ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

УДК622.692.4

КИНЕМАТИКА ДВИЖЕНИЯ РЕЗЦОВ ФРЕЗЕРНОГО РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЕ ЭКСКАВАТОРА

А. И. Демиденко, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой ТНКИ;

И. С. Кузнецов, студент группы НТС-17Т1

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», Омск, Россия

Аннотация. В статье рассматривается проблема подкопа магистрального трубопровода. Описаны результаты предыдущих исследований по данной проблеме. Обоснована актуальность разработки математической модели рабочего оборудования. Составлена развертка движения резцов в грунте, описан цикл резания грунта резцами с обозначением характерных точек. Составлены зависимости хода резца и времени цикла. Сделан вывод о том, что максимальная эффективность достигается при равенстве ширины снимаемой стружки и диаметра резца.

Ключевые слова:трубопровод, удаление грунта под трубопроводом, рабочее оборудование экскаватора, расчет сил, кинематика.

KINEMATICS OF MOVEMENT OF CUTTERS OF MILLING WORKING EQUIPMENT

EXCAVATOR

A. I. Demidenko, Candidate of Engineering Sciences,

Full Professor, Head of the Department of “TNKI” I. S. Kuznetsov, student group NTS-17T1

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «The Siberian State Automobile and Highway University», Omsk, Russia

Abstract.The problem of digging a trunk pipeline is available in the article. The results of previous studies on this problem are described. The relevance of developing a mathematical model of working equipment is substantiated. The thread cycle in the ground with the designation of characteristic points is described. The dependencies of the cutter stroke and the cycle time are compiled. It is concluded that maximum efficiency is ensured with equal width of the removed chips and transfer speed.

Keywords: pipeline, removal of soil under the pipeline, working equipment of the excavator, force calculation, kinematics.

Введение

В процессе эксплуатации трубопроводы подвергаются большим нагрузкам, это приводит к их износу. Поэтому спустя определенное время необходимо заменять трубы на новые и проводить ремонтные работы.Именно от качества и скорости проведения ремонтных работ зависит своевременная поставка требуемого количества углеводородного сырья в различные районы нашей страны и зарубежья. Основной машиной для освобождения трубопроводов от грунта является экскаватор. Он позволяет удалить землю с обеих сторон от трубопровода, но существует проблема выемки грунта из-под самой трубы[1, 2]. Вопрос является актуальным, так как в настоящее время подкоп осуществляется шанцевым инструментом. В связи с этим было разработано рабочее оборудование одноковшового экскаватора, с помощью которого производится подкоп (рисунок. 1).Однако,данное устройство не оснащено системой активной безопасности, что может привести к повреждению стенки трубопровода и создать аварийную ситуацию. Потому был проведен обзор и анализ существующий конструкций для предотвращения повреждения стенки трубопровода[3−6]. На его основе существующая конструкция была модернизирована. На разработку был получен патент на полезную модель [7].Актуальным на сегодняшний момент является вопрос создания кинематической схемы движения резцов для составления математической модели работы устройства.

14

Направление 1. Транспортное и строительное машиностроение

_______________________________________________________________________________________

Рисунок 1 – Рабочее оборудование одноковшового экскаватора

Основная часть

Рабочее оборудование представляет собой фрезерный рабочий орган с расположенными на нем резцами. Любая точка резца движется совместно с вращением фрезерной головки и совершает вращательное движение относительно осевой линии устройства. При выдвижении штока гидроцилиндра траектория движения любой из точек резца представляет собой винтовую линию.

Резцы, расположенные на боковой поверхности, имеют характерные точки 1 и 2 (рисунок2). Так как на боковой поверхности устройства расположены три одинаковый резца, то один рабочий цикл каждого составляет 2π/3 радиан.

Рисунок 2 – Устройство фрезерного рабочего органа

После прохода первого резца в грунте образуется канавка 11ʹ2ʹ2 (рис. 3а). Ширина канавки соответствует максимальной ширине резца.

