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, боковая установка тыловой мачты относительно самоходной базы требует применения мощных анкерных устройств с целью обеспечения безопасной устойчивости самоходной базы и исключения ее опрокидывания под действием нагрузки от транспортируемого груза (деревьев). В-третьих, 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 7/06, 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 вертикальная и горизонтальная опорные реакции в узле крепления концевой опоры, которая при эксплуатации воспринимает весьма значительные нагрузки от натяжения несуще-тягового каната весом транспортируемого груза и усилием натяжного механизма, полностью воспринимаются надрамной конструкцией и, таким образом, несущей рамой мобильного шасси. С одной стороны, это приводит к формированию в металлоконструкции несущей рамы значительного уровня напряженно-деформированного состояния, переменного во времени вследствие динамических нагрузок на несуще-тяговый канат от ветрового воздействия и упругих вертикальных колебаний каната под действием инерциальных нагрузок от транспортируемого груза. Это способствует ускоренному развитию опасных усталостных трещин как в самом металле, так и в сварных швах надрамной конструкции и несущей рамы, а также повышает риск возникновения хрупких трещин хладноломкости при эксплуатации в условиях отрицательных температур окружающей среды [3]. С другой стороны, это негативно сказывается на общей устойчивости самоходной концевой станции в условиях ее возможного опрокидывания [4], которая существенно снижается вследствие высотного расположения узла крепления концевой опоры на несущей раме, т.е. на некоторой высоте (~1,5 м) относительно опорной поверхности - грунта. Это требует дополнительного включения в конструкцию самоходной концевой станции специальных опорных устройств - аутригеров и механизмов их привода [4].
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является разгрузка надрамной конструкции и несущей рамы самоходной концевой станции от воздействия значительных по величине опорных реакций, возникающих в узле крепления концевой опоры в процессе эксплуатации, и снижения вследствие этого ее металлоемкости. Это также повышает эксплуатационную надежность несущей рамы. Возможность отказа от использования аутригеров снижает продолжительность вспомогательных технологических операций при развертывании/демонтаже мобильной канатной дороги.
Для решения указанной технической задачи в самоходной концевой станции мобильной канатной дороги в виде оборудованного анкерными устройствами мобильного шасси, предназначенной для применения с другим аналогичным шасси в составе мобильного транспортно-перегрузочного канатного комплекса, содержащей концевую опору с расположенным на ней канатным шкивом с приводным и натяжным механизмами, 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 и анкерные устройства закреплены на опорной пластине Z-образной поворотной платформы, имеющей возможность поворота в продольной вертикальной плоскости мобильного шасси относительно установленного в концевой части несущей рамы цилиндрического шарнира, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси мобильного шасси, а концевая опора имеет возможность поворота в вертикальной плоскости относительно опорной пластины.
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 поворотной платформы к надрамной конструкции); на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2 (цилиндрический шарнир крепления концевой опоры); на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 2 (узел крепления штока подъемного гидроцилиндра); на фиг. 6 - сечение Г-Г (узел крепления корпуса подъемного гидроцилиндра).
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. 1-3, 6) для закрепления необходимого технологического оборудования. В концевой части несущей рамы 1 (фиг. 1, 2) на надрамной конструкции 3 (фиг. 1-3, 6) закреплен цилиндрический шарнир 4 (фиг. 1, 2), обеспечивающий подвижное (поворотное) соединение надрамной конструкции 3 (фиг. 1-3, 6) и Z-образной поворотной платформы 5 (фиг. 1-3). Цилиндрический шарнир 4 (фиг. 1, 2) образован проушинами 6 (фиг. 1-3), неподвижно закрепленными, например, сваркой на надрамной конструкции 3 (фиг. 1-3, 6) по ее ширине, и равным количеством проушин 7 (фиг. 3), неподвижно закрепленных, например, сваркой на поворотной платформе 5 (фиг. 1-3) по ее ширине. 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. 