Электронная библиотека

E-mail: gnitko@ukrtop.com

Перспективным направлением повышения технического уровня современных технологических машин различных видов является оснащение их механо- гидродинамическими и гидродинамическими системами транспортирования сыпучих материалов. Так, применение механо-гидродинамических систем транспортирования угля в шнековых очистных комбайнах позволяет повысить производительность его выгрузки примерно в два раза и на этой основе существенно увеличить производительность выемки [1-4]. Применение гидродинамических систем транспортирования и удаления металлической и неметаллической стружки из рабочей зоны современных металлорежущих систем автоматизированного производства позволяет в значительной мере повысить производительность и точность механической обработки [5-7 и др.].

Производительность механо-гидродинамических систем выгрузки угля шнековых очистных комбайнов обусловливается значением давления p_н в транспортируемом потоке, которое в соответствие с [4] определяется из уравнения

где f_л, f_r - характеристики трения перемещаемого угля по рабочим поверхностям шнека.

Сила сопротивления перемещению металлической стружки, осуществляемого гидродинамической системой транспортирования по пазу прямоугольного сечения площадью S, определяется из выражения вида

где f - характеристика трения стружки по поверхностям паза.

Анализ выражений (1) и (2) показывает, что величины p_н и F являются сложными многопараметрическими функциями, в существенной мере зависящими от характеристик трения f_л , f_r , f. Следовательно, характеристики трения можно рассматривать в качестве управляемых параметров технологического воздействия на рабочие процессы рассматриваемых систем транспортирования угля, стружки и других сыпучих материалов напорными струями жидкости. Поэтому установление закономерностей изменения и точных значений характеристик трения сыпучих материалов в конкретных эксплуатационных условиях является важным предварительным условием оптимального проектирования механо-гидродинамических и гидродинамических систем транспортирования.

Однако, природа и механизм протекания процессов в зоне контактирования перемещаемых сыпучих материалов с рабочими поверхностями транспортирующих устройств таких систем в настоящее время изучены недостаточно для решения задач оптимального проектирования. Справочные значения характеристик трения, как правило, имеют вид, мало пригодный для практического использования, а функциональные зависимости характеристик трения от состояния рабочих поверхностей и других эксплуатационных условий применительно к задачам проектирования систем транспортирования не установлены. Так, коэффициент трения угля по стали, согласно [8], составляет 0,29-0,84, а коэффициент трения движения стружки по стали в воде, согласно [5], составляет 0,33 вне зависимости от состояния поверхностного слоя (в том числе и вне зависимости от высоты микронеровностей) и других факторов.

В тоже время, известно, что параметры состояния поверхностного слоя и другие условия трения существенно влияют на значение характеристик трения. Так, в соответствие с [9], это влияние в общем виде отражается зависимостью

(3)

где - коэффициент трения скольжения;

- параметр шероховатости;

- скорость скольжения;

Анализ зависимости (4) показывает, что шероховатость поверхности трения оказывает наибольшее влияние на коэффициент трения [9]. Так, изменение шероховатости в 30 раз приводит к изменению коэффициента трения в 2 раза, а изменение условий трения в 100 раз приводит к изменению коэффициента трения в 1,6 раза. Причем наибольшее влияние на процесс трения шероховатость оказывает при больших скоростях и малых нагрузках. Уменьшение шероховатости во всем диапазоне изменения скорости скольжения и нагрузки приводит к снижению коэффициента трения.

Исследования, на основании которых получена зависимость (4) для пары сталь-сталь, проведены на специальной машине трения по схеме шаровой индентор–плоский образец. Такая схема нагружения, позволяя исключить влияние волнистости и макроотклонений на процесс трения, в тоже время в значительной мере не соответствует физической картине процесса транспортирования сыпучих материалов механо-гидродинамическими и гидродинамическими системами (в том числе физической картине перемещения металлической стружки по шероховатой плоской поверхности, пазам и др.). Поэтому результаты работы [9] не могут быть в полной мере распространены на рассматриваемые системы.

где - характеристика трения в конкретных эксплуатационных условиях;

- параметр шероховатости;

- давление сыпучего материала на рабочие поверхности транспортирующих устройств;

- скорость перемещения сыпучего материала;

- влажность транспортируемого сыпучего материала.

Для получения достоверных данных, обеспечивающих получение зависимостей вида [5], на основе положений теории планирования эксперимента разработана методика проведения экспериментальных исследований, которой предусматривается проведение полнофакторного эксперимента (ПФЭ). Определены также необходимые число опытов и число их повторений в исследуемых точках факторного пространства. Необходимое число повторений опытов в каждой точке факторного пространства определяется из условия однородности дисперсий, обусловливающего пригодность полученных экспериментальных данных для проведения регрессионного анализа [10]. Однородность дисперсий при этом устанавливается при помощи критерия Кохрена.

С целью проведения указанных экспериментальных исследований спроектирована и изготовлена полноразмерная установка, основными составными элементами которой являются: система привода (на базе токарного станка); система перемещения (основой которой является специальный подвижный бункер); система измерений (содержащая тензометрический усилитель 8АНЧ, светолучевой осциллограф Н-117, ЭВМ Pentium-2, линии связи, элементы управления и др).

- параметр шероховатости Ra = var (Ra = 1...100 мкм);

- скорость перемещения бункера v = var (v = 0,5…1,5 м/c);

- давление в насыпном материале p = var (p = 0,01…0,03 МПа);

- влажность сыпучего материала = var (= 0...20 % для угля, для стружки – наличие и отсутствие СОТС);

Список литературы: 1. Нечепаев В.Г. Разработка исполнительного органа повышенной погрузочной способности для очистных комбайнов, работающих в условиях тонких пластов // Известия вузов. Горный журнал. –1996.– №1.– С.110-114. 2. Nechepaev V.G. Synthesis of Mechano- Hydrodynamic Actuators of Coal Cutter-Loader // 4. Magdeburger Maschinenbau-Tage. - Tagungsband I. - Logos Verlag Berlin, 1997. - p. 35 - 43. 3. Нечепаев В.Г. Эффективность шнековых исполнительных органов комбайнов для тонких пластов // Уголь Украины. –2001.– №4.– С.20-22. 4. Нечепаев В.Г. Математическая модель выгрузки угля шнековым механо-гидродинамическим исполнительным органом // Известия вузов. Горный журнал.–2000.– №1.– С.68-72. 5. Куприн А.И., Тихонцов А.М. Гидротранспорт стружки. М: Машиностроение, 1978. 80 с. 6. Власов А.Ф. Удаление пыли и стружки от режущих инструментов. -3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982.-240 с. 7. Куприн А.И. Гидротранспорт стружки с импульсной подачей жидкости //Станки и инструмент. – 1975. - № 12. - С.11. 8. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов. – М.: Машиностроение, 1964. – 241 с. 9. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. - М.: Машиностроение, 1987.- 208 с. 10. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий – М.: "Наука", 1976. - 280 с.