Підвищення ефективності використання робочого обладнання автогрейдера стабілізацією навантаження механізму підвіски тягової рами

Abstract

Актуальність теми. З літературних даних і досвіду експлуатації автогрейдерів відомо, що від 20 до 60 % виходів з ладу виконавчих гідроциліндрів механізму підвіски тягової рами (МПТР) відбувається із-за асиметричного навантаження по бортах машини, а також багатократного перевищення навантаження в одній порожнині гідроциліндра по відношенню до іншої цього ж гідроциліндра. Такий перерозподіл може спостерігатися як одно- і багаторазово в залежності від виконання технологічної операції. Саме багатократне, не контрольоване перевищення навантажень є визначальним у формуванні відмов цих гідроциліндрів, а також у зменшенні часу використання машини у зв'язку з відказом. Ефективна і продуктивна робота виконавчого обладнання автогрейдера і машини, в цілому, істотно залежить від можливості контролю прикладення, розподілу і напряму діючого зовнішнього зусилля на складну просторову систему МПТР, діючого через грейдерний відвал, який має можливість займати різноманітні положення в просторі відносно машини і робочої поверхні. Це значно ускладнює механізм керування даного вузла. Підвищення ефективності роботи автогрейдерів шляхом покращення конструкції системи керування гідравлічного МПТР, може бути здійснено модернізацією його додатковим механізмом положення нижньої точки кріплення гідроциліндра винесення тягової рами. Це забезпечить переміщення у бік точки кріплення штоку гідроциліндру виносу тягової рами і дозволить знизити різницю діючих зусиль у гідроциліндрах, отримати рівномірний їх розподіл у системі порожнин гідроциліндрів. Це приведе до збільшення ефективності використання автогрейдерів за рахунок зменшення відмов. На підставі вищевикладеного тема роботи, що спрямована на подальше вдосконалення систем керування робочим органом автогрейдерів, є актуальною. Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася відповідно до наукового напряму та завдання державної науково-технічної програми: «Енергетична стратегія розвитку України на період до 2030 року» (Постанова Кабінету Міністрів України №145-р від 15 березня 2008 р.). Дослідження також виконувалися відповідно напрямку наукових досліджень кафедри будівельних і дорожніх машин Харківського національного автомобільно-дорожнього університету (ХНАДУ) і пріоритетними напрямками розвитку науки і техніки України на період до 2020 року, зазначеними в Законі України від 9 вересня 2010 р. №2519-IV про внесення змін до Закону України «Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки» (Закон Україні «Про пріоритетні напрями розвитку науки і техніки» від 11 липня 2001 р. № 2623-ІІІ), а також відповідно до держбюджетних науково-дослідницьких робіт за темами: № 0107U001006 «Теоретичні основи проектування модульних конструкцій землерийно-транспортних машин на прикладі автогрейдера» 2007-2009 рр. (виконавець); PK № 0112U008434 «Геометричне моделювання об’єктів, процесів та явищ техносфери за допомогою засобів комп’ютерної графіки» 2015-2018 рр. (виконавець). Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності роботи автогрейдерів за рахунок забезпечення стабілізації навантаження приводу керування МПТР. Для досягнення поставленої мети необхідно було виконати наступні завдання: – провести аналіз досліджень, присвячених засобам підвищення ефективності і зменшенню навантаження при роботі МПТР автогрейдерів; – розробити і обґрунтувати просторову розрахункову схему і математичну модель автогрейдерів з урахуванням особливості конструкції МПТР та встановити закономірності навантаженості в залежності від технологічної операції, що виконуються; – провести натурні випробування автогрейдера сімейства ДЗк-250 і на основі аналізу отриманих результатів визначити найбільш навантажене положення робочого обладнання з оцінкою достовірності отриманих результатів досліджень; – виявити закономірності навантаженості МПТР на основі моделювання його роботи, залежно від зміни кінематики підвіски робочого обладнання і визначити вплив розташування виконавчих гідроциліндрів МПТР на перерозподіл навантаженості гідроциліндрів; – модернізувати і дослідити методом комп’ютерного моделювання запропонований МПТР для зменшення відмов шляхом зміни траєкторії і її кінематики; – запропонувати практичні рекомендації щодо вибору раціонального положення виконавчих гідроциліндрів залежно від технологічних операцій, що виконуються автогрейдером; – визначити економічну ефективність застосування модернізованої конструкції механізму керування робочим обладнанням. Об’єктом дослідження є процес навантаження виконавчих гідроциліндрів механізму підвіски робочого обладнання залежно від кінематичних і робочих параметрів технологічного процесу. Предмет дослідження – взаємозв'язок силових і геометричних параметрів механізму підвіски робочого обладнання під час виконання технологічних операцій. Методи дослідження. В процесі вивчення стану питання за темою роботи проведено аналіз існуючих вітчизняних і зарубіжних літературних джерел при теоретичних і експериментальних дослідженнях використані класичні положення теорій коливань нелінійних систем, взаємодії робочих органів землерийних машин з ґрунтом, що розробляється, а також обробки результатів експериментів методами математичної статистики. Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному: – вперше за допомогою розробленої статичної просторової схеми і відповідної математичної моделі були визначені залежності зусиль у виконавчих гідроциліндрах від вхідних кінематичних характеристик та силових зовнішніх навантажень з урахуванням специфічних особливостей конструкції МПТР; – вперше за допомогою розробленої динамічної просторової схеми і відповідної математичної моделі були визначені залежності зусиль на грейдерний відвал від вхідних зовнішніх навантажень з урахуванням асиметричності конструкції МПТР; – вперше встановлено рівень нерівномірності зусиль у виконавчих гідроциліндрах МПТР при виконанні технологічних операцій; – встановлені нові закономірності розташування змінних координат приєднання виконавчих гідроциліндрів МПТР і режимів робочого процесу на перерозподіл навантаженості гідроциліндрів. Практична цінність роботи полягає в наступному: – розроблений інженерний метод визначення раціональних параметрів наванта- ження робочого обладнання; – модернізована конструкція механізму кріплення гідроциліндра винесення тягової рами убік, що дозволяє зменшити нерівномірність навантаження виконавчих гідроциліндрів підвіски робочого обладнання з ціллю збільшення ефективності роботи автогрейдерів за рахунок зменшення відмов (пат. України 104145). Результати наукових досліджень дисертаційної роботи впроваджені на ТОВ «Машгідропривід», ТОВ «Харківспецбуд-1», проектно-монтажній фірмі ДП «Спеціалізоване управління механізованих робіт», а також у навчальному процесі для підготовки бакалаврів та магістрів за спеціальністю 133 «Галузеве машинобудування» у Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті. Особистий внесок здобувача. Основні наукові положення, результати, висновки та рекомендації дисертаційної роботи отримані автором самостійно та опубліковані в роботах [1–17]. Роботи [6, 9, 15, 17] одноосібні. У друкованих працях, що опубліковані у співавторстві, здобувач оцінив вплив характерних різновидів руйнувань металоконструкції і елементів гідроприводу автогрейдерів [1, 6]; розробив просторову розрахункову схему і математичну модель автогрейдерів для дослідження напряму дії і розподілу зусиль із площин на різальній крайці грейдерного відвала [14, 16]; отримав аналітичні вирази, що дозволяють уточнити навантаженість гідроприводу керування робочого обладнання автогрейдерів при виконанні робочих операцій [5]; експериментально підтвердив закономірність зміни зусилля в порожнинах гідроциліндра винесення тягової рами убік при заданому положенні в просторі різальної крайки відвала [3, 12, 13]; встановив граничні положення кріплення нижньої опори гідроциліндра винесення тягової рами убік при експлуатації робочого обладнання в штатних режимах [4, 11]; встановив закономірності зміни величини зусилля в кожній порожнині гідроциліндрів механізму керування робочого обладнання залежно від типу виконуваних робіт [2, 7]; розробив механізм зменшення нерівномірності перерозподілу навантаженості керуючих гідроциліндрів МПТР [10]; отримав результати, що дозволяють проводити аналіз навантаженості гідроциліндрів механізму підвіски робочого обладнання автогрейдера методом комп'ютерного моделювання [8, 9, 15, 17]. Апробація результатів дослідження. Окремі положення дисертації обговорювалися і отримали позитивну оцінку на наукових конференціях Харківського національного автомобільно-дорожнього університету (ХНАДУ) (м. Харків, 2012– 2019 рр.), конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (ХДТУБА) (м. Харків, 2015 р, 2017 р), Міжнародній науково-технічній конференції. "Интерстроймех-2010" (м. Білгород, 2010 р.), Міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми розвитку дорожньо-транспортного і будівельного комплексів" (м. Кіровоград, 2013 р.), Міжнародних науково-технічних конференціях "Високі технології в машинобудівному виробництві та транспортному машинобудуванні" (м. Полтава, 2013 р., 2017 р.), на засіданні Підйомно-транспортної академії наук України (ПТАНУ) (2014 р., 2016 р.), Міжнародній молодіжній науково-технічній конференції "Молода наука – роботизація і нано-технології сучасного машинобудування" (м. Краматорськ, 2019 р.). У повному об'ємі дисертація докладалася на засіданні Підйомно-транспортної академії наук України (ПТАНУ) (2018 р., 2019 р.), а також на розширеному семінарі кафедри будівельних і дорожніх машин (БДМ) Харківського національного автомобільно-дорожнього університету (2018 р., 2019 р.). Публікації. Основні результати дисертаційної роботи наведені в 17 друкованих працях, у тому числі у 9 роботах, що опубліковані у фахових виданнях України, 5 з них – у збірниках, що індексується у наукометричних базах даних; у матеріалах 7 міжнародних науково-технічних конференціях, отримано 1 Патент України на корисну модель. Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел із 178 найменувань (17 сторінок), та 5 додатків. Повний обсяг роботи складає 202 сторінок, в тому числі 143 сторінок основного тексту, 29 таблиць, 76 ілюстрацій.