Перинский Максим Витальевич

Автореферат по теме выпускной работы

    Объект исследования – подсистема привода исполнительного органа очистных комбайнов (на примере КДК 500).
    Цель работы: повышение надежности подсистем привода исполнительного органа очистных комбайнов на основе установления закономерностей формирования максимальных нагрузок и обоснования способов их снижения.

1 Актуальность

    Максимальные нагрузки в приводе исполнительного органа очистного комбайна возникают при встрече режущего инструмента с твердым включением, которые достаточно часто встречаются в разрабатываемых угольных пластах. При таком взаимодействии в трансмиссии возникают значительные динамические нагрузки, превышающие по своим значениям нагрузки при резании угольных пластов в несколько раз и приводящие к отказам и снижению долговечности горных машин.

Анимация 1. Схема разрушения твердого включения резцом
Количество циклов - 10, количество кадров - 17, объём - 144 КБ

   1.1 Исследования внешней нагрузки в виде многократных импульсов (по записям нагрузок на резцах)
    В лаборатории резания угля Института горного дела им. А.А. Скочинского были выполнены исследования [1], направленные на изучение факторов, влияющих на уровень максимальных нагрузок, таких, как характер связи включения с массивом, вид взаимодействия инструмента с включением, минералогический состав включения и т.д. Результаты данных исследований базировались на материалах натурных экспериментов по резанию включений (с записями нагрузок на резцах) с различными и заранее известными прочностными и геометрическими характеристиками.Были предварительно выделены три типа включений, различных по минералогическому составу, физико-механическим свойствам и характеру разрушения при резании. Это включения пиритные, карбонатные и карбонатно-пиритные. Также учитывался и анализировался способ контакта резца с включением. Из возможных вариантов рассматривались краевое прорезание, центральное прорезание, касание резцом, вырыв из массива, а также извлечение включения вместе со стружкой угля. Последний тип контакта не вызывает роста динамических составляющих нагрузок, так как при таком типе контакта не разрываются связи угля и включения, однако такой тип контакта возможен только при величине включений не превышающих величину стружки. Экспериментальные данные и расчеты по приведенной в этих работах формуле показали, что в качестве основной модели для определения максимальных нагрузок следует принимать центральное прорезание как вид контакта, при котором относительная величина максимальной нагрузки имеет наибольшее значение и составляет примерно 1. Включения имеют различный характер разрушения. Установлено, что при резании карбонатно-пиритных включений возникает только одна пиковая сила, по количественной оценке примерно равная силе при прорезании карбонатных включений. Пиритные включения имеют относительно малые размеры, вследствие чего их разрушение происходит первым взаимодействием включения с резцом; при этом уровень пиковой силы в 1,5 - 1,7 раза больше по сравнению с карбонатными включениями. Вместе с тем в рассматриваемых работах не изучены закономерности формирования откликов-нагрузок в подсистемах привода, что требует дальнейших целенаправленных исследований.

   1.2 Исследование динамических процессов при внешней нагрузке в виде одиночных импульсов (по записям нагрузок-откликов)
    На рис. 1 представлена зависимость момента сопротивления в виде импульса треугольной формы, которая рассматривается в работах ДонНТУ [2,3].


Рисунок 1. Изменение момента сил сопротивления с течением времени

Эта зависимость получена на основе записей крутящих моментов в результате натурных шахтных экспериментов. Однако при этом остается неизвестным степень представительности параметров включений и типа их прорезания. Величины момента скола и длительности импульса предлагается расчитывать по методике [5]. Основной расчет был произведен нами по методике [3].

2 Анализ нагрузок-откликов по методике ДонНТУ

    При реализации данного подхода проведены расчеты по приведенной методике, а так же выполнен анализ влияния среднего уровня момента сил сопротивления и угла запирания на работу виброзащитного устройства с ограничителями деформаций упругих элементов и уровень максимальных нагрузок в приводе исполнительного органа.



Рисунок 2 - Зависимость максимального и динамического уровня момента от угла запирания виброзащитного устройства и среднего уровня момента сил сопротивления

На рис.2 видно, что с увеличением среднего уровня момента снижается момент динамический. При увеличении угла запирания ВЗУ уровень динамического момента снижается в наибольшей степени что позволяет рекомендовать это направление.

3 Разработка имитационной математической модели динамических процессов в приводе исполнительного органа очистного комбайна

    Для решения поставленных задач были обоснованы допущения и составлена математическая модель установления максимальных нагрузок в приводе исполнительного органа с использованием фундаментальных уравнений Парка-Горева. Эквивалентная расчетная схема для составления математической модели представлена на рис.3 [3,4].




Рисунок 3 - Эквивалентная расчетная схема подсистемы привода исполнительного органа очистного комбайна

    Математическая модель имеет следующий вид:

    Данная система дифференциальных уравнений была решена методом Рунге-Кутта 4 порядка с использованием пакета Матнсаd 14 и были получены следующие зависимости, наиболее полно отражающие функционирование подсистемы (рис.4). Сравнивая численные значения полученых при реализации методики [3] со значениями полученными при решении математической модели можно сделать вывод, что расхождение незначительны и входят в доверительный интервал. Это показывает, что методика [3] с достаточной для инженерных расчетов точностью отражает суть процесса.


Рисунок 4. Зависимости полученные в результате моделирования

На рис.4 показаны зависимости от времени:
а) упругого момента в трансмиссии;
б) угловой скорости исполнительного органа;
в) момента электромагнитного в двигателе;
г) угловой скорости ротора электродвигателя.
Как видно на рис.4 при прорезании твердых включений возникают нагрузки затухающие со временем. Схождение математической модели с данными экспериментов выполнено с помощью введения в уравнения дополнительного члена отвечающего за демпфирование от массива.

4 Направления дальнейших исследований

    Дальнейшими задачами данной работы является разработка математической модели в функции пути резца, а также замена линейного трения в моделях нелинейным, что усложнит математические модели и даст возможность получить более корректные результаты.

Список использованной литературы