромуфты.
Совместно с механической коробкой передач, позволяющей расширить
диапазон преобразования крутящего момента в зависимости от дорожных
условий, гидротрансформатор образует гидромеханическую передачу.
Применение гидромеханических передач с электрогидравлическим
управлением обеспечивает: наиболее полное использование мощности
двигателя и улучшенную тягово-скоростную характеристику; снижение
напряжений в ответственных деталях трансмиссии; долговечность
подшипников; унификацию схемы трансмиссии с серийно выпускаемыми
агрегатами при модернизации мобильных машин.
Гидрофицирование трансмиссий и приводов машин позволяет уменьшить
габариты соответствующих систем, упростить кинематические схемы привода
исполнительных устройств, обеспечить высокие рабочие усилия и
бесступенчатое изменение скоростей, а также повышение показателей
ремонтопригодности за счет того, что текущий ремонт используемых
компонентов гидросистем обеспечивается посредством оперативной замены
неисправных гидроагрегатов.
Комплекс «тягач-скрепер» является одной из наиболее эффективных и
распространенных систем производства земляных работ. Практическое
отсутствие специальных толкачей вынуждает использовать для этих целей
бульдозеры на базе гусеничных тракторов. В момент стыковки скорость
толкача может на 7.8 км/ч превышать скорость скрепера, что приводит к
большим динамическим нагрузкам металлоконструкций, трансмиссии и
привода. Ручное управление стыковки толкача и скрепера с последующей
совместной работой требует высокого мастерства оператора, поскольку он
одновременно контролирует большое число непрерывно меняющихся
параметров. Даже высококвалифицированный оператор оценивает изменение
условий копания грунта ориентировочно и выбранные им режимы часто не
являются оптимальными.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
- создание математические модели работы комплекса «тягач скрепер» с
полуприцепным скрепером;
- разработка системы контроля и вариант технических средств
управления совместной работы комплекса «тягач-скрепер»;
- выполнение анализа математических моделей работы комплексов с
учетом их технических характеристик и технологических параметров объектов;
- проведение экспериментальных исследований работы комплексов
«тягач-скрепер» с управлением совместной работы и оценена эффективность
результатов исследования.
Научная новизна:
- математические модели работы комплексов «тягач-скрепер»,
описывающие взаимосвязи основных параметров скреперов, их рабочие
процессы и технико-экономические показатели с учетом особенностей
взаимодействия полуприцепного скрепера и тягача;
- взаимосвязи основных параметров скреперов и технологических
условий работы с производительностью, стоимостью машиносмены,
удельными приведенными затратами, энерго- и материалоемкостью,
энергоемкостью набора грунта в ковш;
- законы изменения эффективности системы контроля согласования
движения скрепера.
Практическая ценность заключается в том, что разработанные
математические модели и их программное обеспечение позволяют установить
эффективность применения системы контроля в комплексах «тягач-скрепер», а
также создание технических средств контроля управления совместным
движением полуприцепного скрепера и тягача.
Пульт управления и защиты от перегрузок расположен в кабине
машиниста. При этом переход с автономного управления на ручной
производится простым переключателем, установленным в блоке управления. В
автоматическом
режиме управления система обеспечивает согласование
тяговой нагрузки на ведущие мосты тягача и скрепера, путем установки
датчиков вращения и внедрение в сцепное устройство датчика
контролирующего усилие на соединении.
Схема стабилизации тягового усилия полуприцепного скрепера включает
в себя датчик тягового усилия, блок управления и дозатор. Объектом
регулировки является рабочий орган машины – дозатор. Его положение
определяет значение скорости вращения колес на ведущем мосту скрепера.
Стабилизация тягового усилия осуществляется следующим образом. При
работе скрепера тяговое усилие посредством гидравлического динамометра
преобразуется в перемещение штока мерного гидроцилиндра, который через
зубчато-реечную передачу вращает вал переключателя. Если сопротивление
грунта соответствует тяговому усилию скрепера, переключатель расположен в
нейтральном положении. При увеличении или снижении нагрузки на режущий
орган ковша переключатель замыкает один из неподвижных контактов, в
результате чего срабатывает одно из двух реле, воздействующее на
соответствующий электромагнит. Электромагнит, в свою очередь, перемещает
золотник дозатора, увеличивая или уменьшая тем самым количество масла
подаваемого на гидромотор моста скрепера.
В приводе механизма передвижения
полуприцепных
скреперов
устанавливается гидромеханическая передача, позволяющая автоматически
изменять скорость скрепера в зависимости от сопротивления движению.
Для создания высокого тягового усилия на колесах при загрузке и
выгрузке ковша применен гидротрансформатор.
Расчет на прочность узлов и деталей скрепера производят для положений,
соответствующих наибольшей нагрузке (конец резания и транспортирования
грунта). Нагрузки при транспортном положении груженого скрепера
определяют для двух положений: прямолинейного движения скрепера и при
повороте. Первое положение: скрепер движется по горизонтальной неровной
поверхности. Ковш заполнен с шапкой. При определении нагрузок необходимо
учитывать воздействие динамических нагрузок с учетом коэффициента
динамичности [2].
