автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Разработка рациональных схем и конструкций рабочего оборудования асфальтоукладчиков.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ Придніпровська державна академія будівництва та архітектури

Р Г Б ОД

і у т\ :з:;ь

На правах рукопису

АФАНАСЬЄВ Микола Іванович

УДК 625.08.084(087.5)

РОЗРОБКА РАЦІОНАЛЬНИХ СХЕМ ТА КОНСТРУКЦІЙ РОБОЧОГО ОБЛАДНАННЯ АСФАЛЬТОУКЛАДАЧІВ

05.05.04 - Машини для земляних та дорожніх робіт

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дніпропетровськ 1996

Дисертація є рукописом.

Робота виконана на кафедрі "Будівельних та дорожніх машин" Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор, Заслужений винахідник України, академік АБ України Хмара Леонід Андрійович.

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор,

академік Нью-Йоркської академії наук Почтман Юрій Михайлович;

- кандидат технічних наук, доцент Кириченко Ігор Георгійович.

Провідна установа - Українська державна корпорація по будівництву, ремонту та утриманню автомобільних доріг "Укравтодор".

Захист відбудеться " 20 " червня 1996 р. о /5 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 03.07.03 у Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою:

320600, м.Дніпропетровськ, вул.Чернишевського, 24-А, ПДАБА, ауд.202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.

Автореферат разіслано " 20 " трпоня 1996 року.

Відгуки подаються у двох примірниках із підписом, засвідченим печаткою.

Телефон для довідок: 47-35-22.

Вчений секретар і ,___

спеціалізованної вченої ради К ОЗ.О7.0ІІ ’''Т"” - с—*—

к.т.н., професор Колісник М.П.

з

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. За нашого часу для України однією з найважливіших задач є будівництво доріг та автомагістралей. Для виконання цієї задачі необхідно створити високоефективний комплекс дорожно-будівельних машин, здатних надійно працювати у різноманітних експлуатаційних умовах. Одним з найважливіших елементів комплексу, який, як кінцева ланка, в основному визначає якість збудованого дорожного полотна, виступає асфальтоукладач. Створення сучасних асфальтоукладачів наштовхується на ряд труднощів, зумовлених нестачею теоретичних та експериментальних досліджень по обгрунтуванню раціональних та ефективних конструкцій робочого обладнання машин. Застосовані за наш час методики проектування не дозволяють з достатньою точністю визначити перевантажені елементи та вузли конструкції, які є джерелом частих поламок, а також елементи, які зазнають малих навантажень і виступають як резерв для зниження матеріалоємкісті машини. Більшість силових конструкцій асфальтоукладача становлять з себе пластинчаті елементи, підкріплені стержнями. Тому розробка нових методик розрахунку міцності конструкцій, спроможних дати повну картину розподілу напружень, та вибір на основі цих методик нових конструктивних схем є важливими і актуальними.

МЕТА РОБОТИ - розробка раціональних схем силової рами та робочого органу асфальтоукладача для підвищення його експлуатаційних якостей, зниження матеріалоємкості асфальтоукладача та впровадження у практику проектування дорожніх і будівельних машин спеціалізованого програмного комплексу розрахунку конструкцій на міцність.

НАУКОВА НОВИЗНА роботи визначається:

- збудованою математичною моделлю для визначення напружено-дефор-мованого стану пластинчатих підкріплених елементів машин в умовах їх складного просторового навантаження з урахуванням ексцентричності підкріпліючого елемента;

- сформованим проблемно-орієнтованим комплексом для розрахунку міц-ностних характеристик робочого обладнання асфальтоукладачів;

- рекомендаціями з раціоналізації конструктивних схем та експлуатаційних параметрів серійних асфальтоукладачів і асфальтоукладачів, які проектуються;

- результатами натурних випробувань асфальтоукладачів та їх порівняль -ним аналізом з даними попередніх чисельних експериментів.

НАУКОВА ТА ПРАКТИЧНА ЗНАЧИМІСТЬ роботи враховують:

- створення уточненої математичної моделі визначення напружено-де-формованого стану пластинчатих конструкцій з урахуванням ексцентричного розташування підкріпліючих елементів;

- побудова програмного комплексу, здібного вирішити значну частку питань щодо забезпечення міцності силових конструкцій машини, яка проектується;

- раціоналізацію конструкцій робочого обладнання асфальтоукладача;

- впровадження у народне господарство дорожно-будівельних машин з удосконаленою конструкцією силових елементів.

