автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Совершенствование метода расчета параметров скребковоцепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин нового поколения

На правах рукописи

Чалова Маргарита Юрьевна

Совершенствование метода расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочиспгительных машин нового поколения

05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

13 МАЙ 2015

Москва-2015

005569089

005569089

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» МГУПС (МИИТ) на кафедре «Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ковальский Виктор Федорович

доктор технических наук, профессор

Кудрявцев Евгений Михайлович доктор технических наук, профессор Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение ¡высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет», кафедра «Механизация строительства», профессор

Самохин Сергей Алексеевич

кандидат технических наук Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (ОАО «ВНИИЖТ»), отделение «Путь и путевое хозяйство», ведущий научный сотрудник

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение ¡высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения»

Защита состоится 24 июня 2015 г., в 13.00 на заседании диссертационного совета Д 218.005.01 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ауд. 2505.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте МГУПС (МИИТ). www.miit.ru.

Автореферат разослан апреля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., профессор / ' Н.Н. Воронин

Ведущая организация:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В конце XX—начале XXI века перед Открытым Акционерным Обществом «Российские Железные Дороги» стоит задача: увеличение роста грузовых и пассажирских перевозок путем увеличения скоростного режима Решение этой задачи возможно при условии, что к техническому состоянию железнодорожного полотна будут предъявляться более высокие требования, а именно к его устойчивости. Это в свою очередь предусматривает выполнение большого и качественного объема работ верхнего строения пути. Устойчивое положение рельсошпальной решетки обеспечивает балластная призма, которая в процессе эксплуатации теряет свои первоначальные свойства, такие как: упругость, дренирующие свойства, и как следствие, увеличиваются остаточные деформации пути. Это отрицательно сказывается на состоянии элементов верхнего строения пути и подвижного состава. Периодическое восстановление физико-механических характеристик и геометрических параметров щебеночной балластной призмы производится путем очистки щебня или, в случае несоответствия уложенного в пути балласта требуемым характеристикам — за счет полной его замены на щебень твердых пород машинами для очистки щебня и замены балласта. В связи с этим уделяется большое внимание глубокой вырезке и очистке ¡балластной призмы, создание современных высокопроизводительных щебнеочистительных машин.

Существующие дцебнеочистительные машины: ЩОМ-6, ЩОМ-6У, СЧ-600, СЧ-601, КМ—80 имеют небольшую производительность 400-600 м3/ч, она значительно ниже производительности других путевых машин комплекта. Поэтому дальнейшее повышение производительности является приоритетным направлением развития этого класса машин. К настоящему времени созданы новые современные высокопроизводительные щебнеочистительные комплексы ЩОМ-1200, ЩОМ-1200ПУ и 1Ш-2002.

Однако несовершенство методик расчетов параметров скребково-цепного исполнительного устройства не позволяет обеспечить заявленную в технических характеристиках заводов-изготовителей производительность современных щебнеочистительных машин. Поэтому вопрос научного обоснования параметров скребково-цепного вырезающего рабочего органа на стадии проектирования щебнеочистительных машин нового поколения является актуальным.

Степень разработанности темы. Исследованиям процессов взаимодействия рабочих органов путевых и строительных машин со щебеночной балластной призмой посвящены научные работы отечественных ученых таких как: Ковальский В.Ф., Дубровин В.А, Самохин С.А., Гапеенко Ю.В., Кудрявцев Е.М., Краснов О.Г. и других исследователей. Работы Ковальского В.Ф., Дубровина В.А. посвящены

исследованию динамики привода скребково-цепного исполнительного устройства. Работы Самохина С.А., Гапеенко Ю.В., Кудрявцева Е.М. конструкции скребково-цепного исполнительного устройства.

Существующие методики расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин основаны на фиксированных соотношениях и не учитывают динамический характер взаимодействия скребково-цепного исполнительного устройства с неоднородным слоем балласта, что приводят к заниженным значениям производительности и энергоемкости щебнеочистительных машин нового поколения, и, соответственно, ставят перед нами задачу дальнейшего исследования.

