Направление 1.Транспортноеистроительноемашиностроение

УДК 62-784.3

ЗАЩИТА ОТ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА ОДНОКОВШОВОГО ЭКСКАВАТОРА, ОБОРУДОВАННОГО ГИДРОУДАРНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ

И.Е. Почекуева, студентка гр. НТС-14Т2

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет

СибАДИСоздание активных рабочих органов существенно повышает эффективность строительных и дорожных машин, в частности землеройных, но в тоже время возникают и негативные явления, связанные с вибрацией с динамическими воздействиями на человека-оператора. Воздействие воздействие вибраций на человека-оператора характеризуется, как объективно регистрируемыми реакциями организма, результатами труда, так и субъективной оценкой восприятия. Физиологические сдвиги, происходящие в организме, проявляются в заболеваниях центральной, периферической и вегетативной нервных систем, вестибулярного, костно-мышечного аппаратов. Вибрация является причиной быстрого утомления человека оператора и замедления его реакции. По данным Международного бюро труда, производительность труда оператора в результате воздействия на него вибраций и шума может упасть на 40-60% [1]. В связи с этим важно рассмотреть возможные пути защиты человека-оператора от динамических воздействий, которые возникают в землеройных машинах, оснащенных активными рабочими органами. В результате анализа выявлены виды динамических воздействий, которые возникают при взаимодействии активного рабочего органа с разрабатываемым грунтом.

(СибАДИ)», Омск, Россия

Ключевые слова: экскаватор, ковш активного действия, гидроударник, демпфирующий

элемент, в бро золяц я.

PROTECTION AGAINST DYNAMIC IMPACTS OF THE HUMAN OPERATOR OF A SINGLE BUCKET EXCAVATOR EQUIPPED WITH HYDRAULIC MECHANISMS

I.Е. Pochekueva, student groups NTS-14T2

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education

«The Siberian State Automobile and Highway University», Omsk, Russia

Annotation. With the creation of working bodies of active action significantly increases the efficiency of construction and road machines, including earthmoving. However, at the same time, there are negative phenomena of a vibrational nature. To reduce the dynamic loads in the parts and assemblies of construction machinery and equipment, as well as reduce the negative impact of vibration on the staff created by active working bodies. The paper reviewed and analyzed technical literature and identified possible ways to reduce

negative impacts on a human operator.

Keywords: excavator, bucket of active action, hydraulic hammer, damping element, vibration isolation.

Введение

Возврастающие темпы строительства требуют создания новых рабочих органов,особенно

актуально эта проблема стоит в районах севера и арктики. Освоение северных и арктических районов ставят перед собой проблему создания новых землеройных машин с активными рабочими органами,

в связи с этим в на протяжении последних лет проводятся работы по созданию активных рабочих органов, под руководством профессора Галдина Н. С., в том числе и для экскаваторов больших размерных групп.

63

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИПРИКЛАДНЫЕИССЛЕДОВАНИЯМОЛОДЫХУЧЕНЫХ

Сборник материаловIII Международной научно-практической конференции

Анализ технической литературы

На рисунке 1 представлены некоторые виды ударных импульсов, которые с определенной периодичностью создаются активным рабочим органом и передаются, в начале машине, а в последствии на рабочее место человек-оператор [1].

устройства.

Вибрация вызывает увеличение динамических нагрузок в элементах конструкции, стыках и сопряжениях, снижение несущей спосо ности деталей, формирование и рост трещин, оказывает негативное влияние на здоровье персонала [5,6]. Уменьшить отрицательное влияние вибрации на персонал и оборудование позволяет ви роизоляция виброактивных элементов машин. Проблемы виброизоляции объектов возникают также практически во всех областях современной техники [7].

Для защиты от динамических воздействий виброактивных объектов широко применяются виброизолирующие системы, устанавливаемые между источником вибрации и защищаемым объектом.

