Экспериментальные исследования процесса резания грунта скребками траншейного цепного экскаватора

The article presents the results of experimental research of road sweeper machine on the basis of tractor MTZ-80 in different modes. The results of one-factor dispersive analysis are presented. It identifies the key performance parameters identified and the degree of their influence on the level of on vibration the operator workplace.

Key words: vibration, vibration protection, road sweeper machine

Korchagin Pavel Aleksandrovich, doctor of technical sciences, professor, Korcha-gin pa@mail.ru, Russia, Omsk, Omsk Auto transportation College,

Rebrova Irina Anatolievna, candidate of technical sciences, docent Ria-69@mail.ru, Russia, Omsk, Siberian State Automobile Academy (SibADI),

Teterina Irina Alekseevna, postgraduate, Teterina ia@sibadi.org, Russia, Omsk, Siberian State Automobile Academy

УДК 621.879.445

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ГРУНТА СКРЕБКАМИ ТРАНШЕЙНОГО ЦЕПНОГО

ЭКСКАВАТОРА

А.И. Демиденко, А.Б. Летопольский, Д.С. Семкин, И.К. Потеряев

Приводятся результаты экспериментальных исследований скребка новой конструкции с использованием разработанной экспериментальной установки. Исследуется изменение силы сопротивления резанию грунта скребком при изменении толщины срезаемой стружки. Полученные результаты позволили установить значение силы сопротивления грунта резанию скребка с разной формой режущей кромки. Представлено описание эксперимента и приведены графики обработанных осциллограмм.

Ключевые слова: траншейный экскаватор, рабочий орган, скребок, угол резания, осциллограмма.

Широкое применение траншейных цепных экскаваторов (ЭТЦ) в разных областях строительства требует совершенствования конструкции этих машин. Особую актуальность приобретают вопросы повышения производительности за счет применения новой конструкции скребка [1, 2], что является эффективным средством снижения энергоемкости и себестоимости разработки грунта, а, следовательно, и сроков строительства трубопровода.

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории «Грунтовый канал» ФГБОУ ВПО «СибАДИ» на спроектированной и изготовленной экспериментальной установке (рис. 1).

Рис. 1. Схема лабораторной установки

Лабораторная установка монтируется на тензометрическую тележку 6 и состоит из двух основных частей направляющей балки 1 и тележек 4 с исследуемыми скребками 5. С одной стороны направляющая балка соединяется с гидроцилиндром подъема (опускания) балки, закрепленного на

и л о

кронштейне 2, а на противоположной стороне направляющей балки находятся тележки.

Для изменения угла резания на держателях и скребках выполнены отверстия под заранее выбранным углом. Скорость резания меняется за счет привода 7, на котором установлена коробка передач. Изменение угла установки направляющей балки происходит с помощью гидроцилиндра, соединенного с направляющей балкой. На кронштейне выполнены три отверстия для крепления штока гидроцилиндра. Такое техническое решение позволяет менять угол установки направляющей балки в пределах 30.. .90°.

Грунтовый канал с установленными по бокам железнодорожными рельсами имеет длину 20 м, ширину 2,5 м и глубину 2 м.

Исследования проводились на супесчаном грунте со следующими характеристиками:

1) плотность - 1900 кг/м ;

2) влажность - 10...12 %;

3) удельное сцепление - 0,02 МПа;

4) число ударов ударника ДорНИИ Су = 6 - 8;

5) угол внутреннего трения фв = 270, угол внешнего трения ф = 230.

В качестве объекта исследования принят скребок с различной формой режущей кромки (рис. 2).

Рис. 2. Скребки с разной формой режущей кромки

На рис. 3 показаны результаты резания грунта скребками с разной формой режущей кромки. На начальном этапе сила сопротивления резанию для трех скребков имеет одинаковое значение и составляет 120 Н. По мере движения скребков по забою выявляется разница в силе сопротивления резанию грунта (8=0,4 м). Для скребка со ступенчатой режущей кромкой (скребок №3) значение силы сопротивления составляет Е=288 Н, для У-образной (скребок №2) Е=338 Н, для полукруглой Е=398 Н (скребок №1). В процентном соотношении эта разница говорит о том, что сила сопротивления резанию, возникающая на скребке № 1 на 38 % больше значения сопротивления для скребка № 3 и на 17 % превышает силу сопротивления, действующую на скребок № 2.