Объектом исследования является скребково-цепное исполнительное устройство щебнеочистительных машин нового поколения ЩОМ-12СЮ.

Цель работы заключается в повышении производительности щебнеочистительных машин нового поколения на основе совершенствования метода определения параметров скребково-цепного рабочего органа.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- формирование концепции алгоритма интерактивного проектирования щебнеочистительных машин;

- верификация и анализ полученных результатов численного моделирования путем испытаний на полигонах щебнеочистительного комплекса ЩОМ-12СЮ;

- совершенствование методики определения рациональных параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин нового поколения;

- формирование алгоритма системы автоматического управления режимами работы щебнеочистительных машин.

Научная новизна выполненной диссертационной работы состоит в следующем:

- установлена многопараметрическая зависимость коэффициента заполнения межскребкового пространства скребково-цепного исполнительного устройства, определены эффективные, с точки зрения производительности и энергоемкости, скорости движения машины и вырезающей цепи.

- уточнена математическая модель расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин на стадии проектирования посредством введения многопараметрической зависимости коэффициента заполнения межскребкового пространства и коэффициента динамичности привода.

результаты комплексного исследования зависимости производительности и удельной энергоемкости щебнеочистительных

машин от режимов работы и геометрических параметров скребково-цепного рабочего органа;

— научно обосновано создание адаптивной системы управления режимами работы щебнеочистительного комплекса.

Практическая значимость работы. Разработанная в диссертации методика расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства может быть применена при проектировании и модернизации щебнеочистительных машин. Методика позволяет на стадии проектирования определить рациональные параметры скребково-цепного исполнительного устройства, обеспечивающие требуемую производительность щебнеочистительных машин. Приведенная методика может использоваться в учебном процессе.

Методология и методы исследования. Задачи в данной работе решались на основе теоретических и экспериментальных исследований. Исследования основываются на известных теориях в области резания грунта, изложенных в работах отечественных авторов: Зеленина, Ю.А., Ветрова В.И., Домбровского Н.Г., Недорезова И.А. Для нахождения зависимости производительности от режимов работы и геометрических параметров скребково-цепного рабочего органа, а также зависимости удельной энергоемкости применялось математическое моделирование и графоаналитический метод обработки информации.

Научные положения, выносимые на защиту:

— характер многопараметрической функции коэффициента заполнения межскребкового пространства;

— уточненная математическая модель расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин нового поколения;

— методика определения производительности и энергоемкости щебнеочистительных машин с учетом режимов работы и геометрических параметров скребково-цепного исполнительного устройства;

— рекомендации по созданию адаптивной системы управления.

Степень достоверности. Справедливость математической модели и

полученных на ее основе результатов компьютерного моделирования подтверждена данными экспериментальных исследований, проведенными на щебнеочистительном комплексе ЩОМ—1200 под руководством В.Ф. Ковальского.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: научных семинарах кафедры «Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения», X, ХШ, XV Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность движения поездов»; I, П Международной научно-технической конференции «Инновационные

технологии в развитии строительства, машин и механизмов для строительства и коммунального хозяйства, текущего содержания и ремонта железнодорожного пути»; XVI Московской Международной Межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы»; XVIII Московской Международной Межвузовской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы»; X Юбилейной Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Trans-Mech-Art-Chem», XIX Московской Международной Межвузовской научно-технической конференции студентов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 7 статей, б из которых в изданиях, рекомендованных ВАК, 9 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 144 страницах машинописного текста, в том числе 65 рисунков, 3 таблицы, библиография из 111 наименований. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, а также приложений на 33 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложена ее структура, сформулированы цель и задачи работы, научная новизна и практическая ценность.

В первой главе рассмотрены тенденции развития щебнеочистительных машин, представлен обзор существующих конструкций скребково-цепных исполнительных устройств, проведен анализ производительности щебнеочистительных машин.

В работе рассматриваются вопросы совершенствования методики расчета рациональных параметров скребково-цепного исполнительного устройства с целью повышения производительности щебнеочистительных машин нового поколения при минимуме энергоемкости и обоснования создания адаптивной системы управления режимами работы щебнеочистительных машин.

