Математическое описание чувствительного элемента гидромеханической системы стабилизации выглаживающей плиты асфальтоукладчика

онных свойств металлов применением модифицирования. Имеет более 40 опубликованных работ.

Евстифеев Владислав Викторович - докт. техн. наук, профессор кафедры «Конструкционные материалы и специальные технологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - теоретические методы анализа процессов обработки металлов давлением и порошковой металлургии, имитационное и натурное моделирование технологий. Имеет более 230 опубликованных работ.

Чебоксаров Алексей Николаевич - канд. техн. наук, доцент кафедры «Эксплуатация и ремонт автомобилей» Сибирской государственной авто-мобильно - дорожной академии. Основное направление научных исследований - совершенствование технических средств диагностирования двигателей силовых установок и гидроагрегатов дорожностроительных машин. Имеет 10 опубликованных работ.

УДК 625.8+681.5

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫГЛАЖИВАЮЩЕЙ ПЛИТЫ АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКА

В. А. Палеев, А. В. Лисовский

Аннотация. В данной статье приводится анализ чувствительного элемента, применяемой в машиностроении, в частности асфальтоукладчике, гидромеханической системы стабилизации выглаживающей плиты. Предлагается принципиальная схема данной системы, отражающая все компоненты, необходимые для математического расчёта описания чувствительного элемента. На основе полученных данных определяются рабочие параметры, необходимые для более совершенной работы асфальтоукладчика.

Ключевые слова: система, анализ, машина, датчик, маятник.

На точность укладочных работ, кроме эксплуатационных свойств асфальтоукладчика большое влияние оказывает система управления рабочего органа, с помощью, которой поддерживается требуемое положение выглаживающей плиты асфальтоукладчика относительно горизонтальной плоскости. В настоящее время в СССР и за рубежом разработан и используется в практике дорожного строительства ряд электрогидравлических устройств, предназначенных для стабилизации выглаживающей плиты асфальтоукладчика. Широкое применение электрогидравлических систем стабилизации сдерживается необходимостью организации специальных станций по ремонту и обслуживанию таких систем, а также необходимостью по готовки достаточного количества специалистов, способных квалифицированно проводить обслуживание и ремонт электрогидравлических систем стабилизации.

В связи с этим представляет интерес разработка более простых и более дешевых гидромеханических систем стабилизации, в которых чувствительный элемент (маятник или щуп) непосредственно, или через рычажный механизм перемещает переключающий элемент гидравлического распределительного устройства, управляющего положением выглаживающей плиты. Подобное устройство разработано, выпускается серийно и широко рекламируется фирмой США CMY Corporation, выпускающей высокопроизводительную дорожную технику.

Гидромеханическая система стабилизации выглаживающей плиты асфальтоукладчика, основанная на принципе механической связи между маятником и золотником гидравлического распределителя разработана в СибАДИ.

Основные компоненты гидромеханической системы стабилизации представлены на расчётной схеме

Рис. 1. Расчётная схема гидромеханической системы стабилизации Маятник 1 помещен в корпусе, укрепленном на балочной раме и шарнирно соединенном с кулисой 2, кулиса 2 связана с золотником 3 гидравлического распределителя, подающего рабочую жидкость в гидроцилиндр 4 левой стороны балочной рамы асфальтоукладчика. т7, J1 - масса и момент инерции маятника гидравлической системы стабилизации;

т8, J8 - масса и момент инерции кулисы;

т9 - масса золотника гидравлического распределителя;

Ll - расстояние от оси поворота до центра тяжести маятника;

L2 - расстояние от оси поворота до центра тяжести кулисы;

Lъ - расстояние от оси поворота кулисы до оси золотника;

L4 - расстояние от оси поворота маятника до шарнира, соединяющего маятник с кулисой;

L5 - расстояние от оси поворота маятника до оси поворота кулисы;

в3 - отклонение маятника от вертикали;

в4 - отклонение корпуса от вертикали;

в5 =в3 -в4 - поворот маятника относительно корпуса;

в6 - поворот кулисы относительно корпуса;

У1 - перемещение золотника гидравлического распределителя.

Составим уравнения геометрической связи (уравнения кинематики):

У, = А

L4 • si^5

L5 -L4 • cosd5 Для малых значений справедливо выражение:

У, = L3

L4 • sind5

Й 2

L5 - L4 •

Отбрасывая величины второго порядка малости, получим:

L

У, = L3

L

L5 L4

5

Обозначив ——— = к, получим:

У, = L3 • кО5,

L5 L4

в6 = -кв5 = к(в4 -в3),

Для определения статической угловой погрешности гидравлической системы стабилизации, рассмотрим случай, когда в5 = 0,следовательно, в3 =в4 определим

максимальное значение, в4при котором равенство в3 =в4 соблюдается, т.е. маятник под

действием сил трения покоя поворачивается вместе с корпусом.

