Analytical Determination of the Reduced Rotational Resistance Coefficient of the Construction Machine Slewing Gear
Loading...
Date
2019
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
EN: Purpose. Designing new models of construction machines is closely related to the development of slewing gear, and that, in turn, has a drive whose power and dimensions depend on the rotational resistance and the reduced fric-tion coefficient in the units. The absence of analytical dependencies for determining the reduced coefficient of friction for the rotation of construction machines, first, restricts the designer's ability to select materials, and secondly, does not allow the adoption of optimal design solutions. Therefore, the purpose of the article is to find analytical solutions to determine the rotational resistance in the slewing gear of construction machines, which allows project-ing more advanced gears and machines in general. Existing techniques are based on empirical dependencies and experimental coefficients that reduce the accuracy of calculations, increase the size and cost of work. It is proposed to improve the accuracy and simplify the process of determining the rotational resistance and the magnitude of the reduced rotational resistance coefficient of the building tower cranes. Methodology. The set objectives can be achieved by means of analytical dependencies for determination of rolling friction coefficients over linear and point contacts. This will enable to find the more accurate value of the resistance coefficient, and the constructor during the calculations to take targeted measures to reduce it, using the mechanical constants of materials of the units and their geometric parameters. The calculation is based on Hertz contact deformation theory and the body point plane mo-tion theory. Findings. The obtained dependencies will allow analytically to find the resistance of rolling resistance of rollers in construction machines with fixed and rotating pillars, with circular rotary devices, as well as in ball and roller slewing rings. The calculated values of the rotational resistance coefficients for some types of mechanisms give similar values with those recommended, while for others they significantly differ and require their refinement in reference values. Originality of the work consists in the use of analytical dependences for determining the reduced coefficient of the rotational resistance over linear and point contacts using Hertz contact deformation theory and Tabor partial analytic dependencies theory. Practical value. The obtained dependencies will allow to design new types of slewing gear units of the construction machines and to reveal the additional rotational resistances.
UK: Мета. Проектування нових зразків будівельних машин тісно пов’язане з розробкою механізмів повороту, а ті, в свою чергу, мають привід, потужність та габарити якого залежать від опору повороту та приведеного коефіцієнта тертя у вузлах. Відсутність аналітичних залежностей для визначення приведеного коефіцієнта тертя обертанню будівельних машин, по-перше, обмежує можливості конструктора у виборі матеріалів, а по-друге, не дає можливості приймати оптимальні конструктивні рішення. Тому мета статті – знайти аналітичні рішення для визначення опорів обертанню в механізмах повороту будівельних машин, що дозволяє проектувати досконаліші механізми й машини у цілому. Існуючі методики спираються на емпіричні залежності та експериментальні коефіцієнти, що зменшують точність підрахунків, збільшують габарити та вартість робіт. Пропонується підвищити точність та спростити процес визначення опору повороту й величину приведеного коефіцієнта опору обертанню будівельних баштових кранів. Методика. Досягти поставленої мети можна за допомогою аналітичних залежностей для визначення коефіцієнтів тертя кочення за лінійного й точкового контактів. Це дозволить точніше знайти величину коефіцієнта опору, а конструктору під час розрахунків вжити цілеспрямованих заходів щодо його зменшення, використовуючи механічні константи матеріалів вузлів кочення і їх геометричні параметри. Розрахунок ґрунтується на теорії контактних деформацій Герца й теорії плоского руху точок тіла. Результати. Отримані залежності дозволять аналітично знайти опір кочення роликів у будівельних машинах із нерухомою й обертовою колонами, із круговими поворотними пристроями, а також у кулькових і роликових опорно-поворотних кругах. З’ясовані значення коефіцієнтів опору обертанню для деяких їх типів механізмів дають близькі значення з рекомендованими, а для деяких – істотно відрізняються і вимагають їх уточнення у довідкових величинах. Наукова новизна роботи полягає у використанні аналітичних залежностей для визначення приведеного коефіцієнта опору обертанню за лінійного і точкового контактів із використанням теорії контактних деформацій Герца та частково аналітичних залежностей Табора. Практична значимість. Отримані залежності дозволять проектувати нові типи вузлів обертання механізмів повороту будівельних машин і виявляти додаткові опори обертанню.