Как показывает опыт работы щебнеочистительных машин нового поколения, их производительность ниже, чем заявленная в технических характеристиках. Это связано с несовершенством методик расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин на стадии проектирования.

В существующих методиках производительность

щебнеочйстительных машин во многом зависит от коэффициента заполнения межскребкового пространства, который является фиксированной величиной, м3/с,:

(}=к-х(1)

где Бсхр — площадь скребка, м2;

к —коэффициент заполнения межскребкового пространства. Рекомендуемое значение коэффициента заполнения межскребкового пространства 0,8 - 0,85;

1\ — скорость движения скребково-цепного рабочего органа, м/с.

Существующие методики расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин в большинстве случаев основаны на фиксированных соотношениях параметров, полученных расчетом или экспериментально на прототипах. Проведенные комплексные теоретические исследования по известным методикам показывают, что на практике не всегда скорости баровой цепи и машины (скорость подачи) соответствует рекомендованное значение коэффициента заполнения межскребкового пространства, что приводит к заниженным значениям производительности. Поэтому целесообразно рассматривать коэффициент заполнения межскребкового пространства как многопараметрическую функцию, решение которой позволит найти такое соотношение скоростей баровой цепи и движения машины, при котором достигается рациональное значение коэффициента заполнения межскребкового пространства и максимальная производительность машины при рациональном значении удельной энергоемкости привода скребково-цепного исполнительного устройства.

Другим недостатком является то, что динамические возмущения, возникающие во время работы щебнеочистительных машин, не учитываются в существующих методиках, что приводит к заниженным значениям удельной энергоемкости.

Поэтому совершенствование метода расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин является актуальным.

Во второй главе представлена уточненная математическая модель расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин нового поколения на стадии проектирования с учетом введения многопараметрической функции коэффициента заполнения межскребкового пространства и коэффициента динамичности.

Опыт эксплуатации щебнеочистительных машин с баровыми рабочими органами позволяет говорить, что их производительность во многом зависит от заполнения межскребкового пространства скребковой цепи, м3/с:

<г(к.6Ч'За1р-) = к- (2)

Наши исследования показывают, что коэффициент заполнения является многопараметрической функцией и может быть определен по следующей зависимости:

КВ,Ь,кр,-вм,дц,5скр)=^-, (3)

11 г

гдеП{В,И,9и,кр) - ВИЗмкр - производительность машины по разрыхленному щебню, м3/с;

В и й-ширина и глубина вырезаемого слоя щебня, м; -рабочая скорость движения (подачи) машины, м/с; "коэффициент разрыхления щебеночного балласта (А, =1,25-1,3);

■^гОЯ > $СКр) = ЗцБскр - геометрическая производительность скребково-цепного рабочего органа, м3/с;

- площадь скребка, м2; &ц -скорость скребковой цепи, м/с.

Тогда коэффициент заполнения можно определить по следующей зависимости:

к{В, К кр, дм, дц, 5„р) = —-р~. (4)

$скр

Сила сопротивления балласта резанию, кН:

17\(к,к},к0,кр,к2,Зсгр) = к^кр --^—-—-—

кр

где к\ - расчетное удельное сопротивление балласта резанию, кН/м2; кр - коэффициент, учитывающий угол резания; кр ~ коэффициент разрыхления загрязненного щебня; к2 - коэффициент разрыхления щебня в шпальных ящиках.

Мощность на резание балласта, кВт:

^Л^и^Ч'Пскр)--, (6)

'1скр

где т]СКр-'КПД скребково-цепного исполнительного устройства.

(5)

Сила трения балласта о балласт, кН:

*п

где /0-плотность разрыхленного балласта, т/м3; Я-ускорение свободного падения, м/с2: Л—ширина вырезки щебня, м; /2 - коэффициент трения балласта по балласту.

Мощность на преодоление силы трения балласта о балласт, кВт:

= -"" (8)

/ схр

Сила трения скребковой цепи о балласт, кН:

(9)

*

где / -коэффициент трения стали по балласту;

А, ~~ общая длина баровой цепи, м; — сила тяжести баровой цепи, кН.

