Шнекороторный снегоочиститель ДЭ-226 на базе Урал-4320-41 (рис. 1), предназначен для очистки от снега автомагистралей, взлетно-посадочных полос, рулежных дорожек


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте файл и откройте на своем компьютере.
Механіка, машинознавство та електропостачання Рама находится в состоянии покоя на двух сра в- нительно упругих опорах. Одной из опор явл ются передние колеса с пневматическими шинами, оп и- рающимися на почву, которую при малых деформац и- ях можно приближённо считать как упр гую. Второй опорой являются задние колеса с пне в- матическими шинами, которые также опир ются на почву. Приведенный коэффициент жесткости сост о- ит из двух жесткостей (пневматики и грунта), о- единенных последовател ьно. Полож ние рамы, как всякого твёрдого тела, может быть определено в любой момент времени шестью независимыми ме ду собой параметрами (обобщён ными координат а- ми ,y ,z , φ, ψ, θ) Приближенно раму машины можно рассматр и- вать как твердое тело, совершаю щее плоскопара л- лельное движение по отношению к некоторой н е- подвижной плоскости. В качестве такой плоск сти примем вертикальную плоскость, параллельно кот о- рой совершает движение продольная пло кость симметрии рамы, принадлежащая самой р ме. С целью упрощени я рассмотрения системы значени я- ми колебаний машины поперечной и горизонтал ь- ной плоскостях можно пренебречь (значения вибр а- ции на рабочем месте водителя в гор зонтальных плоскостях х, у не превышают допу тимых). Для снижения вибрационного воздействия, перед ающ е- гося от рамы на рабочее место дителя, между корпусом кабины машины и рамой устанавливается виброизоляторы, которые являются гасителем кол е- баний. Также имеется под сидением водителя о- полнительный изолятор от вибрации, представле н- ный в виде амортизато виброгасителя колебаний. Одним из основных источником вынужденных д и- намических колебаний машины является несбала н- сированный ротор [2, 3, 7 ], который жестко присо е- динен к раме (или пан лям) машины , с помощью подшипников качения. Рассмотрим динамическую м одель трёхмасс о- вой системы, соответствующей схеме машины , к о- торая изображена на рис. На рисунке введены следующие обозначения: т, т , т , т 3 соответственно массы ротора, маш и- ны, кабины машины и водителя с сидением (кг). Зн а- чения т, т , т берем из спр авочных да ных [3, 4]: ( т= 400 кг, =13440 кг, = 506 кг), а массу , в соответс т- вии с ГОСТ 25571 82, пр нимаем 3 = 73,5 кг 3 соответственно жёсткости резин вых покрышек, резиновых виброизоляторов каб ны, сидения водителя (Н/м). Значения 3 берем из справочных да ных [3, 4] , = 180 10 , = 6,8 с = 6520,1 Н/м z вертикальные перемещения при колеб а- ниях соответственно машины, кабины, сид нья (м); угловая скорость ротора (берем из спр а- вочных данных ω = 51,2 95,4 рад/с [4]); радиус ротора (берем из справочных да ных r =0,383 м [4]); D дисбаланс ротора. Эту динамическую модель рассмотрим как две взаимосвязанные системы: первая "рама с ротором кабина"; вторая " кабина человек". Рассмотрим первую си стему. Машины 26 работают в условиях, когда на них , в процессе работы, воздействуют различные фа к- торы, вызывающие колебания всей системы м шины. Рис. 2 . Динамическая модель машины ДЭ Каждую из этих систем можно рассматривать как связанную механи ческую систему, которая н ходится под действием переменных сил и во многих случаях принимает колебательный характер. Эти силы возн и- кают под действием на машину и её отдельные эл е- менты неуравновешенных сил инерции движущихся масс, различных узлов и механизм ов и несут закон о- мерный характер, который зависит от распределения и величин движущихся масс и их скоростей. Ротор находится в состоянии динамического равновесия, характеризуемым равенством нулю суммы всех неуравновешенных сил и суммы всех моментов этих сил iii ст. рот. Fmrmе0; =w=w=  (1) iii iii МlFmlr0,  ==w=   (2) где неуравновешенная сила от i той массы (Н); i тая масса (кг рот. масса ротора (кг ст. эксцентриситет i той массы, который прин и- маем 0,02 мм в соответствии с ГОСТ момент неуравновешенной силы относ и- тельно центра массы рот. м); расстояние центра i той массы на плечо неуравновешенной с и- лы от це тра масс ротора (м). Изготовление цапф, установка подшипников в опоры всегда осуществляется с радиальными и у г- ловыми погрешностями относитель но главной це н- тральной оси инерции вращающегося тела. В таком Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил, 201 , випуск (3 ) ISSN 2073 7378 случае подшипниковые опоры вынуждают ротор вращаться вокруг другой оси ротора, кот рая не совпадает с его главной центральной осью инерции. В результате этого ротор станет в общем случае д и- намич ески неуравновешенным, т.