Исследование работы колесно-шагающего движителя и двигателя
для передвижения по лестничным маршам
05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины
Москва 2008
ВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В транспортных устройствах для передвижения по особо сложным препятствием таким, как каменные завалы, ограждения, лестницы гражданских и промышленных зданий нужны рабочие, выполняющие отделочные работы на объектах, при строительстве дорог, а также в аварийных и чрезвычайных ситуациях при выполнении нетрадиционных видов работ.
В движителях особо высокой проходимости также нуждается автомобилестроение, разрабатывающее различного рода транспортные средства для горного туризма, оборонного назначения, а также транспорта для отдыха граждан на природе. Особо важное значение имеет разработка конструкции подобного движителя коляски, в которой остро нуждаются инвалиды для передвижения по лестничным маршам.
В настоящее время указанные трудности не разрешены. В научной литературе и в патентном фонде еще недостаточно материалов для построения конструкции движителя, способного преодолевать такие сложные препятствия, как подъем и опускание по лестничным маршам.
Поэтому тема диссертационной работы является актуальной.
Цель работы: Разработка конструктивной схемы и определение основных параметров движителя коляски, способного передвигаться по лестничным маршам.
Задачи исследования. Для осуществления поставленной цели решены следующие задачи:
- Разработаны требования, предъявляемые к конструкциям движителя, способного передвигаться по лестницам стандартных размеров и маневрировать на лестничных площадках.
- Произведено сопоставление кинематических возможностей известных конструкций движителей с разработанными требованиями, и на этой основе выявлены их конструктивные недостатки.
- Разработаны конструкции трех движителей, снабженные шагающими колесами, и определены их основные параметры на основе кинематических и силовых расчетов.
- Разработаны технические предложения на изготовление опытных образцов шагающей коляски, передвигающейся по лестничным маршам.
На защиту выносятся:
- Разработанные требования, предъявляемые к конструкциям движителя, способного передвигаться по лестницам стандартных размеров и маневрировать на лестничных площадках.
- Сопоставление кинематических возможностей известных конструкций движителей с разработанными требованиями, и на этой основе выявлены их конструктивные недостатки.
- Разработанные конструкции трех движителей, снабженные шагающими колесами, и определены их основные параметры на основе кинематических и силовых расчетов.
- Разработанные технические предложения на изготовление опытных образцов шагающей коляски, передвигающейся по лестничным маршам.
Научная новизна заключается в теоретическом обосновании взаимодействия лестницы с шагающим колесом и в разработке конструкции нового шагающего движителя для подъема и опускания груза (инвалида) по лестничным маршам.
Достоверность научных результатов исследования проверена аналитическими расчетами и экспериментальными исследованиями опытно – экспериментальных образцов инвалидной коляски с шагающими колесами.
Практическая значимость результатов работы заключается в решении одной из сложных производственно – социологических проблем – создание конструкций коляски, способной передвигаться по лестничным маршам зданий с маневрированием на лестничных площадках как ручным, так и электрическим приводом.
Реализация работы.
По результатом исследования изготовлен уменьшенный действующим макет и экспериментальной образец коляски. Теоретические основы движителя коляски внедрены в учебный процесс КУПС.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на: заседаниях кафедр «ДП и ТМ» и «СТС» (г. Алматы, КУПС), II-ой Международной научно-практической конференции «Транспорт Евразии: взгляд в XXI век» (г. Алматы, 2002 г.); IV-ой Международной научно-практической конференции «Транспорт Евразии: взгляд в XXI век» (г. Алматы, 2004 г.); Республиканской научно-технической конференции с участием зарубежных ученых «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (г. Ташкент, Узбекистан, 2007 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 95 страницах, состоит из ведения, 4 разделов, заключения, списка использованных источников, содержащего 76 наименований. Диссертация иллюстрирована 46 рисунками и дополнена 2 приложениями.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
В первом разделе проводится обзор отечественной и зарубежной литературы, посвященный исследованиям повышения проходимости колесных машин. Отмечены фундаментальные работы Я.С. Агейкина, М.Г. Беккера, В.Ф. Бабкова, А.К. Бидуля, В.М. Сиденко, Г.А. Смирнова, И.А. Бескина, В.И. Кнороз, В.А. Скотникова, А.М. Муратова, Р.И. Сазанбаевой, М.С. Сарыпбекова, А.К. Кайнарбекова и др., а также анализируется работы изобретателей из патентного фонда Республики Казахстан и зарубежных стран по созданию конструкции движителей для передвижения по лестницам жилых и промышленных зданий.