РЕАЛІЗАЦІЯ ОСНОВНИХ ПОЛОЖЕНЬ РОБОТИ. Рекомендації щодо розрахунку та вибору раціональних параметрів асфальтоукладачів, а також розроблений проблемно-орієнтований розрахунковий комплекс передані Миколаївському Акціонерному товариству "Дормашина" та Конструкторському бюро "Південне". З урахуванням пропонованих рекомендацій на Миколаївському АТ "Дормашина” проектовані та виготовлені асфальтоукладачі ДС-195, ДС-173, ДС-179, укладач дорожно-будівельних матеріалів ДС-199 і підготовлено дослідний зразок асфальтоукладача ДС-200. Також розроблений програмний комплекс впроваджено та використовується в учбовому процесі Придніпровської державної академії будівництва та архітектури під час підготовки інженерів-механіків • з підйомно-транспортних, будівельних і дорожних машин та обладнанню.

АПРОБАЦІЯ РОБОТИ. Основні положення дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на наукових конференціях Миколаївського АТ "Дормашина" по підсумках 1991 - 1995 рр., на науковому семінарі "Вопросы прикладной математики и механики" ^.Дніпропетровськ, 1994 р., науковий керівник д.т.н., професор Усаченко Б.М.), на науково-техничній раді Миколаївського обласного управління дорожного будівництва (м.Миколаїв, 1995 р.), на науково-техничній раді

ВНДІбуддормаш (м.Москва, 1996 р., науковий керівник д.т.н., професор Малиновський Є.Ю.), на засіданні кафедри "Будівельні та дорожні машини" Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (м.. Дніпропетровськ, 1996 р., завідуючий кафедрою д.т.н., професор Хмара Л.А.), на науково-техничній раді Української державної корпорації по будівництву, ремонту та утриманню автомобільних доріг (керівник ради Ф.С.Закордонець, м.Київ, 1996 р.).

ПУБЛІКАЦІЇ. Основні результати роботи опубліковані автором у чотирьох статтях, крім того, щодо теми дисертації і суміжними з нею питаннями одержано 13 авторських свідоцтв на винаходи.

ОБ'ЄМ РОБОТИ. Дисертація складається з вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаної літератури і додатків. Робота в цілому має 187 строрінок, у тому числі 102 сторінки машинописного тексту, 47 сторінок з рисунками та 38 сторінок додатків.

НА ЗАХИСТ ВИНОСЯТЬСЯ:

- математична модель розрахунку напружено-деформованого стану пластини з урахуванням ексцентричного розташування підкріпліючих її стержневих елементів за умов складного просторового навантаження:

- розроблені основні принципи будування та алгоритми проблемно-орієн-тованого комплексу розрахункової підтримки за час проектування асфальтоукладачів, а також їх чисельна реалізаціія і проведення роб]т з веріфікації комплексу;

- визначення міцностних параметрів елементів конструкції асфальтоукладача з використанням зазначених розробок;

- методика раціоналізації конструктивних схем асфальтоукладачів, які проектуються;

- результати натурних іспитів асфальтоукладачів та їх порівняльний аналіз з даними чисельних експериментів, виконаних з урахуванням розроблених математичних моделей і програм.

ПЕРШИЙ РОЗДІЛ має оглядовий характер, у ньому розглядаються питання існуючих конструктивних схем найбільш важливих силових елементів нижньої рами і робочих органів асфальтоукладачів, визначаються шляхи досягнення мети роботи. Враховуючи те, що асфальтоукладач виконує завершальні операції по будівництву доріг, питання його надійності та якості роботи (рівність, ступінь ущільнення) стають першорядними.

Розглянемо питання механічної взаємодії асфальтоукладача із сумішшю, яка ущільнюється (рис.1). Вигладжуюча плита машини ковзає по укладаємій суміші, забеспечуючи потрібну товщину шару асфальтобетону А. При цьому кут нахилу а вигладжуючої плити по відношенню до горизонту визначається рівноваговим положенням рами робочого органу, зчепленого шарнірно з основною машиною

де Ah - додаток з товщини; aid- відповідно довжина та ширина вигладжуючої плити; g - коефіцієнт, який визначається експериментом; N - рівнодіюча нормального тиску шляхової суміші на вигладжуючу плиту; р\ - нормальний тиск на передню кромку плити.

Формула (1) зв'язує задану товщину шару укладаємої суміші з розміром кута а. Від точності витримання цього кута залежить стабільність товщини укладання по довжині робочого органу, як правило, а лежить у діапазоні значень від 0°15'до 0°40'.