е. есть нарушаю т- ся равенства (1) и (2) 2, 6, Параллельное смещение оси такого ротора о т- носительно его главной центральной оси ине ции будет определять статическую неуравнов шенность ротора, которая характеризуется нер венст вом iрот.ст. Fmе0; =w (3) Угол между осью ротора и его главной це н- тральной осью инерции будет вызывать момен ную неуравновешенность, определяемую нераве ством iiii Мmlr0.  =w   Разделив выражения (3) и (4) на , получим: iрот.ст.cт DmеD0; === (5) DM МLD0;  ==  где cт главный вектор дисбаланса ротора; главный момент дисбалансов ротора; рассто я- ние между опорами, в соответствии с конструкти в- ными данными (L= 1,4м); пара дисбалансов. Найдя численные значения дисбаланса и моме н- та дисбаланса, приложенного к центру роторн го барабана F = 72, 2H; Dcm = 0,008кг м и M = 0,5FL = 50,5Н м , определим момент дисбаланса: МНмс М0,0055, рад  ==   . Моментный дисбаланс в плоскости, перпенд и- кулярной оси вращения и приложенный к одной из опор, вычисляемый по формуле : M(A) Нс D, Lрад    (8) удет равен: M(A) Нс D0,0039 рад Найдём статический дисбаланс, приложенный к одной из опор (A) ст(A)ст DD,кгм , (9) где (A) расстояние от центра ротора о оп ры (А). (A) (L0,5L0,7м). == После подстановки численных значений им ем ст(A) D0,004кгм. = Чтобы найти суммарный дисбаланс ротора приложенный к одной из опор, необходимо сл жить векторы статического дисбаланса и момен ного дисбаланса, т.е. (A)ст(A)М(A) DDD = . (10) В нашем случае = 0,0055 кг м. Обобщенная сила (t), которая передает во з- мущающее воздействие от ротора на машину, опр е- деляется выражением: (A) рот. (t)Dcostmrcost. =ww=ww (11) Из кинетостатики из вестно, что если на тело де й- ствуют свободные силы, которые лежат в одной пло с- кости, то для того, чтобы система находилась в с о- стояния покоя или равномерного пр молинейного движения, должны обращаться в ноль сумма прое ций всех сил на ось О , сумма прое ций всех сил на ось О , сумма моментов всех сил относительно оси вращения, перпенд кулярной плоскости действия сил. Если на систему тел не действуют внешние с лы, то сумма импульсов тел системы остается п стоянной по величине и направлению. Но машина взаимоде йс т- вует с внешними силами, которые ок ывают влияние на его работу. То гда по закону о сохранении энергии, увеличение или уменьшение энергии нашей незамкн у- той системы равняется с ответственно уменьшению или увеличению энергии взаимодействующих с ней тел. Эн ергия тела может быть представлена как кин е- тической энергией, так и потенциальной с различными численными знач ниями. Но сумма кинетической и потенциальной энергии должна равняться полной м е- ханической энергии системы, которая является пост о- янной в личиной мехкинпот ЕЕЕconst, == (12) где кин ; (13) пот Еmgh ; (14) ускорение свободного падения ( g = 9,8 м/c ); m масса системы кг ; выс ота подъёма , м. Для нашего случая 22 1122 кин mzmz 22 = (15) 11221 пот сzс(zz) 22 = . (16) Составляя для рассматриваемой системы ура в- нения Лагранжа 2 рода кинкин ii EE dtgg  -=  "" , (17) где кин кинетическая энергия системы; обобщающие координаты; обобщенная сила; i число степеней свободы. Для нашей динамической модели получим Механіка, машинознавство та електропостачання пот кинкин 11 пот кинкин 22 EE (t); dtzzz EE 0. dtzzz   -=      -=    (18) Подставляя в данные уравнения значение во з- мущающей силы (t) , а так же значения кин и пот , определяемые соотношениями (14) и (15), п о- лучим следующ ие уравнения: 22 22 1122 1122 11221 22 22 1122 1122 11221 mzmzmzmz )( 2222 dtz czc(zz) 22 D; mzmzmzmz )( 2222 dtz czc(zz) 22 0.     (19) ЛЯ сокращения записи обозна чим: 12 cc b; b; b; 4M(A) bD. =w огда уравнения (19) примут вид 111224 23132 zbzbzbcost; zbzbz0. -=w -= "" "" (21) Каб ина машины соединена с рамой с пом щью прорезиненных виброизоляторов, которые распол о- жены в соответствии со схемой, пр иведе ной на рис. 3 [4 ]. Жёсткость виброизоляторов в верт и- кальном направлении при поступательном движ е- нии определяется из выражения zz СC (22) Жёсткость соответствует связь рамы с кабиной и равна 6,8 Н/м. Определим результирующее значение жестк сти кабины в трёх плоскостях движ ения. Жес кость для четырёх прорезиненных виброизоляторов, распол о- женных по краям кабины, определяемая фо мулой: 22 zz К4c(al) = , (23) где жесткость одного амортизатора 1,7 кгс/м половина ширины кабины = 0,48 м ); половина длины кабины =0,4925 м ), дет равна = 3,2× Н м /рад. Рис. 3 . Схема размещения резиновых вибро изоляторов под кабиной водителя машины ДЭ 226 Определим жёсткость кабины по осям О и О соответственно по формулам хi Кbc; yi КKc , где расстояния от бокового и заднего р е- зинового виброизолятора до центра кабины гo ви б- роизолятора. Они будут равны 690,1 Нм/рад, = 495,3 м/рад. Определим результирующее значение жестк о- ти кабины по всем трем осям, сложив их ве торно, ху =849,4 (Нм/ рад.); К хуz =3,3 (Нм/рад.), т.е, р е- зультирующая жесткость кабины составляет К хуz = 3,3 10 Н м/ рад. Наибольшее влияние на кабину машины ок а- зывают вынужденные колебания от работы неура в- овешенного ротора. Для определения этих колеб а- ний найдём частные решения дифференц альных уравнений (19) в виде 11 zAcost =w ; 22 zAcost =w где соо тветственно амплитуды ко байна и кабины, имеющих массы и Определим их вторые производные 11 zAcost, =-ww "" 22 zAcost. =-ww "" (26) Подставим эти значения в дифференциальные уравнения (19). Получим 11 22 31 32 AcostbAcost bAcostbcost; AcostbAcost bAcost0. -www- -w=w -ww-w w= (27) Тогда 11224 3132 (b)AbAb; bA(b)A0. -w-= --w= (28) Решая систему уравнений относительно и , получим Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил, 201 , випуск (3 ) ISSN 2073 7378 43 22 13 23 34 22 31 23 b(b) (b)(b)bb bb (b)(b)bb -w -w-w- -w-w- (29) где (i = 1, 2, 3, 4) определяются выражени ми (20). Так как = 51,9; = 50,5; = 1343,8; =1,13, то значения и будут равны =0,0012(м); = 0,0014(м). Подставляя найденные значения амплитуд в ы- нужденных колебаний и в уравнения (25) о т- метим, что вынужденные колебания масс и гармонические с частотой вращающей силы, во з- буждающей эти колебания. Как следует из уравнения (25), на амплитуды вынужденных кол баний и машины и кабины влияет частота ω, величина их масс 1 и , а также жесткости упр гих связей с , и , т.е. амплитуды и от вр мени не зависят. Для нормальной работы машины необходимо, чтобы выполнялось условие А0,18g w , (30) что соответствует нормативным данным ГОСТ 82 [5]. В нашем случае получаем, что 2,87 > 1,76, т.е. неравенство ( 30) не выполняется. Следовательно, колебания кабины не способствуют нормальной работе водителя машины. Если условие (30) не выполняется, необход мо уменьшить амплитуд как статической, так и д и- намической балансировкой роторного барабана. Мы рассмотрели л ишь вынужденные верт и- кальные колебания машины и кабины путём пол у- чения частного решения первого уравнения сист мы уравнений (21). Для получения общего реш ния уравнения на вынужденные колебания необх димо наложить собственные колебания системы. Для эт о- го о пределим общее решение данного уравнения без правой части, принимая, что 11 zBsinRt 22 zBsinRt , где и переменные коэффициенты; частоты собственных колебаний. Подставляя данные выражения д ля и z и их производные в уравнения (21), с учётом вышеск а- занного, получим: 11 22 31 32 BRsinRtbBsinRtbBsinRt0; BRsinRtbBsinRtbBsinRt0. --= --= Приведем систему уравнений к упрощенному виду: 13312 R(bb)Rb(bb)0. --= Решая уравнения (33) отн осительно , пол чим 1313 1,2 23 bbbb bb. 22 -   =     Подстановка в (34) численных значений даёт = 1 с R 37,3 с Здесь R1 частота собственных колебаний машины, R2 