Татаринская Н.А."Инерционные характеристики проходческих комбайнов"

КОНДРАТЬЕВА НАТАЛЯ АРКАДЬЕВНА
(ТАТАРИНСКАЯ)

Тема: "ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА 3М МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ИНЕРЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ"
Научный руководитель: проф., д.т.н. Кондрахин В.П.

Для моделирования рабочих процессов и решения задач статики и динамики проходческих комбайнов, большое значение имеет знание инерционных характеристик, к числу которых можно отнести массу, координаты центра масс, моменты инерции, направление главных осей инерции.

Современные пакеты трехмерного проектирования позволяют с любой степенью точности определить инерционные характеристики построенной модели [1]. В настоящей работе исследованы инерционные характеристики проходческого комбайна со стреловидным исполнительным органом, для чего разработана трехмерная модель комбайна (см. рис 1 и 2). При создании модели вводились следующие упрощения:

Валы и оси не имеют фасок, шпоночных канавок, канавок для выхода шлифовального круга.
Отсутствуют элементы крепления, элементы гидравлики: патрубки и шланги.
Зубчатые колеса представлены в виде дисков, основными размерами которых являются ширина зубчатого венца, делительный диаметр и диаметр вала.
Корпус, гусеничные механизмы передвижения и гидродомкраты условно представлены как однородные тела, имеющие плотность:

p = M / V,

где

При помощи построенной модели были определены основные инерционные характеристики комбайна, такие как координаты центра масс, моменты инерции относительно осей, центробежные моменты инерции, главные центральные моменты инерции (таблицы 1, 2 и 3) в зависимости от положения исполнительного органа в пространстве ( здесь a -угол наклона ИО в вертикальной плоскости, b - в горизонтальной).

Таблица 1 - Основные инерционные характеристики проходческого комбайна 4ПП-2М при изменении положения исполнительного органа в вертикальной плоскости(b =0)

a ,град	Координаты центра масс, мм			Радиусы инерции, мм			Моменты инерции относительно осей,кг*м²
a ,град	X_c	Y_c	Z_c	r_x	r_y	r_z	I_x	I_y	I_z
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	-1000	2760	-882	1902	887	1953	116600	25400	122900
10	-1000	2758	-845	1911	916	1948	117700	27000	112270
20	-1000	2750	-810	1911	956	1940	117700	29300	121270
30	-1000	2734	-776	1914	1004	1918	118000	32500	118500
38.5	-1000	2726	-747	1923	1050	1889	119100	35500	115000

Продолжение таблицы 1

a ,град	Центробежные моменты инерции,кг*м²			Главные центральные моменты инерции,кг*м²
	I_xy	I_zx	I_zy	I_xx	I_yy	I_zz
	11	12	13	14	15	16
0	88900	-28400	-78400	270500	57280	277660
10	88860	-27200	-75100	268100	55200	277300
20	88600	-26100	-71800	264800	53360	275900
30	88100	-25000	-68400	260200	51600	275900
38.5	87800	-24100	-65600	257400	50200	271600

Таблица 2- Основные инерционные характеристики проходческого комбайна 4ПП-2М при изменении положения исполнительного органа в горизонтальной плоскости(a =0)

b ,град	Координаты центра масс, мм			Радиусы инерции, мм			Моменты инерции относительно осей,кг*м²
b ,град	X_c	Y_c	Z_c	r_x	r_y	r_z	I_x	I_y	I_z
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	1000	2760	-882	1902	887	1953	166600	25300	122900
10	948	2738	-882	1871	899	1928	112800	26000	119700
20	900	2708	-882	1826	930	1898	107400	27900	116100
30	859	2670	-882	1690	1029	1822	92000	34100	107000
38.5	812	2615	-882	1690	1029	1822	92000	34100	107000

Продолжение таблицы 2

b ,град	Центробежные моменты инерции,кг*м²			Главные центральные моменты инерции,кг*м²
	I_xy	I_zx	I_zy	I_xx	I_yy	I_zz
	11	12	13	14	15	16
0	88930	-28400	-78400	270500	57300	277700
10	83630	-26900	-77800	266600	54000	270500
20	78500	-25600	-77000	261300	51200	262400
30	73900	-24400	-75900	254800	48800	253500
38.5	69000	-23300	-74300	245400	46700	244300