Порівнюючи технічні характеристики асфальтоукладачів різних фірм, можна відмітити загальні тенденції у розвитку вимог до машин: спроможність вести укладання дорожного полотна змінної ширини; можливість плавної зміни швидкісті живильного пристрою і розподілювача дорожної суміші; об'єм бункера для завантаження суміші в усіх моделях майже однаковий: 10.0 ... 12.0 тон; транспортна швидкість асфальтоукладачів -15 ... 18 км/г для колісних машин та 4 ... 9 км/г для гусеничних; гусеничні асфальтоукладачі в 1.4 ... 1.5 разів більш масивні та енергоємкі по відношенню до колісних машин.

На більшості машин використовується вібраційний робочий орган, виконаний за схемою "брус + плита" з частотою коливань у інтервалі 3000 ... 4000 кол/хвил. і ходом 3 ... 5 мм, в той же час різними фірмами

ЗМІСТ РОБОТИ

Ah = b'Sma-

g

-1

(1)

J

Рис.2. Ексцентрисітет між серединною площиною пластини і лінією згибу підкріплюючого її стержневого елементу (точка О, - центр згибу, е - ексцентрисітет, /і, - товщина пластини, Ь, \ І, - розміри перерізу підкріплення).

інтенсивно ведуться розробки по створенню якісно нових конструкцій робочих органів, звичайно це доповнюючі трамбуючі елементи. Питання розробки простого та високоефективного робочого органу до теперішнього часу залишається відкритим.

Питання оцінки міцностних можливостей конструкції практично не висвітлені у спеціальній літературі по проектуванню асфальтоукладачів, але слід зауважити, що більшість машин виходить з ладу саме через невірну оцінку міцності їх елементів та вузлів. В той же час, відсутність досконалих методик розрахунку на міцність та жорсткість конструкції часто призводить до невиправданого підвищення маси машини. Саме ці аспекти визначили мету та основні задачі даного дослідження.

ДРУГИЙ РОЗДІЛ містить теоретичні дослідження по формуванню математичної моделі для визначення напружно-деформованого стану пластини, підкріпленої тонкостінним стержнем.

Просторові підкріплені пластинчаті конструкції набули значного поширення у машинобудівних конструкціях завдяки своїй легкості, технологічності виготовлення і високим міцностним характеристикам. Значна кількість силових конструкцій асфальтоукладача містить підкріплені пластинчаті елементи. Перепоною на шляху їх ще більш широкого впровадження у практику проектування є складність виконання розрахункових робіт, і через це розробка уточненої моделі підкріпленого пластинчатого елемента викликає значний науковий і тенічний інтерес.

В існуючих методиках у випадку розрахунку пластини і підкріпліючого її' стержня стосовно конкретної задачі вибирають один з наближених підходів. Кожен такий підхід містить припущення, область застосування яких не може бути визначена точно. Крім того, випадки нерегулярного підкріплення пластини, товщина якої близька до характерного розміру перерізу підкріпліючого стержня, не можуть бути реалізовані у межах описаних підходів без значної огріхи.

Як основний метод розрахунку оберемо відомий метод кінцевих елементів. Головна проблема складається в урахуванні ексцентриситету підкріпліючих елементів відносно серединної поверхні пластинчатого елемента. У роботі запропоновано модифікований стержневий кінцевий елемент, який відрізняється від звичайного елемента тим, що вісь стержня, для якої визначаються переміщення, не обов'язково проходить через центр ваги перерізу. Ця обставина дозволяє природним способом з'єднати у єдину кінцевоелементну модель пластину та ексцентрично розташований підкріпліючий елемент.

Припустимо, що початок системи координат міститься у центрі ваги перерізу (рис.2), а точка з'єднання підкріпліючого елемента та пластини у перерізі має координати ( 0, у, г ). Позначимо лінійні переміщення цієї точки уздовж координатних вісей і повороти коло них відповідно через и, V, я та вх , ву , 0Т . Аналогічні переміщення у центрі ваги перерізу позначимо верхнім індексом "0". Для визначених таким чином величин будуть справедливі співвідношення:

и° =и-2-ву+у-в, ,

^=ч + --9х, (2)

ці0 = и’-у-вх ,

вІ=в, , вІ = Оу , ^ = 6,.

Відповідні вектори вузлових переміщень И" І теО будуть пов'язані матричним співвідношенням

де

те _ Я-те,

'і 0 0 0 —2 У

0 1 0 : 0 0

0 0 1 -у 0 0

0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 1

(3)

Матриця жорсткості К відносно переміщень у точці з'єднання з пластиною легко виходить із звичайної матриці жорсткості К° відносно центра ваги перерізу

к = ят-к°-я .

(4)

Моделювання статичного напружено-деформованого стану може бути зведено до рішення матричного рівняння

ки = Р .

(5)

Для перевірки розробленого підходу було вирішено ряд тестових задач, які показали добрий збіг отриманих результатів з аналітичними рішеннями та експериментальними даними.

ТРЕТІЙ РОЗДІЛ висвітлює питання побудови проблемно-орієнто-ваного комплексу, заснованого на методі кінцевих елементів та на розробленій математичній моделі визначення напружено-деформованого стану підкріпленої тонкостінним стержнем пластини.

Під час створення програмного комплексу було розроблено ряд нових алгоритмічних рішень, спрямованих на підвищення точності та скорочення часу розрахунку. Відмітимо етапи метода кінцевих елементів, реалізація яких у програмному комплексі має особливості:

- використовувались плоскі трикутні кінцеві елементи з 15 ступінями свободи, які дозволяють добре описати складну геометрій пластин; моделювання стержневих та підкріпліючих елементів проводилось на

Я

основі розробленого модифікованого стержневого кінцевого елементу з 12 ступінями свободи;

- під час дискретизації конструкції на кінцеві елементи використовувався алгоритм автоматизованого розподілу, що базується на принципах мінімізації та пропорційності сторін трикутника;

- глобальна матриця жорсткості формувалась з кількох незалежних блоків згідно з кількістю підконструкцій та так званого "резидентного" блоку, через який здійснювалася їх взаємодія;

- для вирішення системи алгебраїчних рівнянь застосовувався метод ЮІ.-розкладення з використанням спеціальної крупноблочної схеми.

Розроблений програмний комплекс тестувався на ряді задач, що мають відомі рішення, і показав свою високу ефективність.

ЧЕТВЕРТИЙ РОЗДІЛ присвячено аналізу результатів, отриманих за допомогою проблемно-орієнтованого комплексу, для випадків міцностного розрахунку реальних конструкцій робочого обладнання асфальтоукладачів. Також обговорюються різні аспекти роботи з комплексом, та демонструються способи раціоналізації експлуатаційних параметрів дорожніх машин. Як критерій раціоналізації було обрано мінімізацію маси машини із дотриманням міцностних, жорсткістних та геометричних умов. Цей разділ роботи є найбільш важливим з прикладної точки зору.

Розроблені математичні моделі та створений на їх основі проблемно-орієнтований комплекс в загалі призначені для проведення прямого (повірочного) розрахунку конструкції машини, але зручність варіювання системою навантажень та геометричними параметрами конструкції дозволяє швидко проводити не лише розрахунок напружено-деформованого стану системи, а також оперативно змінювати розрахункову схему у пошуках найбільш раціональних конструкцій з точки зору їх міцності, функціональності та матеріалоємкості.

Створення більш раціональних конструкцій може здійснюватись у кількох напрямках: модифікація силових схем за рахунок зміни взаємного розташування елементів (зміна конструкції), зміна елементів залежно від рівня напружень у них, зміна схем підкріплення пластинчатих елементів.

Як виявив аналіз напруженого стану конструкцій асфальтоукладача ДС-126А, найбільш небезпечним є випадок наїзду гусеницею на перешкоду, коли остання знаходиться посередині. Гусенична балка сприймає зусилля від нижньої рами асфальтоукладача на задньому кінці у місці розташування привідної зірочки та на передньому кінці через балансир, що винесено попереду нижньої рами: на кожен кінець гусеничної балки діє вертикальне зусилля, яке приблизно дорівнює 1/4 суммарної ваги машини і асфальтної маси (рис.З.а). Високий рівень напружень (298 МПа) обумовлено великою довжиною балки, а також тим, що умови закріплення балки на кінцях фактично становлять собою шар-нирний опір. Проведені розрахунки показали доцільність зменьшення прольоту гусеничних балок та їх кріплення до бокових листів нижньої рами через жорсткі кронштейни (рис.3,6). Максимальний рівень еквивалентних (згідно з IV теорією міцності) напружень знизився з 298

а)

Є» ' 44 5 ^ .

