Исследование кинематических и силовых параметров гусеничного хода землеройных машин

Реферат Исследование кинематических и силовых параметров гусеничного хода землеройных машин

• 1. Цель реферативной работы
• 2. Общие сведения о гусеничном ходовом оборудовании землеройных машин
• 3. Сведения о конструкции гусениц и гусеничных звеньев
• 4. Определение нагрузок на опорные элементы
• 5. Исследование силовых параметров действующих на опорные элементы
• 5.1 Лабораторное оборудование для исследования силовых параметров опорных элементов гусеничного хода
• 6. Особенности исследования кинематических параметров
• 6.1 Лабораторное оборудование для исследования кинематических параметров гусеничного хода при передвижении
• Вывод
• Литература

1. Цель реферативной работы

Изучение особенностей формирования нагрузок в элементах гусеничного хода землеройных машин с учетом взаимодействия с опорной поверхностью почвы;

Исследование кинематических параметров гусеничного механизма передвижения при перемещении землеройной машины и в процессе разработки грунта.

2. Общие сведения о гусеничном ходовом оборудовании землеройных машин

Строительная и горнодобывающая отрасли Украины в достаточной мере обеспечена экскаваторной техникой. Наибольшее распространение получили одноковшовые экскаваторы, которые применяются для разработки, погрузки и укладки грунта или полезных ископаемых. В качестве ходового механизма на таких экскаваторах, в большинстве случаев, используется гусеничный привод.

Гусеничные системы землеройных машин по конструкции и условиям работы существенно отличаются от гусеничных систем тракторов и транспортных машин. Основные отличия заключаются в следующем [9,10,11]:

1. Вес многих землеройных машин значительно больше веса тракторов;

2. Положения равнодействующей внешних сил непрерывно и существенно изменяется;

3. Скорость землеройных машин значительно меньше скорости тракторов;

4. Силы тяги на крюке отсутствуют;

Ходовое оборудования большинства машин является вспомогательным и используется периодически и кратковременно для перемещения машины к следующему участку работы. Конструктивно, гусеницы различаются по способу передачи давления: малоопорные (рис. 1, а) и многоопорных (рис. 1, б); по степени приспособленности к рельефу пути: мягкие (рис. 1, г), полужесткие (рис. 1, в) и жесткие (рис. 1, а, б); за возможным наличием гусеничных рам: рамные и без рамные; по расположению опорных катков: внешнее (рис. 1 а, б) и внутри (рис. 1, е); по положению приводной звездочки: переднее и заднее.

гусеничный ход землеройная машина В свою очередь, гусеничное ходовое оборудование быть двухгусиничным (рис. 2, а, б, в) и многогусеничным (рис. 2, г, д, е, ж, з, и).

а) б)

в) г)

д) е)

Рисунок 1. Типы гусениц

а) б) в) г) д) е)

ж) з) і)

Рисунок 2 — Схемы гусеничных схем экскаваторов Многогусеничные системы получили распространение при массе машин более 1000 тонн. Одноковшовые строительные и карьерные экскаваторы емкостью ковша от 0,15 до 6 м³, которые рассматриваются в данной работе, имеют двухгусеничные механизм передвижения.

3. Сведения о конструкции гусениц и гусеничных звеньев

Гусеничные звенья ходового оборудования землеройных машин распределяют:

а) по материалу изготовления:

1) металлические;

2) резино-металлические;

3) резиновые.

б) по типу шарнира, используемого:

1) с параллельным шарниром.

2) с последовательным шарниром.

в) по типу смазки шарниров:

1) сухой (или открытый металлический шарнир). Преимущества конструкции — простота и надежность в эксплуатации. Необходимый ресурс обеспечивается высокими механическими свойствами деталей шарнира.

2) закрыт. Оригинальное уплотнения в шарнире «звено-втулка» обеспечивает сохранность смазки между поверхностями трения пальца и втулки в течение всего срока службы гусеницы.

3) с жидкой смазкой. Оригинальное уплотнения из армированного полиуретана и резины обеспечивает полную герметичность шарнира, чем достигается наибольший срок службы гусеницы.

