СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ КОМБАЙНОВ С БЕСЦЕПНОЙ СИСТЕМОЙ ПОДАЧИ

И. А. Горобец
г.Донецк, Украина

Источник: Статья опубликована в сборнике научных трудов "Механизация горных работ на угольных шахтах".- Тула, 1990.

      В настоящее время для перемещения современных очистных комбайнов применяются бесцепные системы подачи (БСП), оснащенные движителями зубчатого или цевочного типов. Несмотря на достоинства таких систем перемещения, существенными их недостатками являются низкая надежность и долговечность, попиленная динамическая нагруженность, значительная величина вредных радиальных составляющих усилий зацепления [I] . Для илучения вопросов формирования нагрузок в зацеплении зубьев дпижтеля БСП на кафедре "Технология машиностроения" ДЛИ спроектирован и изготовлен стенд для исследования работы комбайнов с БСП.

      Стенд состоит из полноразмерной модели очистного комбайна (рис.1а и 1б),нагрузочннх устройств, маслостанции,аппаратуры управления и контроля, тензометрических измерительных узлов и измерительной аппаратуры.

      Полноразмерная модель очистного комбайна I включает в себя верхнбю 2 и нижнюю 3 рамы, связанные шарнирами 4. На верхней раме 2 установлены приводные колеса 5 движителя БСП натурной величины, связанные посредством стального троса 6 и тензодинамометров 7 с гидродомкратами 8, 9, и захваты 10, взаимодействующие с напрвляющей 11 зубчатой рейки 12. Приводные колеса 5 движителя установлены на тензометрических осях 13 в пазах захватов 10 и взаимодействуют с тензометрическими зубьями 14 рейки 12. на верхней раме 2 установлены также нагрузочные устройства - имитаторы веса комбайна 15 и внешней нагрузки 16. на нижней раме 3 расположены опоры 17, скользящие по стальному листу 18 - имитатору полки (лемеха) забойного конвейера.

      Имитатор внешней нагрузки 16 содержит тензодинамометр 19 и гидродомкраты 20, 21, закрепленные с одной стороны с верхней рамой 2 модели комбайна, а с другой соответственно - со стендовой плитой 22 и балкой направляющей 23. Имитатор веса комбайна 15 выполнен в виде гидродомкрата 24, шток которого взаимодействует с балкой направляющей 25, закрепленной на стендовой плите 22.

      Питание гидродомкратов стенда осуществляется от приводной маслостанции, органы управления и контроля которой установлены на пульте оператора.

      Конструкция стенда предусматривает изменения места расположения нагрузочных устройств 15,16, межцентрового расстояния движителя и шага зубьев рейки 12.

      Для определения усилий зацепления были специально сконструированы и изготовлены тензометрические зубья, позволяющие с погрешностью до 5% измерять три составляющие усилий зацепления и точку их приложения на поверхности зуба (по высоте и ширине).

      Стендовая установка работает следующим образом. В исходном положении рукоятки золотников аппаратуры управления стендом находятся в нейтральном положении, штоки гидродрмкратов 8,9 и 20 выдвинуты, на барабанах приводных колес 5 намотан трос.

      При включении электродвигателя маслостанции и переключении золотников аппаратуры управляння в рабочее положение жидкость поступает з штоковые полости гидродомкратов 8, 9 и поршневые полости гидродомкратов 21,24. В результате этого штоки, гидродомкратов 8,9 втягиваются, вращая приводные колес движителя БСП. Зубья приводных колес 5 взаимодействуют с зубьями 14 рейки 12, преодолевая сопротивление, создаваемое гидродомкратами 20 и 21 имитатора внешней нагрузки и силы трения в опорах 10 и I7, перемещают модель комбайна I относительно плиты 22. При этом под влиянием усилий имитатора веса комбайна 15 и внешней нагрузки 16 в опорах 17 и захватах 10 формируются силы, адекватные соответствующим усилиям натурного комбайна. Вес комбайна и вертикальная составляющая усилия внешнего возмущения имитируются взаимодействием гидродомкратов 24 и 21 с балками опор 25 и 23.