Запишем условие статического равновесия маятника гидромеханической системы стабилизации:

Мв <Мх + М2 + М3 + М4,

где Мв = т7gLl -63 - момент восстанавливающей силы;

Мх = т7- момент трения в оси подвеса маятника;

М2 = т8^2г2к - приведенный момент сопротивления от трения в оси кулисы;

М3 = т8gL8к2 -63 - приведенный момент сопротивления от веса кулисы;

М4 = FcmpaгL9к - приведенный момент сопротивления от усилия страгивания золотника.

Из уравнения (6) определим статическую угловую погрешность гидромеханической системы стабилизации:

Я.

А64 = Ав3 < -

m7Sfiri + m8gf2Г2 +^^L3 • Ф g

m7 L - m8

где f1u f2 - коэффициенты трения покоя в осях поворота маятника и кулисы;

r1ur2 - радиусы трения покоя в осях поворота маятника и кулисы;

Fcmpaz - усилие страгивания золотника гидравлического распределителя.

Для золотника диаметром d3 =6 мм с пояском шириной bg=2 мм при давлении масла Р= 12МПа усилие страгивания золотника Fcmpae =(7,1 ± 0,5) Н. Для других значений давления и ширины пояска золотника расчетная величина усилия страгивания может быть определена по формуле[1]:

F

страгУ ’ з g ' страгУ 1 з 1 / ’ ' '

где Pub - расчетные значения давления рабочей жидкости и ширины поясков золотника;

P1u b1 - данные, при которых экспериментально определялось усилие страгивания золотника заданного диаметра.

При составлении уравнения движения маятника гидромеханической системы стабилизации примем следующие основные допущения:

1) Рассматриваем малые отклонения переменных величин от установившихся значений;

2) Силы сухого трения при движении маятника пренебрежимо малы, поэтому учитываем только силы вязкого трения;

3) Масса золотника и кулисы значительно меньше массы маятника, поэтому при составлении уравнения движении маятника их не учитываем;

Для составления уравнения движения маятника гидромеханической системы стабилизации воспользуемся уравнением Лагранжа II рода:

d_

- +-----+-----= QT.

dt У dgi) dgi dgi dgi

Уравнение кинетической энергии:

1 2

T = - J •О32,

2 7 3

Диссипативная функция:

Ф = 2 ds7(03 -О4)2 + 2 Нз8к 2 (О4 -°f + 2 ^к 2(О3 -О4)2’

—— = d,7

ди3

Уравнение потенциальной энергии:

1

1

П = — m7gJ7 О +тCrgL32k2О-О,) ,

— = т gLlвз + с^2к 2.

дв3

На маятник гидромеханической системы стабилизации действуют горизонтальные и вертикальные ускорения от подвеса маятника:

^ = т7L^

Подставляя выражения (10), (12) и (13) в уравнение Лагранжа II рода, получим уравнение движения маятника гидромеханической системы стабилизации:

Ё Я

0 3 J 7 + 0 3 ^ 37 + ^ 38 к 2 + ^ 39 ^ з к 2 ) +

+ 0 3

Я

= 0 4 ^ 37 + ^ 38 к 2 + ^ 39 L 3 к 2 ) +

2 2 Ё

+ 0 4 С rgL 3 к + т 7 L 1 (у 2 + 2 2 '0 3 X

Уравнение (14) отличается от уравнений движения маятникового датчика положения рабочего органа, наличием в правой части слагаемого, учитывающего угол поворота корпуса маятникового датчика[1].

Правая часть уравнения движения маятника содержит угол поворота корпуса, первую и вторую производную этого угла, но при этом определяется угол поворота маятника относительно корпуса. Наибольшее влияние на маятниковый датчик оказывает горизонтальная составляющая ускорения точки подвеса маятникового датчика, поэтому вертикальная составляющая ускорения при малых углах отклонения маятника обычно не учитывается[2].

Без учета вертикальной составляющей ускорения уравнение принимает вид:

Ё я 2 03 J7 + 03(^7 + ^8к2 + ^9^ к2) +

+ 03 (т7^1 + С^3 к ) =

я 2

= 04(^7 + ^8к2 + ^9^ к2) +

2 2 Ё + 04CrgL3 к + т7Ц у2,

Значение коэффициента жесткости гидродинамической пружины определяется из известного выражения гидродинамической силы, действующей на золотник при неустано-вившемся движении:

^ = ~2С^,~ Н„ Н-,

где Нз9 - коэффициент, учитывающий инерционное действие неустановившегося потока на золотник, определяет составляющую гидродинамической силы, эквивалентную силе жидкостного трения.

Для случая ненагруженного исполнительного гидроцилиндра Ягц = 0,коэффициенты

С и ёз9 определяются следующим обра-зом[3]:

С^ = МАК

1р - Р

Нз9 = Р^3 - ^)МзЬо1^-^-,

где Мз - коэффициент расхода;

Ьок - ширина окон;

р - плотность жидкости;

в3 - угол между вектором скорости штока жидкости и осью золотника;

Рп - давление на входе в золотник;

Рсл - давление на сливе.