Для виброизоляции виброактивных элементов машин и оборудования используются как активные, так пассивные системы. Для защиты от вредной вибрации целесообразно применять пассивные системы, как более простые и экономически оправданные [8].

Конструкции, снижающие динамические и вибрационные воздействия

В настоящее время разработаны и начинают находить применение виброопроры с квазинулевой жесткостью.

Для виброизоляции различного вида виброактивных объектов в работе [10] предлагается опора с эффектом квазинулевой жесткости, рисунок 2. Виброактивная масса 1 опирается на несущую пневмопружину 2 на базе резинокордной оболочки, которая воспринимает статическую нагрузку опоры. Опора имеет корректор жесткости, который включает в себя, находящуюся под избыточным давлением, торообразную резиновую оболочку 3, которая опирается на четыре одинаковых опорных сегмента 4. Внешние части каждого сегмента с помощью шарниров 5 соединены со стойками 6, закрепленными на основании опоры 7. Внутренние части каждого сегмента также с помощью шарниров соединены с массой 1.

При колебаниях виброактивной массы 1 происходит деформация пневмопружины 2, а также включается в работу корректор жесткости опоры. Шарнирное соединение результирующее упругое усилие, создаваемое торообразной оболочкой 4. При этом вертикальная составляющая усилия, создаваемого торообразной оболочкой, всегда направленно противоположно силе, создаваемой несущей пневмопружиной 2, то есть компенсирует ее, создавая эффект квазинулевой жесткости в определенном диапазоне смещений массы [10,11].

Конструкция опоры позволяет перенастраивать ее в определенных пределах при изменении статической нагрузки без ухода рабочей точки с середины участка с квазинулевой жесткостью. Для этого необходимо нужным образом изменять давление в несущей пневмопружине и в торообразной оболочке корректора.

64

Направление 1.Транспортноеистроительноемашиностроение

СибАДИа б Рисунок 2 – Конструкц я опоры с эффектом квазинулевой жесткости; а - вид сбоку, б - вид сверху

уществуют также г дравл ческие ви роопоры рис. 3. Использование гидравлических виброопор позволяет создавать адаптивные системы виброизоляции различного виброактивного оборудован я с более высок ми со ственными резонансными частотами и в то же время с более низкой динам ческой жесткостью при малых относительных передвижениях, а также иметь повышенное демпф рован е на резонансных частотах. Принцип действия гидравлической виброопоры заключается в следующем. При стационарной работе источника вибрации на гидроопору действует знакопеременное давлен е. В первом полупериоде входного периодического вибросигнала динамическая нагрузка совпадает со статической. Тогда давление, с учетом несжимаемости жидкости в рабочей и компенсационной камерах резко возрастает, что приводит к растяжению гибкой мембраны 1. Возникший перепад давлений приводит к движению жидкости из рабочей камеры через дроссельные каналы 2а 3а в кольцевую 4 и промежуточную 5 камеры, где поступившие потоки благодаря тангенциальным вводам прио ретают вращательное движение и возбуждают все слои жидкости в этих полостях [2].

Рисунок 3 – Гидравлическая виброопора

Так как в промежуточной камере 5 движущаяся магнитореологическая жидкость подвергается действию магнитного поля, создаваемого соленоидами 7, то ее движение может ускоряться, или затормаживаться в зависимости от фазовых соотношений между питающим соленоиды током и внешним вибрационным сигналом. Поэтому, управляя фазовращателем можно подобрать оптимальный фазовый сдвиг между этими сигналами, при котором происходит наиболее эффективное демпфирование [2].

Анализ литературных источников показал, что одним из путей снижения динамических воздействий на землеройную машину является оснащение их устройствами, поглащающими динамические воздействия, в частности создание резино-металлических шарниров [4].

