Статья представляет собой обзор на разработку малогабаритного экскаватора на базе многофункциональной гусеничной платформы «Танкоград Т-1500». В статье обсуждаются технические характеристики экскаватора, требования к оборудованию и детали конструкции. Рассматривается выбор силового агрегата, гусеничной ленты, ведущего колеса и других элементов. Разработана 3D-модель платформы, отражающая ключевые особенности и детали конструкции. Экскаватор был разработан с учетом потребностей рынка и требований к эффективности и надежности спецтехники.
Ключевые слова: гусеничный экскаватор , многофункциональная платформа, спецтехника.
Введение
Сегодня на российском рынке представлено большое количество зарубежных производителей спецтехники. Большую часть производства занимают малогабаритные машины общего и специального назначений. Особую часть занимают малогабаритные экскаваторы.
Область применения малогабаритного экскаватора достаточно широка в таких отраслях, как сельcкое хозяйство (выемка грунта и рытье котлованов, подготовка участков, корчевание пней, сбор и погрузка удобрений) [5], строительство (копка траншей уборка территории от строительного мусора), дорожное строительство (демонтаж асфальта, погрузка грунта).
Учитывая актуальность разработки, одной из целей коллектива МКБ «Танкоград» является разработка малогабаритного экскаватора на базе многофункциональной гусеничной платформы «Танкоград Т-1500».
В рамках данной работы авторами были установлены задачи проекта:
- определить требуемые технические характеристики экскаватора;
- выбрать силовой агрегат и оборудование;
- выбрать гусеничную ленту;
- разработать 3D-модель проекта и подготовить масштабную модель.
2. Методы
2.1 Разработка технических требований
Общие габаритные размеры экскаватора должны позволять производить работы в местах с ограниченным пространством (к примеру, по ширине дверного проёма 900 мм.), а также позволять транспортировать его до рабочего места на грузовых машинах общего назначения (к примеру, газель-бизнес с минимальным размером кузова 3056 х 1978 мм).
Максимальный снаряжённый вес определяем следующими требованиями: максимальный вес грузоперевозки, устойчивостью в процессе выполнения технологических операций, а также оптимальностью тягового усилия и характеристик привода гусеничного движителя. Платформа «Танкоград Т-1500» позволяет производить на её базе агрегат общей массой до 1500 кг.
Требование к скорости передвижения экскаватора определяется необходимостью его оперативностью перемещения по производственным участкам. Зачастую, это требование не является приоритетным, максимальная скорость передвижения данного малогабаритного экскаватора составляет 5 км/ч. Во-первых, экскаватор часто транспортируется на грузовом транспорте до места работы, а не перемещается самостоятельно. Во-вторых, в процессе выполнения основных технологических операций, таких как выемка грунта, рытье котлованов, подготовка участков и другие, экскаватор стоит неподвижно. Поэтому высокая скорость передвижения для него не является приоритетным требованием.
Многофункциональная платформа Т-1500 позволяет устанавливать различные типы гусениц. Для работы в городской среде, а также на сельскохозяйственных посевных площадях требуется установка резиноармированных гусениц.
Рабочий орган экскаватора — «стрела» должна обеспечивать максимальную глубину копания 2000 мм, что позволит выполнять более широкий список технологических работ.
В процессе анализа условий работы экскаватора и особенностей его использования было принято решение сделать его полноповоротным. Это было обусловлено тем, что часть работ, которые выполняет экскаватор, происходит в замкнутом пространстве. В таких условиях использование полноповоротного экскаватора значительно упрощает процесс работы, делает его более эффективным и удобным для оператора.
2.2. Выбор оборудования
Для обеспечения надёжной работы для мини-экскаватора был выбран бензиновый двигатель Lifan мощностью 29 л.с., который обеспечивает необходимую производительность и эффективность работы (рис. 1).
Рис. 1. Двигатель Lifan 2V80F (габаритная 3D-модель)
Выбран гидромотор MS 315 CM/4 (рис. 2.). Во-первых, гидромотор обладает требуемой мощностью (15 кВт.) Кроме того, гидромотор экономически целесообразнее (сегодня его цена составляет в среднем 30000 рублей.) относительно редукторов хода ТМ02, которые так же могут быть адаптированы на конструкцию платформы Т-1500 (их стоимость в среднем составляет 90000 рублей.).
Рис. 2. Гидромотор MS 315 CM/4
В экскаваторе применён гидравлический насос НШ-32 (рис. 3.). Его компактный габаритный размер (600 х 400 х 400 мм) и производительность (46 л/мин.) удовлетворяют требованиям.
