САМОХОДНАЯ КОНЦЕВАЯ СТАНЦИЯ МОБИЛЬНОЙ КАНАТНОЙ ДОРОГИ

Полезная модель относится к области подъемно-транспортного машиностроения, а именно к устройствам на основе подвесных канатных систем для мобильного развертывания транспортно-перегрузочных грузовых и пассажирских дорог в условиях необорудованной и труднодоступной местности, при ликвидации природных или техногенных чрезвычайных ситуаций.
Известна конструкция тыловой мачты для мобильной канатной трелевочной установки (патент RU №84181, A01G 23/02, 2009 г.) [1], размещенной с возможностью ее бокового расположения на самоходной базе, имеющей шасси с установленным на нем приводящимся во вращение вручную поворотным кругом, причем устанавливаемая на грунт мачта снабжена соединенными с помощью шарнира вертикальной и наклонной стойками, из которых наклонная стойка прикреплена посредством цапфы к поворотному кругу, а вертикальная стойка удерживается канатом, одним концом навитым на барабан, а другим запасованным в блоки на вертикальной стойке для подъема-опускания мачты при ее переводе в транспортное положение при перебазировании мобильной канатной трелевочной установки на новое место дислокации.
Эта конструкции имеет ряд существенных конструктивных и функциональных недостатков. Во-первых, работы по монтажу/демонтажу тыловой мачты не механизированы, выполняются вручную. Во-вторых, что является наиболее важным для предлагаемой полезной модели, конструкция тыловой мачты не позволяет обеспечить движение несуще-тягового каната вместе с транспортируемым грузом, так как мачта обеспечивает лишь натяжение неподвижного несущего каната для перемещения по нему кареток-захватов со срубленными деревьями вследствие отсутствия вращающегося от приводного механизма канатного шкива.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели и принятой за ее прототип является самоходная концевая станция (патент RU №200827, В61В 7/00, 2020 г.) [2] в виде оборудованного аутригерами и анкерами мобильного шасси, предназначенной для применения с другим аналогичным шасси в составе мобильного транспортно-перегрузочного канатного комплекса, содержащая приводной и натяжной механизмы, закрепленную на надрамной конструкции несущей рамы концевую опору с расположенным на ней канатным шкивом и огибающий канатный шкив замкнутый натянутый несуще-тяговый канат с прицепными устройствами для подвески транспортируемых грузов, причем концевая опора своим нижним концом шарнирно крепится к надрамной конструкции несущей рамы самоходной концевой станции и имеет возможность перемещения в вертикальной плоскости, совпадающей с продольной осью мобильного шасси, на произвольный угол не более 120 градусов с помощью подъемного гидроцилиндра, а шарнирно закрепленный на оголовке концевой опоры канатный шкив снабжен механизмом поворота на угол не более 90 градусов с помощью поворотного гидроцилиндра.
Наиболее существенный конструктивно-функциональный недостаток этой конструкции заключается в том, что для перевода концевой опоры из транспортного положения в вертикальное рабочее положение необходимо использовать подъемный гидроцилиндр значительной мощности и длины, достигающей 3…5 м, и обеспечивать значительный ход штока гидроцилиндра, соответствующий 80…90% его длины, при диаметре гидроцилиндра до 250…350 мм [3]. С точки зрения изготовления и возможного последующего ремонта гидроцилиндры с такими массо-габаритными характеристиками являются уникальными и дорогостоящими изделиями. Эти обстоятельства также негативно сказываются на эксплуатационной надежности и ремонтопригодности самоходной концевой станции в целом. Вторым недостатком конструкции-прототипа является то, что удержание концевой опоры в требуемом рабочем положении в процессе эксплуатации мобильной канатной дороги выполняется путем стопорения смещения поршня подъемного гидроцилиндра за счет перекрытия гидролиний, связывающих соседние полости гидроцилиндра, и, таким образом, исключения перетекания рабочей жидкости между ними под действием усилия на шток со стороны эксплуатационной нагрузки. Однако вследствие конечной величины объемной упругости реальной рабочей жидкости переменность во времени эксплуатационной нагрузки, обусловленная изменением скорости движения каната, веса груза, его раскачивания в условиях ветрового воздействия и др., приводит к колебательным смещениям поршня из положения равновесия с небольшой амплитудой и возникновению дополнительных динамических напряжений в металлоконструкции концевой опоры, опасных из-за возможного развития в ней усталостных процессов и зарождения в сварных швах усталостных трещин.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является снижение массо-габаритных характеристик подъемного гидроцилиндра за счет уменьшения его необходимой длины и хода штока, а также освобождение подъемного гидроцилиндра от дополнительной функции по удержанию концевой опоры в требуемом рабочем положении в процессе эксплуатации мобильной канатной дороги.