65

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИПРИКЛАДНЫЕИССЛЕДОВАНИЯМОЛОДЫХУЧЕНЫХ

Сборник материаловIII Международной научно-практической конференции

СибАДИР сунок 4 – Устройство снижающее динамические нагрузки

У ДН – Устройство, сн щающее динамические нагрузки, представлено на рис. 4 и состоит из двух металлическ х колец с рез новой втулкой, запрессованной между ними. В конструкцию УСДН введен фиксатор, служащ й для лок ровки упругого элемента в процессе копания. Фиксатор состоит из гидроцилиндра 6, две штоковые полости которого соединены между собой гидролиниями 8 через двухпозиционный золотн к с электромагнитным управлением 7. Корпус гидроцилиндра 5 жестко соединен с внутренн м кольцом 1 посредством скобы 4. Шток поршня гидроцилиндра жестко связан с наружним кольцом 3 [3].

Известно много патентных решений, снижающих динамические воздействия на человекаоператора, напр мер, патент, разра отанный в Сиб ДИ, представляющий собой цепочку, последовательно соед ненных упруго-вязких элементов. В патенте (рис. 5) предлагается разделить элемент рабочего оборудования ( в частности стрелу) на отдельные звенья, между которыми устанавить упруго-вязкий элемент, например, резину. Этот элемент будет не только поглощать энергию динамических воздействий, но рассеивать ее, как тепловую энергию.[9]

Рисунок 5 – Патент №153960

Заключение

Анализ технической литературы позволил выявить тенденцию оснащения одноковшовых экскаваторов активными рабочими органами, существенно повышающих эффективность экскаваторов при разработке твердых и мерзлых грунтов. Однако активные рабочие органы увеличивают динамические воздействия на человека-оператора. Возникает проблема его защиты от вредных воздействий. Эта проблема решается введением в конструкцию экскаватора механических частотных фильтров, препятствующих прохождению динамических воздействий от активных рабочих органов к рабочему месту человека-оператора.

66

Направление 1.Транспортноеистроительноемашиностроение

Библиографический список

1.Пивцаев А.Н. Исследование экскаватора с активным рабочим органом с целью снижения динамических воздествий на человека-оператора: автореф. дис. канд. техн. наук / А.Н. Пивцаев. Омск: СибАДИ, 1982. – 223 с.

2.Пат. 96100147РФ: МПК F 16 F 13/00: Гидравлическая виброопора / Б.А. Гордеев, А.И. Весницкий, В.И. Марков, Е.И. Аббакумов; индивидуальное частное предприятие «Аргон».-№ 96100147/28; заявл. 03.01.1996; опубл. 10.04.1998, Бюл. № 4.

3.Корчагин П.А. Снижение динамических воздействий на одноковшовый экскаватор: Монография / П.А. Корчагин, В. . Щербаков. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2000. – 147с.

4. Корчагин П.А. Снижение уровня угловых продольных колебаний экскаватора: Монография / П.А. Корчагин, Э.И. Шелепов – Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. – 89с.

5. Вибрация в технике. Справочник. В 6-ти томах. / Под ред. В.Н. Челомея – М.: Машиностроение, 1981. – Т-6.

8. Корчаг н П.А. Сн жен е д нам ческих воздействий на оператора автогрейдера на базе трактора ЗТМ-82: Монография / П.А. Корчаг н, А.И. Степанов. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2003. – 84с.

9. Пат. 153960РФ: МПК Е 02 F 9/22: Рабочеее оборудование одноковшового экскаватора /В.С. Щербаков, А.О. Лисин; ибАДИ.-№2014142620/0; заявл.22.10.2014; опубл. 10.08.2015,Бюл.№ 22.

10. Бурьян Ю.А. Конструкц я оценка виброизоляции опоры для технологического оборудования с использован ем эффекта кваз нулевой жесткости / Ю.А. Бурьян, М.В. Силков // Омский научный вестник. – 2017.

заведений. Горный журнал. – 2007. – №2. – С. 147-151.

Научный руковод тель – Щер аков В.С., д-р техн. наук, профессор кафедры АППиЭ, профессор

67