И.А.Горобец, Бен Айша Зиед Проектирование колесно-реечного зубчатого зацепления с оптимальными параметрами
Библиотека

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЕОЛЕСНО-РЕЕЧНОГО ЗУБЧАТОГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ С ОПТИМАЛЬНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

И.А.Горобец, Бен Айша Зиед
г.Донецк, Украина

Источник: Статья опубликована в студенческом научно-техническом журнале Инженер N2/2002.

      Движитель колесно-реечного типа является исполнительным механизмом системы перемещения современных горных комбайнов, удовлетворяющих требованиям безопасности труда и высокой производительности.

     Тяжелые условия работы горного комбайна, приводящие к уменьшениям межцентрового расстояния между приводным колесом и рейкойдо 10% от номинального, неизбежные погрешности изготовления реек экономически целесообразными методами - литьем, штамповкой, сваркой, приводящие к изменениям формы и шага зубьев рейки (до 3,3% номинальной его величины) и принятая в настоящее время форма профиля зубьев движителя обусловливают:

  1. Неравномерность тягового усилия, определяемая коэффициентом неравномерности (отношение максимальной величины к средней) достигает 1,54. Это обстоятелство приводит к увеличению динамической нагруженности узлов комбайна;
  2. Неравномерность скорости перемещения (коэффициент неравномерности 1,10), которая приводит к снижению производительности комбайна;
  3. Появление значительных знакопеременных радиальных усилий зацепления, снижающих мгновенное значение КПД передачи ( с 0,90 до 0,30);
  4. Значительную скорость скольжения зубьев движителя, которая увеличивает работу сил трения и снижает долговечность приводных элементов движителя [1].

      Учитывая эксплуатационные, технологические и конструктивные недостатки движителей колесно-реечного типа очистных комбайнов, разработана методика определения оптимального профиля зубьев движителей.

      Учитывая эксплуатационные, технологические и конструктивные недостатки движителей колесно-реечного типа очистных комбайнов, разработана методика определения оптимального профиля зубьев движителей.

      В качестве критериев оптимизации используются :

где - максимальное , минимальное и среднее тяговое усилие соответственно; - максимальная, минимальная и средняя скорость перемещения комбайна соответственно ;-максимальная, минимальная и средняя скорость скольжения зубьев соответственно.

      Ограничениями при оптимизации профиля зубьев является отсутствие снижения прочности зубьев σ и коэффициента перекрытия зубчатой передачи Кп:

где [σ]и [Кп] - предельно допустимые значения напряжений в зубьях движителя и коэффициента перекрытия зубчатой передачи .Факторами при проведении процедуры оптимизации являются межцентровое расстояние AW и шаг зубьев рейки PP

где - номинальное значение межцентрового расстояния движителя и его изменения соответственно; Сл - приведенный коэффициент жесткости элементов движителя и опорной системы комбайна; R1 -радиальное усилие в зацеплении i-го зуба приводного колеса и рейки; m - количество одновременно взаимодействующих зубьев .

      Хотя исследованиями [2] и установлен случайный характер распределения плотностей вероятностей шага зубьев рейки PP , но в расчетах следует принимать не только наиболее вероятное значение шага зубьев рейки, но и крайние его значения PPmax и PPmin , имеющие место в реальных условиях.

      Математическая модель процесса зацепления реализована в виде взаимодействующих зубьев , образованных произвольными кривыми Ф(x,y) и Θ (x,y), непрерывными на всем участке профиля .

      Силовые и кинематические параметры зацепления определяются выражениями:

где ξ1 - ошибка профиля зубьев движителя, обусловленная технологией его изготовления и износом в процессе эксплуатации; Сл - коэффициент жесткости сопряженной пары зубьев колеса и рейки; f3 - коэффициент трения в зацеплении ;ρi-1,ρi, φi-1 , φi - полярные координаты точки контакта на профиле зубьев колеса при его повороте из l-1 до l положения на угол d γ; - значения частных производных функций Ф(X,Y) в точке контакта по переменным X Y соответственно ; W - угловая скорость приводного колеса движителя.

      Решением задачи оптимизации (применительно к движителям комбайнов КА и КА-80) установлено существование оптимального профиля зубьев колеса и рейки, существенно отличающегося от базового и позволяющего по сравнению с ним:

  1. Снизить в 1,5 раза неравномерность тягового усилия;
  2. Снизить в 2,5 раза радиальное усилие в зацеплении;
  3. Снизить в 1,5 раза неравномерность скорости перемещения комбайна;
  4. Снизить в 1,3 раза среднюю скорость скольжения зубьев;
  5. Повысить в среднем на 15% КПД движителя.

      Проверка полученных результатов оптимизации осуществлялась на специально разработанном полноразмерном стенде [3], с натурным движителем. Стенд оснащен специальными тензометрическими устройствами для измерения усилий в зубчатом зацеплении и точек его приложения [4], датчиками для измерения изменения межцентрового расстояния движителя [5], мгновенной скорости перемещения и другими устройствами. Результаты экспериментальных исследований процесса зацепления движителя с оптимальным профилем зубьев подтвердили теоретические выводы. При этом погрешность мгновенных величин не превосходила 20% , а средних – 10%.

      Таким образом, разработанная методика позволяет определить оптимальный профиль зубьев колесно-реечных передач, обеспечивающий снижение неравномерности тягового усилия и скорости перемещения комбайна, снижение скорости скольжения зубьев в зацеплении и амплитуд радиального усилия. Это позволит снизить динамическую нагруженность узлов машины, повысить КПД передачи, ее долговечность и производительность комбайна.

     Список литературы

  1. Горобец И.А. Результаты исследований параметров зацепления движителей БСП очистных комбайнов//Разработка месторождений полезных ископаемых:Респ.межвед.научню-техн.сб.-1991,Вып.88-С.31-36.
  2. Горобец И.А. Оптимизация профиля зубьев движителей механизма перемещения очистных комбайнов.//Изв.вузов.Горный журнал.-1992-№5-С.77-81.
  3. Горобец И.А. Стенд для исследований работы комбайнов с бесцепной системой подачи//Механизация горных работ на шахтах.Тула, 1990-С.47-53.
  4. А.С. СССР №1604989, Е21с 29/02. Устройство для измерения усилий зацепления движителей очистных комбайнов.//Бойко Н.Г.,Горобец И.А.,Нечепаев В.Г. и др.-№4022010/03-22 .Заявлено 12.02.86. Опубл. 30.05.88.Бюл.№20-8с.
  5. А.С.СССР №1604989, Е21с 29/02.Устройство для исследования параметров бесцепной системы подачи угольного комбайна./Бойко Н.Г., Горобец И.А. -№4451345/03-27.Заявлено 26.06.88.Опубл. 07.11.90.Бюл.№41- 6с.
Вверх