Підвищення ефективності землерийно-транспортних машин циклічної дії (на прикладі бульдозерів) - Автореферат

Основними напрямками економічного розвитку України передбачається істотне прискорення науково-технічного прогресу, підвищення технічного рівня виробництва за рахунок оснащення високопродуктивними, надійними машинами і обладнанням. Розвиток будівництва автомобільних доріг вимагає підвищення ефективності виробництва, технічного рівня машин, тому що від якості і кількості випущених конструкцій машин залежить виконання планів будівництва. Створення сучасних дорожніх машин великої потужності і продуктивності, ускладнення їх конструкцій, автоматизація робочих процесів приводить до підвищення вимог в першу чергу до надійності, яка по формулюванню академіка Берга є “якістю, розгорненою в часі”. Не дивлячись на деякі успіхи в розвитку будівельного і дорожнього машинобудування в Україні , продукція вітчизняних підприємств в більшості не відповідає сучасним вимогам до ефективності машин. Тому проблема, що визначає закономірності формування показників ефективності машин, зокрема землерийно-транспортних машин (далі ЗТМ) циклічної дії на прикладі бульдозерів, з урахуванням умов експлуатації є актуальною.Процес копання ґрунту РО машини є результатом взаємодії ножів ЗТМ, вирізаної стружки, ґрунту в масиві і ґрунту, який знаходиться в РО. В результаті досліджень розроблені основи теорії різання ґрунтів, методики розрахунку робочих опорів при взаємодії РО МЗР з ґрунтом, однак ряд питань взаємодії РО з ґрунтом необхідно доробити і уточнити (вплив на характер взаємодії затуплення ножів, розмірів РО). Навантаження на РО при копанні ґрунту разом з характеристиками РО визначають характеристики надійності машини, які разом з продуктивністю визначають ефективність застосування машин. Біруля в залежності, яка звязувала контактні напруги ? на межі середовище - площадка з деформацією Х ущільнюваного середовища у вигляді ? = С Х?, (1) де ? - показник ступеня, який залежить в першу чергу від вологості ґрунту Wв, при цьому коли Wв > Fв > ? = 0, при Wв= (0,7?0,8)?Fв > ? = 0,5, при Wв= (0,4?0,7)?Fв > ? =1, Fв - верхня межа пластичності ґрунту. , (7) де Н, В, hcp - висота, ширина і середня глибина копання; Gб - вага машини; f, і - опір руху і ухил місцевості; - коефіцієнт зчеплення ходових пристроїв з ґрунтом; кзч - коефіцієнт зчіпної ваги; Nд - потужність двигуна; - перевідний коефіцієнт, дорівнює 102 при N в КВТ; - ККД трансмісії; - коефіцієнт впливу призми волочіння на її обєм в залежності від співвідношення Н/В відвалу; квтр - коефіцієнт втрат ґрунту з призми волочіння в процесі транспортування; ккв - коефіцієнт, враховуючий кваліфікацію оператора, k - питомий опір різанню.Отримано закономірності, що встановлюють зусилля різання ґрунту гострим ножем відвала бульдозера заданої конструкції, яке визначається ґрунтовими умовами, у першу чергу зчепленням і коефіцієнтом деформації, кутами зовнішнього і внутрішнього тертя, що у свою чергу залежать від вологості. Тому той самий ґрунт при різній вологості має різні характеристики міцності, опору різанню. Такі дані досить важливі для експлуатаційних розрахунків, про що свідчить рішення Укравтодору про необхідність створення приладу для визначення міцностних характеристик ґрунту на 2006 р. Виявлення і вивчення механізму заповнення відвала бульдозера ґрунтом показали, що при формуванні призми волочіння перед відвалом ґрунт, у залежності від його характеристик, рухається у вигляді потоку по відвалу або зрушується по лініях ковзання в тілі призми. Значний вплив на формування призми і, отже, продуктивності і навантаженості бульдозера робить співвідношення між висотою Н и довжиною В відвала, а також глибина різання h.

2. Основний зміст роботи

На підставі проведених аналітичних і експериментальних досліджень, огляду науково-технічної літератури по напрямку дисертації можна зробити наступні висновки: 1. Отримано закономірності, що встановлюють зусилля різання ґрунту гострим ножем відвала бульдозера заданої конструкції, яке визначається ґрунтовими умовами, у першу чергу зчепленням і коефіцієнтом деформації, кутами зовнішнього і внутрішнього тертя, що у свою чергу залежать від вологості. Тому той самий ґрунт при різній вологості має різні характеристики міцності, опору різанню.

Для оперативного визначення міцностних характеристик ґрунту досліджені їхні звязки з даними щільноміра ДОРНДІ. Отримані залежності, що визначають зусилля різання через кількість ударів щільноміра. Такі дані досить важливі для експлуатаційних розрахунків, про що свідчить рішення Укравтодору про необхідність створення приладу для визначення міцностних характеристик ґрунту на 2006 р.

