DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2021.4(35).70-78

Investigation of the Stress State of Multi-purpose Variable Bulldozer-gripping Work Equipment

Volodymyr Panteleenko, Andrii Chervonoshtan, Vadim Pushenko, Serhii Karpushyn

About the Authors

Volodymyr Panteleenko, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), State Higher Education Institution «Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture», Dnipro, Ukraine, e-mail: vladmaestro2017@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-5651-8616

Andrii Chervonoshtan, Іngineer, State Higher Education Institution «Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture», Dnipro, Ukraine, e-mail: andrew.chervonoshtan@pgasa.dp.ua, ORCID ID: 0000-0003-3458-0034

Vadim Pushenko, student, State Higher Education Institution «Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture», Dnipro, Ukraine, e-mail: Vadimpushenko99@gmail.com

Serhii Karpushyn, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: karp22.05.1972ksa@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-9035-9065

Abstract

The article is devoted to the development and presentation of the design of changeable, bulldozer-gripping, multi-purpose work equipment for the mobile hinge-united wheeled chassis of high passability, modeling the load on work equipment within the software "SolidWorks" to optimize process or to check geometric and weight parameters in order to justify the material for long-term resistance. The changeable working equipment on the basis of the mobile hinge-united wheeled chassis of high passability, namely the bulldozer dump in combination with the gripping device for performance of a wide range of working operations is presented. Changeable work equipment provides: - development and movement of soils of I-III categories at a distance of up to 100 m, digging up and backfilling of trenches and ditches; - forming of embankments, cutting of terraces, performance of planning, cleaning and preparatory works by the main dump; - capture, fixing and transportation of goods; - loosening of soils of IV-V categories; - uprooting of stumps; - extraction and movement of boulders; - installation and dismantling of vertical elements (racks, pillars), horizontal long elements (curb, paving slabs, pipeline elements,…). Also the study of the stress state of the most responsible elements of the working equipment was carried out in the software environment "SolidWorks" within the existing loads and the accepted material for their manufacture. The number of load cycles before the loss of these elements of long-term resistance beyond the yield strength of the material was determined. The conducted researches allowed to establish: - when modeling the stress state of the element of working equipment (clamping frame) in the environment "SolidWorks" at static load within 710 kN, the clamping frame material and its design withstand working loads according to all criteria of the program "SolidWorks": fatiguing destruction, loss of stability, margin of strength, deformation and displacement that occur under load. The load acting on this element in the process of work was determined using the formed calculation schemes and standard methods; - the design of the clamping frame made of steel 10HSND withstands without signs of destruction of about 1,000,000 load cycles. A further increase in the number of load cycles leads to the destruction of this structural element; - for the manufacture of elements of working equipment, it is advisable to use steel 10HSND. More durable grades of steel are inexpedient from an economic point of view, and steels with a yield strength of less than 390 H/mm2 do not have a sufficient margin of safety.

Keywords

working equiment, stress state, static load, strength, «SolidWorks», pressure frame

Full Text:

PDF

References

1. Khmara, L.A., Shypilov, O.S., Musiiko, V.D., Kuzminets, M.P., Panteleienko, V.I. & Karpushyn, S.O. (2013). Dorozhni mashyny [Road cars ]. NTU [in Ukrainian].

2. Karpushyn, S.O., Holub, A.S. & Chuiko, M.V. (2011). Zastosuvannia metodu formuvannia novykh tekhnichnykh rishen pry rozrobtsi bahatotsilovoho robochoho obladnannia buldozera. Zbirnyk «Nauka vyrobnytstvu - 2011». Kirovohrad, KNTU. 1271-1273 [in Ukrainian].

3. Khmara L.A., Kravets S.V. & Skobliuk M.P. (2014). Machines for earthworks. L.A. Khmary, S.V. Kravtsia (Ed.). Kh.: KhNADU [in Ukrainian].

4. Khmara, L. A., Shypylov, O. S, Musyiko, V. D. & Kuzmynets, M. P. (2011). Dorozhno-stroytelnye mashyny y kompleksy [Road-building machines and complexes]. Dnepropetrovsk-Kyev [in Russian].

5. DBN V.2.3-4:2015. AVTOMOBILNI DOROHY. Chastyna I. Proektuvannia, Chastyna II. Budivnytstvo [in Ukrainian].

6. Okhrana pryrody. Zemly. Trebovanyia k opredelenyiu norm sniatyia plodorodnoho sloia pochvy pry proyzvodstve zemlianykh rabot [Protection of Nature. Earth. Requirements for determining the norms for removing the fertile soil layer during earthworks]. (1986). HOST 17.5.3.06-85. Moskva: Gosudarstvennyj komitet SSSR po standartam (Mezhgosudarstvennyj standart). [in Russian].

