ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

КРИВОШЕЕВ НИКОЛАЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

МЕТОД ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

МОТОРНО-ТРАНСМИССИОННОЙ УСТАНОВКИ

ТРУБОУКЛАДЧИКА

05.05.04 – «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель к.т.н., профессор Шевчук В.П.

Новочеркасск –

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Обзор конструкций и характеристик моторно-трансмиссионных установок отечественных и зарубежных моделей трубоукладчиков 1.2. Обзор методик и критериев оценки эффективности машинно-тракторного агрегата промышленного назначения 1.3. Факторы, влияющие на эффективность работы машинно-тракторного агрегата 1.4. Особенности работы трубоукладчика и его моторно-трансмиссионной установки 1.5. Постановка цели и задач исследования 1.6. Выводы по главе

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

МЕТОД ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

МОТОРНО-ТРАНСМИССИОННОЙ УСТАНОВКИ

ТРУБОУКЛАДЧИКА 2.1. Взаимное влияние механической характеристики дизельного двигателя и трансмиссии 2.1.1. Механическая характеристика дизельного двигателя с локальным максимумом мощности и постоянной мощностью 2.1.2. Механическая характеристика системы дизельный двигатель – механическая трансмиссия 2.1.3. Механическая характеристика системы дизельный двигатель – гидромеханическая трансмисия 2.2. Формирование математической модели продолжительности рабочего цикла трубоукладчика 2.3. Алгоритм и методика двухуровневого расчета технико-экономических показателей 2.4. Выводы по главе

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ

РАБОЧЕГО ЦИКЛА И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

ТРУБОУКЛАДЧИКА 3.1. Цели и задачи экспериментальных исследований 3.2. Объект исследований, аппаратура и средства измерений 3.3. Методика проведения экспериментальных исследований по определению технической производительности 3.4. Методика обработки результатов экспериментальных исследований 3.4.1. Статистический анализ экспериментальных и расчетных данных при поточно-расчлененном способе монтажа трубопровода на этапе сварки 3.4.2. Статистический анализ экспериментальных и расчетных данных при совмещенном способе монтажа трубопровода на этапе очистки и изоляции 3.4.3. Статистический анализ экспериментальных и расчетных данных при раздельном способе

ГЛАВА 4. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ

4.1. Первый уровень методики расчета 4.1.1. Расчет тяговой характеристики трубоукладчика 4.1.2. Расчет технико-экономических 4.2. Второй уровень методики расчета технико-экономических показателей трубоукладчика 4.2.1. Расчет технико-экономических показателей 4.2.2. Расчет технико-экономических показателей 4.2.3. Расчет технико-экономических показателей 4.2.4. Итоговые технико-экономические показатели Приложение А. Технические параметры машин

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Развитие нашей страны во много определяется эффективностью функционирования топливно-энергетического комплекса. Трубопроводный транспорт является его основой и связующим звеном. Россия имеет самую протяженную и разветвленную трубопроводную инфраструктуры в мире. Для подержания ее в работоспособном состоянии тратятся огромные средства, немалая часть которых приходится на эксплуатацию спецтехники при строительстве новых и капитальном ремонте старых трубопроводов.

Трубоукладчик является основным элементом в системе изоляционноукладочной колонны. Этот вид техники относится к подъемно-транспортным машинам (ПТМ), базой для трубоукладчика служит обычно гусеничный трактор, изготовленный под бульдозерное или сельскохозяйственное оборудование.

Моторно-трансмиссионная установка (МТУ) таких энергонасыщенных тракторов имеет мощный дизельный двигатель и дополнительные узлы трансмиссии (гидротрансформатор, реверс-редуктор и т.д.).

Технологический процесс сварки, укладки, очистки и изоляции трубопровода накладывает на скорость трубоукладчика ограничения. В большинстве случаев диапазон скоростей движения трубоукладчика в колонне при сопровождении технологических машин не превышает 0,5 м/с. Чтобы расширить диапазон в сторону малых скоростей, в конструкцию МТУ вводят ходоуменьшитель.