Рисунок 3 – Развертка хода резца в грунте

Одновременно с передним резцом начинает работать задний резец и за один цикл срезает участок 33ʹ4ʹ4, после чего режет часть участка, оставленного передним резцом. Если ход подачи резца меньше его ширины, задняя точка 3ʹ резца участвовать в резании не будет и пройдет до точки 3ʹʹ. Таким образом, будет срезано меньшее количество грунта и произойдет недоиспользование резцов по производительности. Наиболее выгоден вариант, когда ход резца равен его ширине (рис. 2б).

15

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Передний резец за один цикл срезает участок 11ʹ2ʹ2. Задний резец своей точкой 3ʹ в начале цикла совпадает с точкой 2 переднего резца и режет всей своей шириной. Все резцы работают с полной отдачей, достигается максимум производительности.

Таким образом, условием работоспособности устройства является выполнение условия:

где υп– скорость поступательного движения фрезерного барабана,tц– время цикла резца. Время цикла имеет зависимость:

Заключение

Расчет энергоемкости процесса разрушения разрабатываемой среды экскаватором с фрезерным рабочим органом позволил определить параметры его привода.

Направлениями дальнейших исследований является совершенствование такого вида оборудования путем его автоматизации и цифровизации выполняемых технологических процессов с учетом физико-механических свойств разрабатываемых мерзлых грунтов. Исследование кинематики движения резцов позволит составить математическую модель.

Максимальная эффективность достигается при равенстве ширины снимаемой стружки и диаметра резца.

Библиографический список

1.РД 39-00147105-015-98. Правила капитального ремонта магистральных нефтепроводов, документ разработан: Гумеров А. Г., Гумеров Р. С., Азметов Х. А., Хамматов Р. Г., Галеев М. Н., Ермилина Г. К., 1998. – 148 с.

2.Современные методы ремонта трубопроводов / Н. Х. Халлыев, Т. Н. Абасова, В. Г. Селиверстов, А.И. Парфенов, Н. Д. Куприна. – М., 1997, – 242 с.

3.Кузнецов, И. С. Анализ методов подкопа трубопровода / И. С. Кузнецов // Фундаментальные и прикладные исследования молодых ученых: сборник научных трудов 2 Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Омск, 08-09 февраля 2018 г. – Омск: СибАДИ, 2018. – С. 42-45. – URL: http://bek.sibadi.org/fulltext/esd516.pdf, свободный/.

4.Демиденко, А. И. Рабочее оборудование для подкопа нефтепровода / А. И. Демиденко, И. С. Кузнецов // Архитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, перспективы и инновации: сборник научных трудов 3 Международной научно-практической конференции, Омск, 29-30 ноября 2018 г. – Омск: СибАДИ, 2018.

5.Патент на полезную модель 182718 U1 Российская Федерация, МПК Е 02 F 3/06. Рабочее оборудование одноковшового экскаватора: № 2018114359: заявл. 18.04.2018: опубл. 29.08.2018 / Демиденко А. И., Кузнецов И. С.; заявитель, патентообладатель СибАДИ. – 6 с.

6.Демиденко, А. И. Анализ устройств предотвращения повреждения стенки трубопровода /А. И. Демиденко, И. С. Кузнецов // Образование. Транспорт. Инновации. Строительство: сборник научных трудов 2 Национальной научно-практической конференции, Омск, 18-19 апреля 2019 г. / СибАДИ – Омск: СибАДИ, 2019. – С. 7-9. – URL: http://bek.sibadi.org/fulltext/esd1059.pdf, свободный.

7.Патент на полезную модель 193676 U1 Российская Федерация, МПК Е 02 F 3/06, Е 02 F 9/24/ Рабочее оборудование экскаватора: № 2019117815: заявл. 07.06.2019: опубл. 11.11.2019 / А. И. Демиденко, И.С. Кузнецов; заявитель, патентообладатель СибАДИ.– 7 с.