1-3, 6) и поворотной платформой 5 (фиг. 1-3). Данная конструкция узла крепления поворотной платформы 5 (фиг. 1-3) позволяет ей совершать поворотное движение в вертикальной плоскости, совпадающей с продольной осью мобильного шасси. На опорной пластине 10 (фиг. 1, 2) своим нижним концом закреплена концевая опора 11 (фиг. 1, 2, 4, 5). Узел ее крепления представляет собой цилиндрический шарнир (фиг. 4), образованный парой проушин 12 (фиг. 1, 2, 4), неподвижно закрепленных, например, сваркой на опорной пластине 10 (фиг. 1,2), и парой проушин 13 (фиг. 4), неподвижно закрепленных, например, сваркой на нижнем конце концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5). В соосные отверстия проушин 12 (фиг. 1, 2, 4) и 13 (фиг. 4), укомплектованных подшипниками качения 14 (фиг. 4) которых вставлен шарнирный палец 15 (фиг. 1, 2, 4). Данная конструкция узла крепления концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) позволяет ей совершать поворотное движение в вертикальной плоскости, совпадающей с продольной осью мобильного шасси. Также на опорной пластине 10 (фиг. 1, 2) закреплены анкерные устройства 16 (фиг. 1, 2), например, имеющие гидравлический привод. К нижней части концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) с помощью цилиндрического шарнира (фиг. 5) крепится шток 17 (фиг. 1, 2, 5) подъемного гидроцилиндра 18 (фиг. 1, 2, 6). Указанный цилиндрический шарнир образован парой профилированных проушин 19 (фиг. 1, 2, 5), неподвижно закрепленных, например, с помощью сварки на боковых сторонах концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5), в соосные отверстия которых вставлен шарнирный палец 20 (фиг. 1, 2, 5) с надетой на него крепежной втулкой 21 (фиг. 5) штока 17 (фиг. 1, 2, 5) подъемного гидроцилиндра 18 (фиг. 1, 2, 6). Корпус подъемного гидроцилиндра 18 (фиг. 1, 2, 6) с помощью цилиндрического шарнира (фиг. 6) крепится к надрамной конструкции 3 (фиг. 1-3, 6). Указанный цилиндрический шарнир образован парой профилированных проушин 22 (фиг. 5), неподвижно закрепленных, например, с помощью сварки на надрамной конструкции 3 (фиг. 1-3, 6), в соосные отверстия которых вставлен шарнирный палец 23 (фиг. 1, 2, 6) с надетой на него серьгой торцевой крышки 24 (фиг. 6) подъемного гидроцилиндра 18 (фиг. 1, 2, 6). На оголовке концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) установлен канатный шкив 25 (фиг. 1, 2), в профилированном пазе которого располагается несуще-тяговый канат 26 (фиг. 2), огибающий канатный шкив 25 (фиг. 1, 2). К верхней части концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) 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 [5].
Полезная модель работает следующим образом.
К месту назначения самоходная концевая станция 2 (фиг. 1, 2) выдвигается, имея концевую опору 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) в транспортном положении (как показано на фиг. 1). В транспортном положении концевая опора 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) отклонена на угол у относительно перпендикуляра D-D к опорной пластине 10 (фиг. 1,2) и неподвижна зафиксирована в этом положении, например, с помощью хомута, образующего замковое соединение между концевой опорой 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) и поворотной платформой 5 (фиг. 1-3). Отклонение концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) на угол у необходимо для того, чтобы габаритная высота самоходной концевой станции 2 (фиг. 1, 2) удовлетворяла требованиям нормативного высотного габарита приближения по высоте, регламентируемого ГОСТ Р 52748-2007, для безопасного проезда под мостовыми сооружениями и путепроводами при движении по автомобильным дорогам общего пользования. С целью недопущения поломок металлоконструкции концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) вследствие движения по неровной поверхности, в транспортном положении концевая опора 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) опирается и закрепляется на транспортной стойке 27 (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 26 (фиг. 2) и веса транспортируемого груза самоходная концевая станция 2 (фиг. 1, 2) закрепляется в грунте с помощью анкерных устройств шасси 28 (фиг. 1, 2), в качестве которых могут быть использованы известные анкерные конструкции [4]). Затем выполняется подъем концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) из исходного транспортного положения (фиг. 1) в рабочее положение (фиг. 2). Перевод концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) в рабочее положение производится подъемным гидроцилиндром 18 (фиг. 1, 2, 6) и выполняется в два этапа. На первом этапе установки путем выдвижения штока 17 (фиг. 1, 2, 5) подъемного гидроцилиндра 18 (фиг. 1, 2, 6), в который по напорным трубопроводам (условно не показаны) подается под давлением рабочая жидкость из гидросистемы самоходной концевой станции 2 (фиг. 1, 2), концевая опора 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) вместе с неподвижно зафиксированной с ней поворотной платформой 5 (фиг. 1-3) поворачиваются относительно цилиндрического шарнира 4 (фиг. 1, 2) в продольной вертикальной плоскости мобильного шасси. Поворот выполняется до тех пор, пока поворотная платформа 5 (фиг. 1-3) своей опорной пластиной 10 (фиг. 1, 2) полностью не ляжет на поверхность грунта. При необходимости площадка