Для решения указанной технической задачи самоходная концевая станция мобильной канатной дороги в виде оборудованного анкерными устройствами мобильного шасси, предназначенная для применения с другим аналогичным шасси в составе мобильного транспортно-перегрузочного канатного комплекса, содержащая концевую опору с расположенным на ней канатным шкивом с приводным и натяжным механизмами, гидроцилиндр для подъема концевой опоры из транспортного положения и установки ее в рабочее положение, огибающий канатный шкив движущийся замкнутый натянутый несуще-тяговый канат с прицепными устройствами для подвески транспортируемых грузов и механизм перевода концевой опоры из транспортного положения в рабочее положение, концевая опора удерживается в рабочем положении складывающейся штангой, которая одним своим концом крепится к концевой опоре, другим - к надрамной конструкции мобильного шасси и которая состоит из двух соединенных цилиндрическим шарниром стержней разной длины, имеющим возможность относительного поворота в вертикальной плоскости, причем цилиндрический шарнир закреплен на конце штока гидроцилиндра для подъема концевой опоры, совершающего возвратно-поступательное перемещение.
Полезная модель поясняется более подробно с помощью чертежей. Все не требующиеся для непосредственного понимания полезной модели элементы исключены.
На фиг. 1 показан общий вид самоходной концевой станции с концевой опорой в транспортном (нерабочем) положении; на фиг. 2 - общий вид самоходной концевой станции с концевой опорой в рабочем положении; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2 (цилиндрический шарнир крепления концевой опоры); на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2 (цилиндрический шарнир крепления корпуса подъемного гидроцилиндра); на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 2 (цилиндрический шарнир крепления нижней части складывающееся штанги); на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 2 (цилиндрический шарнир крепления верхней части складывающееся штанги); на фиг. 7 - вид А на фиг. 2 (цилиндрический шарнир крепления штока подъемного гидроцилиндра и складывающейся опоры).
Суть полезной модели заключается в следующем.
На несущей раме 1 (фиг. 1, 2) самоходной концевой станции 2 (фиг. 1, 2) установлена надрамная конструкция 3 (фиг. 1, 2, 4) для закрепления необходимого технологического оборудования. В концевой части несущей рамы 1 (фиг. 1, 2) на надрамной конструкции 3 (фиг. 1, 2, 4) закреплен цилиндрический шарнир 4 (фиг. 1, 2), обеспечивающий подвижное (поворотное) соединение надрамной конструкции 3 (фиг. 1, 2, 4) и концевой опоры 5 (фиг. 1-3). Цилиндрический шарнир 4 (фиг. 1, 2) образован парой проушин 6 (фиг. 1-3), неподвижно закрепленных, например, сваркой на надрамной конструкции 3 (фиг. 1, 2, 4), и парой проушин 7 (фиг. 3), неподвижно закрепленных, например, сваркой на нижней части концевой опоры 5 (фиг. 1-3). В соосные отверстия проушин 6 (фиг. 1-3) и 7 (фиг. 3), укомплектованных подшипниками качения 8 (фиг. 3), вставлен шарнирный палец 9 (фиг. 1-3), обеспечивающий подвижную кинематическую связь между надрамной конструкцией 3 (фиг. 1, 2, 4) и концевой опорой 5 (фиг. 1-3). Данная конструкция узла крепления концевой опоры 5 (фиг. 1-3) позволяет ей совершать поворотное движение в вертикальной плоскости, совпадающей с продольной осью мобильного шасси. Корпус подъемного гидроцилиндра 10 (фиг. 1, 2, 4) с помощью цилиндрического шарнира 11 (фиг. 1,2) крепится к надрамной конструкции 3 (фиг. 1, 2, 4). Цилиндрический шарнир 11 (фиг. 1, 2) образован парой проушин 12 (фиг. 1, 2, 4), неподвижно закрепленных, например, с помощью сварки на надрамной конструкции 3 (фиг. 1, 2, 4), в соосные отверстия которых вставлен шарнирный палец 13 (фиг. 1, 