Введение к работе
Актуальность проблемы. Сегодня российский строительный комплекс активно включился в восстановление основных фондов предприятий, строительство и эксплуатацию дорог. Несмотря на кризисные явления, спрос на строительство в стране, и в АПК, в частности, растет. Однако реализация планов в строительной отрасли возможна лишь при применении в технологических процессах строительства современной высокопроизводительной, надежной и безопасной техники, основу которой составляют машины с гидроприводом. Гидропривод уже сейчас обеспечивает механизацию и автоматизацию всех основных и вспомогательных операций. Применение гидропривода имеет ряд преимуществ: малые массы и габариты, возможность плавного регулирования скорости подъема (опускания) платформы, кузова, рабочих органов, снижение тяжести труда и обеспечение безопасности операторов. Анализ эксплуатации строительных машин показал, что рост их числа имеет и негативную сторону – опасность увеличения числа несчастных случаев, связанных с рядом конструктивных недостатков гидропривода. Проблема безопасности операторов строительных машин с гидроприводом заключается в самопроизвольном опускании (падении) грузовых платформ, элементов рабочего оборудования строительных машин из-за нарушения герметичности подвижных соединений, конструктивных недостатков крепления гидроцилиндра гидропривода.
Повышение безопасности операторов строительных машин – задача сложная, требующая комплексного решения как на этапе проектирования гидропривода строительных машин, так и в процессе эксплуатации. Сложность проблемы вызывает необходимость оптимизации конструктивных и эксплуатационных параметров, в первую очередь, исполнительного гидроцилиндра гидропривода, с использованием математического моделирования.
Степень разработанности темы. Для решения проблемы обеспечения безопасности операторов ученые и инженеры В.С. Шкрабак, Д.И. Канашка, И.Я. Класмейя, В.П. Махин и другие, разработали большое число технических устройств, исключающих травмирование операторов, находящихся в зоне подъема – опускания платформ.
Технические средства безопасности, предотвращающие самопроизвольное опускания (падения) грузовых самосвальных платформ, разработанные: В.С. Шкрабаком А.Р. Арутюняном, А.И. Барановским, Ветцел Вилхелм, Ю.А. Вишняковым, А.Д. Глушенко, Д.И. Канашка, А.М. Нестеренко, А.С. Мелик – Саркисьянц, В.С. Смирновым Н.Н. Тульчинским, А.В. Шаманиным, Н.В. Фирсовым и другими.
Экспериментальным и теоретическим исследованиям надежности гидроприводов машин посвящены работы ученых: Башты М.Т., Грин-чара Н.Г., Ереско А.С., Ереско С.П., Ишуткина Д.М., Лепешкина А. В., Михайлова А.А., Мелик - Гайзакова В.И., Наземцева А.С., Осипова П.Е., Овчаренко М.С., Рыбальченко Д.Е., Раздолина М.В., Самусенко М.Ф., Фалалеева В.П., Шейнака А.А., Ушакова Л.С., Шкрабака В.С.
Цель исследования. Совершенствование гидропривода строительных машин, применяемых в объектах АПК, обеспечивающее повышение безопасности их операторов.
Для достижения цели поставлены следующие задачи исследования:
-
Исследовать состояние травматизма с тяжелым и летальным исходом в строительной отрасли АПК Брянской области, установить причины и выявить факторы несчастных случаев, обусловленных неисправностями гидропривода строительных машин.
-
Исследовать причины несанкционированного (аварийного) опускания (падения) самосвальной платформы с гидравлическим приводом опрокидывающего устройства.
3. Совершенствование и экспериментальное исследование гидро
привода строительных машин, применяемых в объектах АПК, обеспе
чивающее повышение безопасности их операторов.
4. Разработать математическую модель рабочего процесса исполни
тельного трехсекционного гидроцилиндра двустороннего действия с
механизмом фиксации и программной реализации имитационной ма
тематической модели на ПЭВМ.
5. Технико-экономическая оценка эффективности результатов ис
следований.
