17 ноября 2018г.
Аннотация
В статье рассматривается решение задачи сокращения количества переездов, связанных со взвешиванием грузов, заключающееся в разработке устройства для определения массы груза, монтируемого непосредственно на самосвале. Работа предлагаемого устройства основана на принципе использования гидравлических датчиков в качестве чувствительных элементов. Принцип работы гидродатчиков устройства для взвешивания грузов аналогичен работе силового гидроподъемника.
Представлены зависимости, позволяющие определить основные параметры указанного устройства.
Предлагаемое устройство в сочетании с приспособлением для фиксации массы перевозимого груза может найти широкое практическое применение. Его использование позволит сократить маршрут перевозок и, следовательно, повысить эффективность и безопасность транспортно-технологических процессов.
Ключевые слова
Безопасность транспортно-технологических процессов, взвешивание грузов, самосвал, гидравлические датчики.
Транспортные работы являются одной из важнейших составляющих любого производственного процесса. Грузовыми автомобилями транспортируется большое количество различных материалов. При этом существует необходимость взвешивания грузов, перевозимых автомобилями. С этой целью водителям приходится совершать переезды на стационарные пункты взвешивания, которые зачастую располагаются на значительном расстоянии от места проведения работ. Это обстоятельство оказывает неблагоприятное влияние, приводя к снижению производительности труда, увеличению расхода топлива, повышению износа узлов и деталей машин и т.д. Кроме того, необходимость осуществления дополнительных перевозок отрицательно сказывается на общем уровне безопасности труда водителей, так как увеличение количества операций вызывает повышение утомляемости операторов мобильной техники [1]. Утомление может быть непосредственной причиной дорожно-транспортного происшествия или неблагоприятным условием, затрудняющим действия водителя в аварийных ситуациях [2].
На наш взгляд, оптимальное решение задачи сокращения количества переездов, связанных со взвешиванием грузов, заключается в разработке устройства для определения массы перевозимого груза, которое может быть установлено непосредственно на автомобиле.
Авторами предлагается устройство для взвешивания груза, перевозимого самосвалом [3]. Работа данного устройства основана на принципе использования гидравлических датчиков в качестве чувствительных элементов.
Устройство (рис. 1) состоит из гидравлических датчиков 1 правого лонжерона надрамника, гидравлических датчиков 13 левого лонжерона надрамника, системы маслопроводов высокого давления 2 гидравлических датчиков, маслопровода высокого давления 9 гидроподъемника, протарированного (в весовых единицах) масляного манометра 12, трехходового распределительного крана 10, гидроподъемника самосвала 8, масляного насоса 3 с краном управления 4, масляного бака 7, маслопровода низкого давления 5, сливного маслопровода 6 и клапана двустороннего действия 11.
1 – гидравлические датчики правого лонжерона надрамника, 2 - система маслопроводов высокого давления гидравлических датчиков; 3 - масляный насос; 4 - кран управления; 5 -маслопровод низкого давления; 6 - сливной маслопровод; 7 - масляный бак; 8- гидроподъемник самосвала; 9 - маслопровод высокого давления; 10 - трехходовой распределительный кран; 11 - клапан двустороннего действия; 12 - масляный манометр; 13 - гидравлические датчики левого лонжерона надрамника
Гидравлические датчики левого и правого лонжеронов подрамника подключаются к маслопроводу высокого давления гидроподъемника параллельно через трехходовой распределительный кран и клапан двухстороннего действия. Принцип работы гидродатчиков устройства для взвешивания грузов аналогичен работе силового гидроподъемника.
Перед взвешиванием груза кузов самосвала должен быть приподнят силовым гидроподъемником с целью свободного выхода штоков гидродатчиков на их максимальную высоту. Для этого распределительный кран ставится в положение I (рис. 2). Затем включается коробка отбора мощности, в результате чего масло из бака по маслопроводу низкого
давления поступает в насос. Отсюда по трубопроводам высокого давления оно нагнетается в силовой гидроподъемник и гидравлические датчики. При максимальном выходе штоков гидравлических датчиков трехходовой кран устанавливается в положение II. Коробка отбора мощности выключается, масляный насос перестает работать. В случае превышения давления в системе гидродатчиков масло циркулирует через предохранительный клапан высокого давления крана управления.
Минимальное давление в системе гидродатчиков, соответствующее «нулевой» отметке на шкале масляного манометра,
устанавливается автоматически с помощью клапана двустороннего действия (положение III).
После того, как стрелка масляного манометра установится в нулевое положение, распределительный кран переводится в положение IV. В этом случае объем масла, находящийся в системе гидродатчиков, остается
постоянным.
Под действием веса кузова масло из силового гидроподъемника через трехходовой распределительный кран, маслопровод высокого давления и сливной маслопровод вытесняется в масляный бак. В крайнем нижнем положении кузов опирается в четырех точках на торцах поднятых штоков гидравлических датчиков.
Давление, указываемое стрелкой масляного манометра, соответствует весу порожнего кузова. После загрузки кузова на шкале манометра аналогично фиксируется давление, соответствующее его весу. Для установки кузова в транспортное положение распределительный кран переводится в положение III. Под действием веса кузова масло вытесняется из гидравлических датчиков и поступает в масляный бак. Перед загрузкой автомобиля трехходовой кран устанавливается в положение IV, и подъем кузова осуществляется в обычном порядке.
