СНИЖЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ ЭКСКАВАТОРА ЭКГ-10

Несмотря на высокий уровень развития технологий в области машиностроения, избежать аварий, которые могут приводить к весьма серьезным последствиям, удается не всегда. Отказ в работе или разрушение сварных соединений, являющихся самым слабым звеном металлоконструкций, практически неизбежно завершают функционирование любого изделия и могут привести к долгим простоям техники и колоссальным потерям прибыли.

Решение данной проблемы или минимизация негативных последствий представляется возможным только при комплексном подходе к решению. Он включает в себя анализ и оценку факторов, проявляющихся в рабочем цикле и оказывающих влияние на ресурс и надежность узлов и металлоконструкций экскаватора, а также обоснование выбора системы технического обслуживания и ремонта. [1]

Поэтому существует необходимость в снижении нагрузок, оказывающих разрушающее воздействие на металлоконструкции. Один из путей решения данной задачи – поглощение части динамических нагрузок с помощью демпфирующего устройства - амортизатора. Важным условием в достижении конечного результата является также укрепление сварных соединений металлоконструкций.

Основной задачей, решаемой в данной работе, является рассмотрение варианта снижения динамических нагрузок на металлоконструкции экскаватора ЭКГ–10 за счет интегрирования демпфирующего устройства в систему подвески стрелы.

В настоящее время широкое распространение получили гидравлические амортизаторы. В таких амортизаторах сила сопротивления напрямую зависит от скорости перемещения рабочего органа.

В основе работы гидравлического амортизатора лежит возвратно-поступательное движение поршня амортизатора, который через небольшое отверстие в нем перепускает рабочее тело из одной камеры в другую, преобразуя механическую энергию в тепловую. Рабочим телом в них является масло, которое еще ко всему имеет хорошую смазывающую способность для уменьшения трения. [2, 3]

Жесткость гидравлического амортизатора зависит от начальной настройки (поджатия пружины) перепускного клапана (для большинства амортизаторов начальная настройка задается производителем однократно, без возможности её изменения; в некоторых гидравлических амортизаторах жесткость может регулировать сам пользователь) и начальной вязкости рабочей жидкости.

Двухтрубные гидравлические амортизаторы.

Двухтрубный гидравлический амортизатор состоит из двух соосных труб, внешняя труба является корпусом, а внутренняя заполнена маслом, и в ней перемещается поршень. Пространство между трубами заполнено жидкостью, которая необходима в качестве охлаждения и компенсации утечек, а также воздухом, который служит для компенсации изменения объёма при температурном расширении жидкости.

Рисунок 1. Два крайних положения поршня двухтрубного амортизатора

Принцип работы.

При сжатии амортизатора шток (А) опускается, в результате чего рабочая жидкость, находящаяся между донным клапанном (F) и поршнем на штоке (D) во внутреннем корпусе (E), по внешнему корпусу (B, C) выше поршня. Одновременно масло, которое проходит через донный клапан вверх по внешнему корпусу, заполненным воздухом. Сопротивление, которое возникает при столкновении рабочей жидкости с воздухом, производит демпфированное сжатие.

При отбое амортизатора шток поднимается, в результате чего рабочая жидкость, которая находятся выше поршня на штоке, течет через поршень. Сопротивление, которое при этом возникает, производит демпфирование отбоя. Одновременно небольшое кол-во рабочей жидкости перетекает из внешнего корпуса, через клапан во внутренний корпус (рабочий цилиндр), для компенсации освободившегося пространства штока.

Достоинства:

• Надежность конструкции, универсальность применения
• Относительно низкие требования к качеству изготовления, так же простота изготовление;
• Простота ремонта

Недостатки:

• При высоких нагрузках в рабочей жидкости амортизатора образуется пенообразование, что препятствует полноценному охлаждению;
• Допускается использование строго в вертикальном положении.

Однотрубные гидравлические амортизаторы.

Однотрубные гидравлические амортизаторы представляют собой трубу, заполненную рабочей жидкостью, в которой перемещается поршень и клапаны. Для компенсации изменения объёма рабочей жидкости небольшая нижняя камера цилиндра заполнена газом, отделённым от рабочей жидкости плавающим поршнем. Давление газа в камере значительно выше атмосферного, для того чтобы улучшить характеристики рабочей жидкости при работе такого амортизатора.

Рисунок 2. Устройство и принцип работы однотрубного амортизатора

При сжатии амортизатора, шток (A) опускается и давит поршнем (B) на масло поршневой полости (D) в результате чего поршень-поплавок (E) опускается и сжимает газ (Азот) в полости (F).

Такие амортизаторы могут использоваться в наклонных положениях. Их можно устанавливать штоком вниз, что улучшает характеристики подвески за счет снижения неподрессоренных масс. Стенка рабочего цилиндра имеет непосредственный контакт с воздухом, что увеличивает теплообмен с окружающей средой, тем самым улучшает охлаждение жидкости.

Достоинства:

• Увеличенный объём масла при неизменных размерах;
• Сниженный нагрев и вспенивание масла;

Недостатки:

• Меньший ход поршня по сравнению с двухтрубной конструкцией;
• При повреждении корпуса приходит в негодность;
• Сложность изготовления;
• Дороговизна.

Вывод: в ходе анализа двух видов гидравлических амортизаторов была изучена их конструкция, а также выявлены их достоинства и недостатки. Двухтрубные амортизаторы чаще встречаются в горной технике (подвеска автосамосвалов БелАЗ, CAT) ввиду своей простоты и универсальности. Преимуществом однотрубных амортизаторов является возможность их использования в наклонном положении. Поскольку именно такое положение займет амортизатор при установке его между двуногой стойкой и подвеской стрелы, для решения поставленной задачи предлагается использовать однотрубные амортизаторы.

Список литературы:

1. Кувшинкин С.Ю. Влияние конструктивных параметров рабочего оборудования карьерного экскаватора на динамику нагрузки // Записки Горного института. – СПб.: РИЦ Горного университета, 2014 – С. 66-70.
2. URL: http://h-mash.ru/gidravlicheskie-amortizatoryi/
3. URL: http://mycars-org.ru/manuals/ural-moto/amortizatory.php