16

Направление 1. Транспортное и строительное машиностроение

_______________________________________________________________________________________

УДК 62-12 : 62-52

ПОВЫШЕНИЕ ПОПЕРЕЧНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ЗЕМЛЕРОЙНЫХ МАШИН ПРИ РАБОТЕ НА СКЛОНАХ

С.Д.Игнатов, кандидат технических наук, доцент;

М. Е. Крамшов, студент группы НТС-17Т1

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», Омск, Россия

Аннотация. В статье рассматривается проблема поперечной устойчивости строительных и землеройных машин при работе на склонах. Представлены некоторые рекомендации для работы строительных и землеройных машин на склонах. Проведен обзор и анализ способов повышения поперечной устойчивости, а также обозначены их общие недостатки.Сделан вывод о целесообразности использования новых способов повышения устойчивости.

Ключевые слова: поперечная устойчивость, землеройные машины, строительные машины,гусеничные машины, поперечный уклон.

INCREASING FOAM SUSTAINABILITY OF CONSTRUCTION

AND LANDING MACHINES WHEN WORKING ON SLOPES

S.D. Ignatov,Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor;

M. E. Kramshov, student of the NTS-17T1 group

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education

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

Abstract.The article discusses the problem of lateral stability of construction and earth moving machinery when working on slopes. Some recommendations for the operation of construction and earth moving machinery on slopes are presented. A review and analysis of ways to increase lateral stability is carried out, as well as their general disadvantages are indicated. It is concluded that it is advisable to use new ways to increase stability.

Keywords:lateral stability, earthmoving machinery, construction machinery, tracked vehicles, lateral slope.

Введение

В настоящее время строительным и землеройным машинам (СЗМ) все чаще приходится выполнять рабочие и технологические операции на склонах в условияхпоперечного крена. При увеличении угла наклона опорной поверхности происходит снижение поперечной устойчивости СЗМ. Вследствие этого происходитсползание машины вниз по склону, а также может произойтиеё опрокидывание. В целях повышения эффективности рабочего процесса СЗМ и безопасности проведения работ на склонах, необходимо использовать дополнительные устройства.

Основная часть

Поперечная устойчивость – это способность машины двигаться без опрокидывания относительно её правой и левой ходовой части.

Устойчивость зависит от параметров и конструкции машины, условий рабочего процесса, а так же от навыковвладения техникой оператором.

При работе механизированным способом на склонах рекомендуется:

•применятьгусеничную технику, так как она обладает более низким центром тяжести, чем колесная техника, а так же большой площадью сцепления;

•по возможности выравнивать поверхность склона.

•применять обсыпку с повышенным показателем сцепления (асфальт, песок, сухой грунт).Не работать на влажной или мокрой поверхности [5].

Рассмотрим способы повышения поперечной устойчивости гусеничной машины при работе в условиях поперечного крена.

17

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Применение гусениц с повышенным сцеплением.

Целью способа является повышение сцепления ходового оборудования с опорной поверхностью с помощью использования дополнительныхгрунтозацеповбольшей высоты.

Цель достигается тем, что в башмаках гусеницы машины сверлят отверстия, в которые устанавливают конусообразные шипы. Они выступают ниже обычных гусеничных грунтозацепов и первыми врезаются в грунт. С учетом того, что их площадь меньше, они могут входить даже в более твердый грунт.

Недостатки данного способа заключаются в возможныхдеформациях и поломках шипов при движении и повороте техники на склонах, а так же в возможныхзатратах мощности на перемещение гусеничной машины [3].

Изменение положения и параметров расположения движителей.

Целью данного способа является стабилизация поперечной устойчивости техники при работе на склонах, повышение её эффективности и манёвренности.

Указанная цель достигается тем, что при работе на склонекрутящий момент двигатель передает к движителям через муфту, через которую валы передачи переднего и заднего движителя связаны с двигателем, и муфты управления, посредством которых ведущие звездочки соединены с валами главных передач. Само поворотное устройство установлено на валу главной передачи обоих гусеничных движителей и каждое образовано двумя платформами. Верхняя установлена под остовом и выполнена в виде паза, а нижняярасположена над движителями и выполнена в виде направляющей, благодаря чему и происходит смещение центра тяжести, за счет изменения расположения движителей в сторону противоположную направлениюпопереного крена.