2, 4) с надетой на него серьгой торцевой крышки 14 (фиг. 4) подъемного гидроцилиндра 10 (фиг. 1, 2, 4). На надрамной конструкции 3 (фиг. 1, 2, 4) между цилиндрическими шарнирами 4 (фиг. 1, 2) и 11 (фиг. 1,2) закреплен цилиндрический шарнир 15 (фиг. 1, 2), обеспечивающий подвижное (поворотное) соединение надрамной конструкции 3 (фиг. 1, 2, 4) и нижней части складывающейся штанги 16 (фиг. 1, 2, 5, 7). Цилиндрический шарнир 15 (фиг. 1, 2) образован парой проушин 17 (фиг. 1, 2, 5), неподвижно закрепленных, например, сваркой на надрамной конструкции 3 (фиг. 1, 2, 4), и парой профилированных проушин 18 (фиг. 5), неподвижно закрепленных, например, сваркой на нижней части складывающейся штанги 16 (фиг. 1, 2, 5, 7). В соосные отверстия проушин 17 (фиг. 1, 2, 5) и 18 (фиг. 5), укомплектованных подшипниками качения 19 (фиг. 5), вставлен шарнирный палец 20 (фиг. 1, 2, 5), обеспечивающий подвижную кинематическую связь между надрамной конструкцией 3 (фиг. 1, 2, 4) и нижней частью складывающейся штанги 16 (фиг. 1, 2, 5, 7). Данная конструкция узла крепления нижней частью складывающейся штанги 16 (фиг. 1, 2, 5, 7) позволяет ей совершать поворотное движение в вертикальной плоскости, совпадающей с продольной осью мобильного шасси. На металлоконструкции концевой опоры 5 (фиг. 1-3) закреплен цилиндрический шарнир 21 (фиг. 1, 2), обеспечивающий подвижное (поворотное) соединение концевой опоры 5 (фиг. 1-3) и верхней части складывающейся штанги 22 (фиг. 1, 2, 6, 7). Цилиндрический шарнир 21 (фиг. 1, 2) образован парой профилированных проушин 23 (фиг. 1, 2, 6), неподвижно закрепленных, например, сваркой на концевой опоре 5 (), и парой проушин 24 (фиг. 6), неподвижно закрепленных, например, сваркой на верхней части складывающейся штанги 22 (фиг. 1, 2, 6, 7). В соосные отверстия проушин 23 (фиг. 1, 2, 6) и 24 (фиг. 6), укомплектованных подшипниками качения 25 (фиг. 6), вставлен шарнирный палец 26 (фиг. 1, 2, 6), обеспечивающий подвижную кинематическую связь между концевой опорой 5 (фиг. 1-3) и верхней частью складывающейся штанги 22 (фиг. 1, 2, 6, 7). Данная конструкция узла крепления верхней части складывающейся штанги 22 (фиг. 1, 2, 6, 7) позволяет ей совершать плоско-параллельное движение в вертикальной плоскости, совпадающей с продольной осью мобильного шасси. Нижняя часть складывающейся штанги 16 (фиг. 1, 2, 5, 7), верхняя часть складывающейся штанги 22 (фиг. 1, 2, 6, 7) и шток 27 (фиг. 1, 2, 7) подъемного гидроцилиндра 10 (фиг. 1, 2, 4) соединяются цилиндрическим шарниром 28 (фиг. 1, 2). Цилиндрический шарнир 28 (фиг. 1, 2) образован парой проушин 29 (фиг. 7), неподвижно закрепленных на торце нижней части складывающейся штанги 16 (фиг. 1, 2, 5, 7), и парой проушин 30 (фиг. 7), неподвижно закрепленных на торце верхней части складывающейся штанги 22 (фиг. 1, 2, 6, 7), в соосные отверстия которых вставлен шарнирный палец 31 (фиг. 1, 2, 7) с надетой на него крепежной втулкой 32 (фиг. 7) штока 27 (фиг. 1, 2, 7) подъемного гидроцилиндра 10 (фиг. 1, 2, 4). Цилиндрический шарнир 28 (фиг. 1, 2) позволяет совершать соединяемым элементам взаимное поворотное движение относительно шарнирного пальца 31 (фиг. 1, 2, 7) при перемещении штока 27 (фиг. 1, 2, 7). На оголовке концевой опоры 5 (фиг. 1-3) установлен канатный шкив 33 (фиг. 1, 2), в профилированном пазе которого располагается несуще-тяговый канат 34 (фиг. 2), огибающий канатный шкив 33 (фиг. 1, 2). К верхней части концевой опоры 5 (фиг. 1-3) крепится механизм поворота канатного шкива (элемент I на фиг. 1, 2). В подшипники качения, использующиеся в конструкции перечисленных цилиндрических шарниров, набита консистентная пластичная смазка, аналогичная рекомендуемой для использования в узлах трения мобильных транспортно-технологических машин [4].