на поверхности грунта под опорную пластину 10 (фиг. 1, 2) может быть предварительно подготовлена путем ее выравнивания, трамбовки, укрепления. Для обеспечения хорошего сцепления опорной пластины 10 (фиг. 1, 2) с грунтом в условиях действия значительных горизонтальных и вертикальных опорных реакций со стороны концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) опорная пластина 10 (фиг. 1, 2) закрепляется на поверхности грунта с помощью анкерных устройств 16 (фиг. 1, 2), в качестве которых могут быть использованы известные анкерные конструкции [4]). Далее выполняется раскрытие замкового соединения между концевой опорой 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) и поворотной платформой 5 (фиг. 1-3), вследствие чего концевая опора 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) получает возможность поворота в продольной вертикальной плоскости относительно опорной пластины 10 (фиг. 1,2). На втором этапе установки концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) в рабочее положение продолжается выдвижение штока 17 (фиг. 1, 2, 5) подъемного гидроцилиндра 18 (фиг. 1, 2, 6), в который по напорным трубопроводам (условно не показаны) подается под давлением рабочая жидкость из гидросистемы самоходной концевой станции 2 (фиг. 1, 2). В результате концевая опора 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) поворачиваются относительно цилиндрического шарнира узла ее крепления (фиг. 4) в продольной вертикальной плоскости мобильного шасси до тех пор, пока она не займет требуемое рабочее положение, исходя из взаимного высотного расположения на местности самоходных концевых станций 2 (фиг. 1, 2). В процессе эксплуатации подъемный цилиндр 18 (фиг. 1, 2, 6) обеспечивает гидравлическую фиксацию концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) в требуемом рабочем положении, воспринимая эксплуатационную нагрузку от силы натяжения несуще-тягового каната 26 (фиг. 2) и веса транспортируемого груза. По завершении работы перевод концевой опоры 11 (фиг. 1, 2, 4, 5) из рабочего положения в транспортное положение производится в обратном порядке, причем шток 17 (фиг. 1, 2, 5) подъемного гидроцилиндра 18 (фиг. 1, 2, 6) совершает обратное перемещение.
Технико-экономический результат от внедрения полезной модели достигается за счет необходимости использования подъемного гидроцилиндра меньшего типоразмера, а насосную установку гидросистемы меньшей мощности по сравнению с указанными характеристиками полезной модели-прототипа [2]. Согласно результатам расчета для полезной модели-прототипа согласно методике [6], для самоходной концевой станции на базе 4-осного колесного мобильного шасси с концевой опорой высотой 10 м и суммарным натяжением несуще-тягового каната 140 кН максимальное усилие, которое должен обеспечивать подъемный гидроцилиндр для удержания концевой опоры от опрокидывания в рабочем положениии под действием эксплуатационной нагрузки составляет 996 кН при диаметре гидроцилиндра 280 мм (рабочее давление в гидросистеме 20 МПа). Для предлагаемой полезной модели при тех же исходных параметрах максимальное усилие подъемного гидроцилиндра составляет 527 кН при его диаметре 200 мм. Таким образом, предлагаемая полезная модель обладает более высокими техническими характеристиками - максимальное усилие снижается в 1,9 раза, диаметр подъемного гидроцилиндра уменьшается в 1,4 раза. Потребная мощность гидропривода, которая пропорционально квадрату диаметра гидроцилиндра, снижается практически в 2 раза. Получаемый технико-экономический эффект объясняется следующими основными причинами:
1) для предлагаемой полезной модели при одинаковых исходных параметрах плечо действия удерживающего усилия на штоке подъемного гидроцилиндра оказывается больше, что позволяет создать необходимую величину момента против опрокидывания концевой опоры под действием эксплуатационной нагрузки с помощью меньшего усилия на штоке;
2) для предлагаемой полезной модели угол между продольными осями штока подъемного гидроцилиндра и концевой опоры оказывается больше (т.е. в большей степени приближается к «идеальному» значению в 90 град), что также позволяет создать необходимую величину момента против опрокидывания концевой опоры под действием эксплуатационной нагрузки с помощью меньшего усилия на штоке.
Дополнительный технико-экономический эффект связан со снижением продолжительности вспомогательных технологических операций при развертывании/демонтаже мобильной канатной дороги вследствие возможности отказа от использования аутригеров.
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. Диагностирование грузоподъемных машин / Под ред. В.И. Сероштана, Ю.С. Огаря. М.: Машиностроение, 1992. 192 с.
4. 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.
5. Ивашков И.И. Монтаж, эксплуатация и ремонт подъемно-транспортных машин. М.: Машиностроение, 1981. 335 с.
6. 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