4) с резино-металлическим шарниром. Между пальцем шарнира и траком используется резиновая втулка, изгиб гусеницы в местах сочленения траков происходит за счет смещения слоев резины, благодаря чему исключается трения сталь по стали и значительно повышается ресурс пальцев и траков гусеницы.

5) с игольчатым-подшипниковым шарниром. В качестве втулки ис-ется игольчатый подшипник. Ресурс гусеницы растет, но значительно затруднена ее конструкция.

г) по типу гусеничных звеньев (траков):

1) литые.

2) штампованные.

3) сварные.

Гусеничные движители экскаваторов отечественных производителей, и производителей из стран СНГ, в большинстве выполнены из жесткой рамой и боковым расположения катков. Гусеничная тележка на рис. 6.3, а) состоит из опорно-поворотного устройства (1), рамы (2), опорных катков (3), гусеничных звеньев (траков) (4), приводного колеса (5) и натяжного колеса (6).

а) б)

а) экскаватор карьерный ЭКГ-8;

б) экскаватор фирмы Caterpillar 330DL

Рисунок 3 — Примеры гусеничного хода оборудования экскаваторов

Гусеничные звенья для данных типов экскаваторов представляют собой цельнолитую конструкцию (рис. 6. 4, а) и состоят из дорожки качения (1), ушек (2), коньков (3), опорной плиты (4). Тип шарнира — открыт без смазки. Литые траки изготавливают из марганцовистых сталей, которые соединяют в себе высокую ударную вязкость и износостойкость.

Приводное колесо экскаватора сцепляется с гребнями гусеничных звеньев. В таком случае говорят о кулачково-Гребенное сцепления.

а) б)

Рисунок 4 — Примеры гусеничных звеньев ходового оборудования экскаваторов

Гусеничные движители экскаваторов зарубежных фирм (рис. 3, б) в большинстве случаев имеют цевочный тип сцепления при котором приводное колесо (1), сцепляется с осью на гусеничных звеньях (2).

Гусеничная лента на рис. 4, б) состоит из конструкций коробчатого сечения (2), в которых две внутренних звена крепятся к двум кассет (1). Конструкции соединены между собой с помощью пары внешних звеньев. Все звенья: внутренние, внешние, левые и правые — абсолютно идентичны. Они отличаются только расположением. Звена имеют специальные отверстия (4) для крепления опорных башмаков.

Опорная поверхность имеет собой штампованный башмак (3), который соединяется с гусеничной лентой с помощью высокопрочных болтов.

Благодаря тому, что кассеты (1) герметичны и наполнены консистентной смазкой, срок службы данной гусеничной ленты в 2−3 раза больше чем у ленты с шарнирами сухого трения. Однако сложность конструкции и технологии ее изготовления существенно увеличивает стоимость ленты.

4. Определение нагрузок на опорные элементы

Изучение нагрузок на элементы гусеничного хода в различных режимах работы, является важнейшим научным и инженерным задачей, решение которой позволит создавать надежное гусеничное ходовое оборудование.

Прежде всего необходимо определить нагрузку от поворотной платформы на гусеничный тележка. Расчетная схема приведена на рис. 6.

Рисунок 5 — Расчетная схема для определения нагрузок на ходовой механизм сбоку поворотной платформы

Для упрощения, все действующие усилия приводят к равнодействующей всех сил Q и выбега равнодействующей r. [9]

Вылет равнодействующей рассчитывается по формуле

где М_С — момент от неуравновешенных сил возвратной платформы, Н· м;

где

r_с — вылет равнодействующей поворотной платформы, м;

тут Q_c - равнодействующая всех сил сбоку поворотной платформы, Н;

G_с - суммарный вес узлов поворотной платформы, Н;

G_{н. р} - вес нижней опорной рамы, Н.

Для одноковшовых экскаваторов ориентировочно можно принять

,

де G — масса экскаватора.

Двухгусеничная система ходового оборудования экскаватора с жесткой подвеской опорных катков показана на рис. 6. Максимальная нагрузка на гусеницу будет в случае, если рабочее оборудование расположено перпендикулярно продольной оси хода. Максимальная нагрузка на гусеницу рассчитывается как

Рисунок 6 — Схема двухгусеничной системы с жесткой подвеской опорных катков

При равномерному распределении нагрузок

Соотношение показывает степень неравномерности нагрузок на опорные элементы гусениц. Чем совершеннее система опирания машины, тем ближе к единице это соотношение.