      Под воздействием внешних сил, сил сопротивления, воздействующих на модель комбайна, и усилий тяжести комбайна, на тензодатчиках зубьев 14 рейки 12, осей 13 приводных колес 5, динамометров 7, 19, датчиках линейной и угловой скорости формируются сигналы, которые, усиливаясь тензоусилителями ТА-5 регистрируются на фотоносителе светолучевого осциллографа Н-117.

      Изменения углов взаимного расположения колес 5 модели комбайна I и реек 12 достигаются за счет вывинчивания болтов верхней 2 и нижней 3 рам, соединенных шарнирами 4. Изменения межцентрового расстояния движителя БСП достигается за счет смещения в пазах верхней рамы 2 и захватов 10 тензометрических осей 13 с колесами 5 относительно зубьев 14 рейки 12. Изменения шага зубьев 14 рейки 12 осуществляется за счет их взаимного смещения в продольном направлении. Величина усилий внешниго возмущения и тяжести комбайна изменяется в пределах 0 - 350 кН и 20 -11ПО кН соответственно регулировкой предохранительных и редукционных клапанов аппаратуры управления маслостанции. Изменение точки приложения внешней нагрузки осуществляется смещением имитатора 16 на верхней раме 2 модели комбайна I величина скорости перемещения комбайна регулируется в пределах О - 4 м/мин за счет изменения эксцентриситета насоса маслостанции.

      На рис.2,а,б приведены фрагменты осциллограмм скоростей мпромещения комбайна КА-80 и его модели соответственно.

      Для доказательства адекватности процессов зацепления цпижителя БСП при перемещении модели стенда и натурного комбайна был проведен корреляционный, спектральный и дисперсионный анализы. Для этого по специально разработанным программам применительно к ЭВМ ЕС-1060 были определены корреляционные функции и спектральные плотности процессов перемещения и мгновенной мощности электродвигателя комбайна КА-80 при его работе на углецементном блоке экспериментального завода Донгипроуглемаш и модели комбайна с таким же движителем. Проведенным анализом установлено, что процесс перемещения характеризуется ниравномерностью скорости перемещения, в частотном спектре которой выделяются как инфранизкие 0,6 - 0,8 Гц, так и высокие частоты 17 - 20 Гц. Коэффициенты вариации скорости перемещения и мощности электродвигателя комбайна достигает 28 %.

      При дисперсионном анализе процессов бы.и рассчитаны дисперсии адекватности и воспроизводимость по зависимостям [ 2]:

где - дисперсии адекватности и воспроизводимости; x_i, - значения величин процессов, зафиксированных при перемещении натурного комбайна и его модели; Δx_М - предельная разность измеренных величин натурного комбайна и его модели, f - число степеней свободы.

      После проверки однородности вычисленных дисперсий по зависимости определялся критерий Фишера, значение которого было меньше табличной его величины (0,33 < 4,15) при доверительной вероятности 0,95 .

     Приведенными корреляционными, спектральными и дисперсионными анализами установлены адекватность и воепроизводимость процессов зацепления движителя БСП и перемещения модели и натурного комбайна. Это позволяет с достаточной достоверностью проводить на стендовой установке ряд исследований:

1. изучать фактическое распределение усилий зацепления, нагруженность элементов движителя под воздействием на исполнительные органы комбайна сил внешнего возмущения и усилий сопротивления перемещению комбайна, изменений шага зубьев реечного става и межцентрового расстояния движителя, а также взаимного расположения приводных колес и реечного става БСП;
2. установить влияние расположения движителя на формирование сил сопротивления перемещению комбайна и тяговых усилий, необходимых для перемещения машины;
3. производить сравнительные испытания различных конструктивных вариантов движителей БСП и их размещения на корпусе машины.

     Список литературы

1. Хиров В.А., Гавриков A.C., Ветчинкин Д.А. Экспериментальные исследования и анализ эффективности работы двухприводного бесцепного механизма подачи // Механизация горн. работ на угол, шахтах. Тула, 1983. С. 193 - 197.
2. Основы научные исследований / Под ред. Е.Г.Баранова. Киев; Донецк: Зища школа, 1984. 176 с.