Таблица 3 - Основные инерционные характеристики проходческого комбайна 4ПП-2М при крайних положениях исполнительного органа в пространстве выработки

b ,град	a ,град	Координаты центра масс, мм			Радиусы инерции, мм			Моменты инерции относительно осей,кг*м²
b ,град	a ,град	X_c	Y_c	Z_c	r_x	r_y	r_z	I_x	I_y	I_z
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Крайние нижние положения исполнительного органа
42	-21.2	-1225	-2676	-993	1760	1030	1890	10000	34200	116100
42	-21.2	-775	-2659	-957	1740	1050	1890	97100	35300	114800
Крайние верхние положения исполнительного органа
42	38,5	-1208	-2657	-817	1780	1090	1850	102100	38700	110300
42	3805	-787	-2647	-765	1806	1172	1846	104400	44100	110300

Продолжение таблицы 3

b ,град	a ,град	Центробежные моменты инерции,кг*м²			Главные центральные моменты инерции,кг*м²
		I_xy	I_zx	I_zy	I_xx	I_yy	I_zz
		12	13	14	15	16	17
Крайние нижние положения исполнительного органа
42	-21.2	105600	85600	39200	262500	80100	279000
42	-21.2	103400	69900	31800	249000	68500	274500
Крайние верхние положения исполнительного органа
42	38,5	66600	82000	23900	257300	49000	247300
42	38.5	67100	65200	16400	444600	38800	245700

   По данным приведенным в таблицах 1 и 2 можно сделать следующие выводы.

    Координаты центра масс изменяются при изменении положения стреловидного исполнительного органа в пространстве выработки. Изменение координаты X при увеличении угла наклона исполнительного органа в вертикальной плоскости от 0 до 38,5 град. незначительно и составляет0,2 мм, а при изменении угла поворота исполнительного органа в горизонтальной плоскости от 0 до 42 град достигает 181 мм. Эти изменения не оказывают особого влияния на поперечную устойчивость комбайна, т.к. ширина комбайна по гусеницам значительна и составляет 2400 мм.

   Проанализируем смещение по координате Y :

При увеличении угла наклона исполнительного органа в вертикальной плоскости смещение по Х координате составляет 34 мм;
При изменении угла поворота ИО в горизонтальной плоскости - 145 мм.

Это так же не оказывает существенного влияния на устойчивость машины, т.к. продольные размеры опорной базы комбайна значительны. Кроме того, продольная устойчивость комбайна увеличивается за счет опирания на носок опорного стола питателя.

При изменении положения ИО происходит также существенное изменение моментов инерции .
Проанализируем для примера изменения главных центральных моментов инерции:

При изменении положения ИО в вертикальной плоскости I_xx изменяется от 270500 кг*м² до 257400 кг*м² (т.е. на 5%) , I_yy от 57280 кг*м² до 50200 кг*м² (12%), I_zz от 277660 кг*м² до 271600 кг*м² (2%).
При изменении положения ИО в горизонтальной плоскости выработки главные центральные моменты инерции изменяются по оси X от 270500 кг*м² до 245400 кг*м² (т.е. на 9%), I_yy от 57300 кг*м² до 46700 кг*м² (18%), I _zz от 277700 кг*м² до 244300 кг*м² (12%).

Это необходимо учитывать при моделировании рабочих процессов проходческого комбайна.

Таким образом, используя метод 3М моделирования получены исходные данные для моделирования рабочих процессов проходческих комбайнов с целью оптимизации параметров силовых подсистем, систем их автоматического управления и режимов работы.

Рисунок 1 - Изменение положения исполнительного органа в горизонтальной плоскости

Рисунок 1 - Изменение положения исполнительного органа в горизонтальной плоскости

Рисунок 2 - Изменение положения исполнительного органа в вертикальной плоскости

Литература:

1. Кондрахин В.П., Ефремов М.А. Определение инерционных характеристик горных машин методом 3м моделирования//Инженер.Студенческий научн.-техн. журнал.-№4.-Донецк:ДонНТУ,2003.-с120-122.

2. Солод В.И., Геттопанов В.Н., Рачек В.М. Поектирование и конструирование горных машин и комплексов. Учебник для вузов.-М.,Недра, 1982, 350 с.

КОНДРАТЬЕВА НАТАЛЯ АРКАДЬЕВНА
(ТАТАРИНСКАЯ)

Научный руководитель: проф., д.т.н. Кондрахин В.П.

Вверх

КОНДРАТЬЕВА НАТАЛЯ АРКАДЬЕВНА (ТАТАРИНСКАЯ)

Научный руководитель: проф., д.т.н. Кондрахин В.П.

Вверх

КОНДРАТЬЕВА НАТАЛЯ АРКАДЬЕВНА
(ТАТАРИНСКАЯ)