Для равномерного распределения веса кузова при его установке на весовом устройстве в конструкцию места соединения кузова с надрамником вносится изменение (рис. 3).
Отверстие в кронштейне оси опрокидывания выполняется овальным. Вследствие указанного конструктивного изменения при движении автомобиля могут возникать вертикальные перемещения задней части кузова относительно надрамника. Для их устранения ось опрокидывания дополнительно крепится автоматическим замковым устройством.
Эффективная работа предлагаемого устройства будет зависеть от ряда конструктивных параметров. В частности, необходимо определить внутренний диаметр маслопроводов для подвода жидкости к датчикам левого и правого лонжеронов в соответствии с пропускаемым количеством рабочей жидкости, числом Рейнольдса и потерями давления во всех элементах и магистралях.
Рекомендуются следующие скорости (u) движения жидкости: во всасывающих трубопроводах – 1,0 ... 2,0 м/с; в нагнетательных – 3,0 ... 6,0 м/с; в сливных – 2,0 м/с [4]. В данной системе принимается, что трубопровод (маслопровод) нагнетательный, и скорость выбирается из соответствующего диапазона.
Внутренний диаметр маслопроводов (d) определяется из условия:
где Q – расход жидкости на данном участке маслопровода, м3/с.
Для рассматриваемой схемы расход во всех линиях будет одинаковым
и равен подаче насоса. Расчётная сила на штоках одного гидродатчика с учётом потери мощности на трение в цилиндре:
где Fп – полный вес кузова с грузом, H;
ηмех=0,95 − механический коэффициент, учитывающий потери мощности на трение между поршнем и цилиндром.
Указанная сила также определяется из следующего выражения:
𝐹= 𝑝·A, (3)
где p – гидравлическое давление в цилиндре, создаваемое насосом, Па;
А – площадь поршня, м2.
Используя
формулы
(2) и (3),
получим
зависимость
для определения диаметра
цилиндра одного гидродатчика:
Окончательное значение диаметра принимается из стандартного ряда по ГОСТ 6540-68.
Так как устройство для взвешивания грузов монтируется к штатной системе гидроподъемника автомобиля, то необходимо выполнить расчет, позволяющий проверить, обеспечит ли имеющийся насос нужные параметры гидросистемы. Для этого следует определить напор, производимый насосом.
Напором называется полная удельная (отнесенная к единице веса) энергия, создаваемая насосом [5].
Напоры для каждой точки расчетной схемы (рис.4) определяются следующим образом:
– сумма коэффициентов гидравлического сопротивления стыковых соединений, соединительных частей, принимаемых по паспорту заводов-изготовителей либо по данным, аналогичным проектируемым системам, приближенные значения ξ можно принимать по приложению СП 40-108-2004 (для каждого
из узлов распределения расхода – 4 и 7 на расчетной схеме 
= 3 );
Безразмерный коэффициент λ называют коэффициентом Дарси (гидравлического трения). Его можно рассматривать как коэффициент пропорциональности между потерей напора на трение и произведением относительной длины трубопровода на скоростной напор [5].
Коэффициент гидравлического трения рассчитывают по формулам таблицы 1 в зависимости от значения числа Рейнольдса.
Число Рейнольса вычисляется по формуле:
где 𝜗− коэффициент кинематической вязкости жидкости, м2/с.
Таким образом, полученные зависимости позволяют определить необходимый напор, сравнить его с напором стандартного насоса, установленного в системе, и сделать выводы о необходимости переоборудования.
Предлагаемое устройство в сочетании с приспособлением для фиксации массы перевозимого груза (счетчиком) может найти широкое практическое применение. Его использование позволит сократить маршрут перевозок и, следовательно, повысить эффективность и безопасность транспортно- технологических процессов.
Список литературы
1. Горшков, Ю.Г. Исследование влияния условий труда на утомляемость операторов мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения [Текст] / Ю.Г. Горшков,
М.С. Дмитриев, Д. В. Потемкина и др. // «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии»: Сб. материалов III Всероссийской
науч.- практ. конф. – Челябинск : ЮУрГУ, 2006. – С. 255–259.
2.
Горшков,
Ю.Г. Определение уровня безопасности операторов мобильных средств сельскохозяйственного назначения [Текст] / Ю.Г. Горшков, А.В. Богданов, М.С. Дмитриев и др. // Безопасность жизнедеятельности. – М., 2006 - №5. – С. 2–6.
3. Горшков,
Ю.Г. Устройство для взвешивания грузов, перевозимых самосвалами
[Текст] / Ю.Г. Горшков, М.С. Дмитриев, Д.В. Потемкина // Материалы XLVI международной науч. – тех. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству». – Челябинск, 2007. – Ч. 3. – С. 136 -139.
4.
Кукис, В.С. Гидравлические и пневматические системы автомобильной техники [Текст] / В.С. Кукис, М.Л. Хасанова, В.В. Руднев. – Челябинск: Изд-во Челяб. Гос. Пед. Ун-та, 2011. – 191 с.
5. Лапшев, Н.Н. Гидравлика. Учебник для ВУЗов / Н.Н. Лапшев. – М.: Академия, 2007. - 269 с.
