К вопросу создания отечественного тюбингоукладчика рычажного типа на рельсовом ходу

УДК 622.289.23

К ВОПРОСУ СОЗДАНИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ТЮБИНГОУКЛАДЧИКА РЫЧАЖНОГО ТИПА НА РЕЛЬСОВОМ ХОДУ

Ю.А. Драгомирецкий, директор, В.Е. Болотин, зам. директора,

ПАО «Днепротяжмаш», А.А. Сирченко, аспирант, Г осударственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет», г. Днепропетровск

Аннотация. Рассмотрена конструкция самоходного тоннельного тюбингоукладчика. Представлены разработанные расчетные схемы, а также результаты проверочного расчета напряженно-деформированного состояния рычажного рабочего органа тюбингоукладчика и его приводного вала.

Ключевые слова: метод конечных элементов (МКЭ), рабочий орган рычажного типа, напряженно-деформированное состояние, расчетные схемы, поверочный расчет.

ДО ПИТАННЯ СТВОРЕННЯ ВІТЧИЗНЯНОГО ТЮБІНГОУКЛАДАЧА ВАЖІЛЬНОГО ТИПУ НА РЕЙКОВОМУ ХОДУ

Ю.О. Драгомирецький, директор, В.Е. Болотін, заст. директора,

ПАТ «Дніпроважмаш», А.О. Сірченко, аспірант, Державний ВНЗ «Національний гірничий університет», м. Дніпропетровськ

Анотація. Розглянуто конструкцію самохідного тунельного тюбінгоукладача. Представлено розроблені розрахункові схеми, а також результати перевірочного розрахунку напружено-деформованого стану важільного робочого органу тюбінгоукладача і його приводного вала.

Ключові слова: метод кінцевих елементів (МКЕ), робочий орган важільного типу, напружено-деформований стан, розрахункові схеми, перевірочний розрахунок.

TO THE PROBLEM OF CREATING A DOMESTIC LEVER-TYPE RAIL-MOUNTED TUBING LAYER

Y. Dragomiretskyi, Director, V. Bolotin, Vice Director «Dneprotyazhmash» plc,

A. Sirchenko, post-graduate, State Higher Educational Establishment «National Mining University», Dnipropetrovsk

Abstract. A design of a self-propelled tubing layer has been considered. The developed design diagrams as well as the checking calculation results for the deflected mode of a lever-type tubing-layer work tool and its driving shaft have been presented.

Key words: finite element method (FEM), lever-type work tool, deflected mode, design diagrams, checking calculation.

Введение

Для возведения сборной тоннельной обделки метро применяют специальные механические устройства - укладчики. Многие типы укладчиков представляют собой металлическую рамную конструкцию портального типа, оснащенную средствами передвижения

вдоль сооружаемого тоннеля и сборки кольца обделки. Применяющиеся в Украине при строительстве тоннелей метрополитена тю-бингоукладчики физически изношены, а конструкции их морально устарели. Требуется разработать современную конструкцию тю-бингоукладчика с обоснованием его рациональных параметров.

Анализ публикаций

Известны следущие конструкции тюбинго-укладчиков: рычажные с одним и двумя рычагами [1, 2], кольцевые на внутренних и внешних опорах [3], кассетные, дуговые с неподвижной и поворотной дугой, стреловые.

Для проходки тоннелей с тюбинговой и блочной обделкой в грунтах, разрабатываемых взрывным способом, применяют рычажные тюбингоукладчики. Буровая машина в забое бурит шпуры для закладки взрывчатки, которую производят с выдвижных площадок тюбингоукладчика. На время взрывания тюбингоукладчик отгоняют от забоя для защиты от разлетающихся кусков породы. Погрузка обрушенной породы осуществляется породопогрузочной машиной. Далее следует установка сегментов кольцевой обделки выработанного пространства из чугунных тюбингов или железобетонных блоков. Подают сегменты на тележке к тюбингоуклад-чику. Исполнительный орган опускается к сегменту, и происходит закрепление его с захватным устройством. Далее сегменты устанавливаются по очереди слева и справа, начиная с нижнего лоткового сегмента.

Для монтажа сборной обделки укладчик сегментов должен обладать по крайней мере тремя степенями подвижности, обеспечивающими перемещения монтируемого элемента обделки по радиальному направлению в поперечном сечении тоннельной выработки, кольцевому и продольному вдоль оси тоннеля.

Последним укладывается верхний ключевой сегмент с клиновидными гранями, на который укладчик давит, чтобы разжать кольцо обделки, после чего с помощью болтов сегменты соединяются друг с другом.

Наиболее просто такой набор перемещений монтируемого элемента осуществляется широко распространенными однорычажными укладчиками, рабочий орган которых вращается в плоскости, перпендикулярной оси тоннеля, и смещается по оси тоннеля [4, 5].

Цель и постановка задачи

Выполнить качественный анализ работы привода однорычажного тюбингоукладчика

для определения запаса прочности наиболее нагруженных узлов.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Разработка концепт-проекта однорычажного тюбингоукладчика.

2. Исходя из анализа условий работы определить запас прочности конструкции укладчика.

Описание проекта однорычажного укладчика

Исходя из технологии укладки сегментной обделки авторы разработали концепт-проект рычажного тюбингоукладчика для перегонного тоннеля (рис. 1). Его основным элементом является рычаг 4 с противовесом 5 и выдвижной штангой, на конце которой помещен захват 2 для закрепления тюбингов или блоков. Штанга выдвигается гидроцилиндром. Рычаг укреплен на главном валу с гидравлическим приводом вращения 8. Рычаг может совершать поступательные движения (0-16 см) вдоль оси тоннеля от гидроцилиндра 9, помещенного в торце главного вала. Несущая металлоконструкция выполнена в виде тележки 1 на рельсовом ходу.