частота собственных колебаний к а- бины. Так как полученные значения час тот собстве н- ных колебаний рассмотренной системы знач тельно отличаются, от значений частот возмущающей с и- лы, явление резонанса наблюдаться не будет. Рассмотрим вторую подсистему "кабина водитель". Сист ема рассматривает тело человека дителя как твердое, а его массу и сиде нье как одно целое. Расчет осуществляем, взяв из предыд у- щих расчетов лишь одну кинематическую характ е- ристику движения кабины. Характеристикой кин е- матич ского возбуждения служит dz dt    скорость движ ния основы каб ины относительно земли. Она является производной от амплитуды колебаний к а- бины ] и в на шем случае равна dz dt    0,51 с. Частота собственных колебаний кабины с о- ставляет f =37 Гц. Определим вспомогательные величины: собственная угловая частота системы виброизол я- ции без демпфирования 9,42(c); w== β относительное демпфирование 33 0,5 2cm b== где коэффициент сопротивления ( 700 /м); угловая частота возбуждения неуравнов е- шенной силы в каб ине 2πf 100,4 ω/ω отношение угловой к собственной угл о- вой частоте кабины, ω/ω = 10,6 Определяем коэффициенты передачи при ви б- роизоляции по формулам     m=      -b     ; (35)     m=      -b     , (36) где    относительный коэффициент перед а- Механіка, машинознавство та електропостачання чи при виброизоляции в случае гармонического во з- буждения;    абсолютный коэффициент передачи при виброизоляции в случае гармонич е- ского возб ждения. Подставляя в (35), (36) числ енные значения входящих в формулы величин, получим, что    = 1,01 и    = 0,09. Коэффициент эффективности, определяемый по формуле эф , (37 будет равен = 11,1. Таким образом, система виброизоляции позвол ет снизить амплитуду виброскорости более, чем в 11 раз. Найдем амплитуду гармонических колебаний по формуле эф dz dt       . (38) Она будет равна = 0,0051 Значение ви б- роскорости сиденья, вычисля мой по формуле dz dt  =m   , составит 0,045  =   Величину виброускорения на сиденье водит е- ля, определяем по формуле dz dt  =mw   , (40) т.е. а4,5    На частоте возбуждения (16 Гц) неуравнов е- шенной силой, виброускорение, определяемое из выражения а(n) 1,41 будет равняться 3,25 м/с Выводы Из приведенных расчетов видно, что знач е- ния виброскорости и виброускорения на частотах возбуждения основных вращающихся деталей на рабочем месте водителя ДЭ имеют прямую з а- висимость от частоты вращения и от величины н е- ура вновешенности ротора 2. Показано, что система виброизоляции позв ляет сниз ить амплитуду виброскорости более чем в 11 раз. Разработанная математическая модель кол е- бательной системы "машина ДЭ ротор вод и- тель" работоспособна и адекватна, проверка по кр и- терию Фишера дает положительный резул тат. Материалы статьи будут полезны научным работникам, проектантам и ремонтникам очис ной, аварийно ремонтной и инженерной техники Список литературы Машины для строительства и содержания дорог и аэродромов / под ред. А.Э. Шарца. М.: Машиностро е- ние , 1985. С. 301 306. Моисе ев Н.Н. Математические задачи системн о- го анализа / Н.Н. Моисеев. М.: Наука, 1981. 487 с. Дитрих Я. Проектирование и ко нструирование: Системный подход / Я. Дитрих. М.: Мир, 1981. 456 с. Забавников Н.А. Основы теори и транспортных гусеничных маш ин / Н.А. Забавников. М.: Машин строение, 1975. 448 с. Бочаров Н.Ф. Конструирование и расчет коле с- ных машин высокой проходимости / Н.Ф. Боч ров И.С. Цитович М.: Машиностроение, 1983. 299 с Пожежна та аварійно рятувальна техніка. Ч 2. Осно ви проектування пожежно технічних засобів: навч. сіб / О.М. Ларін, Г.О. Чернобай, Ю.М. Сенчихін, Є.М. Грінченко, А.Я. Калиновський. Х. : ІЦЗУ, 2008. 572 с. Приймаков О.Г. Математичне моделювання та методологія наукових досліджень / О.Г. При маков // Збірник наукових праць Харківського і ституту ВПС. . Вип. 2. С. 65 69. Поступила в редколлегию 16.01.2014 Рецензент: р тех. наук, проф. Раковский , Хар в- кий университет В зду ных Сил им. И . Кожедуба, Харько МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ КОЛИВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ МАШИНИ ДЕ 226 ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ ВІД СНІ ГУ ЗЛІТНО ПОСАДКОВИХ СМУГ Б.