2. Виявлення і вивчення механізму заповнення відвала бульдозера ґрунтом показали, що при формуванні призми волочіння перед відвалом ґрунт, у залежності від його характеристик, рухається у вигляді потоку по відвалу або зрушується по лініях ковзання в тілі призми. Для найбільш розповсюджених ґрунтів другої і третьої категорій переважним є перший варіант. У математичній моделі опору руху потоку ґрунту враховані сили тертя потоку ґрунту при русі по відвалі і по ґрунті призми. Враховується також вплив опору руху призми волочіння на тертя потоку при русі його по відвалу.

3. Значний вплив на формування призми і, отже, продуктивності і навантаженості бульдозера робить співвідношення між висотою Н и довжиною В відвала, а також глибина різання h. Запропоновано геометричну модель форми призми волочіння, при якій раціональне співвідношення Н/В складає 0,7 tg . Експериментами з фізичними моделями, проведеними в ґрунтовому каналі, визначений вплив Н, В, h на зусилля копання ґрунту відвалом бульдозера. У результаті отримане рівняння регресії, з якого випливає, що найбільший вплив на опір різанню робить глибина різання і висота відвала.

4. Визначено опір від затуплення ножа, установлені залежності опору від ширини площадки затуплення S. Встановлено, що для бульдозерів основним видом деформації в процесі взаємодії площадки затуплення з ґрунтом є вдавлення ґрунту під площадку. При цьому опір пропорційний квадратові ширини площадки S2.

Вперше встановлено, як впливає затуплення на шлях копання. Цей вплив залежить головним чином від співвідношення питомих опорів різання k и затуплення . У звязку з необхідністю подолання додаткового опору від затуплення глибина різання зменшується до величини отже збільшується шлях наповнення відвала. У звязку з затупленням ножа бульдозера, істотно збільшуються опір підрізання при транспортуванні призми волочіння, що приводить до зменшення швидкості транспортування, зниженню продуктивності. При цьому збільшується навантаженість машини, отже, знижується характеристики надійності, безпеки і довговічності.

5. Встановлено, що машини циклічної дії мають показники надійності нижче, ніж машини безперервної дії. Отримано експонентну залежність імовірності безвідмовної роботи від часу роботи і продуктивності, де імовірність безвідмовної роботи визначається як часом роботи, так і числом циклів у процесі копання.

6. Проведено аналіз формування параметричних рядів машин. Визначено коефіцієнт ряду, кількість типорозмірів машин для виконання заданого обсягу робіт. Розглянуто ряди закордонних машин ведучих фірм і машин російського виробництва. У середньому коефіцієнти ряду складають 1,3-1,5. Установлено, що прийнята в даний час система формування рядів, розроблена у ВНДІНМАШЕ, не є оптимальною. Раціональними є системи, розроблені в Сибірському відділенні АН СРСР.

7. Експериментальні дослідження, проведені в ґрунтовому каналі і польові випробування натурних машин в експлуатаційних господарствах, підтвердили результати аналітичних розробок, дозволили одержати дані про вплив на зусилля копання співвідношення висоти і довжини відвала, залежності шляху і часу наповнення відвала від стану ножової системи (глибини копання). Результати випробувань підтвердили результати аналітичних досліджень. Розходження досягає 15-17%. Більш значні розходження в польових випробуваннях натурних машин, де неможливо було виходячи з складу машин ДРБУ підібрати необхідний склад загонів у відповідності з характеристиками ряду. Однак тенденція зниження витрат від першого загону, створеного з машин ряду ВНДІНМАША, до другого і третього загону, підібраним з машин, близьким по потужності до рядів АН СРСР, збереглася, хоча при вільному виборі машин зниження витрат було б значно більшими.

1. Ничке В.В., Кириченко И.Г., Тулузов О.Г. Определение коэффициента типоразмерного ряда модульных машин // Галузеве машинобудування, будівництво: Зб. наук. пр, Полтава, Вид. ПДТУ. - Вип. 6. - Ч.1- 2000 - С. 53-58. Автором запропоновано прийняти річні приведені витрати пропорційними силовим показникам.

2. Ничке В.В., Тулузов О.Г. Определение сопротивлений копания грунта отвалом тяжелого бульдозера //Сб. научн. тр. Национального агроуниверситета “Механизация сельского производства”.- Киев, издательство НАУ т.8, 2000.- С.54-57. Автору належить опис руху стружки між відвалом і призмою волочіння.

3. Ничке В.В., Ермакова Е.А., Рыбалко И.В., Тулузов О.Г. Влияние затупления режущих органов машин для земляных робот на нагруженность конструкции // Интенсификация робочих процесів будівельних и дорожніх машин: Сб. научн. тр. ПГАСА - Вып. 15. -Днепр. - 2002 - С. 146-151. Автору належить висновок, що числа ударів ударника ДОРНИИ в залежності від співвідношення S/В носить нелінійних характер.

4. Ничке В.В., Тулузов О.Г. Формирование призмы волочения и определение рациональных отношений высоты и ширины отвала // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета: Сб. научн. тр. - Вып. 29. Харьков, 2005.- С. 65-68. Автору належить описання форми призми волочіння.