Эксплуатация трубоукладчика характеризуется целым рядом специфических особенностей: цикличность технологических процессов при разных способах монтажа трубопровода, неравномерность загрузки машинно-тракторного агрегата (МТА), повышенные динамические нагрузки и вибрации, изменяющиеся в широком диапазоне тяговые усилия и скорости движения, работа грузовых и стреловых лебедок. Трубоукладчик является сложной динамической системой, зависящей от большого числа параметров. Важными остаются вопросы влияния параметров моторно-трансмиссионной установки, технологии строительства трубопровода, свойств поверхности движения на технико-экономические показатели трубоукладчика.

касающаяся методов подбора парка спецтехники для монтажа трубопроводов, устарела в силу стремительного развития ассортиментного ряда данного вида оборудования. Сложившаяся ситуация привела к необходимости поиска критериев подбора техники, описывающих зависимость эффективности строительства трубопровода от технико-экономических показателей проектируемого или серийно выпускаемого трубоукладчика.

Степень разработанности темы исследования. Развитием теории колесных и гусеничных машин (КГМ), а также дорожных, строительных и подъемнотранспортных машин (ДСПТМ) занимались коллективы научных школ, Волгоградского государственного технического университета; Московского автомобильно-дорожного института; Московского государственного технического университета (МАМИ); Московского государственного строительного университета; Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии;

Южно-Российского государственного политехнического университета Южно-Уральского государственного университета и др.; институты: НАТИ, ОАО «Промтрактор», ООО «Челябинский тракторный завод – УРАЛТРАК», ООО «Берёзовский ремонтно-механический завод» (БРМЗ) и др.

Вопросам энергетической оценки МТА с МТУ различных типов при выполнении технологических процессов в разнообразных почвенноклиматических условиях и обоснованию рациональных режимов их эксплуатации посвящены работы Л.Е. Агеева [38, 39], Б.Л. Арав [47], В.И. Баловнева [52, 53], В.Н. Болтинского [65, 66], Ю.В. Гинзбурга [82, 83], С.И. Дорменева [112 – 117], Ю.К. Киртбая [156], Н.Г. Е.М. Кудрявцева [188 – 190], Кузнецова [191 – 194], Б.М. Позина [237 - 240], В.М Рогожкина [246], В.П. Шевчука [170 – 185, 280 – 283] и др. Вопросы рационального использования топливно-энергетических ресурсов изложены в работах И.П. Ксеневича [186, 187], Г.М. Кутькова [199, 200] и др. Методологии поиска конструктивных и режимных параметров строительных и дорожных машин посвящены работы В.П. Максимова [289 – 295] и др.

Вклад в развитие проектирования и конструирования трубоукладчиков, механизации, автоматизации изоляционно-укладочных колонн (ИУК) внесли работы Е.А. Аникина [44, 258], В.К. Андриенко [80], И.М. Ващука [73], Р.Д. Габелая [78], А.И. Гальперина [79 – 81], Ю.А. Дудоладова [119 – 121], В.Т. Загороднюка [131, 284], К.И. Калошина [236], Н.Я. Кершенбаума [156 – 158], А.Л. Липовича [158], Н.П. Петрова [235], Ю.Б. Петракова [156, 234], В.Ф. Рааца [243], В.А. Славова [80], Ю.Б. Тихонова [263, 286], В.Д. Тарана [258], В.И. Уткина [73], Б.И. Харкуна [73], М.Э. Шошиашвили [284, 285], В.С. Щербакова [286] и др.

изменчивость условий эксплуатации оказывает влияние на значения параметров и показателей, характеризующих работу, и состояние каждой из систем трубоукладчика. МТУ является неотъемлемой частью трубоукладчика. От степени приспособленности (адаптации) ее параметров к изменяющимся воздействиям зависят технико-экономические показатели трубоукладчика.