Мощность на преодоление силы трения скребков о балласт, кВт:

« "ч ад/.)-9, (10>

Пскр

Сила сопротивления перемещению балласта по желобу, кН:

где£ж - длина рабочего желоба, м;

аеж —угол наклона желоба в рабочем режиме, рад.

Мощность на преодоление силы сопротивления перемещению балласта по желобу, кВт:

ч

!СКр

Сила трения цепи по поверхности рабочего и холостого желобов, кН:

где/1 - коэффициент трения стали по стали при сильном абразиве.

Мощность на преодоление силы трения цепи по поверхности желобов, кВт:

N (F 9 п <14>

Лсч,

Мощность на подъем вырезанного щебня по желобу, кВт:

N6(&riaJ=pg&k,»4,Sa9)HjTiaf, (15)

где Нж - высота подъема вырезанного щебня по желобу, м. Мощность на разгон щебня, кВт:

NÁQA^) = PQ{K34akp)K 'Ч«,- (16)

Расчетная мощность привода Nзв На звездочке редуктора определяется как сумма составляющих, кВт:

N3B(k, kv к2, кр, кр, fvf2, Д1, В, h, дц, дм, SCKp, аж, jj = ^ JV¡. (17) Удельная энергоемкость процесса, кВт/(м3/ч):

е(к, кг, к2, кр, кр, /1( /2, /i1, В, h, иц, SCKp, аж, т]скр) = (18)

= W3B(fc, fcj, k2

> kp> kp, fi, f2<, fi, B, h, 19ц, SCKp. Удельная энергоёмкость на валу приводного двигателя, кВт/(м3/ч): ед(Л, kv к2, кр, кр, Л. h, f¿ В, h, vv

щ) = (19)

= Nc(k, kv k2, kp, kp, A, f2, f¿ B, h, 6V5скр, аж, Т)скр, 7lp)/Q(k, SCKp), где klt k2, kp, kp, flt f2, ff, B, h, 5скр, аж, r}CKp, rjp) =

N3n(k, kv k2, kp, kp, flff2, Д1, В, h, i94,SCKp, аж, т]скр, т]р)/т]р~ расчётная мощность на валу приводного двигателя, кВт; г?р -КПД редуктора;

Nse - расчетная мощность привода на звездочке редуктора.

Проведенные экспериментальные исследования

щебнеочистительного комплекса ЩОМ-1200 под руководством Ковальского В.Ф. позволяют говорить, что режимы нагружения привода

скребково-цепного рабочего органа носят резко выраженный динамический характер с явной нестационарностью (Рисунок 1).

8 5

з

21

§5 3-

о

О

360

300

240

60

т 1

1

"ч ' № Щ, л Д л А Ан1* кЛ IV I1(1 у'

' V и- «И" <\У \р № т щ ОД л л л

I \ 1

у* Ал^ V , »ь Л с

с*> $ §) Я § 3 5 ¡5

СО * (О со о> т- СО т'

2 £ 9 8: Р

36 30

24 ё 5 ш

18 §

х ф

12 1

-.Скорость цепи ■ Давление напора мотора Скорость движения машины

-Давление на насосе -Давление слива мотора

время процесса, с

Рисунок 1 - Осциллограмма параметров привода скребковой цепи

Динамические нагрузки, возникающие в приводе скребково-цепного исполнительного устройства во время работы щебнеочистительных машин, предлагается учитывать коэффициентом динамичности, полученного в результате теоретических и экспериментальных исследований (Рисунок 2). 1,80

1,60 1,40 1,20

г 0,80 |0,60 I 0,40 0,20 0,00

-г ---------- Зона II

1 у I

. . ... Зона 1 < >

....... < >

Г- Зона III

1

3,64 3,66 3,08

3,7

3,72 3,74

3>6 3,78 3,8 3,82 Скорость цепи, м/с

Рисунок 2 — График зависимости коэффициента динамичности от скорости скребково-цепного исполнительного устройства

График коэффициента динамичности можно разделить на 3 зоны:

- зона I - дорезонансная зона. Небольшие значения производительности и удельной энергоемкости;

- зона II - резонарсная зона. Производительность близкая к номинальной, но высокие значения удельной энергоемкости;

- зона Ш - зарезонансная зона. Максимальные значения производительности при относительно небольших значениях удельной энергоемкости.