Нагрузка на опорные точки гусениц рассчитывается путем рассматривания наименее выгодного случая, а именно — опирания на три точки. Максимальная нагрузка, при расположении равнодействующей Q перпендикулярно ходу (в = 90), придется на каток Р3 (рис. 6) .

Средняя нагрузка на одну опорную точку

где i — количество опорных точек на одной гусенице.

Степень неравномерности нагрузок на опорные точки (катки, гусеничные звенья) оценивают соотношением

При минимальном значении это соотношение меняется от 3 (при r = 0) до 6 (при r =В/2). С увеличением количества опорных точек неравномерность возрастает.

Для четырехточечной статически неопределимой системы опирания двухгусеничной машины с балансирной подвеской катков максимальная нагрузка на одну опорную точку

где, а — расстояние между осями, крепящие балансиры на одной гусенице, м.

Средняя нагрузка на одну опорную точку

Соотношение, оценивает неравномерность

При r = 0 неравномерность равна 2, при r = В / 2 и a/ В = ½, степень неравномерности равен 3,8.

Этот факт свидетельствует о том, что неравномерность нагрузки для четырехопорной системы значительно меньше, чем в многоопорных.

5. Исследование силовых параметров действующих на опорные элементы

5.1 Лабораторное оборудование для исследования силовых параметров опорных элементов гусеничного хода

Стенд для физического моделирования взаимодействия процесса взаимодействия гусеничного движителя с опорной поверхностью почвы и исследования нагрузок на опорные элементы приведены на рис. 7, а. Он состоит из металлического короба, наполненного моделью почвы, в котором располагается модель гусеничного хода. По рекомендации модель почвы представляет собой равномерную смесь 99% годового песка с 1% машинного масла.

Для исследования кинематики гусеничных звеньев при взаимодействии с почвой, и распределения деформаций в сечении почвы под гусеничными звеньями передняя стенка короба имеет смотровое окно со шкалой (рис. 7, б).

а) б)

Рисунок 7 — Стенд для исследования процесса взаимодействия гусеничного движителя с опорной поверхностью почвы

Модель гусеничного хода выполнена в соответствии с теорией моделирования и сходства механических систем строительных и дорожных машин (рис. 8, а) состоит из нижней рамы 1, гусеничных рам 2, сменный блок опорных катков 3 для моделирования различных вариантов установки привода гусениц 4, опорно-поворотного устройства 5, гусеничных лент 6, в состав которых входит звено 7 из тензоэлементамы. Тензозвено (рис. 8, б) предназначена для измерения вертикальных и горизонтальной составляющих реакций в ушках. Стойки опорных катков оснащены датчиками для измерения вертикальных нагрузок в процессе работы (рис. 8, в).

Нагрузка на гусеничный ход осуществляется путем добавления груза на площадки и рычаги опорно-поворотного устройства 5, изображенного на рис. 8, а), или путем монтирования опорно-поворотного устройства с рабочим оборудованием типа «прямая лопата» .

а) б) в)

Рисунок 8 — Модель гусеничного хода

Информационно-измерительная схема, используемая при проведении эксперимента приведена на рис. 9. При использовании осциллографа модели ДО12−22/Н-145/после монтажной платы для подключения сигнал поступает через усилитель ТА — При этом используется блок питания П1001.

Рисунок 9 — Информационно-измерительная схема

6. Особенности исследования кинематических параметров

6.1 Лабораторное оборудование для исследования кинематических параметров гусеничного хода при передвижении

Теоретические расчеты кинематических параметров, в силу сложности отдельных явлений, не могут учесть всех специфических особенностей работы гусеничного движителя и зацепления, поэтому в ряде случаев дают лишь приближенные решения. Единственным способом в таких случаях экспериментальный метод, позволяющий определить величины, направление и характер изменения кинематических и силовых параметров в элементах гусеничного зацепления.