Если рассмотреть тенденцию изменения силы сопротивления резанию грунта для отдельно взятого скребка, например № 3, то в точке 8= 0,2 м сила резания составляет Е=188 Н, в точке 8=0,4 м возрастает до значения Е=288 Н, что больше предыдущего значения на 53 %, а в точке 8=0,6 м сила резания увеличилась на 30 %, по сравнению со вторым значением и составила Е=375 Н. Интенсивность изменения силы резания на отрезке пути от 0,2 м до 0,4 м говорит о накоплении и образовании призмы грунта на скребке. Срезанный грунт, оставшийся на поверхности режущего элемента, действует как на сам скребок, так и на поверхность срезаемого грунта. Значение, до которого будет возрастать эта сила, ограничено массой грунта, оставшейся на скребке, которая будет зависеть от параметров скребка (ширина, высота, угол резания), поэтому на отметки пути 8=0,6 м сила сопротивления копанию изменилась не пропорционально предшествующему, а только на 30 %.

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

S, м

-V - образная режущая кромка -Ступенчатая режущая кромка

---Полукруглая режущая кромка_

Рис. 3. Зависимость силы сопротивления копанию грунта для скребков с разной формой режущей кромки

Эксперимент показал влияние на силу сопротивления резанию грунта формы режущей кромки и массы выносимого грунта, находящегося на скребке. Разница в полученных значениях говорит о том, что процесс разрушения грунта скребками с разной формой режущей кромки различен, и этот факт необходимо учитывать.

Для установления влияния толщины срезаемой стружки на силу сопротивления грунта резанию принят скребок со ступенчатой режущей кромкой.

Полученные осциллограммы (рис. 4), отражающие влияние толщины срезаемой стружки на процесс копания грунта, обрабатывались, и результаты обработки заносились в программу Microsoft Excel. На основании полученных данных строились линии тренда и были получены уравнения регрессии (табл. 1). Значения силы сопротивления копанию грунта, рассчитанные по уравнениям регрессии, сведены в табл. 2.

Обработка результатов исследований проводилась согласно общепринятым методикам статистической обработки данных [4].

Для изучения взаимосвязи исследуемых параметров экспериментальные данные обрабатывают на основе методов теории корреляции. Порядок нахождения корреляционных зависимостей заключается в сведении в таблицы значений исследуемых параметров, построении на их основе поля корреляции, расчете эмпирической линии регрессии и определении теоретической линии регрессии. Процесс определения теоретической линии регрессии при ограниченном числе опытов заключается в выборе и обосновании типа кривой и расчете параметров ее уравнения.

Рис. 4. Пример компьютерной осциллограммы процесса резания

грунта скребком

Для большинства исследований процесса взаимодействия рабочих органов с грунтом, при которых изучается взаимосвязь между параметрами, может быть выбрана кривая параболического типа, уравнение которой в общем виде

у = а + Ьх + сх ,

где у- ордината теоретической линии регрессии; а9Ь9с- параметры уравнения.

Основным методом нахождения параметров уравнения связи является метод наименьших квадратов, суть которого заключается в минимизации суммы квадратов отклонений полученных значений зависимой переменной у от ее значений, вычисленных по уравнению связи с факторным признаком [5].

Полученные компьютерные осциллограммы обрабатывались по экстремальным значениям.

Среднее арифметическое значение [5]

™ , *

х = —-,

™ *

Х/у 7=1

' г*

где Xj - середина интервала; /j - частота попаданий результатов наблюдения х^ в заданный интервал; ] - номер интервала.

Среднеквадратическое отклонение [5]

260

5 =

К*;-*)2//

7=1 -

>" * х/,

7=1

Проверка гипотезы о нормальном распределении состоит в том, чтобы на основании сравнения эмпирических частот с предполагаемыми (теоретическими) сделать вывод о соответствии эмпирического распределения теоретическому. Для проверки близости теоретического и эмпирического распределения используют критерий Пирсона [5]

1 Л/

где - теоретические частоты в интервале.

Теоретическая частота в данной группе [5]

/у =ур

где р(1) - табличное значение.

Нормированное отклонение [5]

9

Критическое значение Пирсона хт определяется по таблице [5] в соответствии с числом степей свободы и уровнем значимости X.

Таблица 1

Уравнения регрессии

Толщина стружки Ь, м Уравнение регрессии Я2

0,01 Е = -139,97Б2 + 288,428 + 37,315 0,9155

0,02 Е =-754,34Б2+ 1120,88 + 94,156 0,8959

0,03 Е = -823,18Б2 + 2107,38 + 148,22 0,941

0,04 Е = -1598,882 + 3104,58 + 88,604 0,954

Таблица 2

Влияние толщины стружки на силу сопротивления резанию грунта

Сопротивление резанию грунта £,Н Путь, м Толщина стружки Ь, м

8 0,01 0,02 0,03 0,04

0,1 64,72 198,69 350,72 383,07

0,3 111,24 362,5 706,32 876,06

0,5 146,53 465,97 996,07 1241,15

0,75 170,62 508,01 1170,17 1517,65

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования позволили установить, что при взаимодействии с грунтом скребка со ступенчатой режущей кромкой возникает наименьшая сила сопротивления резанию. Осциллограммы процесса резания дали информацию об изменении силы сопротивления резанию по ходу движения скребка вверх по забою траншеи. Полученные уравнения регрессии позволят рассчитать значения возникающего сопротивления в любой точке пути скребка вдоль забоя траншеи.