Недостатки данного способа: при отсутствии возможности изменения расположения движителей (в условиях узкого пространства и др.), невозможно увеличить поперечную устойчивость машины, а так же равное давление гусениц на грунт;сложность обслуживания и ремонта ходового оборудования[1].

Система стабилизации поперечной устойчивости транспортного средства в зависимости от угла поперечного крена.

Целью данного способа является восстановление положения центра масс транспорта относительно продольной оси и повышение её поперечной устойчивости.

Решение поставленной цели достигается тем, что система стабилизации поперечной устойчивости машины снабжена двусторонним пороговым датчиком боковых ускорений, связанным с линией управления четырехлинейного трехпозиционного распределителя. Датчик боковых ускорений выполнен в виде подпружиненного инерционного контакта, имеющего возможность перемещения вдоль оси, находящейся параллельно поперечной оси транспортного средства, и двух неподвижных контактов, расположенных на этой оси на одинаковом расстоянии по обе стороны от подвижного контакта. Силовые цилиндры установлены параллельно поперечной оси транспортного средства и соединены с одной стороны с его рамой, а с другой - с платформой, имеющей возможность бокового перемещения.

Рассмотренный способ позволяет повысить поперечную устойчивость техники при работе на склонах и обеспечить равные давления гусеницами на грунт за счет увеличения расстояния между

18

Направление 1. Транспортное и строительное машиностроение

_______________________________________________________________________________________

осью опрокидывания и центром давления машины, а так же увеличить значение критического угла поперечного крена, что способствует повышению уровня безопасности работ гусеничной машины. В отличие от прототипов смещение верхней платформы осуществляется в зависимости от угла поперечного крена.

Недостатком является то, что при перемещении гусеничной машины с малыми скоростями в условиях поперечного крена применение этого способа нецелесообразно, так как он применяется только при возникновении боковых ускорений [1].

Механизм регулирования наклона машины.

Целью способа является регулирование верхней части гусеничной машины в горизонтальном положении независимо от направления наклона ходовой части.

Цель достигается тем, что верхняя часть машин крепится сверху механизма регулирующего наклон, который в свою очередь крепиться на шасси. Механизм снабжен парой взаимно перпендикулярных осей вращения. Поперечная ось вращения параллельна поперечной оси шасси, благодаря чему верхняя часть может наклоняться продольно относительно шасси вокруг поперечной оси вращения.Продольная ось параллельна продольной центральной линии шасси, из-за чего верхняя часть может наклоняться в разные стороны относительно шасси вокруг оси вращения. Предпочтительно, чтобы продольнаяи поперечная оси вращения пересекались между собой.

Механизм наклона включаетпокрывающий диск изакрепленную среднюю раму, с возможностью вращения к шасси так, чтобы она могла вращаться вокруг продольной оси вращения.

Средняя рама может наклоняться в стороны вокруг продольной оси вращения за счет гидроцилиндров двухстороннего действия. Концы поршней гидроцилиндров соединены с возможностью вращения со средней рамой посредством штифтов, которые проходят через отверстия в раме. Блоки гидроцилиндров закрепляются с возможностью вращения к верхней части шасси черезцапфенные соединений, которые выступают с обеих сторон блоков цилиндров параллельно продольной оси наклона. Четырехходовые механизмы регулирования наклона дают возможность верхней части машины наклоняться вперед и назад вокруг каждой из двух взаимно перпендикулярных осей. Следовательно, четырёхходовой механизм регулирования наклона способен удерживать уровень верхней части машины независимо от направления наклона ходовой части.

Особенность способа заключается в том, что механизм регулирования наклона вызывает движение центра тяжести машины в таком направлении, которое способствует повышению поперечной устойчивости транспорта, когда механизм работает на выравнивание верхней части конструкции машины.

Недостатки данного способа заключаются в сложности конструкции и обслуживания машины. Кроме того, данный способ полностью не обеспечивает равномерного давлениягусениц на грунт[1].

Устройство для предотвращения опрокидывания машины.