При исследовании гусеничных передач очень важно определить изменение положения деталей в пространстве и времени, а также характер изменения линейных скоростей и частоты вращения отдельных деталей. В частности, при исследовании динамики и кинематики цепных приводов машин используют стенды, моделирующие условия их работы.

В качестве объекта исследования выбрана гусеничная передача с несимметричными профилями рабочих поверхностей кулаков и гребней (Авторское свидетельство (СССР) № 1 114 577А от 12.083р.), Которая установлена на стенде для исследования работоспособности гусеничных гребневых сцеплений (рисунок 6.9, а) с криволинейными и прямолинейными элементами.

Форма элементов, соединяемых влияет на надежность гусеничной передачи и двигателя транспортных и землеройных машин.

Стенд состоит из электродвигателя 1, цепной передачи 2, редуктора 3, приводной звездочки 4 с несимметричными кулаками (зубцами), гусеничной цепи 5 и нагрузочного устройства с подвижной рамой 6, на которой установлены известная звездочка 7, редуктор 8, электродвигатель 9. Гусеничная лента имеет тензозвено 10. Схема подключения тахогенератора (ТГ) для измерения скоростей представлена на рисунке 9, б.

а) б)

а — схема стенда; б — схема подключения тахогенератора для измерения кинематических параметров привода

Рисунок 10 — Стенд для экспериментальных исследований параметров гусеничного привода землеройных машин

Измерение частоты вращения очень удобно делать с помощью тахогенераторов, принцип работы которых основан на получении ЭДС при вращении ротора тахогенератора в поле постоянного магнита (рисунок 10, б). Для гашения колебаний ЭДС, возникающие в измерительном цепи вследствие наличия контакта между коллектором и щетками, в схему параллельно включено конденсатор емкостью С, а для регулирования величины выходного сигнала — переменный дополнительное сопротивление RД. Принцип измерения линейных скоростей тот же, что и угловых, причем в измерительную цепь помещен дополнительный механизм, служащий для преобразования линейного перемещения в угловое. Дополнительный механизм представляет собой барабан, жестко закрепленный на цепи с тягой, приводит во вращение тахогенератора (ТГ), который включен в измерительную схему, аналогичную предыдущей.

Силовые параметры в гусеничном окружности при его вращении вокруг приводной звездочки измеряются тензометрическим способом с помощью датчиков омического сопротивления, наклеенных на тензометрические пальцы и вал ведущего колеса.

Измерение усилий в гусеничном окружности производится с помощью специальной тензометрической звена. На консольной балке наклеены тензометрические датчики, каждый из которых воспринимает изгибающие деформации.

Предварительно протарував консоль, известным нагрузкой получают тарировочный график (номограмма). По представленной номограмме можно решить обратную задачу: зная амплитуду отклонении луча осциллографа от нулевого положения, можно определить величину нагрузки, действующей на обед приводного колеса.

Вывод

В ходе реферативной работы изучили особенности формирования нагрузок в элементах гусеничного хода землеройных машин с учетом взаимодействия с опорной поверхностью почвы.

Исследовали кинематические параметры гусеничного механизма передвижения при перемещении землеройной машины и в процессе разработки грунта.

Рассмотрели общие сведения о гусеничном ходовом оборудовании землеройных машин, сведения о конструкции гусениц и гусеничных звеньев.

1. Добронравов С. С., Дронов В. Г. Строительные машины и основы автоматизации: Учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 2011. — 575 с.: ил.

2. Строительные машины: Учебник для вузов/Д.П. Волков, Н. И. Алешин, В. Я, Крикун, О. Е. Рынсков. Под. ред. Д. П. Волкова. — М.: Высш. школа, 2008. — 319 с.: ил.

3. М. И. Гальперин, Н. Г. Добровский. Строительные машины. — М.: Высшая школа, 2010. — 344 с.: ил.

4. Добронравов С. С. Строительные машины и оборудование: Справочник для вузов и инж. — техн. работников. — М.: Высш. шк., 2001. — 536 с.: ил.

5. Белецкий Б. Ф. Строительные машины и оборудование: Справочное пособие для производственников механизаторов, инженерно-техн. работников строительных организаций, студентов строительных вузов, факультетов, техникумов. — Ростов н/Д.: Феникс, 2012. — 608 с.: ил.