5. Нічке В.В., Єрмакова О.А., Рибалко І.В., Писарєв В.П., Тулузов О.Г. Безвідказність машин // Підвищення ефективності технології та техніки для виконання вантажно - розвантажувальних, будівельних і колійних робіт на залізничному транспорті /Зб. наук. пр. УДАЗТ, Харків. - Вип. 50. - 2002. - С.54-60. Автору належать окремі визначення ймовірності безвідказної роботи для машин циклічної дії.

6. Ничке В.В., Рыбалко И.В., Тулузов О.Г., Беликов А.А. Типоразмерные ряды дорожных машин // Автомобильный транспорт: Сб. научн. тр.- Вып. 11.- Серия: Совершенствование машин для земляных работ. - Харьков: ХНАДУ, 2003. - С.69-72. Автору належить визначення оптимального ряду на основі робіт СИБАН.

7. Тулузов О.Г. Повышение эффективности землеройно - транспортных машин совершенствованием структуры ряда // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета: Сб. научн. тр. - Вып. 20. Харьков, 2003. - С. 40-42.

8. Ничке В.В., Ермакова Е.А., Тулузов О.Г. Анализ рабочего процесса землеройно - транспортных машин циклического действия // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета: Сб. научн. тр. - Вып. 21. Харьков, 2003. - С. 30-33. Автору належить визначення показників безвідказності машин циклічної дії.

9. Ничке В.В., Емельянов В.П., Ермакова Е.А., Тулузов О.Г. Определение энергоемкости, экономии топлива землеройно - транспортных машин циклического действия // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета: Сб. научн. тр. - Вып. 22. Харьков, 2003. - С.126-129. Автору належить визначення звязку між продуктивністю і витратами пального.

10. Ничке В.В., Тулузов О.Г. Определение оптимальных значений показателей надежности в зависимости от фона эксплуатации // Строительство. Материловедение. Машиностроение: Сб. научн. тр. - Вып. 26.- Серия: Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование. -Днепр: ПГАСА, 2004. - С.73-78. Автору належить визначення звязку показників надійності з умовами експлуатації.

11. Рыбалко И.В., Тулузов О.Г. Влияние затупления ножа на эксплуатационные характеристики землеройно - транспортных машин циклического действия // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета: Сб. научн. тр.- Вып. 23.- Харьков, 2004. - С.56-58. Автору належить визначення зусиль затуплення від ґрунтових умов.

12. Ничке В.В., Рыбалко И.В., Демишкан В.Ф., Тулузов О.Г. Совершенствование производства и ускоренные испытания машин // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета: Сб. научн. тр. - Вып. 25.- Харьков, 2004. - С.65- 68. Автору належить ідея застосування схеми Лестера в дослідженні прискореного визначення показників якості.

13. Тулузов О.Г. Компьютерная станция для проведения экспериментальных исследований на моделях в грунтовом канале //Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета: Сб. научн. тр. - Вып. 27. Харьков, 2004.- С.236-239.

14. Ничке В.В., Демишкан В.Ф., Тулузов О.Г. К вопросу рациональных параметров бульдозерного оборудования // Техніка та технологія виконання будівельних, колійних та перевантажувальних робіт на транспорті: Зб. наук. пр. УДАЗТ.- Вип. 58.- Харків, 2004. - С.50-54. Автору належить пропозиції по співвідношенню висоти і довжини відвалу бульдозера.

15. Нічке В.В., Демішкан В.Ф., Тулузов О.Г. Створення надійних, високоефективних дорожніх машин // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр. - Вип. 3. - Кривий Ріг, 2004. - С.120-124. Автору належить висновки по застосуванню сталей для відвала бульдозера.

16. Ничке В.В., Трунова О.А., Тулузов О.Г. Определение длительности ускоренных испытаний надежности // Материалы международной конференции “Интерстроймех-2002”, Белорусь, Могилев, 2002. - С. 291-294. Автору належить розробки залежностей визначення рівня надійності від часу випробувань.

17. Тулузов О.Г. Повышение эффективности землеройно - транспортных машин циклического действия // Материалы международной конференции “Интерстроймех-2003”, Россия, Волжский - 2003. - С. 212-215.

18. Ничке В.В., Тулузов О.Г. Оптимизация коэффициента типоразмерного ряда модульных машин // Материалы международной конференции “Интерстроймех-2001”, Санкт-Петербург, 2001. - С. 205-209. Автору належить пропозиція оптимізації коефіцієнта ряду.

19. Ничке В.В., Демишкан В.Ф., Тулузов О.Г. Научные основы совершенствования производственного потенциала дорожностроительного комплекса Украины // Материалы международной научно-технической конференции "Интерстроймех-2004"- Россия, Воронеж, 2004.- С.11-15. Автору належать матеріали відносно застосування бульдозерів в дорожньому будівництві.

20. Ничке В.В., Тулузов О.Г., Жинжера А.И. Бульдозеры в современном дорожном строительстве. - Материалы международной научно-технической конференции "Интерстроймех-2005" - Россия, Тюмень, 2005. - С.223-228. Автору належить визначення впливу затуплення ножа на шляху набору ґрунту.