Один из подходов в реализации требований обзорности в конструкциях экскаваторов

В.С. Великанов, канд. техн. наук,

А.В. Козырь, канд. техн. наук,

И.Г. Усов, канд. техн. наук,

И.А. Гришин, канд. техн. наук,

К.В. Бурмистров, канд. техн. наук, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Совершенствование методов по определению обзорности, освещенности рабочих пространств и компоновки рабочего места оператора, как составляющих управляемости экскаватора, определяется необходимостью в поддержании конкурентоспособности отечественных образцов экскаваторной техники. Решение задачи по управлению эргономическими показателями качества карьерных экскаваторов, построенное на оптимизации показателей управляемости и обитаемости, постепенно приобретает актуальность [1–3].

Обзорность – один из основных эргономических показателей управляемости карьерного экскаватора, влияющих на информационную поддержку и подготовку оператора к принятию решений. В общем случае под обзорностью понимают конструктивное свойство, характеризующее объективную возможность и условия восприятия оператором визуальной информации, необходимой для безопасного и эффективного управления машиной. Относительно карьерного экскаватора будем считать, что качество обзорности и видимости заданных объектов наблюдения с рабочего места оператора карьерного экскаватора зависит от положения кабины относительно стрелы и кузова, площади остекления, размеров стекол, ширины и числа перемычек (рис. 1) [4] .047 1

Рис. 1 Обзор из кабины оператора экскаватора (3D модель)

За меру обзора каждого из заданных объектов наблюдения установлен коэффициент обзора, изменяющийся от 0 до 1. Обзор объектов наблюдения выражается поверхностью, линией или углом. Коэффициент обзора поверхности или линии определяется как отношение площади (или линии) видимой части объекта к общей его площади (или линии) необходимого обзора.

Диапазоны коэффициентов обзора

Для точечных объектов коэффициент обзора равен единице, если объекты находятся в поле зрения, и нулю, если – вне поля зрения (таблица). Необходимо отметить, что техническое решение подъема и опускания кабины экскаватора уже используется компаниями Caterpillar (в моделях MH3049, MH3059 и 330D MH), концерном Volvo (в модели EC480D с функцией Step Safe Cab), а также в перегружателях, произведенных на основе колесных гидравлических экскаваторов строительного типа. Представленные модели – это строительные экскаваторы малого класса, у которых масса кабины находится в пределах до 500 кг (рис. 2).Рис. 2 Колесные и гусеничные гидравлические экскаваторы с функцией подъема и опускания кабиныРис. 2 Колесные и гусеничные гидравлические экскаваторы с функцией подъема и опускания кабины

Рис. 2 Колесные и гусеничные гидравлические экскаваторы с функцией подъема и опускания кабины

Проведенный анализ существующих конструкций кабин карьерных экскаваторов, а также патентный поиск новых предложений по совершенствованию обзорных качеств кабин позволили разработать механизм для повышения их обзорности. Предлагаемая конструкция механизма позволяет повысить эффективность использования карьерных экскаваторов за счет изменения положения кабины как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной. За основу принято использование подъемника сопряженно-рычажного типа (рис. 3). 

Рис. 3 Схема механизма сопряженно-рычажного типа и общий вид модульной кабины

Рис. 3 Схема механизма сопряженно-рычажного типа и общий вид модульной кабины

Рис. 3 Схема механизма сопряженно-рычажного типа и общий вид модульной кабины

Рис. 3 Схема механизма сопряженно-рычажного типа и общий вид модульной кабины

Рис. 3 Схема механизма сопряженно-рычажного типа и общий вид модульной кабины

В специализированной программе Autodesk Inventor спроектирована и рассчитана методом конечных элементов пространственная модель механизма в основных расчетных положениях: начальный момент подъема, при подъеме на максимальную высоту , при максимальном вылете . Смоделированы следующие нагрузки, действующие на конструкцию механизма: от собственной массы конструкции; сосредоточенная сила от веса кабины, а также имеется возможность варьировать массу кабины и скорость ее подъема (см. рис. 3).

Рис.4 а) гидравлическая схема привода, б) электрическая схема управления приводом

Рис.4 а) гидравлическая схема привода, б) электрическая схема управления приводом

Механизм состоит из опорного основания, на котором закреплены два параллельно расположенных ножничных механизма, состоящие из перекрещивающихся рычагов, подъемной платформы, на которой установлена модульная кабина и несколько гидроцилиндров. Управление перемещением кабины осуществляется с помощью смонтированного в ней выносного пульта.

На рис. 4 показаны гидравлическая схема механизма передвижения кабины, которая разработана в специализированной программе FluidSIM Hydravulics из пакета Festo Ditactic, и электросхема управления приводом механизма передвижения кабины. Управление потоком рабочей жидкости выполняется золотниковым распределителем с электромагнитным управлением. Для механизма выбраны гидроцилиндры двустороннего действия индивидуальной конструкции. Рабочая жидкость для питания гидроцилиндров подается по трубопроводам от насоса базовой машины, в данной схеме принят насос типа НШ 8-3 (4). При работе с имитационной моделью механизма устанавливаются следующие настройки элементов гидравлической схемы:

– геометрические параметры гидроцилиндра (диаметры поршня и штока, длина хода штока, начальное положение поршня, ориентация гидроцилиндра в пространстве);

– движущаяся масса на гидроцилиндре;

– приведенная сила к штоку гидроцилиндра, учитывающая силу инерции и силу тяжести звеньев рычажной системы данной степени подвижности;

– заданные давление и расход в гидросистеме, подаваемые насосной установкой.

Использование представленного конструктивного решения позволит повысить фактическую производительность экскаваторов на 10–15 %.

№6 (130) 2016

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1. Великанов В.С. Разработка алгоритмов нечеткого моделирования для интеллектуальной поддержки принятия решений по определению уровня эргономичности карьерных экскаваторов // Горная промышленность. 2011. 5. С. 64-70.
2. Великанов В.С. Использование нечеткой логики и теории нечетких множеств для управления эргономическими показателями качества карьерных экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2010. 9. С. 57-62.
3. Олизаренко В.В., Великанов В.С. К вопросу ранжирования профессиональных навыков машиниста карьерных экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2010. 3. С. 315-319.
4. Козич В.Г., Бондаренко В.В., Демченко Г.В., Баженов Р.И., Создание проекта «Jack’s Dream» в Unity3D // Постулат. 2016. 3. С . 9.
5. Великанов В.С., Великанова С.С. Исследование связи между коэффициентом управления и квалификацией машиниста экскаватора // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: материалы Международной науч-техн. конф. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2009. С. 24 - 28.
Ключевые слова: карьерный экскаватор, кабина, обзорность, коэффициент эффективности, производительность

Журнал "Горная Промышленность"№6 (130) 2016, стр.47