Редуктор с изменяемым передаточным числом для крановых механизмов

DECREASING VIBRATION OF PISTON

COMPRESSOR OF MOTOR TRANSPORT'S PNEUMATIC SYSTEMS

E. A. Lysenko, A. P. Bolshtyansky, D. A. Kuzeeva, D. V. Biryukova

Abstract. The article dwells on the algorithm of searching list of structural features for synthesis of compressor's construction for the needs of motor transport. The existing structures of the piston compressor's drives are analyzed with the aim of revealing opportunities for the total exclusion of lateral loads on the compressor's piston, there are defined the main structural features of these mechanisms. The scheme of the fully dynamically balanced drive, which does not produce lateral forces on the compressor's piston, that allows to significantly reduce its vibroactivity and increase the operation life, is represented.

Keywords: pneumatic automobile's system, piston machine, drive, dynamics.

Bibliographic list

1. Plastinin P. I. Reciprocating compressors. Vol. 1. Theory and calculation/ P. I. Plastinin. - Moscow: Kolos, 2000. - 456 p.

2. Jones J. K. Methods of design / J. K. Jones. -Moscow: Mir, 1986. - 326 p.

3. Polovinkin A. I. Fundamentals of engineering creativity / A. I. Polovinkin. - Moscow: Mashinostroenie, 1988. - 368 p.

4. Dvoryankin A. M. Methods of synthesis of technical solutions/ A. M. Dvoryankin, A. I. Polovinkin, A. N.Sobolev. - Moscow: Nauka, 1977. - 104 p.

5. Reference value analysis / A. P. Kovalev. -Moscow: Financy i statistika, 1988. - 431 p.

6. A. s. 1767216 USSR, MKI F04 B 25/04. Reciprocating compressor with electromagnetic drive/ A.P. Bolshtyansky, V. S. Demidenko, Y. Z. Kovalev, V. E. Shcherba. - № 4661904/29; stated 13.03.89; published 07.10.92. - St. № 37.

7. А. s. 848909 USSR, MKI F25 В 9/00. Refrigeration and gas machine/ A. P. Bolshtyansky, Y. D. Terentev, Y. I. Gun'ko. - № 2688129/23-06; stated 04.01.80; published 23.07.81. - St. № 27.

Лысенко Евгений Алексеевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины», Омского государственного технического университета (ОмГТУ) г. Омск. Основное направление научной деятельности: Поршневые компрессорные машины. Общее количество опубликованных публикаций: 39. E-mail: lysenkojo@mail. ru

Болштянский Александр Павлович - доктор технических наук, профессор кафедры «Гидромеханика и транспортные машины», Омского государственного технического университета (ОмГТУ) г. Омск. Основное направление научной деятельности: Поршневые компрессорные машины. Общее количество опубликованных работ: 300. E-mail: alexander_p_b@mail. ru

Кузеева Диана Анатольевна - ассистент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины», Омского государственного

технического университета (ОмГТУ)г. Омск. Основное направление научной деятельности: Поршневые компрессорные машины. Общее количество опубликованных работ: 2. E-mail: kda55@list.ru

Бирюкова Дарья Валерьевна - магистрант направления «190600.68 - Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов, Омского государственного технического университета (ОмГТУ) г. Омск. Основное направление научной деятельности: Пневмооборудование для транспортно-технологических машин. E-mail:

4ertoffka_ 55@mail. ru

УДК 621.83.061

РЕДУКТОР С ИЗМЕНЯЕМЫМ ПЕРЕДАТОЧНЫМ ЧИСЛОМ ДЛЯ КРАНОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

Ю. В. Ремизович

Аннотация. В данной статье рассматривается проблема управления скоростями рабочих операций в крановых механизмах. Дан обзор известных методов изменения скорости, включая транспортные средства. Показана затратность электротехнических устройств (тиристорное регулирование) для управления скоростью подъема груза. Альтернативным этому способу управления скоростью является предлагаемый автором редуктор с изменяемым передаточным числом. Приведены схемы редуктора и механизма переключения передач (зубчатых пар). Упрощение механизма передвижения крана (тележки), сопровождаемое снижением динамических нагрузок, даст определенный экономический эффект.

Ключевые слова: редуктор, крановый механизм, передаточное число, изменение.

Введение

Неотъемлемой частью всех крановых механизмов является редуктор. В основном это горизонтальные зубчатые редукторы с постоянным передаточным числом.

Постановка задач

Разновидностью редукторов можно считать коробки перемены передач (КПП) транспортных средств (ТС), имеющих, как правило, переменное передаточное число. Переключение передач в ТС происходит «с разрывом потока мощности». Такой вариант трудноосуществим в механизме подъема груза (МПГ). Управление скоростью подъема груза осуществляют в МПГ посредством тиристорного привода с привлечением средств электроники и многократным преобразованием электроэнергии, что затратно [1]. Известно, что автоматические КПП некоторых

разновидностей ТС имеют в своем составе две фрикционные многодисковые муфты, работающие в масляной ванне.