Целью способа является снижение вероятности опрокидывания техники в поперечной плоскости. Цель достигается за счет применения устройства, которое содержит мостовую схему,

аккумулятор,пиропатроны двух газогенераторов с пневмоцилиндрами, упругий преобразователь углового положения машины с маятником и резистивной мостовой схемой преобразования углового положения машины в электрический сигнал.

На чертеже 3 через блок управления антиопрокидывающие узлы связаны с датчиком углового положения. Датчик углового положения представляет собой преобразователь углового положения транспортного средства и содержит две соединенные между собой спиральные пружины, к оси которых закреплен верхний конец маятника, его нижний конец имеет соединение с ползунком резистора с переменной величиной сопротивления одного из плечей мостовой схемы, выводы измерительной диагонали мостовой схемы подключены ко входам компаратора, выход компаратора подключен к контактору, с помощью его контактов (на чертеже не указано) аккумулятор подключают к одному из пиропатронов газогенератора, в зависимости от направления движения ползунка резистора. Пиропатроны газогенератора соединены с пневмоцилиндрами,закрепленными на крыше кузова. Штоки пневмоцилиндров выдвигают упоры, фиксирующиеся пружинными фиксаторами.

Кузов транспортного средства продолжает изменять свое положение относительно продольной оси до соприкосновения упора с опорной поверхностью колес транспортного средства.

19

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Рисунок 3 – Схема расположения элементов устройства для предотвращения опрокидывания транспортного средства: 1 - крыша кузова; 2,3 -антиопрокидывающие узлы;

4 - датчик углового положения; 5 - блок управления; 6 - аккумулятор; 8,9-пиропатрон газогенератора 10,11 -пневмоцилиндры; 12,13штоки пневмоцилиндров; 14,15 - упоры.

Недостатки данного способа заключаются в большом весе устройства, количестве электродеталей и сложности технического обслуживания. Кроме того, каждый тип транспорта требует своего набора элементов системы автоматической стабилизации [4].

Заключение

Проведенные обзор и анализ способов повышения поперечной устойчивости СЗМ при работе на склонах позволили выявитьнедостатки некоторых из них: сложности обслуживания, металлоёмкость, неравномерность распределения давления движителями на грунт.

Можно сделать вывод о том, что из всех подложенных способов, наибольшей эффективностью обладают такие способы, как применение гусениц повышенного сцепления и системы стабилизации поперечной устойчивости в зависимости от угла поперечного крена. Эти два способа в сочетании будут давать повышение сцепления с рабочей поверхностью за счет грунтозацепов, и равномерное распределение давления гусеницами на грунт за счет системы стабилизации.

Библиографический список

1.Патентна полезную модель 150665U1 Российская федерация, МПК B 62 D 37/04.Устройство повышения поперечнойустойчивости гусеничной машины: № 2014127771: заявл. 08.07.2014: опубл. 20.02.2015 / В. С. Щербаков, С.Д.Игнатов,Р. ЮСухарев, М. Е Агапов; патентообладатель – СибАДИ.– 1 с.

2.Патентна изобретение 2138405C1 Российская Федерация, МПК B60G21/00, B62D9/02. Система стабилизации поперечной устойчивости транспортного средства: № 98102247/28: заявл. 10.02.1998: опубл. 27.09.1999 / С.В.Редчиц, Е.А. Цветков, В.А Ткаченко; патентообладатель – Военный автомобильный институт.

3.Боровских,А.М. Гусеница с повышенным сцеплением /А.М. Боровских: Свердловский сельскохозяйственный институт. – 2008.

4.Патентна изобретение 2499717 С1Российская федерация, МПК B62D49/08B60K28/14. Устройство для предотвращения опрокидывания транспортного средства: № 2012115077/11:заявл. 16.04.2012: опубл. 27.11.2013 / Б.Ю. Калмыков, В.И.Богданов, И.Ю.Высоцкий, Н. А. Овчинников,В. А. Кулаченко; патентообладатель

–ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС". – 8 с.

5.Забавников, И.А. Основы теории транспортных гусеничных машин / И.А. Забавников. – М.: Машиностроение, 1961. – 396 с.

20