7. Budivelna tekhnika, osnastka, inventar ta instrument i ekspluatatsiia budivelnykh mashyn. Zahalni vymohy [Construction machinery, equipment, inventory and tools and operation of construction machinery]. (1998). DBN V.2.8-9-98. Kyiv: Derzhbut Ukrainy [in Ukrainian].

8. Holubchenko, O.I. & Khozhylo, M.E. (2011). Ohliad ta propozytsii konstruktsii aktyvnoho robochoho obladnannia zem-leryino-transportnykh mashyn bezperervnoi dii [Review and proposals of designs of active working equipment of earthmoving machines of continuous action ]. Visnyk Prydniprovskoi derzhavnoi akademii budivnytst-va ta arkhitektury – Bulletin of the Dnieper State Academy of Civil Engineering and Architecture. Vol. 6-7. 48-55. [in Ukrainian].

9. Panteleenko, V. Y. & Taran ,M. S. (2016). Oborudovanye dlia remontnykh y rekonstruktsyonnykh rabot na baze ko-lesnoho traktora [Equipment for repair and reconstruction works based on a wheeled tractor]. Stroytelstvo. Materyalovedenye. Mashynostroenye. Yntensyfykatsyia rabochykh protsessov stroytelnykh y dorozhnykh mashyn - Construction. Materials Science. Mechanical engineering. Intensification of work processes of construction and road machines. 88. 173–178 [in Russian].

10. Karpushyn, S.O. & Pantyliienko, V.I. (2013). Buldozerno-rozpushuvalne obladnannia, yak alternatyva dvom ma-shynam [Bulldozer loosening equipment as an alternative to two machines]. Problems of development of road transport and construction complexes: zb. tez i statei mizh-narodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii (03–05 zhovtnia 2013 roku). Kirovohrad, 31-35 [in Ukrainian].

11. Karpushyn, S.O. & Bobrov, O.S. (2015). Formuvannia rizhuchykh elementiv robochykh orhaniv zemleryinykh ta zemle-ryino-transportnykh mashyn [Formation of cutting elements of working bodies of earthmoving and earthmoving machines]. Problems and prospects of practical implementation of scientific researc: Mate-rialy XVIII Mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii (Chernivtsi, 27-28 liutoho 2015r.). Kyiv: Naukovo-vydavnychyi tsentr «Laboratoriia dumky», 16-19 [in Ukrainian].

12. Karpushyn, S.O., Skrynnik, I.O. & Pantyliienko, V.I. (2013). Hnuchki elementy robochoho obladnannia zemleryinykh i melioratyvnykh mashyn kovshovoho typu [Flexible elements of the working equipment of earthmoving and reclamation machines of bucket type]. Problems of development of road transport and construction complexes: zb. tez i statei mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii (03–05 zhovtnia 2013 roku). Kirovohrad,. p.35-41 [in Ukrainian].

13. Pat. 35362 Ukraina, Roboche obladnannia odnokivshovoho ekskavatora MPK E02F 3/28. Zaiavl. 29.04.2008; Opubl. 10.09.2008. biul. №7 Avt. Karpushyn S.O. [in Ukrainian].

14. Pat. 62211A Ukraina, Buldozer MPK E02F 3/76. Zaiavl. 30.01.2003; Opubl. 15.12.2003. biul. №12 Avt. Karpushyn S.O., Khmara L.A., Yatsun V.V. [in Ukrainian].

15. Aulin, V.V., Bilichenko, V.V., Holub, D.V. & Velykodnyi, D.O. (2017). Metodolohiia pidkhodiv do doslidzhennia shliakhiv i sukupnosti faktoriv zabezpechennia nalezh-noho rivnia efektyvnosti i nadiinosti transportnykh system [Methodology of approaches to the study of ways and a set of factors to ensure the appropriate level of efficiency and reliability of transport systems]. Visnyk mashynobuduvannia ta transportu – Bulletin of Mechanical Engineering and Transport. 2. 4-12. [in Russian]

16. Aliamovskyi, A. A. (2012). SolidWorks Simulation. Kak reshat praktycheskye zadachy [SolidWorks Simulation. How to solve practical problems]. BNV [in Russian]

17. Aliamovskyi, A. A. (2010). COSMOSWorks. Osnovy rascheta konstruktsyi na prochnost v srede SolidWorks [COSMOSWorks. Fundamentals of Structural Strength Analysis in SolidWork]. DMK Press [in Russian]

18. Aliamovskyi, A. A. (2015). SolidWorks Simulation. Ynzhenernyi analyz dlia professyonalov [SolidWorks Simulation. Engineering analysis for professionals]. DMK Press [in Russian]

19. Dudareva, N. Yu. & Zahaiko, S. A. (2011). SolidWorks 2011 na prymerakh [SolidWorks 2011 by Examples]. BKhV-Peterburh [in Russian]