Во втором разделе разработаны требования, предъявляемые к конструктивным особенностям движителей, способных передвигаться по лестничным маршам с маневрированием на лестничных площадках. Проанализировано соответствие конструкций известных движителей к разработанным требованиям, и на этой основе выявлены их конструктивные недостатки. Разработаны новые конструктивные решения движителя, который приспособлен к передвижению по сложным препятствиям.
В третьем разделе изложены кинематические и силовые расчеты движителей, оснащенных шагающими колесами. Выбрана наилучшая конструкция шагающего движителя и рассмотрено взаимодействие одиночного колеса со стандартными размерами лестницы, и на этой основе определены его основные параметры. Произведен синтез схемы рабочего органа шагающего движителя первой модификации. А также рассмотрена динамическая модель движителя коляски, обоснованы некоторые её рабочие параметры.
В четвертом разделе разработаны технические предложения для проектирования инвалидной коляски, передвигающейся по лестничным маршам жилых зданий. Построена круговая диаграмма изменения основных параметров коляски, из которой можно легко определять взаимосвязь параметров коляски, изменяя некоторые параметры в ходе проектирования схемы коляски.
Требования, предъявляемые к конструкциям движителя, способного передвигаться но лестничным маршам и межэтажным лестничным площадкам
Выдвигаемые требования к конструкциям движителей, способных передвигаться по лестничным маршам и межэтажным площадкам, разработаны на основе расчетов взаимодействия лестницы с опорными органами движителей, и учтены все необходимые движения для того, чтобы движитель мог подниматься и опускаться по лестнице, а также свободно мог маневрировать на лестничных площадках.
Эти требования следующие:
1. Ограничение габарита.Согласно стандартному размеру лестничной клетки гражданских зданий, в большинстве случаев отведено одинаковое пространство для установки лестницы. Поэтому габарит движителя для свободного перемещения при подъеме и опускании по лестнице установлен: длина – 1м и ширина – 0,75 метров, а высота не ограничивается. Отклонение допускается на 4 класса размеров, длина 1,05 м; 1,1 м; 1,15 м; 1,20 м; а ширина – 0,75 м, 0,76 м, 0,77 м, 0,78 мм. Все отклонения в сторону увеличения от номинала – 1 м, 0,75 м, снижают оценку качества конструкции.
2. Сложность конструкции. Сложность конструкции обуславливается многозвенностью и наличием в ней сложно изготавливаемых и прецизионных деталей гидравлических и пневматических устройств. Как правило, сложная конструкция работает не надежно и стоит дорого, а также имеет лишний вес. Поэтому сложность конструкции отрицательно сказывается на качестве.
Установлены 4 степени сложности конструкции:
- к 1 степени сложности относятся простые конструкций, не требующие точной обработки деталей, состоящие из небольшого количества деталей;
- ко 2 степени сложности относятся конструкции движителей, состоящие из многозвенных механизмов, хотя в составе не содержат прецизионные, сложно изготавливаемые узлы и детали;
- к 3 степени сложности относятся конструкции, состоящие из узлов и деталей, изготовление которых требует много станков и оснастки, а также имеющие большой вес;
- к 4 степени сложности относятся конструкции движителей, укомплектованные из различных сложных узлов и прецизионных пар, изготовление которых требует специально оснащенные рабочие места.
3. Маневренность конструкции. Маневренность движителя определяется кинематической возможностью поворачиваться на месте или с минимальным радиусом поворота, а также реверсивным ходом вперед и назад. Установлены 4 вида маневренности: 1 вид – поворот относительно вертикальной оси симметрии движителя, 2 вид – поворот относительно вертикальной оси ведущих колес, 3 вид – поворот с радиусом 0,5 м, 4 вид – отсутствие возможности поворота.
4. Проходимость движителя.Проходимость движителя определяется его способностью преодолевать рельефные и фрикционные препятствия с определенными параметрами. Предусмотрены 4 степени проходимости.
По 1 степени проходимости движитель должен преодолевать неровности поверхности дороги высотой более 2/3 радиуса колеса и любого вида фрикционной сопротивляемости дороги.
По 2 степени проходимости движитель должен преодолевать неровности дороги высотой до 0,5 радиуса колеса и по податливому основанию при погружении колеса до 0,25 радиуса.