close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Обоснование величины срыва мерзлого грунта движительных систем специальных видов транспорта предназначенных для передвижных мини-перерабатывающих заводов национального промысла народов Севера..pdf

код для вставкиСкачать
Вестник КрасГАУ. 2007. №4
А.К. Данилов, В.А. Любочко, А.Ф. Солдатенко
УДК 656.13.502.7
ОБОСНОВАНИЕ ВЕЛИЧИНЫ СРЫВА МЕРЗЛОГО ГРУНТА ДВИЖИТЕЛЬНЫХ
СИСТЕМ СПЕЦИАЛЬНЫХ ВИДОВ ТРАНСПОРТА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ
ДЛЯ ПЕРЕДВИЖНЫХ МИНИ-ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДОВ
НАЦИОНАЛЬНОГО ПРОМЫСЛА НАРОДОВ СЕВЕРА
В статье даны разработка транспортной системы для хранения и переработки
продуктов национального промысла и организации регулярного товарооборота и
услуг для малочисленных народов Севера; теоретические исследования тяговых
характеристик движительных систем колесного типа при взаимодействии с мерзлым и прочным грунтом и экспериментальные исследования сходимости результатов; определение максимально возможного угла подъема транспортного средства
при полной загрузке.
Развитие национальных промыслов Севера без развития инфраструктуры хранения и переработки
приводит к большим потерям продукции и значительному снижению его качества. Удаленность населенных
пунктов от основных транспортных магистралей не позволяет организовать систематическое сообщение, а
значит товарооборот. Организация перевозок при помощи авиации носит дотационный характер и не является надежным перевозчиком, зависящим от условий погоды, оборудования взлетно-посадочных полос и
наличия промежуточных баз.
В связи с этим основной целью нашего проекта являлось создание системы транспортировки, хранения и переработки продуктов национального промысла и организация регулярного товарооборота и
услуг для малочисленных народов Севера.
В основе проекта лежит разработка специальных транспортных средств на основе саннотранспортных поездов с положительной плавучестью, способных обеспечивать круглогодичное сообщение
вдоль русел больших и малых рек, а в зимнее время по материковой зоне тундры.
Традиционная компоновка гусеничной машины ограничена функциональной возможностью движителей: значительная масса трансмиссии и движителя, отсутствие регулирования удельного давления на каждый движитель, низкая надежность узлов и агрегатов, низкое КПД. Традиционная компоновка гусеничных
машин приводит к значительной зависимости работоспособности машины от единичных механизмов.
Автомашины, основанные на колесных движителях, в северных условиях требуют специально подготовленных дорог, а параметры движительных систем и их характеристики не соответствуют требованиям
движения по зимним дорогам и перевозкам грузов. Дополнительные трудности при эксплуатации колесной
техники возникают с необходимостью строительства капитальных и временных дорог, требующих текущего
обслуживания. Но эффективность организации автомобильных перевозок определяется объемами перевозимых грузов по трассе и пропускной способностью. Для условий Севера эта величина может составлять
минимальное значение и не соответствовать эффективности перевозок в целом.
Другие виды транспорта, предназначенные для перевозки грузов в зимнее время (авиация, экранопланы, аэростаты и т.д.), не являются надежными и дешевыми видами и не могут рассматриваться как перспектива развития грузовых перевозок по Северу.
Рис. 1. Специальное транспортное средство СТС -20
175
Техника
Наиболее доступным и дешевым видом транспорта для перевозок грузов по Северу могут стать санно-транспортные поезда, широко известные при эксплуатации в антарктических экспедициях. Новизной в
формирование современных санно-транспортных поездов является сочетание положительной плавучести
машины с полным приводом каждой платформы (рис. 1). Эту задачу в современных условиях при использования процессорных программ управления и наличия серийных силовых трансмиссий с системами регулирования можно решить на самом высоком техническом уровне. Кроме того, современные технологии позволяют оснастить машину системами космической навигации, что позволит машине двигаться по программе,
по заданному маршруту с отклонением в 1 метр, а системы телеметрического контроля позволят следить за
режимами работы всех узлов и агрегатов. Дублирование систем и высокий коэффициент живучести при
температуре эксплуатации не ниже -60ºС позволит машинам проходить маршрут от базы до базы без остановок на ремонт.
Формирование перевозок на основе санно-транспортных поездов обеспечит регулярность перевозок,
наладит быт и безопасность проживания коренного населения Севера, сделает доступными освоение месторождений, удаленных от основных трасс.