Значения коэффициента динамичности были аппроксимированы полиномом пятого порядка:

Лаш.= О*00^5 +0,09,9; -0,1 Ц3 +0,57^ -1,082,9,, +1,585. (20)

Тогда мощность на валу приводного двигателя с учетом коэффициента динамичности, кВт:

(21)

По уточненной методике расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин нового поколения проведены комплексные теоретические исследования зависимости коэффициента заполнения межскребкового пространства, производительности, энергоемкости от режимов работы ЩОМ-1200 (Рисунок 3-4).

1

0,95

0,85

ьк,

0,8 Г I II , 0,75 ШЪН

0,65

0,95-1 0,9-0,95 г 0,85-0,9 ® 0,8-0,85 » 0,75-0,8 » 0,7-0,75 « 0,65-0,7

• 0,6-0,65 ■ 0,55-0,6

• 0,5-0,55

2'75 2,9 з,2

0,139 0,11

>-■ 0 097 С"°Р°™>

f 0 059 машины, м/с

—„ °'078

0,06

3.7 3,8

Скорость скребковой цепи, м/с

Рисунок 3 - Диаграмма зависимости коэффициента заполнения при максимальной глубине вырезаемого слоя щебня

•г,

1500

S

Ь 1000

1

I 500

5

о а 0

m

1 с

975 Ю29

0,811

0,06 0,067 0,078 0,089 0,094

Коэффициент заполнения/ Скорость цепи, (т/с) / Скорость машины, (м/с)

0,813

3,7

Рисунок 4 - Диаграмма зависимости производительности от коэффициента заполнения, скорости скребковой цепи и скорости движения машины при максимальной глубине вырезаемого слоя щебня

В результате теоретических исследований найдены соотношения скорости скребково-цепного рабочего органа и скорости движения машины, при которых достигаются рациональные значения коэффициента заполнения межскребкового пространства. На основе полученных значений установлено, что производительность щебнеочистительного комплекса ЩОМ-12СЮ не превышает 1000 м3/ч и не соответствует заявленной в технической характеристике 1200 м3/ч.

Теоретические и экспериментальные исследования под руководством Ковальского В.Ф. позволяют говорить, что ориентировочную мощность привода скребково-цепного исполнительного устройства можно определить по коэффициенту удельной энергоемкости. Для эффективной работы е=0,38-0,41 кВт/(м3/ч). Теоретическое исследование щебнеочистительного комплекса ЩОМ-1200 показало, что значения энергоемкости не превышают заданных значений (Рисунок 5).______

Производительность, мЗ/ч

Коэффициент заполнения

Рисунок 5 - Диаграмма зависимости коэффициента удельной энергоемкости от коэффициента заполнения межскребкового пространства и производительности при максимальной глубине вырезаемого слоя щебня

Адекватность разработанной математической модели оценивалась путем сравнения результатов экспериментальных и теоретических исследований. Экспериментальные данные получены в процессе испытаний опытного образца щебнеочистительной машины нового поколения ЩОМ-1200. Расхождения теоретических и экспериментальных данных составляет не более 1-3% (Рисунок 6).

] Т.........~т

-..... | 722 —749

I

— 49Р Я

0,64 0,59 0,6

2,66 2,99 3,01

199 209 214

Коэффициент заполнения/ Скорость цепи, (м/с)/Скоростъ машины, (м/час)

Рисунок 6 - Диаграмма зависимости производительности теоретических и экспериментальных исследований на полигоне Абганерово-Калкинский

