Повышение работоспособности металлоконструкции скрепера вместимостью 8 м3 при интенсивной эксплуатации

• Автор: Леоненко, Олег Викторович
• Шифр специальности: 05.05.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Могилев
• Количество страниц: 146 с. : ил.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Конструкции самоходных скреперов

1.2 Обзор исследований и анализ систем снижения нагрузок на металлоконструкцию скрепера со стороны толкача

1.3 Результаты анализа. Постановка задачи исследования

2 ОЦЕНКА НДС МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ СКРЕПЕРА ВМЕСТИМОСТЬЮ 8м3 В ПРОЦЕССЕ КОПАНИЯ ГРУНТА

2.1 Оценка нагруженности металлоконструкции скрепера традиционного исполнения

2.1.1 Анализ расчетных нагрузок действующих на металлоконструкцию скрепера при использовании толкачей различных тяговых классов и в различных расчетных положениях
2.1.2 Выбор метода определения напряженно-деформированного состояния конструкции. Разбивка на конечные элементы металлоконструкции скрепера. Граничные условия
2.1.3 Оценка нагруженности металлоконструкции скрепера при использовании толкачей различных тяговых классов
2.1.4 Анализ мест металлоконструкции скрепера с напряжениями близкими к пределу текучести материала
2.2 Адекватность задания граничных условий и расчетных схем при определении НДС металлоконструкции скрепера в режиме копания грунта
2.2.1 Оборудование для полевых исследований
2.2.2 Методика проведения полевых исследований
2.2.3 Результаты полевых исследований
2.3 Оценка снижения НДС металлоконструкции скрепера за счет конструктивных изменений
2.4 Устройство ограничения статической и динамической нагрузки со стороны толкача на скрепер «ограничитель нагрузки»
2.4.1 Принцип действия устройства
2.4.2 Конструкция ограничителя нагрузки с демпфером линейной жёсткости
2.4.3 Конструкция ограничителя нагрузки с демпфирующим элементом нелинейной жесткости
3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОГРАНИЧИТЕЛЯ НАГРУЗКИ
3.1 Основные предпосылки и требования к математической модели
3.2 Математическая модель процесса копания грунта
3.3 Моделирование устройства «ограничитель нагрузки»
3.3.1 Принятые допущения, динамическая модель устройства «ограничитель нагрузки»
3.3.2 Математическое описание устройства «ограничитель нагрузки»
4 РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УСТРОЙСТВА «ОГРАНИЧИТЕЛЬ НАГРУЗКИ» В ПРОЦЕССЕ КОПАНИЯ ГРУНТА СКРЕПЕРНЫМ АГРЕГАТОМ
4.1 Методика проведения исследований
4.2 Процесс копания грунта скреперным агрегатом с ограничителем нагрузки
4.2.1 Выбор оценочных показателей
4.2.2 Толщина вырезаемой стружки, сопротивление копанию и объём грунта в ковше при использовании различных типов толкачей
4.3 Анализ динамики рабочего процесса скрепера для различных грунтов на основании изменения угла скола. Определение зоны нечувствительности устройства «ограничитель нагрузки»
4.4 Методика выбора рациональных параметров устройства «ограничитель нагрузки»
4.4.2 Выбор основных параметров устройства на основе демпфера с линейной жёсткостью
4.5 Методика проектирования устройства «ограничитель нагрузки» в режиме копания грунта
4.6 Экспериментальные исследования устройства «ограничитель нагрузки»
4.6.1 Цели и задачи исследования
4.6.2 Экспериментальная установка для лабораторных исследований
4.6.3 Методика проведения лабораторных исследований
4.6.4 Результаты лабораторных исследований
5 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТРОЙСТВА «ОГРАНИЧИТЕЛЬ НАГРУЗКИ»
5.1 Оценка снижения уровня напряжений в металлоконструкции скрепера при использовании устройства
5.2 Оценка увеличения усталостной прочности металлоконструкции скрепера при использовании устройства
5.2.1 Анализ усталостной долговечности металлоконструкции скрепера с ограничителем нагрузки и без него
5.3 Экономическая оценка использования ограничителя нагрузки
5.3.1 Планово-расчётная стоимость машино-часа скрепера МоАЗ-6014
5.3.2 Определение производительности самоходного скрепера
5.3.3 Определение ПРО разработки 1 м3 комплектом «скрепер-толкач» при использовании устройства «ограничитель нагрузки»
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Тема
Повышение работоспособности металлоконструкции скрепера вместимостью 8 м3 при интенсивной эксплуатации.
Актуальность темы.
С увеличением выпуска мощных промышленных тракторов появилась возможность загружать одни и те же скреперы с помощью различных толкачей, при этом, как показывает статистический анализ [1], используемые толкачи могут отличаться по мощности в 5 раз. Анализ статистических данных по техническим характеристикам бульдозеров, используемых в качестве толкача, показал, что среднее значение мощности двигателя составляет 244.6 кВт, среднеквадратичное отклонение равно 118 кВт. При этом удельная мощность двигателя толкача при работе со скрепером геометрической вместимостью 8.3 м3 на 1 м3 составляет от 12.53 до 69.15 кВт/м3 [2,3,4,5]. Применение мощных толкачей при работе в скреперном агрегате сокращает время наполнения ковша скрепера и позволяет толкачу обслуживать большее количество скреперов, что увеличивает производительность скреперного агрегата, тем самым снижая себестоимость 1 м3 разработанного грунта.
Работа скреперов с толкачами исследовалась К.А. Артемьевым [6], Н.А. Ульяновым [7], Ревзиным П.И. [8, 9], В.А. Борисенковым [10] и другими авторами. Исследования в этой области, выполненные до этого времени, были посвящены определению минимального тягового усилия, необходимого для заполнения ковша, или минимальной энергоемкости процесса копания и дальнейшему уменьшению этих величин путем совершенствования конструктивных элементов скрепера. Однако взаимодействие толкачей со скреперами, тяговое усилие которых значительно выше необходимого для наполнения ковша скрепера, исследовано недостаточно. Использование в скреперном агрегате толкачей с удельной мощностью 30...40 кВт/м3 в сочетании с удельной мощностью самого скрепера в 20 кВт/м3, существенно повышает производительность скреперного агрегата [1], в то же время вызывая поломки отдельных элементов металлоконструкции скрепера.
Понимание причин отказов в металлоконструкции скрепера возможно при исследовании напряженно-деформированного состояния металлоконструкции, чему было до сих пор уделено недостаточно внимания ввиду сложности металлоконструкции скрепера и отсутствия возможности приблизить расчетную схему к самой конструкции. Расчету подвергались отдельные элементы конструкции скрепера при использовании стержневых систем (Плеш-ков Д.И. [11], Борусевич A.A. [12], Алексеева О.В. [13]). Постепенно с усовершенствованием методов расчета и технических средств расчетные схемы приблизились к реальной конструкции скрепера (Волобоев В.Г.[14], Венде Ф.Д.[15], Кукин A.B.[16]), но рассмотреть проблему связанную с напряженно-деформированным состоянием всей металлоконструкции скрепера не уда-

Продолжение табл. 2
Обрыв задних ступиц по месту крепления
Обрыв поперечной балки буфера
Изгиб боковой стенки и износ тяговых втулок

Для анализа причины появления «сильных» и «слабых» мест металлоконструкции, рассмотрим НДС металлоконструкции скрепера в опасном расчётном положении №3.
На рис. 2.11 приведены эквивалентные напряжения в металлоконструкции для третьего расчётного положения. Толкач Т170.