Теоретическое обоснование разработки санно-транспортного поезда заключается в получении запаса
мощности при движении по мерзлому грунту, снеголедяному накату и открытому льду при различных рельефных условиях. Основным условием движения является соблюдение уравнения:
∑P сопр.платформ ‹ ∑P тяги движителей .
Аналитические исследования проводились по расчету среднемаксимальной величины касательной
составляющей силы сопротивления срыву грунтозацепа. За основу теории срыва принимается теория резания мерзлого грунта одиночным резцом, выведенная и обоснованная профессором А.Н. Зелениным. Схема
взаимодействия режущего резца и грунтозацепа показана на рис. 2–3.
Рис. 2. Резец
Рис. 3. Грунтозацеп
Исходные данные для расчета приведены в таблице.
Параметр
Величина заглубления
Ширина резца
Количество ударов ударником ДорНИИ
Угол установки передней грани грунтозацепа
Коэффициент затупления
Обозначение
h
b
С
α
∆
Ед. изм.
мм
мм
ед
Град.
Значение
10,20,30
20, 30, 40, 50
100,200,300
90
1,2
Расчет среднемаксимальной величины касательной составляющей силы срыва на грунтах разной
прочности и разной величине заглубления грунтозацепа при ширине грунтозацепа b=20 мм, h=10 и С=100.
Коэффициент: µ = 0,97 + 0,24 ⋅
t −b
0,2 − 0,3
, где t=1,5; µ = 0,97 + 0,24 ⋅
= 1,2 .
h
10
При этом среднемаксимальная величина касательной составляющей силы срыва грунтозацепа при
прочности грунта:
90 − 90
) ⋅ 1,21 ⋅ 1,2 = 276,15 .
150
90 − 90
С=200: Рк = 10 ⋅ 200 ⋅ 101, 2 ⋅ (1 + 0,55 ⋅ 0,20) ⋅ (1 −
) ⋅ 1,21 ⋅ 1,2 = 552,30 .
150
С=100: Рк = 10 ⋅ 100 ⋅ 101, 2 ⋅ (1 + 0,55 ⋅ 0,20) ⋅ (1 −
176
Вестник КрасГАУ. 2007. №4
С=300: Рк = 10 ⋅ 300 ⋅ 101, 2 ⋅ (1 + 0,55 ⋅ 0,20) ⋅ (1 −
90 − 90
) ⋅ 1,21 ⋅ 1,2 = 528,45 .
150
При ширине резца b=20 мм, h=20мм, С=100:
µ = 0,97 + 0,24 ⋅
0,2 − 0,3
= 1,09 .
20
В этом случае среднемаксимальная величина касательной составляющей силы срыва грунтозацепа
при прочности грунта:
90 − 90
) ⋅ 1,09 ⋅ 1,2 = 571,51 .
150
90 − 90
С=200: Рк = 10 ⋅ 200 ⋅ 201, 2 ⋅ (1 + 0,55 ⋅ 0,20) ⋅ (1 −
) ⋅ 1,09 ⋅ 1,2 = 1143,02 .
150
90 − 90
С=300: Рк = 10 ⋅ 300 ⋅ 201, 2 ⋅ (1 + 0,55 ⋅ 0,20) ⋅ (1 −
) ⋅ 1,09 ⋅ 1,2 = 1714,53 .
150
С=100: Рк = 10 ⋅ 100 ⋅ 201, 2 ⋅ (1 + 0,55 ⋅ 0,20) ⋅ (1 −
При ширине резца b=20 мм , h=30мм, С=100:
µ = 0,97 + 0,24 ⋅
0,2 − 0,3
= 1,05 .
20
Среднемаксимальная величина касательной составляющей силы срыва грунтозацепа при прочности
грунта:
90 − 90
) ⋅ 1,05 ⋅ 1,2 = 895,55 .
150
90 − 90
С=200: Рк = 10 ⋅ 100 ⋅ 301, 2 ⋅ (1 + 0,55 ⋅ 0,20) ⋅ (1 −
) ⋅ 1,05 ⋅ 1,2 = 1791,13 .
150
90 − 90
С=300: Рк = 10 ⋅ 100 ⋅ 301, 2 ⋅ (1 + 0,55 ⋅ 0,20) ⋅ (1 −
) ⋅ 1,05 ⋅ 1,2 = 2686,69 .
150
С=100: Рк = 10 ⋅ 100 ⋅ 301, 2 ⋅ (1 + 0,55 ⋅ 0,20) ⋅ (1 −
По полученным данным построим график зависимости изменения величины касательной составляющей силы срыва грунта от величины заглубления.