Объект исследования. Транспортные средства на базе тракторов МТЗ с самосвальными прицепами 2 – ПТС - 4, 2 – ПТС - 5, автомобили-самосвалы марок ЗИЛ, КамАЗ, ГАЗ - САЗ, автомобильные самосвальные прицепы. Блокировочные и предохранительные системы предотвращения несанкционированного (аварийного) опускания (падения) самосвальной платформы.
Предмет исследования. Закономерности изменения конструктивно-технологических параметров и нагрузочные режимы механизмов гидропривода.
Научную новизну исследования составляют:
– установленные причины несанкционированного (аварийного) опускания (падения) самосвальной платформы транспортных строительных машин с гидравлическим приводом опрокидывающего устройства;
– разработанная математическая модель динамики рабочего про-2
цесса исполнительного трехсекционного гидроцилиндра опрокидывающего устройства самосвальной платформы и численный метод ее реализации на ПЭВМ;
– обоснованные конструктивные параметры разработанного устройства для регулирования скорости потока жидкости в гидроприводе;
– разработанный алгоритм расчета и обоснованные по критериям безопасности и эффективности рациональные нагрузочные режимы исполнительного трехсекционного гидроцилиндра двустороннего действия с механизмом фиксации.
Достоверность результатов и выводов подтверждаются положительными результатами теоретических и экспериментальных исследований, а также производственной проверкой.
Практическую значимость работы составляют:
– разработанный механизм фиксации трехсекционного телескопического гидроцилиндра двустороннего действия – механический шариковый замок, позволяющий фиксировать самосвальную платформу при нарушении герметичности гидропривода опрокидывающего устройства (патент РФ на полезную модель № 130013 от 01.11.2012 г.);
– компьютерная программа «HYDRAULIC CYLINDER» реализации математической модели динамики рабочего процесса исполнительного гидроцилиндра опрокидывающего устройства;
– разработанное устройство для регулирования скорости потока жидкости в гидроприводе, обеспечивающего постоянную скорость опускания платформы при различной нагрузке и фиксацию платформы при отказе гидропривода (патент РФ на полезную модель № 170799 от 10.10.2016г.).
Методология и методы исследования.
Общей методологической основой проведенных исследований является системный подход, позволяющий выявить источники травмирования операторов и конструктивно-технологические недостатки строительных машин.
Исследования предохранительных и блокировочных систем осуществлялась на основе анализа существующих методик, патентных исследований и литературных источников.
Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных и частных методик с применением современных приборов и оборудования. Экспериментальные данные обработаны методами математической статистики с применением компьютерных программ.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в производство ОАО «Агрегатный завод» г. Людиново, Калужская область, ОАО «Брянский завод ирригационных машин «ОАО «Ирмаш», используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет», ФГБОУ ВО «Брянский государственный технический университет», ФГБОУ ВО «Брянский государственный инженерно – технологический университет».
На защиту по специальности 05.26.01 – охрана труда (АПК) (технические науки) выносятся следующие основные научные положения:
-
Математическая модель рабочего процесса исполнительного трехсекционного гидроцилиндра двустороннего действия с механизмом фиксации.
-
Конструктивные параметры и схема разработанного устройства для регулирования скорости потока жидкости в гидроприводе.
-
Алгоритм расчета и рациональные нагрузочные режимы исполнительного трехсекционного гидроцилиндра двустороннего действия с механизмом фиксации.
-
Результаты технико-экономической оценки эффективности результатов исследований.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях в ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» (2009 – 2013, 2014 гг.), Толь-яттинском государственном университете (2011 г.), Московском государственном университете путей сообщений (2012 г.), ГНУ Всероссийском научно-исследовательском технологическом институте ремонта и эксплуатации машинно – тракторного парка (2012 г.), ФГБОУ ВО Санкт – Петербургском государственном аграрном университете (2013, 2016 гг.). ФГБОУ ВО Брянском государственном техническом университете (2014, 2016 гг.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 23 научные работы, в их числе 7 работ в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ, 1 монография, 2 патента на полезную модель, 13 статей в материалах научных конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав основного текста, заключения, списка литературы, включающего 150 наименований. Работа изложена на 191 страницах основного текста, содержит 73 рисунка, 13 таблиц и приложения на 22 страницах.