При L3 = L4,Нз9 = 0 :

= -2С„ (Р.) л 09>

где Рн - перепад давления на исполнительном гидроцилиндре.

В случае нагруженного гидроцилиндра выражение для С имеет вид:

С, (Р )= М3Ьок (Рп - Рсл - Рн) • со*в3,

Полученные выражения (19), (20), описывающие движение маятника гидромеханической системы стабилизации, позволяют провести аналитическое исследование работы гидромеханической системы стабилизации, а также осуществлять рациональный выбор конструктивных параметров гидромеханической системы стабилизации с целью повышения точности укладочных работ.

Новизна и преимущества предложенного конструктивного решения перед известными подтверждены решением о выдаче авторского свидетельства на изобретение.

Библиографический список

1. Амельченко В. Ф. Управление рабочим процессом землеройно-транспортных машин. Зап.-сиб. кн. изд-во, Омское отделение, 1975. - 232 с.

2. Васьковский А. М. Исследование рабочего

процесса землеройно-транспортных машин в связи с вопросами их автоматизации: Дис..

канд.техн. наук. -М., 1968. 126 с.

3. Кузин Э. Н. Основные направления развития строительных и дорожных машин // Проблемы повышения технического уровня строительных и дорожных машин. М.: ВНИИстройдормаш. — 1987. -№108.

MATHEMATICAL DESCRIPTION OF A SENSITIVE ELEMENT OF HYDROMECHANICAL SYSTEM OF STABILIZATION OF A PRESSING FLAG OF AN ASPHALT SPREADER

V. A. Paleev, A. V. Lisovsky

The analysis of the sensitive element is provided in this article, applied in mechanical engineering, in particular an asphalt spreader, hydromechanical system of stabilization of a pressing flag. The schematic diagram of this system reflecting all components, descriptions of a sensitive element necessary for mathematical calculation is offered. On the basis of the received data

the working parameters necessary for more perfect work of an asphalt spreader are defined.

Палеев Владимир Андриянович - кандидат технических наук, доцент кафедры “Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур (ТНКИ)”, преподаватель ФГБОУ ВПО «СибАдИ».

Лисовский Алексей Васильевич - аспирант кафедры “Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструк-

тур(ТНКИ)” Сибирской государственной автомо-бильно - дорожной академии . Основное направление деятельности: строительные и дорожные машины. Общее число опубликованных работ:2. E-mail: Maradonna87@yandex.ru

УДК 625.08

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ХОЛОДНЫХ ФРЕЗ

В. Н. Кузнецова, А. Н. Шаймарданов

Аннотация. В статье рассмотрены основные параметры эффективной эксплуатации холодных фрез. Приведены формулы для их расчета.

Ключевые слова: фрезерный барабан, асфальтобетон, холодная фреза.

Отсутствие четко сформулированных расчетных положений, учитывающих основные эксплуатационные параметры в процессе проектирования холодных дорожных фрез, ведет к значительным необоснованным потерям мощности и производительности. Холодное фрезерование на сегодняшний день во всем мире является одним из самых эффективных способов удаления поврежденного дорожного покрытия. Холодные фрезы позволяют не только снять изношенное покрытие, но и использовать его повторно уже в форме гранулята. Холодные дорожные фрезы это высокопроизводительные машины, предназначенные для подготовки высококачественной поверхности для укладки нового слоя поверх остатков дорожного полотна. Получаемая в результате фрезерования шероховатая поверхность имеет площадь в два раза большую, чем гладкая, и обеспечивает лучшее сцепление с укладываемым слоем.

Преимущества фрезерования ремонтируемых покрытий настолько очевидны, что производители оборудования довольно быстро создали и выпустили на рынок фрезы, способные обрабатывать асфальтобетон, цементобетон, и даже природный камень. Благодаря чему стало возможным широкое распро-

странение технологии восстановления покрытия дороги срезкой поврежденного или неровного участка и укладкой нового асфальта взамен срезанного.

В настоящее время в Москве и ряде крупных региональных центров России, в том числе и в Омской области, работают машины для холодного фрезерования, однако говорить о широком распространении данной технологии в России пока не приходится из-за отсутствия эффективных отечественных машин, а также довольно высокой стоимости зарубежных холодных фрез. В России производятся самоходные машины ДС-197 с шириной фрезерования 1000 мм (АО «Брянский арсенал») и навесные фрезы ФДН-500 на тракторе МТЗ-82 с шириной фрезерования 500 мм. Однако они по целому ряду показателей пока проигрывают зарубежным аналогам. Возможности фрезы ФДН-500 ограничены невысокой производительностью, а ДС-197 позволяет фрезеровать асфальтобетонное покрытие лишь на глубину 80 мм. Преимущество у этих машин перед зарубежными одно - они значительно дешевле. За рубежом машины для холодного фрезерования выпускает целый ряд фирм.