20. What's New in SolidWorks. (2009). Versiya 2010, SolidWorks Corporation [in Russian]

GOST Style Citations

  • Хмара Л.А., Шипілов О.С., Мусійко В.Д., Кузьмінець М.П., Пантелеєнко В.І., Карпушин С.О., Дорожні машини: навч. посіб. НТУ, 2013. 400 с.
  • С.О. Карпушин, А.С. Голуб, М.В. Чуйко. Застосування методу формування нових технічних рішень при розробці багатоцільового робочого обладнання бульдозера. Збірник «Наука виробництву - 2011» - Кіровоград, КНТУ, 2011. С.1271-1273.
  • Машини для земляних робіт: Підручник / Л.А. Хмара, С.В. Кравець, М.П. Скоблюк та ін.; за заг. ред. д.т.н., проф. Л.А. Хмари та д.т.н., проф. С.В. Кравця. Х.: ХНАДУ, 2014. 548с.
  • Хмара Л. А., Шипилов О. С, Мусийко В. Д., Кузьминець М. П. Дорожно-строительние машины и комплексы. Днепропетровськ-Киев, 2011. 416 с.
  • ДБН В.2.3-4:2015. АВТОМОБІЛЬНІ ДОРОГИ. Ч. І. Проектування; Ч. II. Будівництво, Київ, 2015. 104с.
  • ГОСТ 17.5.3.06-85 Охрана природы. Земли. Требования к определению норм снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ (Охорона природи. Землі. Вимоги до визначення норм зняття родючого шару ґрунту при виконанні земляних робіт). Москва: Государственный комитет СССР по стандартам, 1986. С. 60-63. (Межгосударственный стандарт).
  • ДБН В.2.8-9-98. Будівельна техніка, оснастка, інвентар та інструмент і експлуатація будівельних машин. Загальні вимоги. Київ: Держбут України. 10 с.
  • Голубченко О.І., Хожило М.Е., Огляд та пропозиції конструкцій активного робочого обладнання землерийно-транспортних машин безперервної дії. Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. 2011. Вип. 6-7. С. 48-55.
  • Пантелеенко В. И., Таран М. С. Оборудование для ремонтных и реконструкционных работ на базе колесного трактора. Строительство. Материаловедение. Машиностроение. Интенсификация рабочих процессов строительных и дорожных машин: сб.науч.тр. 2016. №88. С.173–178.
  • Карпушин С.О., Пантилієнко В.І. Бульдозерно-розпушувальне обладнання, як альтернатива двом машинам. Проблеми розвитку дорожньо-транспортного і будівельного комплексів: зб. тез і статей міжнар. наук.-практ. конф., 03–05 жовтня 2013 року. Кіровоград, 2013. С.31-35.
  • Карпушин С.О., Бобров О.С. Формування ріжучих елементів робочих органів землерийних та землерийно-транспортних машин. Проблеми і перспективи практичної реалізації наукових досліджень: матеріали XVIII Міжнар. наук.-практ. конф., Чернівці, 27-28 лютого 2015р. Київ: Науково-видавничий центр «Лабораторія думки», 2015. С.16-19.
  • Карпушин С.О., Скриннік І.О., Пантилієнко В.І. Гнучкі елементи робочого обладнання землерийних і меліоративних машин ковшового типу. Проблеми розвитку дорожньо-транспортного і будівельного комплексів: зб. тез і статей Міжнар. наук.-практ. конф., 03–05 жовтня 2013 року. Кіровоград, 2013. С.35-41.
  • Робоче обладнання одноківшового екскаватора: пат. 35362 Україна: МПК Е02F 3/28; заявл. 29.04.2008; опубл. 10.09.2008. Бюл. №7.
  • Бульдозер: пат. 62211А Україна: МПК Е02F 3/76; заявл. 30.01.2003; опубл. 15.12.2003. Бюл. №12.
  • Методологія підходів до дослідження шляхів і сукупності факторів забезпечення належного рівня ефективності і надійності транспортних систем / В. В. Аулін, В. В. Біліченко, Д. В. Голуб, Д. О. Великодний. Вісник машинобудування та транспорту. 2017. № 2. С. 4-12.
  • Алямовский А. А. SolidWorks Simulation. Как решать практические задачи. BNV, 2012. 445 с.
  • Алямовский А. А., COSMOSWorks. Основы расчета конструкций на прочность в среде SolidWorks, ДМК Пресс, 2010. 784 c.
  • Алямовский А. А., SolidWorks Simulation. Инженерный анализ для профессионалов: задачи, методы, рекомендации, ДМК Пресс, 2015. 562 c.
  • Дударева Н. Ю., Загайко С. А., SolidWorks 2011 на примерах, БХВ-Петербург, 2011. 496 c.
  • Новые возможности SolidWorks. Версия 2010, SolidWorks Corporation, 2009. 212 c.
  • Copyright (c) 2021 Volodymyr Panteleenko, Andrii Chervonoshtan, Vadim Pushenko, Serhii Karpushyn