&

б)

Рис.З. Конструктивна схема гусеничної балки асфальтоукладачів відповідно ДС-126А-а) та ДС-143 і ДС-179-б):

1 - нижня рама асфальтоукладача; 2 - ось ведучої зірочки;

З - балансир; 4 - ось балансира; 5 - кронштейни гусеничної балки; 0,+02 - вага машини та асфальту; ІЗ - реакція опори.

реера

ЧлЧлЧлЧЧЧ\Ч\ЧЧ\\ЧЧЧЧЧЧЧ\ЧчЧ.Ч\ЧЧЧЧЧ

\Ч\ЧЧЧЧ\Ч ,„и,„,. *»*%•• ..,

. ■: 'л' о ■.' ^ с '■' к1 01' 0 0 0',' ц $ і:1 о к1 \.ч-;. ч -. -^\ЧЧ\чЧУ'^ч'Л\Ч\\'ЛЧЧК ^•••Ч •'■ Ьаг,.‘> ,1і V, і'а V, I ’-, •{ 4—- —

а)

2.175е«В2 -і 1.903е+02 -1 .бЗІе+02 1 ,359е+02 -1

1 Й87Є+02 и ІЬСе+01 5.437е+01 2.719е+01

0.В00е*08 -

Бе піп = 3.099в409 МПа

Эе пах = 2.175е»02 МПа

б)

Рис.4. Схема підкріплення лобового листа - а) і розподіл еквівалентних напружень по лобовому листу - б).

з

МПа до 184 МПа, при цьому матеріалоємкість гусеничної балки знизилась на 11.7%.

Розглянуто також приклад раціоналізації конструкції, пов'язаний із зміною схеми підкріплення пластин та зменшенням товщини слабонапру-жених елементів. Лобовий лист асфальтоукладача (рис.4,а) сприймає значні зусилля тільки під час завантаження бункера асфальтною масою, яка відтворює зусилля, розподілені по частині поверхні лобового листа. При цьому напруження сягають значного рівня (218 МПа) у місцях з'єднання лобового листа з середнім листом та центрального підкріплення (рис.4,6). Оскільки лобовий лист має велику площину і напружені зони локалізовані, виявилось доцільним поставити додаткові підкріплення (рис.5,а). При цьому максимальний рівень напружень знизився до 80 МПа, що дозволило зменшити товщину листа з 8 мм до 6 мм. Напружений стан для остаточного варіанту наведено на рис.5,6. Матеріалоємкість лобового листа в порівнянні з початковим варіантом знизилась на 16.3%.

П'ЯТИЙ РОЗДІЛ вміщує результати проведених натурних експериментальних досліджень по визначенню напружено-деформованого стану силових конструкцій асфальтоукладачів, виконаних відповідно до встановленої мети. Порівняльний аналіз даних, що отримані в експериментах, з відповідними чисельними результатами проблемно-орієнтированого комплексу показав задовільний збіг.

Експерименти проводились в промислових умовах на полігоні ЦНДП НВО "ВНИИстройдормаш" (м.Івантіївка, Московської обл.) на базі гусеничного асфальтоукладача ДС-143. Усі експерименти були сплановані як однофакторні та виконані за послідовним планом. Напружений стан металоконструкцій в умовах близьких до експлуатаційних моделювався у 25 іспитах. Для вимірювання деформацій був застосований метод електричної тензометрії. Обробка отриманих результатів проводилась методами корреляційного аналізу та математичної статистики, при цьому використовувався вимірювально-обчислювальний комплекс ВДС-1, який складався з багатоканального цифрового тензометричного мосту ЦТМ-5 та мікро-ЕОМ "Іскра-1256".

Результати, отримані після обробки експериментів з статичного навантаження металоконструкцій нижньої рами асфальтоукладача показали, що напружений стан має двовісний характер і суттєво залежить від схеми навантаження. Локальна дільниця може знаходитись в області двовісного розтягнення, двовісного стиснення та розтягнення-стиснення. Експерименти підтвердили теоретичні результати розрахунків, які показали, що найбільш навантаженими елементами конструкції нижньої рами є: кронштейни гусеничної балки та місця їх кріплення, поперечні балки і бокові листи. Так на боковому листі отримано максимальне нормальне напруження у 309 МПа, у той час як відповідне розрахункове значення склало 329 МПа.

Як показано у експериментах, максимальні напруження виникають під час виконання повороту, причому напруження при виконанні повороту

центр, ревро

а)

1.017е«02

а.89Бе+аі -/ Ь^їіе юі -і. г;-»-і0і г» ЙВЗе^ВІ -

1 ї:іі'<?+иі -

2 -542е+01 -І.27ІЄ+01 -

8.800Є+В0

Се піп =' 2.860Є+83 НПа

Бе пах = 1.017е<02 МПа

б)

Рис.5. Схема підкріплення лобового листа (варіант 2) - а) і розподіл еквівалентних напружень по лобовому листу (остаточний варіант) - б).