Рис. 3. Насос НШ-32
Выбрана резиноармированная гусеничная лента (РАГ) от производителя Composit. Маркировка 230х48х60 (где 280мм — ширина, 48 мм — шаг, 60 — количество звеньев) (рис. 4.). РАГ обеспечивает сравнительно низкий вес, а следовательно, и лучшее распределение давления под опорной поверхностью гусениц [1].
Рис. 4. Гусеничная лента Composit 230 х 48 х 60
Ведущее колесо — это ключевой элемент, который играет существенную роль в общей производительности и надёжности гусеничной платформы. Учитывая его важность, было решено профилировать ведущее колесо самостоятельно (рис. 5.). [1].
Рис. 5. Ведущее колесо
В основе долговечности и надёжности механизма лежит его конструкция. Была разработана рама (рис. 6.), которая имеет коэффициент запаса по прочности более 3 ед. [2].
Рис. 6. Рама многофункциональной гусеничной платформы «Танкоград Т-1500», адаптированная для полноповоротного экскаватора
Опорный каток выполнен двубортным исполнением (рис. 7.). Эта особенность обеспечивает оптимальный контакт с гусеницей. Из конструктивных особенностей стоит отметить, что он выполнен без внешней и внутренней амортизации. Это упрощает конструкцию катка и уменьшает вероятность возникновения поломок [3]. В опорном катке предусмотрена возможность замены подшипников, что значительно продлевает его срок службы и экономит средства на обслуживание.
На гусеничной платформе установлено по три опорных катка на каждую сторону. Расположение катков способствует равномерному распределению нагрузки на грунт и гусеницу. [4].
Рис. 7. Опорный каток
Важной составляющей любой гусеничной техники является система натяжения гусеницы. Натяжение гусеницы осуществляется с помощью регулировочных болтов с трапециевидной резьбой. Регулировочные болты с трапециевидной резьбой позволяют надёжно закрепить гусеницу.
3 Результаты
В результате разработки малогабаритного экскаватора на базе многофункциональной гусеничной платформы «Танкоград Т-1500» была разработана 3D-модель (рис. 8, 9).
Рис. 8. Цветная 3D-модель экскаватора на базе малогабаритной многофункциональной гусеничной платформы «Танкоград Т-1500»
Рис. 9. 3D-модель экскаватора на базе малогабаритной многофункциональной гусеничной платформы «Танкоград Т-1500»
3D-модель проекта также была масштабирована: 1:12,3 (рис. 10, 11, 12.) и выполнена печать пластиком PETG и PLA на 3D принтере. Подготовка моделей к печати пластиком проводилась в программе Cura.
Рис. 10. Модель экскаватора в масштабе 1:12,3, вид слева
Рис. 11. Модель экскаватора в масштабе 1:12,3, вид справа
Рис. 12. Модель экскаватора в масштабе 1:12,3
3D-модель экскаватора, напечатанная на 3D-принтере, была продемонстрирована на конференции в ЮУрГУ (НИУ) в 2024 году.
В данный момент (апрель 2024 г.) проект находится на стадии разработки конструкторской документации и передачи её на производство.
4 Выводы
- Определены технические характеристики для малогабаритного экскаватора/
- Выбраны силовой агрегат и оборудование.
- Выбрана гусеничная лента российского производства.
- Разработана 3D-модель малогабаритного экскаватора на базе многофункциональной гусеничной платформы «Танкоград Т-1500».
- Разработанная модель масштабирована для печати на 3D-принтере, собрана модель из пластика PETG и PLA.
Данная работа выполняется в рамках одного из направлений деятельности молодёжного конструкторского бюро бронетанковой техники и транспортных машин «Танкоград» при политехническом институте Южно-Уральского государственного университета (национальный исследовательский университет) г. Челябинск.
Литература:
- Федоткин Р. С., Крючков В. А., Бейненсон В. Д., Парфенов В. Л. Методика проектирования ведущих колес цевочного зацепления с резиноармированными гусеницами тяговых и транспортных машин // Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 3. С. 24–32.
- Шарипов В. М. Конструирование и расчет тракторов. М.: Машиностроение, 2009. 752 с.
- Кряжков В. М., Годжаев З. А., Шевцов В. Г., Гурылев Г. С., Лаврон А. В., А. В. Парк тракторов: состояние и направление развития // Сельский механизатор. 2015. № 9. С. 3–5.
- Носов Н. А., Галышев В. Д., Волков Ю. П. и др. Расчет и конструирование гусеничных машин. Л.: Машиностроение, 1972. 560 с.
- Современная агроинженерия / В. И. Трухачев, О. Н. Дидманидзе, М. Н. Ерохин [и др.]. — Москва: ООО «Мегаполис», 2022. — 413 с.