Решение

Цель данной публикации - обосновать возможность создания редуктора с переменным передаточным числом для крановых механизмов: перемещения крана, тележки и поворота.

Редуктор (рис. 1) содержит корпус 1 и валы:2, 3, 4, 5 и 6 соответственно. Между валами 2 и 3 установлена муфта 7; между валами 4 и 5 - муфта 8. Редуктор содержит три пары зубчатых колес: 9 и 10 - первая ступень; 11 и 12 - вторая ступень; 13 и 14 -третья ступень. Вал 4 соединен через муфту-тормоз 15 с двигателем 16. Вал 6 соединен с рабочим органом, например ходовым колесом 17. Редуктор оснащен механизмом 18 управления муфтами 7, 8.

Схема механизма 18 представлена на рисунке 2. Кроме упомянутых элементов: валов 2 и 3, 4 и 5, муфт 7 и 8 механизм 18 содержит пару «винт - гайка» 19 и 20 соответственно. На гайке 20 закреплены две вилки: 21, связанной с подвижной полумуфтой муфты 7; 22 - связанной с аналогичной полумуфтой муфты 8. Винт 19 приводится во вращение двигателем 23 через муфту-тормоз 24. Может быть предусмотрена предохранительная фрикционная муфта 25. Движение гайки 20 ограничено концевыми выключателями 26 и 27.

При трогании с места крана (тележки) должно быть обеспечено время t пуска или ускорение а, которые могут быть определены по формулам [2]:

I =

51п 9,55(ш + р 9,55(Тср -Тс) + п(Т.„ -Тс

ср

( «А

( + Г!

D

V

-(2ц + Гё)^-

^ I

где 8 - коэффициент запаса (5 = 1,2); I - момент инерции механической системы, приведенной к валу двигателя, кг м2; п -частота вращения двигателя, мин-1; Т -

средний пусковой момент, Нм; Тс -статический момент, Нм; ш - масса крана (тележки), кг; Q - масса груза, кг; V -скорость установившегося движения, м/с; п -

КПД; Zп - количество приводных ходовых

колес; Ъ - общее количество колес крана (тележки); р - коэффициент сцепления колеса с рельсом (ф =0,12 на открытой

площадке); кр

коэффициент запаса

сцепления (кф > 1,2); Г - коэффициент

трения в опоре ходового колеса; ё и D -диаметры вала и колеса соответственно, м; ц - плечо реактивной силы, м; кр -коэффициент трения реборды (для тележки кр = 1,1; для крана кр = 1,1...2,5); g -

ускорение свободного падения, м/с2. Формула определения ускорения а в данном случае справедлива для обеспечения трогания порожнего крана (тележки) без буксования, при этом а = 0,1...0,2 м/с2.

Время пуска находится в пределах 3...5 секунд и обеспечивается в существующих механизмах с редуктором с постоянным передаточным числом системой управления двигателем, например тиристорной или включением в цепь питания ротора дополнительных сопротивлений. Данные системы управления двигателем приводят к дополнительному расходу электроэнергии.

Работа механизма передвижения крана (тележки) с предлагаемым редуктором происходит следующим образом.

В исходном положении муфта 7 (см. рисунок 1) замкнута, муфта 8 разомкнута. При включении двигателя 16 движение передается чрез зубчатые колеса 1 - 10. 11 -12, 13 - 14 на ходовое колесо 17. Три указанные ступени обеспечивают редуктору наибольшее передаточное число. По

2

F

Ъ

п

а =

g

Ъ

истечению времени пуска t = 3...5 с в зависимости от особенностей

технологической операции (с грузом, его массы, отсутствие груза) с помощью механизма 18 муфту 7 размыкают, а муфту 8 замыкают. При этом движение от двигателя 16 на колесо 17 будет передаваться через колеса 13 - 14, передаточное число которых будет в 3...5 раз меньше общего передаточного числа редуктора.

Соответственно увеличится скорость V крана (тележки).

Работа механизма 18 (см. рис. 2) происходит следующим образом. Для управления муфтами 7, 8 (их замыкания или размыкания) включают двигатель 23. Винт 19, вращаясь, смещает гайку 20, например, влево. Гайка 20 посредством вилок 21, 22 размыкает муфту 7 и замыкает муфту 8. В конце пути включают двигатель 23 с противоположным направлением вращения, гайка 20 смещается вправо, муфта 8 размыкается, муфта 7 замыкается, и вращение от двигателя 16 на колесо 17 будет передаваться через упомянутые три ступени редуктора. Будет обеспечено плавное замедление крана (тележки). Через 3.5 с. выключают двигатель 16. Остановка крана (тележки) происходит под воздействием тормоза 15.