б)

Рис.6. Конструктивна схема робочого органу асфальтоукладачів відповідно ДС-143 - а) і ДС-179-б).

на 4-й швидкості перевищували в 2 ... З рази відповідні напруження, що виникають при виконанні повороту на 1-й швидкості. Наприклад, при зростанні швидкості з 1-ї до 3-ї у контрольній точці 50 максимальне значення напружень зросло з 14 до 21 МПа; для випадку із навантаженим бункером - з 28 до 89 МПа.

Різниця між розрахунковими та експериментальними значеннями напружень достатньо мала і не перевищує 12.5 %. Задовільний збіг чисельних та дослідних параметрів підтверджує коректність прийнятих у роботі основних припущень, використаних математичних моделей, розробленого програмного комплексу та обраних розрахункових схем.

В ШОСТОМУ РОЗДІЛІ показано, як з використанням розроблених методик проводилась раціоналізація конструктивних схем різних моделей реальних асфальтоукладачів. По результатам виконаних автором розробок на Миколаївському АТ "Дормашина" були спроектовані та виготовлені асфальтоукладачі ДС-195, ДС-173, ДС-179, укладач дорожно-будівельних матеріалів ДС-199 і підготовлено дослідний зразок асфальтоукладача ДС-200.

Показано, як з використанням розроблених методик були проаналізовані різні варіанти конструктивного виконання робочого органу асфальтоукладача. Згідно формули (1) рівність і товщина суміші, що укладається, залежить поперед всього від стабілізації кута нахилу виглажуючої плити, розташованої на робочому органі асфальтоукладача. В процесі укладки зусилля, потрібне для переміщення асфальту поперед робочого органу, приводить до закручування металоконструкції робочого органу асфальтоукладача і зміни кута нахилу виглажуючої плити. Це явище викликає зміну товщини шару асфальту, що призводить до виникнення нерівностей готового дорожного полотна.

Асфальтоукладач ДС-143 призначений для укладки дорожного покриття шириною до 4.5 м, і силова конструкція його робочого органу (рис.6,а) забеспечувала необхідну крутильну жорсткість. В процесі проектування асфальтоукладача ДС-179 з шириною укладки до 7 м розрахунки з використанням розробленого автором програмного комплексу показали, що конструкція робочого органу, подібного до ДС-143, призведе до неприпустимо великих кутів закручування виглажуючої плити. Після аналізу кількох варіантів була запропонована конструкція робочого органу, поперечний переріз якої являє собою сукупність замкненого і відкритих профілей (рис.6,б), що дозволило зменшити кути закручування виглажуючої плити навіть у порівнянні з робочим органом ДС-143.

ОСНОВНІ НАУКОВІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. В межах методу кінцевих елементів вперше розроблена уточнена математична модель визначення напружено-деформованого стану просторових пластинчато-стержневих конструкцій при складному

навантаженні. Від підходів, що використовувались раніше, дана модель відрізняється врахуванням ексцентричності розміщення підкріпліючих тонкостіних елементів, характерний розмір яких може бути порівняний з відстанню між підкріпленнями пластини.

2. Розроблена математична модель є вихідною для створення проблемно-орієнтованого програмного комплексу для розрахунку міцностних характеристик дорожно-будівельних машин. Верифікація програмного комплексу проводилась на серії чисельних експериментів, порівняльний аналіз розрахункових даних та відомих рішень показав добрий збіг результатів.

3. Запропоновано розрахункову схему основних силових конструкцій асфальтоукладача, що враховує всі діючі на нього фактори навантаження. Розрахункова схема опрацьовувалась проблемно-орієнто-ваним комплексом для різних випадків навантаження конструкцій асфальтоукладача. Використання комплексу дозволяє оперативно розрахувати декілька варіантів компоновки проектуємої машини та обрати з них найбільш переважний, одночасно виконується перевірка умов міцності силових конструкцій; також є можливим вибір раціональних параметрів асфальтоукладача (визначення товщини листових елементів, підбір сортаменту, установка місць кріплення та ін.). Відмінною рисою комплексу є його наближеність до користувача.

