Студ. Зинов А.Г., студ. Савков И.И., к. т. н., доцент Сагиров Ю.Г.

Государственное высшее учебное заведение

«Приазовский государственный технический университет»

Некоторые пути усовершенствования

подъемно-транспортных машин,

на примере пневмоколесного стрелового крана

Всю историю развития подъемно-транспортных машин люди находили всё новые и новые способы их усовершенствования. Каждый раз улучшая техническую составляющую машин, получая новые рекорды в грузоподъемности, высоте и скорости люди приближали технику к её современному виду. Однако, ресурсы, которые затрачивают современные подъемно-транспортные машины, колоссальны.

Несмотря на впечатляющие возможности современных ПТМ, большинство из них для работы затрачивают большие объемы энергии, что негативно сказывается на себестоимости работ. С нашей точки зрения, наиболее приемлемым вариантом по сокращению расхода топлива в современных силовых агрегатах подъемно-транспортных машин является рекуперация энергии − возвращение части материалов или энергии для повторного использования в том же технологическом процессе. Наиболее ярким примером работы системы рекуперации является техника с гибридными силовыми установками. В таких системах, в отличии от обычного питания, двигатель на топливных элементах питает генератор, производящий электроэнергию, которой в свою очередь, питаются электрические приводы машины. Рекуперация на таких машинах позволяет превращать кинематическую энергию в электроэнергию, которую машина может повторно использовать для выполнения работы. Так, например, первый гибридный экскаватор Komatsu PC200LC-8 в ходе испытаний показал расход топлива на 21-33% меньше в зависимости от типа выполняемых работ. Сейчас наработка у этих машин приближается к 14000 моточасам, они доказали свою надежность и позволили владельцам существенно экономить средства на энергоносителях (для некоторых видов работ затраты на топливо в себестоимости составляют более 50%) [6]. Однако несмотря на столь впечатляющие показатели доля гибридной техники в ПТМ достаточна мала, и развитие различных схем рекуперации энергии выглядит очень перспективно.

Также, для кранов экономически целесообразно применять гидроаккумуляторы в системах с эпизодическими пиками потребляемого расхода которые значительно превышают средний расход жидкости в гидросистеме. Гидроаккумуля́тор — сосуд, работающий под давлением, который позволяет накапливать энергию сжатого газа или пружины и передавать её в гидросистему потоком жидкости, находящейся под давлением. Применение гидроаккумуляторов позволит уменьшить установленную мощность гидропривода в полтора-два раза, а потребление энергии такой системой можно снизить более, чем на 50 % [3].

В качестве отправной точки было принято решение выбрать уже существующий и эксплуатирующийся стреловой кран, так как это позволит получить наиболее точную информацию и составить более объективное сравнение новых конструкций со старыми. Исходя из доступности информации по эксплуатируемым кранам, в качестве базовой модели был выбран кран модели КС-55713-1 [5].

Для стрелового крана КС-55713-1 целесообразно использовать систему рекуперации на основе гидроаккумулятора - для механизмов подъема и поворота стрелы, а также для механизма подъема груза. С учетом технических условий было принято решение использовать поршневые гидравлические аккумуляторы (рис. 1).

Технические характеристики поршневого гидравлического аккумулятора:

• Номинальный объем: от 0.2 до 3300 л;

• Максимальное рабочее давление: до 1000 бар;

• Скорость хода поршня: до 5 м/сек;

• Рабочая температура: от -30°C до +160°C. [2].

Топливные ресурсы планеты не безграничны и минимизация их затрат важна в том числе и для подъемно-транспортных машин, тем более это позволяет значительно сокращать финансовые расходы на проведения различных работ.

Рисунок 1 ‒ Поршневые гидравлические аккумуляторы [2]

Пневмоколесные краны являются одними из наиболее распространенных типов грузоподъемных устройств в Украинских строительных организациях. Данный вид кранов имеет большой спрос в нашей стране, однако, автопарк довольно сильно устарел, имеет невысокие грузоподъемные характеристики, а все современные краны куплены у иностранных производителей. Сейчас финансовое состояние компаний не позволяет закупать дорогостоящую иностранную строительную технику, и вопрос о производстве таких кранов внутри страны остается весьма актуальным. Если грузовые пневмоколесные машины в Украине уже производятся компанией "KRAZ", то производства одного из основных узлов крана, его рабочего органа - крановой стрелы до сих пор не налажено.

Рабочий орган всех современных пневмоколесных кранов представляет собой телескопические стрелы. Телескопическая стрела представляет собой сплошностенчатую (коробчатую) телескопическую стрелу балочного типа, подвешиваемую на жёсткой подвеске. Стрела при этом удерживается гидроцилиндрами, с помощью которых меняется её угол наклона. Стрелы этого типа изменяют свою длину с помощью телескопических элементов (от трёх и более). Эта операция по изменению длины стрелы, называемая телескопированием, может производиться в процессе работы с крюком, в том числе с грузом. Крановые телескопические стрелы делятся на коробчатые и стелы гнутого профиля. Стрелы гнутого профиля представляют собой: коробчатые со скругленными углами, восьмигранные, многогранные или псевдоовоидные и гладкие овоидные (рис. 2). Сейчас наиболее распространены коробчатые профили крановых телескопических стрел, это связанно с тем, что данный вид стрел не требует больших производственных мощностей и современного оборудования, однако требует больших затрат трудовых ресурсов. Гнутые профили активно начали применять в последние пол века. Для перехода с коробчатых профилей на гнутые производителям строительной техники необходимо провести полную модернизацию производства.

Рисунок 2 ‒ Овоидный профиль стрелы (3D модель) [1]

Наиболее интересными для анализа являются овоидные стрелы, ведь именно этот профиль стараются применять в своих кранах зарубежные производители. Как показывают исследования, овоидный профиль имеет ряд неоспоримых преимуществ перед самыми распространенным - коробчатым профилем, а именно: лучшее распределение нагрузок, повышенная грузоподъемность на одинаковых вылетах стрел, либо увеличение длинны стрелы при одинаковой грузоподъемности, что также позволит увеличить под стреловое пространство. Овоидный профиль способен воспринимать большие нагрузки как в плоскости подвеса, так и боковые при повороте крана, чем коробчатая с той же площадью сечения, при этом такая стрела будет иметь меньший вес при равных длинах [4].

В среде SolidWorks нами были разработаны 3D модели телескопических стрел с коробчатым и овоидным сечением, расчетные схемы, смоделированы нагруженные состояния во время работы. С помощью приложения SolidWorks «Simulation», были получены эпюры распределения напряжений в моделях, смещений и коэффициента запаса прочности. Предварительный анализ полученных результатов подтверждает более равномерное распределение напряжений, запаса прочности и большие его значение в стреле с овоидным сечением.

Обновление строительный техники - важная дилемма для современных строительных компаний. При выборе рабочего органа, безусловно, необходимо обратить внимание на крановые телескопические стрелы с овоидным сечением, как на наиболее современное и технологичное решение задачи по усовершенствованию подъемно-транспортных машин.

Дальнейшие исследования в направлениях, обозначенных в данной работе, позволят предложить готовые решения по совершенствованию подъемно-транспортных машин на этапе проектирования, либо при модернизации.

Литература

1. Овоидный профиль стрелы [Электронный ресурс]: 3D модель. Режим доступа: http://prk-spb.com/upload/medialibrary/99f/99ff603029d aaa13b139714c503a9d21.jpg

2. Гидроаккумуляторы [Электронный ресурс]: Поршневые гидроаккумуляторы. Режим доступа: http://www.hydac.com.ua/ru/piston-accumulat-ors.html

3. Лепешкин А.В., Михайлин А.А., Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод / А.В. Лепешкин, А.А. Михайлин, А.А. Шейпак // Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник. Часть 2 гидравлические машины и гидропневмопривод (Под ред. А.А. Шейпака. – М.: МГИУ, 2003.): Москва 2003 – С. 143-147.

4. Библиотека кранов автомобильных [Электронный ресурс]: Устройство стрелы автокрана. Устройство телескопической стрелы автокрана. Овоидная стрела. Овоидный профиль стрелы. Режим доступа: http://www.cdminfo.ru/biblioteka-stroitelnoy-tehniki/biblioteka-kranov-avtomo-bilnyih/us-troystvo-strelyi-avtokrana-ovoidnaya-ovoid-ili.html

5. Кошеленко Г. П., Андриенко Н. Н. Стреловые самоходные краны / Г.П. Кошеленко, Н.Н. Андриенко // Стреловые самоходные краны атлас конструкций. Одесса 1993. Стр. 168-183.

6. Рекуперация энергии [Электронный ресурс]: Рекуперативное торможение. Режим доступа: https://dic.academic.ru/dic.nsf/railway/ 2302/%D0%A0%D0%95%D0%9A%D0%A3%D%9F%D0%95%D0%A0%D0%90%D0%A6%D0%98%D0%AF