RU: Цель. Проектирование новых образцов строительных машин тесно связано с разработкой механизмов поворота, а те, в свою очередь, имеют привод, мощность и габариты которого зависят от сопротивления поворота и приведенного коэффициент трения в узлах. Отсутствие аналитических зависимостей для определения приведенного коэффициента трения вращению строительных машин, во-первых, ограничивает возможности конструктора в выборе материалов, а во-вторых, не дает возможности принимать оптимальные конструктивные решения. Поэтому цель статьи – найти аналитические решения для определения сопротивлений вращению в механизмах поворота строительных машин, которые позволят проектировать более совершенные механизмы и машины в целом. Существующие методики опираются на эмпирические зависимости и экспериментальные коэффициенты, уменьшающие точность подсчетов, увеличивающие габариты и стоимость работ. Предлагается повысить точность и упростить процесс определения сопротивления поворота и величину приведенного коэффициента сопротивления вращению строительных башенных кранов. Методика. Достичь поставленной цели можно с помощью аналитических зависимостей для определения коэффициентов трения качения при линейном и точечном контактах. Это позволит точнее найти величину коэффициента сопротивления, а конструктору при расчетах принять целенаправленные меры по его уменьшению, используя механические константы материалов узлов качения и их геометрические параметры. Расчет основывается на теории контактных деформаций Герца и теории плоского движения точек тела. Результаты. Полученные зависимости позволят аналитически найти сопротивление качению роликов в строительных машинах с неподвижной и вращающейся колоннами, с круговыми поворотными устройствами, а также в шариковых и роликовых опорноповоротных кругах. Найденные значения коэффициентов сопротивления вращению для некоторых типов механизмов дают близкие значения с рекомендованными, а для некоторых – существенно отличаются и требуют их уточнения в справочных величинах. Научная новизна работы заключается в использовании аналитических зависимостей для определения приведенного коэффициента сопротивления вращению для линейного и точечного контактов с использованием теории контактных деформаций Герца и частично аналитических зависимостей Табора. Практическая значимость. Полученные зависимости позволят проектировать новые типы узлов вращения механизмов поворота строительных машин и выявлять дополнительные опоры вращению.
UK: Мета. Проектування нових зразків будівельних машин тісно пов’язане з розробкою механізмів повороту, а ті, в свою чергу, мають привід, потужність та габарити якого залежать від опору повороту та приведеного коефіцієнта тертя у вузлах. Відсутність аналітичних залежностей для визначення приведеного коефіцієнта тертя обертанню будівельних машин, по-перше, обмежує можливості конструктора у виборі матеріалів, а по-друге, не дає можливості приймати оптимальні конструктивні рішення. Тому мета статті – знайти аналітичні рішення для визначення опорів обертанню в механізмах повороту будівельних машин, що дозволяє проектувати досконаліші механізми й машини у цілому. Існуючі методики спираються на емпіричні залежності та експериментальні коефіцієнти, що зменшують точність підрахунків, збільшують габарити та вартість робіт. Пропонується підвищити точність та спростити процес визначення опору повороту й величину приведеного коефіцієнта опору обертанню будівельних баштових кранів. Методика. Досягти поставленої мети можна за допомогою аналітичних залежностей для визначення коефіцієнтів тертя кочення за лінійного й точкового контактів. Це дозволить точніше знайти величину коефіцієнта опору, а конструктору під час розрахунків вжити цілеспрямованих заходів щодо його зменшення, використовуючи механічні константи матеріалів вузлів кочення і їх геометричні параметри. Розрахунок ґрунтується на теорії контактних деформацій Герца й теорії плоского руху точок тіла. Результати. Отримані залежності дозволять аналітично знайти опір кочення роликів у будівельних машинах із нерухомою й обертовою колонами, із круговими поворотними пристроями, а також у кулькових і роликових опорно-поворотних кругах. З’ясовані значення коефіцієнтів опору обертанню для деяких їх типів механізмів дають близькі значення з рекомендованими, а для деяких – істотно відрізняються і вимагають їх уточнення у довідкових величинах. Наукова новизна роботи полягає у використанні аналітичних залежностей для визначення приведеного коефіцієнта опору обертанню за лінійного і точкового контактів із використанням теорії контактних деформацій Герца та частково аналітичних залежностей Табора. Практична значимість. Отримані залежності дозволять проектувати нові типи вузлів обертання механізмів повороту будівельних машин і виявляти додаткові опори обертанню.