6 7 8 9 10

Рис. 1. Однорычажный тюбингоукладчик

Для удобства монтажа кольца обделки укладчик оборудован выдвижными рабочими платформами 3, расположенными в двух уровнях. При сборке обделки из железобетонных блоков без связей растяжения используют выдвижные с приводом от гидроцилиндров балки 7, на концах которых закреплены упоры 6, поддерживающие и поджимающие блоки к оболочке щита. Направляющие балок опираются на две арки. Для защиты людей от вывалов из кровли ук-

ладчик оборудован выдвижным секционным козырьком. На укладчике размещены щитовые насосные установки, электрошкафы, пульт управления. Для предохранения механизмов укладчика при ведении взрывных работ в скальных грунтах он оборудован защитными решетками. Механизм перемещения расположен на опорных стойках 10 и представляет собой четыре независимых привода 11, которые соединяются с приводными колесами с помощью цепной передачи [6].

Определение запаса прочности привода однорычажного тюбингоукладчика

В ходе установки тоннельной обделки вся нагрузка от одного сегмента передается на исполнительный орган, который закреплен на приводном валу. Вал установлен в под-шипникоопорах, расположенных на раме. Коэффициенты запаса прочности рамы могут быть определены стандартными методами строительной механики. Расчет привода исполнительного органа требует применения метода конечных элементов.

Была построена твердотельная модель привода однорычажного тюбингоукладчика совместно с тюбингом, состоящая из рамы, привода поступательного и вращательного движения исполнительного органа рычага, включающего в себя противовес и захват. Для качественного анализа методом конечных элементов было учтено действие силы тяжести и осуществлено фиксирование поперечных нижних балок рамы (рис. 2).

Рис. 2. Расчетная модель привода

В результате качественного анализа были выбраны два наиболее нагруженных узла: 1 -рычаг с захватом и противовесом, где учитывалась сила тяжести, а вес тюбинга моделировался приложенной к грани захвата силой, фиксировалось место стыка с приводным валом и рассматривались условия контакта «нет проникновения» между корпусом и штоком рычага (рис. 3); 2 - приводной вал с

наиболее нагруженным полувкладышем подшипника скольжения (рис. 4).

Из анализа работы первого узла следует:

1 - запас прочности по критерию Мизиса составляет 3,8 (были приняты допускаемые напряжения для стали 35 - 240 МПа);

2 - в месте стыка с валом действует сила реакции 25,4 кН и реактивный крутящий момент 12,7 кН.

Рис. 3. Расчетная модель рычага

Во втором расчетном случае учитывалась сила тяжести, были приложены вычисленные в первом случае сила и реактивный крутящий момент к месту стыка с рычагом, установлен запрет кручению - в месте установки приводной шестерни, запрет радиальных перемещений в месте установки менее нагруженного подшипника и были установлены условия контакта «нет проникновения» между приводным валом и полувкладышем более нагруженного подшипника скольжения (нижняя наружная поверхность полувкла-дыша была зафиксирована).

В результате решения установлено, что запас прочности не превышает 1,8 (были приняты допускаемые напряжения для стали 40Х -310 МПа).

уопМІ5Є(ІШт*2(МРаЛ

Рис. 4. Расчетная модель приводного вала

Выводы

1. В результате анализа технологии обкладки перегонных тоннелей был разработан концепт-проект однорычажного тюбингоуклад-чика.

2. Создана твердотельная модель привода исполнительного органа и выполнен качественный анализ исследования методом конечных элементов привода исполнительного органа; выбраны две модели наиболее нагруженных узлов, из результата расчета которых следует, что запас прочности не превышает 1,8 и, следовательно, масса рациональной конструкции тюбингоуклад-чика может быть значительно уменьшена.

Литература

1. В Днепропетровске идут активные работы

по строительству второй очереди метрополитена [Электронный ресурс] - Режим доступа: www/URL:

http://www.litsa.com.ua/ news/ partners/ 435 6/v-dnepropetrovske -idut-aktivnye -raboty-po-stroitelstvu-vtoroy-ocheredi-metropolitena-foto.htm.

2. Оборудование для бестраншейной прокла-

дки трубопровода и коммуникаций, бу-

ровых и горношахтных работ. - Скура-товский опытно-экспериментальный завод [Электронный ресурс] - Режим доступа:

www/URL: http://www.soeztula.ru/1/73/.

3. Shani Wallis Triumph out of tough going on

Delhi Metro [Электронный ресурс] / Shani Wallis. - Режим доступа: www/URL: http://www.tunneltalk.com

/India-Oct04-Delhi-Metro-triumph.php.

4. Тоннели и метрополитены / под ред.

В.П. Волкова. - 2-е изд., перераб. и доп.

- М.: Транспорт, 1975. - 552 с.

5. Тоннели и метрополитены : учеб. /

В.Г. Храпов.; под ред. В.Г. Храпова. -М.: Транспорт, 1989. - 383 с.

6. Строительство тоннелей и метрополи-

тенов. Организация, планирование, управление: учеб. пособие для вузов / Н.Г. Туренский, А.П. Ледяев; под ред. Н.Г. Туренского. - М.: Транспорт, 1992.

- 264 с.

Рецензент: В.И. Мощенок, профессор, к.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 14 мая 2012 г.