Список литературы

1. А.с. № 240540 СССР, МКИ Е 02 f 5/06. Режущий элемент скребкового типа для траншейных экскаваторов / Э.А. Джангулян, Н.В. Кареев, М.Н. Лебедев, В.П. Успенский, Э.Н. Шкневский, А.-О. И. Суурпере, Х.-Э. Э. Виирок и Р.В. Веерус (СССР). № 1011530/29-14; заявл. 10.06.1965; опубл. 21.03.1969. Бюл. № 12. 2 с.

2. А.с. № 628244 СССР, МКИ Е 02 F 5/10. Рабочий орган экскаватора-дреноукладчика / В.И. Миронов, А.А. Коршиков и А.В. Федирко (СССР). № 2485635/29-03; заявл. 11.05.1977; опубл. 15.10.1978. Бюл. № 38. 3 с.

3. Демиденко А.И., Летопольский А.Б. Теоретические исследования взаимодействия скребка траншейного цепного экскаватора с грунтом // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Вып. 3 (21). С. 5 - 11.

4. Красовский Г.И., Планирование эксперимента: монография. Филаретов Г.Ф. Минск: БГУ, 1982. 302 с.

5. Реброва И. А. Планирование эксперимента: учеб. пособие. Омск: СибАДИ, 2010. 106 с.

Демиденко Анатолий Иванович, канд. техн. наук, проф., antoooon-85@mail.ru, Россия, Омск, Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ),

Летопольский Антон Борисович, канд. техн. наук, antoooon-85@mail.ru, Россия, Омск, Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ),

Семкин Дмитрий Сергеевич, канд. техн. наук, D. S. Semkin@yandex. ru, Россия, Омск, Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ),

Потеряев Илья Константинович, канд. техн. наук, ilya_poter@mail.ru, Россия, Омск, Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

EXPERIMENTAL STUDIES OF THE PROCESS OF CUTTING THE SOIL SCRAPER

CHAIN TRENCH EXCAVATOR

А1. Demidenko, A.B. Letopolsky, D.S. Semkin, I.K. Poteryaev

262

The results of experimental studies wiper new design, using developed experimental setup. Explore etsya change of the resistance to cutting scraper soil cut by changing the thickness of the chips. The results obtained are set to allow the soil cutting resistance force with different shape of the scraper blade edge. The article presents a description of the experiment and the graphs processed oscillatorgram.

Key words: trenchers, working body, scraper, cutting angle-of, waveform.

Demidenko Anatoly Ivanovich, candidate of technical sciences, professor, antoooon-85@mail.ru, Russia, Omsk, Siberian State Automobile Academy (SibADI),

Letopolsky Anton Borisovich, candidate of technical sciences, antoooon-85@mail. ru, Russia, Omsk, Siberian State Automobile Academy (SibADI),

Semkin Dmitry Sergeevich, candidate of technical sciences, antoooon-85@mail. ru, Russia, Omsk, Siberian State Automobile Academy (SibADI),

Poteryaev Ilya Konstantinovich, candidate of technical sciences, antoooon-85@mail.ru, Russia, Omsk, Siberian State Automobile Academy

УДК 621.94-29:658.512

СОЗДАНИЕ ТРЁХМЕРНОЙ МОДЕЛИ ПЛОСКОГО НЕЭВОЛЬВЕНТНОГО ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА С КРУГОВЫМИ

ЗУБЬЯМИ В КОМПАС-3Б

Е.Н. Валиков, А.Л. Попов

Описана методика проектирования плоско-цилиндрических зубчатых передач с круговым профилем зуба в среде трёхмерного проектирования Компас-3Б. Приведены этапы их проектирования.

Ключевые слова: твердотельное моделирование, арочный профиль зуба, плоское зубчатое колесо, проектирование.

Компас-ЭБ - система твердотельного моделирования. Это означает, что процесс построения модели состоит из последовательного добавления или удаления материала в результате перемещения в пространстве трёхмерного поля электронного геометрического объекта, «эскиза», (вращение вокруг оси, выдавливания перпендикулярно плоскости эскиза, перемещение по траектории и пр.). На рис. 1 показано создание твердотельной 3Б-модели кругового цилиндра: путём вращения плоскости АВСБ вокруг оси АБ (рис. 1, а), перемещениям круга с радиусом Я вдоль оси О1 О2 (рис. 1, б); перемещениям круга с радиусом Я вдоль криволинейной траектории О1 О2 в виде сплайна.