Рис. 4. График зависимости изменения величины
Рис. 5. График зависимости изменения величины
касательной составляющей силы срыва грунта
касательной составляющей силы срыва грунтоот величины заглубления при ширине грунтозацепа
зацепа от величины заглубления при ширине
b =20 мм
грунтозацепа b = 30 мм
при С=100
при С=200
при С=300
Аналогично по результатам расчетов построим графики зависимости изменения величины касательной составляющей силы срыва грунтозацепа от величины заглубления.
177
Техника
Рис. 6. График зависимости изменения величины
касательной составляющей силы резания от
величины заглубления при ширине грунтозацепа
b= 40 мм
Рис. 7. График зависимости изменения величины
касательной составляющей силы резания от
величины заглубления при ширине грунтозацепа
b = 50 мм
Для подтверждения аналитических исследований были проведены сравнительные испытания усилий
предельного срыва одиночным грунтозацепом на специальном стенде (рис. 8). Конструкция стенда состоит
из рамы, на которой установлены 2 грунтозацепа в масштабном соотношении 1:1 и тягового механизма, соединенного через динамометр. На раму последовательно укладывались грузы по 300 кг. Исследования проводились на двух типах – снеголедяных грунтах: снеголедяном накате и мерзлом грунте.
Измерялись параметры: глубина внедрения грунтозацепа h(мм), усилие срыва Р(кг); масса грузов,
масса стенда. Усилие срыва обеспечивалось ручной лебедкой (рис. 9.). На рис. 10 показаны зависимость
изменения усилия сопротивления срыву для снеголедяного наката. На рис. 11 показаны зависимость изменения усилия сопротивления срыву для мерзлого грунта.
.
Рис. 8. Стенд для исследования взаимодействия грунтозацепов – снеголедяной,
дорожный накат прочностью С=10 уд. ДорНИИ
Рис. 9. Исследования процесса срыва грунтозацепа – мерзлый грунт чернозем
со средней прочностью на поверхности С=134 уд.ДорНИИ
178
Вестник КрасГАУ. 2007. №4
Рис. 10. С=10 уд. ДорНИИ
Рис. 11. С=134 уд. ДорНИИ
Здесь Pкг – влияние нагружения единичного резца на усилие срыва; h мм – глубина внедрения грунтозацепа; Fкг/см2 – усилие удельного давления на единицу площади грунтозацепа; k – коэффициент сцепления для снеголедяного наката.
Анализируя расчетные данные и данные полученные экспериментальным путем, сравниваем расчетные условия и условия экспериментальных исследований. Так, если для низких показателей прочности грунта
расчетных значений нет, то экспериментальные исследования мерзлого грунта при С = 134 уд. ДорНИИ и нагружении 600 кг и величине заглубления грунтозацепа 13 мм усилие срыва равно Р = 650 кг (рис. 11). При
расчетных значениях показатели усилия срыва Р = 750 кг (рис. 5). Коэффициент сходимости результатов
аналитических и экспериментальных исследований соответствует kсх = 0,92.
Из условия взаимодействия движителей со снеголедяной дорогой можно сделать вывод о пропорциональной и равной зависимости вертикального усилия прижатия движителя и возможного получения усилия
тяги. Исходным параметром тяги движителя является расчет привода, в связи с чем для различных условий
тяга движителя может быть разной и определяться техническим заданием.
Из соотношения баланса [1] тяговое усилие равно:
∑Pтяги = Pт.дв1+ Pт.дв2+...+ Pт.дв. n.,
где Pт.дв.n. – тяга (n) движителя.
Сопротивление передвижения транспортного средства по снеголедяным дорогам равно:
∑Pсопр. = (mn1-∑Pдавл.дв.1)k1/tgα1 + (mn2-∑Pдавл.дв.2)k2/tgα2+...+(mn.n-∑Pдавл.дв.n.)k1/tgαn ,
где mn1... mn.n.– масса платформ; ∑Pдавл.дв.1...∑Pдавл.дв.1 – давление движителей на дорожное покрытие;
k1... kn – коэффициент трения; tgα1...tgαn – угол наклона дороги.
Расчет тягового усилия УТС показывает:
– при полной нагрузке и снаряженной массе 320 тонн максимальный угол подъема по снеголедяной
дороге при скорости 6 км/ч составляет 6°;
– при аналогичных условиях и при скорости движения 2 км/ч составляет 16°;
В связи с чем требования для проектирования УТС необходимо уточнять с учетом маршрутов движения и грузоперевозок.
Литература
1.
Родин, И.И. Основы проектирования экскаваторов непрерывного действия / И.И. Родин. – Красноярск:
Изд-во КГУ, 1987.
179
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа