"Инженер".Студенческий научно-технический журнал-№4.-Донецк:ДонНТУ,2003.-с.120-122

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНЕРЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРНЫХ МАШИН МЕТОДОМ 3М МОДЕЛИРОВАНИЯ

 

Кондрахин В.П., Ефремов М. А. (каф. ГМ, ДонНТУ. г. Донецк. Украина)

 

Для решения задач статики и динамики очистных комбайнов, большое значение имеет знание инерционных характеристик, к числу которых можно отнести массу, координаты центра масс, моменты инерции, направление главных осей инерции. Указанные характеристики определяются расчетным путем. Существующая методика, разработанная кафедрой «Горные машины» ДонНТУ и изложенная в СТП Горловского машзавода [1], позволяет определить вышеуказанные характеристики поворотного редуктора путем его разбиения на 3 – 5 элементарных частей (цилиндры, конусы, призмы и др.). Однако ее использование требует достаточно трудоемких расчетов, при этом возможно возникновение ошибок, которые в дальнейшем могут приводить к неточной оценке динамической нагруженности машин, поломкам деталей, узлов, и т.д.

Современные пакеты параметрического трехмерного проектирования, ориентированные на решение задач в области машиностроения, позволяют с любой степенью точности определить инерционные характеристики построенной модели. Поскольку большинство существующих очистных комбайнов проектировалось без применения компьютеров, для получения инерционных характеристик машин вначале требуется создать с достаточно высокой точностью трехмерную модель машины.

В настоящей работе исследованы инерционные характеристики комбайна К103М, для чего разработана 3М модель комбайна (см. рисунок). При создании модели вводились следующие упрощения:

Зубчатые колеса представлены в виде дисков, основными размерами которых являются ширина зубчатого венца, делительный диаметр и диаметр вала.

Валы и оси не имеют фасок, шпоночных канавок, канавок для выхода шлифовального круга.

Отсутствуют элементы крепления, элементы гидравлики: патрубки и шланги.

Исполнительный орган представлен без резцов и резцедержателей.

При помощи этой модели были определены основные инерционные характеристики комбайна (таблицы 1,2).

Таблица 1 – Инерционные характеристики комбайна К103М(масса, координаты центра масс, моменты инерции относительно осей)

 X
a,град Координаты центра масс Моменты инерции относительно осей
Y Z Ix Iy Iz
0 0.0 313 187 3470 15560 14290
5 -0.22 319 187 3510 15550 14320
10 -0.94 324 187 3560 15520 14340
15 -2.14 330 187 3610 15470 14340
20 -3.82 335 187 3660 15410 14330
25 -5.96 340 187 3720 15330 14310
30 -8.55 346 187 3790 15230 14280
35 -11.58 350 187 3850 15120 14230

Таблица 2 – Инерционные характеристики модели комбайна К103М (главные моменты инерции, центробежные моменты инерции)
a,град Главные моменты инерции Центробежные моменты инерции
Ixx Iyy Izz Ixy Izx Iyz
0 2158 15210 13320 0.56 0 540
5 2160 15200 13320 110 -0,9 563
10 2167 15180 13300 216 -3,9 586
15 2178 15140 13270 318 -8,8 609
20 2192 15080 13220 413 -15 631
25 2210 15000 13170 501 -24 652
30 2231 14910 13100 579 -35 673
35 2255 14810 13010 646 -47 692

Из данных таблиц 1и 2 следует:

Изменение координаты Х центра масс, при увеличении угла наклона поворотного редуктора от 0 до 35 град., составляет 12мм. Учитывая, что центр системы координат располагается симметрично относительно забойных опор, эти изменения не существенно влияют на продольную устойчивость комбайна, т.к. расстояние между забойными опорами составляет 1700мм. Смещение центра масс по координате Y составляет 27мм. Из-за небольших размеров корпуса комбайна по высоте это смещение может повлиять на поперечную устойчивость комбайна.

За счет изменения координат центра масс происходит изменение:

моментов инерции относительно оси: X на 379 кгм2, Y на 441 кгм2, Z на 62 кгм2;

главных моментов инерции:Ixx на 97 кгм2, Iyy на 404 кгм2, Izz на 309 кгм2;

центробежных моментов инерции: Ixy на 645 кгм2, Izx на 47 кгм2, Iyz на 152 кгм2.

Проведение подобного анализа позволит проследить изменения инерционных характеристик комбайнов не только в зависимости от положения исполнительного органа, а также в зависимости от изменения гипсометрии пласта. Это позволит проектировать комбайны для представительных горно-геологических условий.

Для определения точности расчетов, заключающихся в разбиении детали на элементарные составляющие, было произведено сравнение момента инерции поворотного редуктора, определенного по методике [1], с моментом инерции, который был определен при помощи 3М модели. В результате было установлено, что погрешность расчетов по рекомендациям [1] составляет 12%.

 

 

 


Рисунок 1 – 3М модель комбайна К103М

 

Таким образом, при проектировании горных машин необходимо переходить к использованию современных пакетов параметрического трехмерного проектирования, что позволит оценить инерционные характеристики машины с требуемой точностью.

 

Список литературы: 1. СТП – 50 – 0137 – 90 Комбайны очистные. Системы подвески и регулирования исполнительных органов. Выбор параметров и расчет максимальных нагрузок. – ГМЗ им. Кирова, 1990. – 43с.