Третья глава посвящена выбору рациональных параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин на стадии проектирования на примере щебнеочистительного комплекса ЩОМ-1200, при которых достигается значение производительности 1200 м3/ч. Наши исследования позволяют предложить два варианта решения данной задачи. Первый вариант заключается в увеличении скорости скребково-цепного рабочего органа до 5 м/с, при постоянстве остальных параметров (по технической характеристике скорость цепи 1,8-3,8 м/с). По уточненной математической модели расчета параметров проведено комплексное теоретическое исследование зависимости производительности и энергоемкости от режимов работы щебнеочистительной машины (Рисунок 7-8). Производительность 1200 м /ч и выше щебнеочистительного комплекса ЩОМ- 1200 достигается при увеличении скорости скребково-цепного рабочего органа до 5 м/с в зависимости от режима работы машины (Рисунок 7).

^ 1400

^ 1200

С 1000

| 800

I 600

5

£ 400

| 200

!, - 733 ; 657 _

____________________1369 _

____________________1161.1160 1205 .1207 1260

975 1029 1061 Ш Я Я Я В 853 — тш ™ ""

Коэффициент заполнения/Скорость цепи, (м/с)/Скорость машины,

Рисунок 7 - Диаграмма зависимости производительности от коэффициента заполнения, скорости скребково-цепного исполнительного устройства и скорости движения машины при максимальной глубине вырезаемого слоя

щебня

Увеличение скорости скребковой цепи приводит к росту удельной энергоемкости по сравнению со значениями удельной энергоемкости с исходными параметрами комплекса (Рисунок 8).

■ 400-410

■ 390-400 * 380-390

■ 370-380 и 360-370

Производительность, мЗ/ч

Коэффициент заполнения

Рисунок 8 - Диаграмма зависимости коэффициента удельной энергоемкости от коэффициента заполнения межскребкового пространства и производительности при максимальной глубине вырезаемого слоя щебня

Второй вариант заключается в изменении геометрических параметров скребка скребково-цепного исполнительного устройства. Для достижения щебнеочистительным комплексом производительности 1200 м3/ч нами предложена площадь скребка 0,104 м2 (по технической характеристике площадь скребка 0,09 м2).По уточненной математической модели расчета параметров проведено комплексное теоретическое

исследование зависимости производительности и энергоемкости от зежимов работы щебнеочистительной машины (Рисунок 9-10).

Коэффициент заполнения/Скорость цепи, (м/с)/Скорость машины, (м/с)

Рисунок 9 - Диаграмма зависимости производительности от коэффициента заполнения, скорости скребковой цепи и скорости движения машины при максимальной глубине вырезаемого слоя щебня и увеличенной площади скребка

Увеличение площади скребка скребково-цепного исполнительного устройства также влияет на энергоемкость щебнеочистительного комплекса. Значения энергоемкости не превышают 0,41 кВт/(м3/ч). Таким образом, с точки зрения энергоемкости, целесообразно изменять геометрические параметры скребка, чем изменять скорость скребково-цепного исполнительного устройства (Рисунок 10).

Коэффициент заполнения

Рисунок 10 — Диаграмма зависимости коэффициента удельной энергоемкости от коэффициента заполнения межскребкового пространства и производительности при максимальной глубине вырезаемого слоя щебня

В четвертой главе обосновано создание адаптивной системы управления режимами работы щебнеочистительных машин. Повышение эффективности работы щебнеочистительных машин возможно при создании адаптивной системы управления. Благодаря теоретическим и экспериментальным исследованиям получена информация о влиянии конструктивных особенностей скребково-цепного рабочего органа и основных параметров рабочего процесса на энергопотребление и качество очистки щебня. Поэтому достаточно четко могут быть сформулированы критерии эффективности рабочего процесса, цели и методы управления, алгоритм работы управляющего устройства.

Анализ рабочего процесса баровой цепи позволяет говорить, что характер изменения мощности привода скребково-цепного исполнительного устройства в зависимости от коэффициента заполнения межскребкового пространства для различной плотности балласта соответствует графикам на рисунке 11.

На графиках можно условно выделить три зоны с качественно однородными процессами:

— зона I - работа цепи при небольших подачах в режимах, близких к холостому ходу;

— зона П - работа цепи в режимах близких к номинальным при среднем коэффициенте заполнения ячеек цепи 0,4-0,8;

— зона Ш — работа цепи при максимальной подаче.