М. Крук, .Г. Стадні ченко , О.О. Гурін, О .М. Скребець В статті побудована математична модель коливальної системи "машина ротор водій" стосовно машини ДЕ 226, яка широко вико ристовується при очищенні від снігу злітно посадкових смуг, а також для ліквідації надзв и- чайних ситуацій. Отримані розрахункові значення віброшвидкостей та віброприскорень кабіни водія з метою створ и- ти для водія нормальні, санітарні та ергономічні умови ро бо ти. Ключо слова: коливальна система, ротор, ві бро швидкість, ві бро прискорення ¸ баланс, вісь інерції, в бро ізоляці я. MATHEMATICAL MODEL C ARS OSCILLATORY SYST EM DE 226 CLEANING SNOW RU NWAY B.M. Кruk, N.G. Stadnichenko, O.A. Gurin, А .M. Skrebets In this p aper a mathematical model of the oscillating system "machine rotor driver" in relation to the car DE 226, widely used for cleaning snow from runways, as well as in emergency situations. We obtain the desired values of velocity and acceler tion with the cab driver to create a normal, health and ergonomic working conditions. Keywords: oscillatory system , rotor, vi bration velocity, acceleration, bala nce axis of inertia , vibration Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил, 201 , випуск (3 ) ISSN 2073 7378 Шнекороторный снегоочиститель ДЭ на базе Урал 41 рис. 1), предназначен для оч стки от снега автомагистралей, взлетно посадочных полос, же для ликвидации чрезв айны х ситуаций и их последствий [1] . Шнекороторный снегоочиститель ДЭ на базе Урал 4320 Шнекороторный снегоочиститель ДЭ 226 п о- строен по двухмоторной схеме: привод механизма передвижения осуществляется от двигателя базов о- го автомобиля, а прив д оборудования от допо л- нительного двигателя, установленного за каб ной. Рабочий орган расположен в передней части автомобиля и состоит из однороторного метательн о- ванных в общем корпусе, снабжённом горизонта ь- ными и вертикальными ножами для подрез ния и обрушения снега. Метательный аппарат представл я- ет собой 6 лопастный ротор. Ротор заключён в к о- жух, снабжённый выносным патрубком, устанавл и- ваемым в заданное положение с помощью гидроц и- линдров, что позволяет ме нять направление выброса снега. Шнековый питатель состоит из двух горизо н- ных шнеков, выпо ненных из пустотелых труб, на которых навиты винтовые лопасти с правым и л е- вым направлением спирали. Рабочий орган в ра боте опирается на две шарнирно установленные и рег у- лируемые по в соте лыжи. Сложная динамика этой машины, особенно во время эксплуатации, выдвигает на первый план и с- следование колебательной системы ДЭ ротор водитель" с целью создать для водителя норм альные Для этого необходимо разработать математич е- скую модель колебательной системы "машина ротор человек" с определением реальных параме т- ров виброскорости (виброперемещений, виброуск о- рений) с последующей критери альной оценкой. Анализ литературных источников [1 ] пок а- зывает, что данная проблематика актуальна, практич е- ски полезна и для машин очистной и авари но спасательной техники не решена в окончательном в де. ской мо ели динамической колебательной си темы "машина ДЭ ротор водитель" для обе печения нормальных санитарных и эргономич ских условий работы водителя при выполнении очистных работ. Основна я часть Во время работы ДЭ , при наличии неура в- новешенных динамич еских сил в его элементах во з- никают периодические, незатухающие вынужде н- ные колебания. При определении параметров ви б- рации, которые влияют на работоспособность вод и- шенности в таких основных враща щихся узлах, ак фреза, метатель (ротор). В основном машина состоит из двух сборных единиц рамы с колёсами и навешенными на ней узлами и оборудованием и кабины с находящимся в ней водителем. При изучении колебаний машины достаточно рассмотреть их относительно рамы, с и- тая ее твердым телом, с которым жестко соед нен, расположенный на ней ротор. © Б.М. Крук, Н.Г. Стадниченко, О.А. Гурин, А.М. Скребец

Приложенные файлы

  • pdf 44541948
    Размер файла: 331 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий