В.С. Ловейкін¹ д.т.н., професор; К.І. Почка² к.т.н., доцент

¹Національний університет біоресурсів і природокористування України;

²Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна

Дослідження динамічних навантажень в елементах

роликових формувальних установок

В установках роликового формування залізобетонних виробів під час їхньої роботи виникають значні динамічні навантаження в елементах приводного механізму та в елементах формувальних візків [1…4]. Не дивлячись на досить широке дослідження технологічного процесу формування залізобетонних виробів безвібраційним роликовим методом [1, 5], до цих пір не було досліджено динаміку руху формувального візка та її вплив на процес формування. Мало приділялось уваги зусиллям, що виникають в елементах приводного механізму та формувального візка. В роботі [6] було визначено навантаження в елементах роликових формувальних установок, однак це було зроблено для установки з кривошипно-повзунним приводом на один формувальний візок.

Тому метою цієї роботи є визначення динамічних навантажень в елементах роликової формувальної установки з рекупераційним приводом.

Для установки роликового формування з рекупераційним приводом складено розрахункову схему (рис. 1), визначено геометричні параметри та

Рис. 1. Розрахункова схема роликової формувальної установки

з рекупераційним приводом

місця прикладання відповідних навантажень. На розрахунковій схемі 1, 2 формувальні візки, 3, 4 – кривошипи, 5, 6 – шатуни, 7 – укочувальні ролики, 8 – напрямні руху формувальних візків та 9 – напрямні ролики.

Для установки складено рівняння кінетостатичної рівноваги формувальних візків 1 та 2. Спроектувавши всі сили на осі і та взявши суму моментів усіх сил відносно центрів мас формувальних візків, отримано:

для формувального візка 1

для формувального візка 2

де , – зусилля в шатунах, яке необхідне для приведення в зворотно-поступальний рух формувальних візків; , – кутові координати, які визначають положення шатунів відносно горизонталі; , , , – зусилля взаємодії ролика з бетонною сумішшю; , , , – сила тертя напрямних роликів по напрямних руху формувальних візків; , , , – нормальні реакції напрямних руху формувальних візків на напрямні ролики; – коефіцієнт тертя напрямних роликів по напрямних руху формувальних візків; , – сили інерції формувальних візків; , , , – вертикальні сили взаємодії робочого органа з бетонною сумішшю; , – сили тяжіння формувальних візків; , , , , , – геометричні розміри формувального візка; – діаметр укочувального ролика; – діаметр напрямного ролика; – довжина шатуна.

Розв’язавши складені системи рівнянь відносно , , , , та , отримано залежності для визначення зусилля в шатунах та нормальних реакцій напрямних руху формувальних візків на напрямні ролики в залежності від кута повороту кривошипа

; ;	(1)
; ;	(2)
; .	(3)

Сили інерції формувальних візків визначена за наступним виразом [2]:

; , (4)

де , – маси формувальних візків, , – їх лінійне прискорення [2].

Для роликової формувальної установки з параметрами: радіус кривошипа – ; довжина шатуна – ; силою опору – , яка необхідна на переміщення формувального візка з трьома укочуючими роликами радіусом для формування виробів висотою – ; шириною – ; тип суміші, що ущільнюється – дрібнозерниста суміш; вологість бетонної суміші – ; потрібна щільність виробу – ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; [5].

Підставивши всі отримані дані в рівняння (1)…(3), побудовано графіки зміни зусиль в шатунах та (рис. 2) та нормальних реакцій , , та (рис. 3) напрямних руху формувальних візків на напрямні ролики в залежності від кута повороту кривошипа.

Рис. 2. Графіки зміни зусиль – 1 та – 2 від кута повороту кривошипа	Рис. 3. Графік зміни зусиль – 1, – 2, – 3 та – 4 від кута повороту кривошипа

Аналізуючи графіки на рис. 2 та 3 можна побачити, що шатуни під час першої частини циклу працюють на розтягування, а під час другої частини – на стиснення; напрямні ролики сприймають навантаження від напрямних руху формувальних візків, але під час першої частини циклу навантаження на перший напрямний ролик значно менше ніж на другий, а під час другої частини циклу – навпаки. Ця нерівномірність спричинена значною величиною зусилля взаємодії робочого органу з бетонною сумішшю.

Використавши функції зміни зусиль в шатунах, отримано залежності для визначення необхідного крутного моменту на приводному валу:

для першого візка

; (5)

для другого візка

. (6)

Значення крутного моменту на приводному валу дало змогу визначити функцію зміни потужності, необхідної для здійснення процесу формування:

для першого візка

; (7)

для другого візка

; (8)

та її сумарного значення

. (9)

Для даної установки з раніше наведеними параметрами побудовано графіки зміни потужності, необхідної для забезпечення процесу формування для першого візка – 1, другого візка – 2, її сумарного значення – 3 при різних значеннях кута (рис. 4).

Аналіз цих графіків показує, що найменше значення потужності спостерігається при значенні кута зміщення кривошипів .

Значення сумарної потужності визначено також для інших значень кута зміщення кривошипів в межах від до з кроком і зведено в таблицю 1, на основі якої побудовано графік зміни потужності, необхідної для здійснення процесу формування, в залежності від кута зміщення кривошипів (рис. 5), аналіз якого показує, що мінімальне значення потужності досягає свого мінімуму при зміщенні кривошипів на кут .

Таким чином, в результаті проведених досліджень визначено навантаження в елементах роликової формувальної установки і встановлено характер їх зміни протягом циклу руху, а також визначено вплив кута зміщення кривошипів на значення потужності, необхідної для забезпечення процесу формування.

Таблиця 1

Результати розрахунків потужності

, ^0	0	30	60	90	120	150	180
,	15806	15346	13391	11561	13971	15333	15777

Рис. 4. Графіки зміни потужності від кута повороту кривошипа	Рис. 5. Графік зміни потужності від кута зміщення кривошипів

Література:

1. Гарнець В.М. Прогресивні бетоноформуючі агрегати і комплекси. - К.: Будівельник, 1991. - 144 с.

2. Ловейкін В.С., Почка К.І. Динамічний аналіз роликової формовочної установки з рекупераційним приводом / Динаміка, міцність і надійність сільськогосподарських машин: Пр. І-ї Міжнародної науково-технічної конференції (DSR AM - I). - Тернопіль, 2004. – С. 507-514.

3. Ловейкін В.С., Почка К.І. Результати експериментальних досліджень режимів руху роликової формувальної установки з рекупераційним приводом / Вісник Харківського національного університету сільського господарства ім. П.Василенка. – Харків, 2007. – № 59, Том 1. – С. 465-474.

4. Ловейкін В.С., Почка К.І. Визначення оптимального значення кута зміщення кривошипів роликової формувальної установки з рекупераційним приводом / Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні. - НУ «Львівська полі-техніка», 2007. – № 41. – С. 127-134.

5. Рюшин В.Т. Исследование рабочего процесса и разработка методики расчета машин роликового формования бетонных смесей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. К. - 1986г.

6. Ловейкін В.С., Почка К.І. Визначення навантажень в елементах роликових формувальних установок / Збірник наукових праць. – Харків: УкрДАЗТ, 2008. – Вип. 88 – С. 15-20.