Коэффициент заполнения

Рисунок 11 — Графики зависимости мощности привода от коэффициента заполнения межскребкового пространства

Приведенные зависимости позволяют сформулировать один из подходов к созданию управляющего устройства, обеспечивающего режим наибольшей производительности при ограничении по установочной мощности привода и по выносной способности баровой цепи.

Структурная схема адаптивной системы управления приведена в соответствии с рисунком 12.

Рисунок 12 - Структурная схема адаптивной системы управления режимом забора балласта

На графиках в соответствии с рисунком 13 приведены зависимости энергоемкости от коэффициента заполнения межскребкового пространства, полученные на основании графиков в соответствии с рисунком 11. Есть основание утверждать, что минимуму энергоемкости соответствует одновременно и лучшее качество процесса забора щебня.

Сопоставляя зависимости для удельной энергоемкости и для энергозатрат (Рисунок 11 и 13) можно выделить три варианта процесса:

- минимум энергоемкости достигается в зоне номинальной мощности. Этот вариант является наиболее эффективным для данных условий очистки щебня;

- ограничение по мощности достигается раньше, чем достигается минимум энергоемкости;

- ограничение по максимальной скорости подачи достигается раньше, чем достигается минимум энергоемкости.

Коэффициент заполнения

Рисунок 13 - Графики зависимости удельной энергоемкости от коэффициента заполнения межскребкового пространства

В этом случае система адаптивного управления может быть построена как самонастраивающаяся система, основанная на принципе автоматического поиска минимума энергоемкости при ограничении по среднемаксимальной мощности и скорости передвижения.

Схема алгоритма управления по минимуму удельной энергоемкости приведена в соответствии с рисунком 14.

Баровый рабочий орган

Изменение сопротивления вырезанию балласта Изменение нагрузки привода баровой цепи

т

Рисунок 14 - Схема алгоритма управления по минимуму энергоемкости

21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена совершенствованию метода расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин нового поколения на стадии проектирования. Впервые:

• введены многопараметрическая функция коэффициента заполнения межскребкового пространства и коэффициент динамичности в методике расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин нового поколения на стадии проектирования;

• определены с точки зрения производительности и энергоемкости рациональные параметры скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин на стадии проектирования;

• даны рекомендации для повышения производительности щебнеочистительных машин;

• обосновано создание адаптивной системы управления режимами работы щебнеочистительных машин.

В работе получены следующие основные результаты:

1. Сформирован алгоритм интерактивного проектирования щебнеочистительных машин;

2. Проведенный комплексный компьютерный анализ параметров щебнеочистительной машины ЩОМ-1200 по уточненной математической модели расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства на стадии проектирования, справедлив для всех машин данного класса;

3. Установлена эффективная с точки зрения энергоемкости и производительности нижняя граница скорости движения скребковой цепи на основе анализа коэффициента динамичности привода исполнительного устройства при постоянной скорости движения машины;

4. Разработан алгоритм системы адаптивного управления режимами работы щебнеочистительных машин нового поколения по минимуму энергоемкости.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕД УЮЩИХ РАБОТАХ:

В изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК Минобрнауки Российской Федерации:

1. Ковальский, В.Ф. Создание адаптивной системы управления режимом работы щебнеочистительных машин [Текст] / В.Ф. Ковальский,

C.B. Ковальский, M К). Чалова // Механизация строительства. - 2009. -№5-С. 19-23.

2. Чалова, МЮ. Анализ работы адаптивной системы управления щебнеочистительного комплекса ЩОМ - 1200 [Текст] / М Ю. Чалова// Известия Тульского Государственного Университета. Технические науки.

- 2009.-№2. - С. 184-186.

3. Ковальский, В.Ф. Расчет параметров щебнеочистительных машин [Текст] / В.Ф. Ковальский, МЮ. Чалова // Мир транспорта. - 2012.

- №3. - С. 34 - 36.

