Экспериментальное определение нагрузок, действующих в гидроприводе автогрейдера

УДК 621.869

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ В ГИДРОПРИВОДЕ АВТОГРЕЙДЕРА

В.А. Шевченко, доцент, к.т.н., В.Н. Рагулин, ассистент,

Е.С. Павлюченко, студентка, ХНАДУ

Аннотация. Представлена методика и результаты экспериментального исследования нагрузок, действующих в механизме подвески рабочего оборудования автогрейдера ДЗк-251.

Ключевые слова: автогрейдер, нагрузка, подвеска, гидропривод, давление.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ВИЗНАЧЕННЯ НАВАНТАЖЕНЬ, ЩО ДІЮТЬ У ГІДРОПРИВОДІ АВТОГРЕЙДЕРА

В.О. Шевченко, доцент, к.т.н., В.М. Рагулін, асистент,

О.С. Павлюченко, студентка, ХНАДУ

Анотація. Представлено методику і результати експериментального дослідження навантажень, що діють у механізмі підвіски робочого устаткування автогрейдера ДЗк-251.

Ключові слова: автогрейдер, навантаження, підвіска, гідропривід, тиск.

EXPERIMENTAL DETERMINATION OF LOADINGS ACTING IN MOTORGRADER HYDRAULIC DRIVES

V. Shevchenko, Associate Professor, Candidate of Engineering Sciences,

V. Ragulin, teaching assistant, E. Pavlyuchenko, student KhNAHU

Abstract. Methods and findings of the experimental research into loadings acting in DZk-251 motor grader suspension unit have been presented.

Key words: motor grader, loading, suspension, hydraulic drive, pressure.

Введение

Автогрейдеры получили большое распространение в дорожном строительстве благодаря возможности выполнять широкий спектр рабочих операций, таких как: профилирование, планирование поверхностей, разработка грунта, перемещение и перемешивание материалов на дороге.

Опыт эксплуатации этих машин показывает, что одним из наименее надежных элементов является гидропривод управления рабочим оборудованием. Наиболее часто при эксплуатации возникают следующие отказы:

- обрыв рукавов высокого давления;

- чрезмерный износ манжет гидроцилиндров;

- увеличение зазоров в золотниковых парах.

Перечисленные факты приводят к необходимости детального изучения нагруженности основных элементов гидропривода рабочего оборудования автогрейдера при выполнении рабочих операций и в транспортном режиме.

Анализ публикаций

Современные методы проектирования гидроцилиндров рабочего оборудования автогрейдера базируются на рассмотрении плоских расчетных схем. В качестве внешних

нагрузок рассматриваются предельные статические усилия, возникающие в случае отрыва колес машины от грунта при опирании отвалом, либо силы, соответствующей стандартным рабочим нагрузкам в режиме разработки грунта [1, 2].

Исследования переходных процессов, связанных с резким нарастанием нагрузки на рабочем оборудовании при интенсивном заглублении в грунт, упоре отвала в труднопреодолимое препятствие, показывают, что динамические усилия могут в 1,2—1,6 раза превысить их статический уровень [2, 5]. Подобное пиковое нагружение приводит к аналогичным перегрузкам в силовых гидроцилиндров.

Из-за неоднородности грунта и ввиду случайного характера продольного и поперечного профилей рабочих площадок в ситуациях стандартного резания грунта регистрируется случайное изменение внешних рабочих нагрузок [3-5], что также сказывается на на-груженности силовых элементов гидропривода автогрейдера.

Таким образом, процесс формирования нагрузок, действующих на рабочее оборудование машины при выполнении технологических операций по разработке грунта, носит сложный характер.

Цель и постановка задачи

Целью исследования является экспериментальное изучение закономерностей формирования нагрузок, действующих на силовые гидроцилиндры основного отвала автогрейдера.

Для проведения экспериментального исследования была разработана методика, включающая в себя:

- планирование эксперимента;

- выбор оборудования и измерительных средств [5, 6];

- определение условий постановки опытов;

- анализ полученных результатов.