4. Згідно з результатами проведених теоретичних та експериментальних досліджень встановлено, що найбільш важкі умови експлуатації настають під час виконання маневрів із повним бункером і на високих швидкостях - напруження в конструкції можуть сягати межі текучості матеріалу.

5. При порівнянні даних, отриманих в чисельних і натурних експериментах, відзначено задовільний збіг у різних випадках статичного

• навантаження, що відповідають реальним умовам експлуатації. Різниця між розрахунковими та експериментальними значеннями не перевищує 12.5%. .

Збіг чисельних і дослідних параметрів підтверджує коректність прийнятих у роботі основних припущень, математических моделей, розробленого програмного комплексу та обраних розрахункових схем.

6. Програма експериментальних досліджень і дослідний комплекс, що розроблені для асфальтоукладача ДС-143, є базовими при проведенні експериментальних робот з новими моделями машин. Випробування проводяться як однофакторні згідно з послідовним планом. Як основна величина, що вимірюється, обираються деформації елементів конструкції асфал ьтоукла дача.

7. Запропоновані у дисертації підходи були прийняті як базові під час проведення проектно-конструкторських робіт по створенню більш раціональних конструкцій асфальтоукладачів. Результатом знайдених рішень стали серійні моделі асфальтоукладачів ДС-179, ДС-173, ДС-199, ДС-195 та дослідна модель асфальтоукладача ДС-200, створених Миколаївським АТ "Дормашина" на протязі 1991 - 1995 рр.

Використання розроблених методик дозволило знизити матеріалоємність робочого обладнання асфальтоукладачів на 13 ... 17 %, при цьому в . усіх елементах конструкцій машин виконуються вимоги міцності та жорсткості, що підтверджує високу ефективність створених методик.

Наведена в роботі таблиця порівняльнихгхарактеристик показує, що спроектовані та виготовлені із застосуванням результатів даної роботи асфальтоукладачі Миколаївського АТ "Дормашина" знаходяться на рівні кращих світових аналогів. Впровадження цих машин та досвід експлуатації підтвердили їх якість, надійність і високу ефективність.

8. На основі огляду та аналізу науково-технічної і патентної інформації щодо проектування асфальтоукладачів виявлені тенденції в розробці та створенні силових конструкцій і робочого органу із зниженою матеріалоємністю. Основними напрямками удосконалення конструкцій асфальтоукладачів, як правило, являються такі: підвищення ефективності машини і якості обробки поверхні дорожного полотна; зниження рівня шуму та вібрацій; підвищення надійности та довговічності елементів конструкції; зниження рівня динамічних зусиль, створення високоміцних конструкцій із зниженою матеріалоємністю.

Вимоги першого напрямку можуть бути виконані тільки створенням якісно нових конструкцій, при розробці останніх напрямків суттєвим є використання розроблених автором розрахункових методик.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА МАТЕРІАЛАМИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Афанасьев Н.И. Проблемно-ориентированный программный комплекс для определения напряженно-деформированного состояния несущих конструкций дорожно-строительных машин. -Днепропетровск, 1994. -7с. -Деп.в ГНТБ Украины 24.11.94, N 2197-Ук94.

2. Афанасьев Н.И. Математическое моделирование напряженно-

деформированного состояния несущих пластинчато-стержневых конструкций дорожно-строительных машин. -Днепропетровск, 1994. -8с,-Деп. в ГНТБ Украины 24.11.94, N2198-Ук94. .

3. Афанасьев Н.И. Расчет прочностных характеристик и рационализация параметров элементов конструкции асфальтоукладчиков. -Днепропетровск, 1996. -20с. -Деп.в ГНТБ Украины 16.04.96, N 918-Ук96.

4. Афанасьев Н.И. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния элементов конструкции асфальтоукладчи-ков.-Днепропетровск, 1996.-14с.-Деп.в ГНТБ Украины 16.04.96, Ы917-Ук96.

5. Афанасьев Н.И., Гороховский М.Н., Красин Е.М., Никитина А.Д., Плиско В.П., Улицкий А.М., Руденко И.И. Устройство для уплотнения дорожно-строительных материалов. А.С. 1308670 от 08.01.87 (д.а,- 19%, розробка розрахункової схеми).

6. Афанасьев Н.И. Асфальтоукладчик. А.С. 333242 от 29.12.71.

7. Афанасьев Н.И. и др. Система управления рабочим процессом асфальтоукладчика. А.С. 1694766 от 01.08.91 (д.а.- 14.2%, компоновка вимірювача нерівностей).