RU: Цель. Проектирование новых образцов строительных машин тесно связано с разработкой механизмов поворота, а те, в свою очередь, имеют привод, мощность и габариты которого зависят от сопротивления поворота и приведенного коэффициент трения в узлах. Отсутствие аналитических зависимостей для определения приведенного коэффициента трения вращению строительных машин, во-первых, ограничивает возможности конструктора в выборе материалов, а во-вторых, не дает возможности принимать оптимальные конструктивные решения. Поэтому цель статьи – найти аналитические решения для определения сопротивлений вращению в механизмах поворота строительных машин, которые позволят проектировать более совершенные механизмы и машины в целом. Существующие методики опираются на эмпирические зависимости и экспериментальные коэффициенты, уменьшающие точность подсчетов, увеличивающие габариты и стоимость работ. Предлагается повысить точность и упростить процесс определения сопротивления поворота и величину приведенного коэффициента сопротивления вращению строительных башенных кранов. Методика. Достичь поставленной цели можно с помощью аналитических зависимостей для определения коэффициентов трения качения при линейном и точечном контактах. Это позволит точнее найти величину коэффициента сопротивления, а конструктору при расчетах принять целенаправленные меры по его уменьшению, используя механические константы материалов узлов качения и их геометрические параметры. Расчет основывается на теории контактных деформаций Герца и теории плоского движения точек тела. Результаты. Полученные зависимости позволят аналитически найти сопротивление качению роликов в строительных машинах с неподвижной и вращающейся колоннами, с круговыми поворотными устройствами, а также в шариковых и роликовых опорноповоротных кругах. Найденные значения коэффициентов сопротивления вращению для некоторых типов механизмов дают близкие значения с рекомендованными, а для некоторых – существенно отличаются и требуют их уточнения в справочных величинах. Научная новизна работы заключается в использовании аналитических зависимостей для определения приведенного коэффициента сопротивления вращению для линейного и точечного контактов с использованием теории контактных деформаций Герца и частично аналитических зависимостей Табора. Практическая значимость. Полученные зависимости позволят проектировать новые типы узлов вращения механизмов поворота строительных машин и выявлять дополнительные опоры вращению.
Description
L. Bondarenko: ORCID 0000-0002-2212-3058, O. Posmityukha: ORCID 0000-0002-9701-3873, K. Hlavatskyi: ORCID 0000-0003-0921-9845
Keywords
construction machine, resistance, rotation, turn, slewing ring, rail, rolling friction, будівельна машина, опір, обертання, поворот, поворотний круг, рейка, тертя кочення, строительная машина, сопротивление, вращения, поворотный круг, рельс, трение качения, КПММ
Citation
Bondarenko, L. M. Analytical Determination of the Reduced Rotational Resistance Coefficient of the Construction Machine Slewing Gear / L. M. Bondarenko, O. P. Posmityukha, K. T. Hlavatskyi // Наука та прогрес транспорту. – 2019. – № 1 (79). – С. 102–116. – DOI: 10.15802/stp2019/159499.