В качестве объекта исследования был выбран автогрейдер ДЗк-251 производства Крюковского вагоностроительного завода (рис. 1). Испытания проводились по ГОСТ 11030-93. В соответствии с ним для исследования были

выбраны следующие виды работ: интенсивное заглубление грейдерного отвала в грунт до полной остановки машины (стопорный режим), резание грунта стружкой постоянного сечения (рис. 2, 3).

Рис. 1. Автогрейдер ДЗк-251

Рис. 2. Стопорный режим

Рис. 3. Резание грунта

При выполнении транспортных операций предусматривался и переезд через неровности: комбинированные препятствия полуци-линдрической формы высотой 170 мм, шириной в области основания 310 мм и длиной 1500 мм. Расстояние между препятствиями соответствовало базе балансирной тележки автогрейдера (рис. 4).

Рис. 4. Переезд препятствия балансирной тележкой

Методика проведения исследований

В соответствии с планом экспериментов варьировались:

- угол захвата грейдерного отвала (30°, 45°, 60°, 90°, 135°);

- выполнение рабочих операций всей кромкой и перекос 7°;

- выдвижение грейдерного отвала относительно тяговой рамы (0 мм, 700 мм, 1400 мм);

- выдвижение тяговой рамы относительно хребтовой рамы (левое, среднее и правое положения, при которых возможна полноценная работа автогрейдера);

- начальная скорость движения автогрейдера.

Для регистрации показаний датчиков использовался аналогово-цифровой измерительный комплекс, включающий в себя усилители сигналов, АЦП, ноутбук [3, 4].

В процессе проведения экспериментов производилось фиксирование информации при помощи восьми датчиков, которые в комплексе с записывающей аппаратурой были соединены в коммутационную схему, представленную на рис. 5.

Эксперименты проводились на грунте II категории в пределах территории полигона ХНАДУ в летний период, в сухую погоду. При проведении исследований регистрировались:

- давление гидравлической жидкости в правом и левом гидроцилиндрах подъема-опускания грейдерного отвала в обеих полостях;

- давление гидравлической жидкости в гидроцилиндре выноса тяговой рамы в сторону (поршневая полость);

- крутящий момент на центральной полуоси балансирной тележки;

- усилие в шкворне тяговой рамы;

- действительная линейная скорость автогрейдера.

Давление в гидроцилиндрах подвески рабочего оборудования измерялось компактными датчиками давления ЕС0-^0№С, модели ЕСО-1.

Рис. 5. Коммутационная схема подсоедине-ниия аппаратуры: 1 - тяговая рама; 2 -центральная полуось; 3 - правый г/р поршневая полость; 4 - правый г/р штоковая полость; 5 - вынос тяговой рамы; 6 - левый г/р поршневая полость; 7 -левый г/р штоковая полость; 8 - обороты «7-го» колеса

В процессе проведения экспериментов проводилась операция интенсивного заглубления краем отвала в грунт. Такая схема работы приводит к ассиметричному перераспределению нагрузок между гидроцилиндрами подъема-опускания отвала (рис. 6).

Анализ приведенных графиков позволяет сделать следующие выводы. В гидроцилиндре, расположенном ближе к рабочему краю отвала, рабочей является поршневая полость, в то время как у дальнего гидроцилиндра -штоковая.

Рп, МПа 415._______

,\/

1

Ъ с

О 5 10 15 20

Рп, МПа

^ а

Рл, МПа

1

лП 1

5 10 15 20

Рл, МПа -

О

Рис. 6. Графики изменения давления жидкости в рабочих полостях гидроцилиндров подъема-опускания рабочего оборудования процесса интенсивного зарезания углом отвала при установке в плане 60°, перекос рабочего оборудования 7°: а -гидроцилиндр, ближайший к рабочему краю отвала; б - гидроцилиндр, дальний от рабочего края отвала

Процесс изменения во времени давления жидкости в нагруженных полостях носит детерминированный характер с четко выраженным трендом, но одновременно фиксируется случайная составляющая, появление которой можно объяснить неоднородностью свойств грунта. Максимальные значения давления жидкости лежат в пределах 8,4-9,6 МПа, что соответствует настройке предохранительного клапана гидравлической системы. Такие параметры рабочего процесса, как угол захвата, вынос отвала в сторону влияют на значения предельных нагрузок (рис. 7, 8).