Полезная модель работает следующим образом.
К месту назначения самоходная концевая станция 2 (фиг. 1, 2) выдвигается, имея концевую опору 5 (фиг. 1-3) в транспортном положении (как показано на фиг. 1). С целью недопущения поломок металлоконструкции концевой опоры 5 (фиг. 1-3) вследствие движения по неровной поверхности, в транспортном положении концевая опора 5 (фиг. 1-3) опирается и закрепляется на транспортной стойке 35 (фиг. 1, 2). При достижении места назначения самоходная концевая станция 2 (фиг. 1, 2) ориентируется таким образом, чтобы продольная ось мобильного шасси совпадала с продольной осью канатной дороги. Для обеспечения общей устойчивости в условиях действия значительных горизонтальных опрокидывающих нагрузок от силы натяжения несуще-тягового каната 34 (фиг. 2) и веса транспортируемого груза самоходная концевая станция 2 (фиг. 1, 2) устанавливается на выносные опоры 36 (фиг. 1, 2), которые закрепляются на грунте с помощью анкерных устройств 37 (фиг. 2). В качестве анкерных устройств 37 (фиг. 2) могут быть использованы известные анкерные конструкции [5]). Затем выполняется подъем концевой опоры 5 (фиг. 1-3) из исходного транспортного положения (фиг. 1) в рабочее положение (фиг. 2). Перевод концевой опоры 5 (фиг. 1-3) в рабочее положение производится подъемным гидроцилиндром 10 (фиг. 1, 2, 4) путем втягивания штока 27 (фиг. 1, 2, 7) во внутрь его корпуса. Для этого по напорным трубопроводам (условно не показаны) с помощью объемного гидронасоса (условно не показан) подается под давлением рабочая жидкость из гидросистемы самоходной концевой станции 2 (фиг. 1, 2). Шток 27 (фиг. 1, 2, 7) перемещает цилиндрический шарнир 28 (фиг. 1, 2) по направлению к кабине 38 (фиг. 1, 2) самоходной концевой станции 2 (фиг. 1, 2) в продольной вертикальной плоскости, причем он совершает сложное плоскопараллельное движение - поступательное вдоль продольной оси подъемного гидроцилиндра 10 (фиг. 1, 2, 4) и поворотное относительно шарнирного пальца 20 (фиг. 1, 2, 5). При этом происходит увеличение угла β (фиг. 1) скрещивания продольных осей нижней 16 (фиг. 1, 2, 5, 7) и верхней 22 (фиг. 1, 2, 6, 7) частей складывающейся опоры. Нижняя часть складывающейся опоры 16 (фиг. 1, 2, 5, 7) воздействует на верхнюю часть складывающейся опоры 22 (фиг. 1, 2, 6, 7), заставляя ее перемещаться вверх, одновременно поворачиваясь относительно шарнирного пальца 31 (фиг. 1, 2, 7) цилиндрического шарнира 28 (фиг. 1, 2) в продольной вертикальной плоскости в противоположную сторону от кабины 38 (фиг. 1,2) самоходной концевой станции 2 (фиг. 1, 2). В свою очередь, верхняя часть складывающейся опоры 22 (фиг. 1, 2, 6, 7) воздействует на концевую опору 5 (фиг. 1-3) в месте присоединения цилиндрического шарнира 21 (фиг. 1, 2), заставляя опору поворачиваться в продольной вертикальной плоскости относительно цилиндрического шарнира 4 (фиг. 1, 2) и, таким образом, подниматься в требуемое рабочее положение (фиг. 2). Рабочее положение концевой опоры 5 (фиг. 1-3) достигается, когда продольные оси обеих частей складывающей штанги 16 (фиг. 1, 2, 5, 7) и 22 (фиг. 1, 2, 6, 7) совместятся (т.