6. Афанасьев Н.И. и др. Трансмиссия дорожной машины. А.С. 1675132 от 08.05.91 (д.а,- 20%, проектування сумуючого редуктора).

9. Афанасьев Н.И. Асфальтоукладчик. Свидетельство на промышленный образец 20475 от 17.06.86.

10. Грязев К.Н., Афанасьев Н.И. Устройство для управления поддержания уровня материала в шнековой камере асфальтоукладчика. А.С. 1219701 от 22.11.85 (д.а.- 50%, розрахунок елементів затримки часу).

11. Каминский В.В., Грязев К.Н., Щедровицкий С.С., Телешев С.С., Скловский А.А., Афанасьев Н.И. Устройство для управления движителями дорожно-строительных машины. А.С. 1331933 от 22.04.87 (д.а.-16.6%, проектування вимірювача путі).

12. Романцов В.А., Руфов В.Е., Самуйлов В.А., Кабанов В.В., Афанасьев Н.И., Руденко И.И. Система автоматического управления рабочим процессом асфальтоукладчика. А.С. 1491930 от 08.03.89 (д.а.-16.6%, компоновка копіруючого пристрою).

13. Улицкий А.М., Афанасьев Н.И., Руденко И.И. Бункер укладчика дорожно-строительных материалов. А.С. 1458465 от 15.10.88 (д.а.- 25%, розрахунки на міцність кронштейнів).

14. Шухман В.Д., Красников А.Б., Погорелов В.К., Афанасьев Н.И., Руденко И.И., Козловский А.С. Укладчик укрепительных полос автомобильных дорог. А.С. 1178826 от 15.08.85 (д.а.- 16.6%, проектування механізму відсічувача).

15. Шухман В.Д., Красников А.Б., Ратнер И.А., Афанасьев Н.И., Руденко И.И., Козловский А.С., Сербулов Ф.Е. Асфальтоукладчик. А.С. 1209734 от 08.10.85 (д.а.-14.2%, розрахунки на міцність полуосі).

16. Шухман В.Д., Сыромолотов В.Н., Ратнер И.А., Красников А.Б., Афанасьев Н.И., Руденко И.И., Козловский А.С. Гусеничный асфальтоукладчик. А.С. 1502680 от 22.04.89 (д.а.- 14.2%, розрахунки на міцність планетарних передач).

17. Шухман В.Д., Сыромолотов В.Н., Ратнер И.А., Красников А.Б., Афанасьев Н.И., Руденко И.И., Козловский А.С. Механизм подачи и распределения дорожно-строительных материалов асфальтоукладчика. А.С. 1502679 от 22.04.89 (д.а,-14.2%, компоновка системи управління).

ABSTRACT

Afanasjev N.I. The elaboration of rational schemes and structures of asphaltlayei working equipment.

sertation for a Technical Science Candidate's degree on speciality 05.05.0^ "Machines for Earth and Road Works", Pridnieprovsk State Academy o Construction and Architecture.

Dniepropetrovsk, 1996.

The theoretical, numerical and experimental investigations of the rationa schemes elaboration of asphaltlayer structural elements are defended Programm complex for computing of the asphaltlayer working equipment strength parameters was created on the basis of elaborated mathematical model fo

calculation of the stiffened plates strength state with taking into account the eccentric arrangement of the stiffening elements. The methods of asphaltlayer schemes rationality were proposed. The comparative analysis of the results of real asphaltlayer tests and numerical calculations was done. The essential results were published in four scientific articles and thirteen patents.

АННОТАЦИЯ

Афанасьев Н.И. Разработка рациональных схем и конструкций рабочего оборудования асфальтоукладчиков.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.04 "Машины для земляных и дорожных работ", Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. Днепропетровск, 1996 г.

Защищаются теоретические, численные и натурные экспериментальные исследования разработки рациональных схем конструктивных элементов асфальтоукладчика. С применением созданной математической модели расчета напряженно-деформированного состояния подкрепленных пластин с учетом эксцентренного расположения подкрепляющих элементов разработан программный комплекс для расчета прочностных параметров рабочего оборудования асфальтоукладчика. Предложены способы рационализации конструктивных схем асфальтоукладчика. Проведен сравнительный анализ результатов натурных испытаний асфальтоукладчиков с данными численных экспериментов. Основные результаты представлены в 4 научных статьях и 13 авторских свидетельствах на изобретения.

Ключові слова: асфальтоукладач, програмний комплекс, раціональна конструкція, дослідження, напружено-деформований стан, підкріплена пластина, ексцентриситет, експеримент.