В вертикальную активную нагрузку Gc+r включают массу скрепера с
тягачом и грунтом. Окружная сила Ро на колесе направлена на преодоление
сил сопротивления качению. Схема для определения сил, действующих на
скрепер в транспортном положении в свою очередь, равна движению на
прямолинейном участке R1 и R2 – вертикальные реакции на передние и
задние колеса.
По полученным значениям загрузок несущие и поворотные устройства
рассчитывают на прочность. Во втором расчетном положении тягач повернут
на 90° по отношению к груженому скреперу, у которого заднее колесо
находится в канаве глубиной 0,5 м. Потребное окружное усилие на ведущих
колесах для выезда из препятствия где Р01 – сопротивление перекатыванию
груженой машины; Ро2 – сопротивление препятствия.
Главным параметром скреперов является вместимость ковша qK. К
основным параметрам ковша относят также его ширину, высоту Нк и длину
LK. С уменьшением высоты и длины ковша, увеличением ширины
сопротивление грунта снижается. У скреперов с большой вместимостью
ковша увеличить ширину его невозможно по транспортным соображениям.
Наиболее приемлемыми для определения внутренних размеров ковшей
вместимостью Ш<<7К<25 м3 являются размеры, м, определяемые по
формулам подобия. Для снижения удельных сопротивлений при определении
вместимости ковша необходимо использовать соотношение между шириной
ковша Вк и высотой Нк равным 1,4-3,0 [3].
Соотношение между длиной ковша LK и его высотой принимают по
рекомендации [3].
Совершенствование формы ковшей и режущей кромки скрепера
является предметом дальнейших исследований. В отличие от традиционной,
режущая кромка полукруглой формы лучше врезается в плотные грунты,
уменьшаются путь и продолжительность
наполнения ковша. Сила
сопротивления движению скрепера при копании грунта – величина
переменная, она достигает максимального значения на заключительной стадии
заполнения ковша. Этот момент, как наибольший, принимают за расчетный.
Потребное для работы тяговое усилие расходуется на преодоление
сопротивления грунта резанию, сопротивления от трения ножа о грунт, от
перемещения призмы волочения и сопротивления, возникающего при
заполнении ковша.
Результирующая сила сопротивлений в конце копания слагается из сил
сопротивления копанию Ркоп и перемещению машины Raep.
Важной характеристикой колесной машины является колесная формула.
Чем больше приводных колес, тем лучшей проходимостью и тяговыми
качествами обладает машина, но тем сложнее механизм ее передвижения. В
нашем случае тандем тягач-скрепер будет иметь формулу 6х6. На свойства
пневмоколесного ходового оборудования существенно влияет конструкция
шин На одной машине обычно используют шины одного типоразмера,
поэтому нередко на более нагруженных осях (обычно задних) устанавливают
сдвоенные колеса. С целью снижения давления на грунт (улучшения
проходимости машин) используют шины большого диаметра и
широкопрофильные, а также арочные, устанавливаемые вместо сдвоенных
колес. Эти шины повышают проходимость и тяговые качества машины
благодаря большой опорной поверхности и развитым грунтозацепам. Такие
шины хорошо работают на слабых, рыхлых грунтах и на снегу. При
эксплуатации на прочных грунтах и дорогах с твердым покрытием срок
службы арочных шин резко снижается, сопротивление же перемещению
машины повышается.
В последние годы увеличивается выпуск машин с регулированием
давления воздуха в шинах, которое можно производить из кабины машиниста
даже при движении машины. При передвижении машин по рыхлому или
влажному грунту давление воздуха в шинах снижают, что уменьшает
давление на грунт, улучшает проходимость и тяговые качества машины. При
передвижении машины по твердым поверхностям давление воздуха в шинах
повышают, что позволяет уменьшить сопротивление передвижению и резко
увеличить срок службы шин. Автоматическую регулировку давления в шинах
планируем применить и исследовать на базе серийного трактора и скрепера.
Список использхованных источников
1.
2.
3.
Краснокутский В.Н., Ничке В.В., Пимонов Г.Г. Качество машин.-Х.:
ХНАДУ,2009.-220 с.
Холодов А.М. Основы динамики землеройно- транспортных машин.–М.:
Машиностроение, 1968.-156 с.
Баловнев В.И., Хмара Л.А. Повышение производительности машин для
земляных работ. - Киев: Будівельник, 1988.-С. 152.
Анотація
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ НАПІВПРИЧІПНА
СКРЕПЕРИ ШЛЯХОМ ПОЛІПШЕННЯ ЇХ ТЯГОВО-ЗЧІПНИХ ЯКОСТЕЙ
Тютюн А.
Наведено результати досліджень підвищення продуктивності та якості
роботи напівпричіпні скреперів, агрегатованих з тягачами (тракторами)
сімейства «ХТЗ» шляхом підвищення їх тягово-зчіпних якостей. Досліджено
динамічні навантаження, які зазнає скрепер в різних положеннях.
Запропонована схема гідроприводу заднього моста.
Abstract
IMPROVING THE EFFICIENCY OF SCRAPERS SEMI-TRAILER BY
IMPROVING THEIR DRAWBAR QUALITIES
A. Tyutyun
The results of research productivity and quality of work semitowed scrapers,
aggregated with tractors (tractors) family "KhTZ" by improving their towing skills.
The dynamic loads experienced by the scraper in various positions. Scheme is
proposed for hydraulic rear axle.