4. Ковальский, В.Ф. Методология синтеза оптимальных параметров путевых машин нового поколения [Текст] /В.Ф. Ковальский, C.B. Ковальский, М.Ю. Чалова // Путь и путевое хозяйство. — 2012. -№11.

— С. 21-24.

5. Ковальский, В.Ф. Совершенствование метода расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин нового поколения [Текст] / В.Ф. Ковальский, М.Ю. Чалова // Путь и путевое хозяйство. - 2014. - № 10. - С. 30-31.

6. Ковальский, В.Ф. Динамика скребково-цепного механизма щебнеочистительных машин [Текст] / В.Ф. Ковальский, М.Ю. Чалова // Механизация строительства. - 2015. - №3,- С.41-43.

Статьи в других научных изданиях:

7. Ковальский, В.Ф. Методика и результаты оценки производительности путевых щебнеочистительных машин [Текст] / В.Ф. Ковальский, МЮ. Чалова // Приводы и компоненты машин. - 2012 - №1.

— С. 7-8.

8. Чалова, М.Ю. К вопросу качества ремонтно-путевых работ [Текст] / М.Ю. Чалова IJ Тр. X Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». -2009. - С. Ш - 4.

9. Ковальский, В.Ф. Оценка параметров щебнеочистительных машин на стадии проектирования [Текст] / В.Ф. Ковальский, М.Ю. Чалова // Тр. Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в развитии строительства и коммунального хозяйства, текущего содержания и ремонта железнодорожного пути». - 2012. - С. 20.

10. Чалова, М.Ю. Анализ производительности щебнеочистительного комплекса ЩОМ-1200 [Текст] / МЮ. Чалова // Тр. Международной научно-практической конференции «Подьемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы». - 2012. - С. 134 -135.

11. Чалова, М.Ю. Один из способов увеличения производительности щебнеочистительного комплекса [Текст] / М.Ю. Чалова // Тр. ХШ Всероссийской научно - практической конференции «Безопасность движения поездов». - 2012. - С.Ш -7-Ш-8.

12. Чалова, М.Ю. Повышение производительности щебнеочистительных машин на примере щебнеочистительного комплекса

ЩОМ-1200 [Текст] / М.Ю. Чалова // Тр. ХУШ Московской Международной Межвузовской научно - технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно — транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы». - 2014. - С.95-97.

13. Чалова, М.Ю. Анализ производительности и удельной энергоемкости щебнеочистительного комплекса ЩОМ-12СЮ при увеличении скорости скребково-цепного рабочего органа [Текст] / М.Ю. Чалова // Тр. П Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в развитии строительства, машин и механизмов для строительства и коммунального хозяйства, текущего содержания и ремонта железнодорожного пути». Часть 1. -2014. - С.275-277.

14. Чалова, М.Ю. Влияние основных параметров щебнеочистительного комплекса ЩОМ-1200 на удельную энергоемкость [Текст] / М.Ю. Чалова // Тр. X Юбилейной Международной научно -практической конференции «Trans-Mech-Árt-Chem» - 2014¡ г. - C.I-104 -1-105.

15. Чалова, М.Ю. Влияние коэффициентов! заполнения межскребкового пространства и динамичности на основные параметры скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин нового поколения [Текст] / М.Ю. Чалова // Тр. XIV Всероссийской научно - практической конференции «Безопасность движения поездов». -2014. - С. VI-34.

16. Чалова, М.Ю. Совершенствование метода расчета параметров баровой цепи щебнеочистительных машин нового поколения на стадии проектирования [Текст] / М.Ю. Чалова // Тр. XIX Московской Международной Межвузовской научно-технической конференции «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы». — 2015. - С.255-258.

24

<Х

Чалова Маргарита Юрьевна

Совершенствование метода расчета параметров скребково-цепного исполнительного устройства щебнеочистительных машин нового поколения

Специальность 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать/^<5^/5 Заказ № //.2 6 Формат 60x90/16 Тираж 80 экз. Усл. - печ. л. - 1,5

127994, Россия, г. Москва, ул. Образцова, дом 9, стр. 9., УПЦГИ МИИТ