е. когда угол β станет равным 180°). В этот момент перемещение штока 27 (фиг. 1, 2, 7) прекращается вследствие срабатывания концевого выключателя (условно не показан), установленного на стопорной пластине 39 (фиг. 1, 2, 7). Срабатывание концевого выключателя приводит отключению объемного гидромотора (условно не показан) гидросистемы самоходной концевой станции 2 (фиг. 1, 2) и, таким образом, к остановке штока 27 (фиг. 1, 2, 7) подъемного гидроцилиндра 10 (фиг. 1, 2, 4). Во время эксплуатации мобильной канатной дороги выполняется открытие гидролинии (условно не показана) между соседними полостями подъемного гидроцилиндра 10 (фиг. 1, 2, 4), что приводит в выравниванию в них давления рабочей жидкости и исключению возникновения дополнительных динамических напряжений при работе мобильной канатной дороги. Всю эксплуатационную нагрузку воспринимает складывающаяся опора, работающая в условиях растяжения и обеспечивающая удержание концевой опоры 5 (фиг. 1-3) в требуемом рабочем положении. Таким образом, достигается одна из двух целей технической задачи, на решение которой была направлена предлагаемая полезная модель. По завершении работы перевод концевой опоры 5 (фиг. 1-3) из рабочего положения в транспортное положение производится в обратном порядке, причем шток 27 (фиг. 1, 2, 7) подъемного гидроцилиндра 10 () совершает обратное перемещение, т.е. выдвижение.
Технико-экономический результат от внедрения полезной модели достигается за счет возможности использования подъемного гидроцилиндра меньшей длины по сравнению с указанными характеристиками полезной модели-прототипа [2]. Для количественной характеристики эффективности работы подъемного механизма удобно использовать мгновенное передаточное отношение ϕ вида
которое характеризует величину угла поворота концевой опоры Δγ при линейном смещении штока гидроцилиндра на величину Δs. Согласно расчетным данным работы [3], в которой рассматривалась конструкция, аналогичная полезной модели-прототипа, на примере четырехосной самоходной концевой станции с концевой опорой длиной 10 м, мгновенное передаточное отношение ϕ при подъеме опоры непосредственно гидроцилиндром составило 29,2°/м (т.е. перемещение штока гидроцилиндра на величину Δs=1 м приводит к повороту концевой опоры на 29,2°). Расчет кинематической схемы предлагаемой полезной модели при тех же исходных данных показал, что мгновенное передаточное отношение ϕ для нее составляет 49,4°, т.е. в 1,7 раза выше, чем у прототипа. Таким образом, для подъема концевой опоры в рабочее положение требуется перемещение штока в 1,7 раза меньше, а, следовательно, можно использовать гидроцилиндр с длиной корпуса в 1,7 раза меньше.
Источники информации
1. Пат. 84181 Российская Федерация, МПК A01G 23/02. Тыловая мачта для мобильной канатной трелевочной установки / Григорьев И.В., Жукова А.И., Иванов А.В., Григорьева О.И., Киселев Д.С. - №2009107586/22; заявл. 04.03.2009; опубл. 10.07.2009, Бюл. №19.
2. Пат. 200827 Российская Федерация, МПК В61В 7/06. Самоходная концевая станция / Лагерев А.В., Лагерев И.А., Таричко В.И.; заявитель и патентообладатель ФБГОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского». - №2020117118; заявл. 12.05.2020; опубл. 12.11.2020, Бюл. №32.
3. Лагерев А.В., Таричко В.И., Лагерев И.А. Компоновка технологического оборудования на базовом шасси мобильного транспортно-перегрузочного канатного комплекса // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2020. №3. С. 388-403. DOI: 10.22281/2413-9920-2020-06-03-388-403.
4. Ивашков И.И. Монтаж, эксплуатация и ремонт подъемно-транспортных машин. М.: Машиностроение, 1981. 335 с.
5. Лагерев И.А., Лагерев А.В. Современная теория манипуляционных систем мобильных многоцелевых транспортно-технологических машин и комплексов. Конструкция и условия эксплуатации. Брянск: РИО БГУ, 2018. 190 с.