Изменение угла захвата от 90° до 30° приводит к уменьшению предельных давлений на 75-80 %. Вынос же отвала в сторону вызывает снижение предельных давлений в 2-2,5 раза.

В транспортном режиме при переезде через неровности опорной поверхности наиболее нагруженными являются штоковые полости обоих гидроцилиндров подъема-опускания отвала.

8

р,

МПа

б

4

1

0

20 40 60 30 а, град 100

Рис. 7. Зависимость предельного давления в поршневой полости гидроцилиндра от угла захвата

Р.

МПа

3 2 1

0

0 500 1000 а, мм 1500

Рис. 8. Зависимость предельного давления в поршневой полости гидроцилиндра от выноса отвала в сторону

Изменение давления жидкости в нагруженных полостях носит ярко выраженный колебательный характер. Пиковый заброс давления достигает 11,2-13,4 МПа в зависимости от начальной скорости автогрейдера. Поскольку настройка предохранительного клапана соответствует 10,5 МПа, можно сделать вывод, что последний не успевает срабатывать при быстром изменении давления в системе.

Выводы

На основании приведенных исследований можно сделать следующие выводы:

- ассиметричное приложение рабочей нагрузки на отвале автогрейдера приводит к асимметричному нагружению гидроцилиндров подъема-опускания рабочего оборудования, что противоречит существующим методикам;

- процесс изменения давления в нагруженных полостях гидроцилиндров носит детерминированный характер с наложенной на него случайной составляющей;

- изменение угла захвата от 90° до 30° приводит к снижению предельного давления на 75-80 %;

- изменение выноса отвала от 0 м до 1,4 м приводит к изменению предельных давлений в 2-2,5 раза;

- движение по неровностям опорной поверхности приводит к развитию в нагруженных полостях гидроцилиндров подъема-опускания рабочего оборудования колебательных процессов изменения во времени давления жидкости. Забросы этого давления достигают 11,2-13,4 МПа, что превышает уровень настройки предохранительного клапана.

Литература

1. Севров К.П. Автогрейдеры. Конструкции,

теория, расчет / К.П. Севров, Б.В. Го-рячко, А.А. Покровский. - М.: Машиностроение, 1970. - 192 с.

2. Хмара Л.А. Машини для земляних робіт:

навч. посібник / Л.А. Хмара, С.В. Кравець, В.В. Нічке та ін. - Рівне - Дніпропетровськ. - Харків [б.в.], 2010. - 558 с.

3. Недорезов И.А. Вероятностный анализ

усилий в рабочем оборудовании землеройных машин / И.А. Недорезов,

Б.А. Бондарович, Д.И. Федоров // Строительные и дорожные машины. - 1971. -№ 8.- С. 10-12.

4. ВНИИСТРОЙДОРМАШ. Расчет автогрей-

дера. - М.: Машиностроение, 1963. -100 с.

5. Кириченко И.Г. Проведение эксперимен-

тальных исследований автогрейдера ДЗк-251 с применением компьютерной тензостанции / И.Г. Кириченко, Л.В. Назаров, В.А. Шевченко, А.В. Воронович // Вісник КДПУ. - Кременчук.

- 2006. - Вип. 2/2006, Ч. 1. - С. 44-46.

6. Аппаратурное обеспечение эксперимен-

тального исследования гидропривода автогрейдера ДЗк-251 / Л.В. Назаров, В.А. Шевченко, В.Н Рагулин и др. // Вестник ХГТУБА: науч. сб. строительства. - Х.: Изд-во ХГТУБА. - 2008. -Вып. 50. - С. 92-95.

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

Статья поступила в редакцию 10 мая 2012 г.