Плавный разгон и остановка крана (тележки) уменьшают раскачивание груза, динамические напряжения в

металлоконструкциях.

Можно рекомендовать следующие передаточные числа по ступеням редуктора: и1 = 5 ; и2 = 2 ; и3 = 6 . Тем самым, общее

передаточное число и = 60. Такие значения

и

и

1, и2, и3 противоречат общепринятым

канонам. Но исходя из специфики редуктора, может быть принята допустимой, не влияющей на его работоспособность и ресурс.

Скорость V движения крана (тележки) связана с частотой вращения пхк колеса соотношением [2]

V = ^кпхк/60,

где D - диаметр ходового колеса.

Б1 & Рис. 1. Схема редуктора 2 7 3

Рис. 2. Схема механизма переключения передач

Частота вращения п будет зависеть от

частоты вращения

п,

двигателя

включенной передачи, т.е.

пхк = п1/ир или пхк2 = п1/и3 .

Таким образом, могут быть реализованы скорость крана (тележки) на участке разгона в пределах 0,05.0.5 м/с и до 0.5.1,5 м/с на участке основного перемещения в соответствие с технологической операцией. Двигатель целесообразно использовать с частотой вращения 750 или 1000 мин-1 с короткозамкнутым ротором или

двухскоростной той же мощности.

Момент Т, Н м, передаваемый фрикционной муфтой можно определить по формуле [3]

1=1 ¡=1

где Z - количество пар дисков; ^ -коэффициент трения стальных дисков в масляной ванне, ^ = 0,05; ^ - сила

сжатия дисков; г^ - средний радиус дисков,

и

м; р - среднее контактное давление, Па; Si

1 2 - площадь одной пары дисков, м .

Массово-габаритные параметры

фрикционных муфт в масляной ванне следующие [4]: муфта № 14, передаваемый момент 1000 Нм, размеры 200х260 мм, масса 25 кг; муфта № 16 момент 2500 Нм, 265х375 мм, масса 50 кг. Данные параметры следует признать приемлемыми для встраивания в зубчатый редуктор. Известно, что четырехступенчатая планетарная КПП содержит 2 муфты и 2 тормоза.

Для работы механизма 18 управления муфтами можно использовать

самотормозящую пару «винт - гайка» или использовать для удержания полумуфт в крайних положениях тормоз 24. В современных приводах получили широкое распространение шарико-винтовые пары (ШВП) [5]. Один из вариантов ШВП показан на рисунке 3.

4

(моментным) вентильным двигателем

Якорная обмотка 4 вентильного двигателя состоит из двух систем, каждая из которых подключена к своему коммутатору. Для преобразования вращательного движения двигателя в возвратно-поступательное движение штока 1, использована ШВП, имеющая высокий КПД (до 0,98) и минимальную погрешность позиционирования. Гайка 3 ШВП выполняет функции ротора электродвигателя. Постоянные магниты 2 индукторов изготовлены из сплава SmCo5. Модуль имеет компактную конструкцию с высокими динамическими свойствами. Усилие на штоке 1 до 75 кН. Скорость до 0.1 м/с. Ход до 180 мм.

Заключение

Несложное изменение конструкции кранового редуктора позволит получить диапазон изменения скоростей рабочих операций в приемлемых пределах.

Оригинальна конструкция механизма переключения передач в виде шарико-винтовой пары, что обеспечит получение практически любой силы, необходимой для этого, позволит исключить из механизмов крана (тележки) сложные в обслуживании электротехнические и электронные устройства.

Библиографический список

1. Ремизович, Ю. В. Управление скоростью подъема груза в крановом механизме / Ю. В. Ремизович // Вестник машиностроения. - 2004. -№6. -С. 27-28.

2. Кузьмин, А. В. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин / А. В. Кузьмин, Ф. Л. Марон - Минск: Высшая школа, 1983. - 272 с.

3. Добровольский, В. А. Детали машин / В. А. Добровольский [и др.]. - М.: Машгиз, 1962. - 159. -581 с.

4. Современное машиностроение. 4.5. Основы машиноведения. Конструкция. Параметры и основы конструирования. Кн. 3. Муфты и тормоза приводов машин: атлас / П. Н. Учаев, С. Г. Емельянов, И. С. Захаров [и др.]; под общ. Ред. П. Н. Учаева. - М.: Высшая школа, 2006. - 296 с.

5. Иванов, А. А. Основы робототехники: учебное пособие / А. А. Иванов. - М.:ФОРУМ, 2012. - 224 с. - (высшее образование).