В ранее выдвинутых концепциях и методах совершенствования двигателя и трансмиссии они рассматриваются как самостоятельные объекты оптимизации, не уделяется должного внимания стабилизации собственных характеристик при совместной работе в составе как МТУ, так и всей машины в целом. Практика многочисленных конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, что приводит к рассогласованию характеристик двигателя и трансмиссии, дополнительному росту потерь в процессах энергообмена между ними. В результате ухудшения характеристики МТУ технико-экономические показатели снижаются до недопустимого уровня.

трубоукладчика достигается путем подбора энергетических параметров моторнотрансмиссионной установки за счет перенастройки дизельного двигателя с локального максимума мощности на постоянную мощность с учетом влияния конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов.

Целью диссертационного исследования является разработка метода выбора рациональных параметров моторно-трансмиссионной установки трубоукладчика при строительстве трубопроводов различных диаметров.

Задачи исследования:

разработать математическую модель, увязывающую параметры моторнотрансмиссионной установки с технико-экономическими показателями трубоукладчика;

разработать алгоритм и методику расчета технико-экономических показателей трубоукладчика с учетом влияния конструктивных (тип трансмиссии и характеристика двигателя), технологических (способы монтажа трубопровода) и эксплуатационных (уклон поверхности движения и коэффициент сопротивления движению) факторов;

установить зависимости изменения технико-экономических показателей трубоукладчика от параметров его моторно-трансмиссионной установки;

разработать алгоритм выбора трубоукладчика применительно к заданным условиям эксплуатации из альтернативных вариантов.

Научные положения, выносимые на защиту:

трубоукладчика, увязывающая параметры его моторно-трансмиссионной установки с технико-экономическими показателями.

2. Двухуровневый расчет технико-экономических показателей заключается в установлении неполноты использования возможностей моторно-трансмиссионной установки (конструктивный фактор) и характера нагрузочного режима (технологический фактор).

3. Метод выбора рациональных параметров моторно-трансмиссионной установки трубоукладчика, обеспечивающий возможность совершенствования характеристик двигателя и трансмиссии как составных частей единого объекта моторно-трансмиссионная установки.

Новизна научных положений заключается в следующем:

трубоукладчика, отличающаяся от известных тем, что одновременно учитывает влияние факторов конструктивных (тип трансмиссии и характеристика двигателя), технологических (способы монтажа трубопровода) и эксплуатационных (уклон поверхности движения и коэффициент сопротивления движению) на технико-экономические показатели трубоукладчика.

2. Двухуровневый расчет технико-экономических показателей впервые учитывает влияние зон недоиспользования возможностей моторнотрансмиссионной установки и особенностей нагрузочного режима на работу трубоукладчика при монтаже трубопроводов различных диаметров.

3. Метод выбора рациональных параметров моторно-трансмиссионной установки трубоукладчика, основанный на математической модели продолжительности его рабочего цикла, алгоритме и методике двухуровневого расчета, отличающийся тем, что в системе технико-экономических показателей применяются критерии неполноты использования возможностей моторнотрансмиссионной установки трубоукладчика.

Методы исследования. Диссертационное исследование носит комплексный характер, содержит теоретические и экспериментальные разделы. Теоретические исследования проводились методами математического моделирования; теории автомобилей и тракторов; информационных технологий; математического анализа. Полученные результаты расчетных исследований, проведенных на ЭВМ, проверялись экспериментальными исследованиями по «схеме наблюдения».

Сравнение расчетных и экспериментальных данных проводилось с использованием методов статистического анализа.

подтверждается анализом научно-исследовательских работ по теме диссертации, соблюдением принципов механики, экспериментальными и аналитическими исследованиями, математическим моделированием. Адекватность полученной математической модели продолжительности рабочего цикла трубоукладчика