REDUCER WITH VARIABLE GEAR-RATIO FOR CRANE MECHANISMS

Y. V. Remizovich

Abstract. The paper dwells on the problem of managing gears of work operations in crane mechanisms. There is a review of known methods of changing speed, including vehicles. The cost intensity of electrotechnical devices (thyristor regulation) to control the speed of load lifting is shown. Alternative method of the speed control is the reducer with variable gear-ratio proposed by the author. The schemes of reducer and gear shift mechanism (gear set) are listed. The simplification of the mechanism of crane movement (trolley), accompanied by the reduction of dynamic loads, gives certain economic effect.

Keywords: reducer, crane mechanism, gear-ratio, change.

Bibliographic list

1. Remizovich Yu. V. Speed control of lifting of loads in the crane mechanism / /Vestnik mechanical engineering. 2004 . No. 6. pp. 27 - 28.

2. Kuzmin A. V. Maron F. L. Reference book on calculations of mechanisms of hoisting-and-transport cars. - Minsk: Vysheyshy school, 1983. - 272 pages.

3. Dobrovolsky V. A. Details cars / V. A. Dobrovolsky [etc.]. M.: Mashgiz, 159. - 581 pages.

4. Modern mechanical engineering. 4.5. Fundamentals of engineering science. Design. Parameters and designing bases. Book 3. Couplings and brakes of drives of cars: atlas / Item N. Uchayev,

S.G. Yemelyanov, I. S. Zakharov [etc.]; under a general Edition of P. N. Uchayev. - M.: 2006. - 296 p.

5. Ivanov A. A. Robotics bases: manual / A. A. Ivanov. - M.: FORUM, 2012. - 224 p. - (higher education).

Ремизович Юрий Владимирович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Подъемно-

транспортные, тяговые машины и гидропривод» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) г. Омск. Основные направления научной деятельности - Управление скоростями крановых механизмов. Общее количество опубликованных работ: 140. e-mail: Remizovich_uv@sibadi. org

УДК 539-531

ОЧИСТИТЕЛЬ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ ОТ СНЕЖНОЛЯДЕНОГО СЛОЯ

Б. Н. Стихановский

Аннотация. В данной статье рассматривается проблема очистки поверхности тротуаров, дорог, площадок от ледяной корки. Обобщен новый материал по исследуемой теме. Выделяются и описываются характерные особенности устройства, которое достаточно быстро и просто крепится на приводном вале барабана с щетками или снежных ножах снегоочистителей. Высокие темпы роста объемов очистных работ в зимнее время обусловливают актуальность работ по совершенствованию существующих и созданию новых органов для разрушения снежноледяных образований и повышения эффективности разрушения.

Ключевые слова: дорога, лед, снегоочиститель, ударный узел, боек.

Введение

В зимнее время покрытия дорог испытывают воздействие снегопадов, перепадов температур, ветрового переноса, уплотнения снега колесами транспортных средств. Уплотненные снежноледяные образования на дорогах вызывают повышение скользкости, уменьшение коэффициента сцепления, что влияет на безопасность движения, на скорость транспортных средств и, как следствие, на уровень выбросов вредных веществ в атмосферу.

Кроме этого, при наступлении зимы и гололеда травмопункты константируют: поток больных растет с каждым днем - ушибы, переломы, растяжения и удары головой -самые распространенные травмы. Только в одном северном мегаполюсе с продолжительной зимой - это тысячи увечий из-за малого трения о лед. При этом переломы шейки бедра и подобные разрушения костей для стариков практически смертный приговор, т. к. в России такого вида болезни плохо лечатся.

Существующие методы увеличения трения-скольжения путем подсыпки песка или очистка снежноледяного наката солью, химическими реагентами и др. имеют свои области применения и недостатки: загрязнение тротуаров, повышение эксплуатационных затрат на содержание техники, ухудшение экологических показателей и т.п.

Ручной труд дворников с различными простейшими инструментами (ломы, топоры с длинными древками и др.) весьма трудоемок и неэффективен.

Высокие темпы роста объемов очистных работ в зимнее время, при нехватке средств на приобретение новой техники, обусловливают актуальность работ по совершенствованию существующих и созданию новых органов для разрушения снежноледяных образований и повышения эффективности разрушения.

Преимущество конструкции

Механизировать данный вид работы и повысить производительность очистки от льда в сотни и тысячи раз можно на базе снегоочистителей всех видов - от самых малых ручных бензиновых культиваторов до больших щеток и лопастей барабанов на приводе мощных тракторов.

Устройства для механической очистки поверхностей от снежноледяного наката на дорогах, тротуарах, аэродромах - дорожные снегоочистители, содержат рабочий орган роторного типа, который может быть шнекороторным, с ленточной или барабанной фрезой, с рыхлящим валом и др.[1].

Недостатком данных конструкций является то, что они производят работы только с рыхлым снегом, а снежноледяной или только ледяной накат очищать не могут.

К недостаткам газоструйных очистителей относятся повышенный уровень звукового давления (110-120 дБ) и большая энергоемкость рабочего процесса - примерно