ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ | | | UKR | ENG

Чередниченко Юлия Александровна

Факультет инженерной механики и машиностроения

Кафедра горных машин

Специальность «Горное оборудование (Компьютерное проектирование мехатронного горного оборудования)»

Обоснование параматров подсистемы подвески исполнительных органов очистных комбайнов с поворотным блоком резания

Научный руководитель: проф., д.т.н. Кондрахин Виталий Петрович

1. Актуальность темы. Анализ исследований и научная новизна. Цель работы.
2. Расчет основных параметров СПРО очистного комбайна с ПБР.
3. Проектирование ВЗУ.
   • Общее устройство гидродомкрата подвески с демпфирующим устройством.
   • Разработка конструкции штока.
   • Выбор тарельчатых пружин.
4. Построение амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) СПРО для случаев работы гидродомкрата без ВЗУ и с ВЗУ.
5. Выводы.
6. Список литературы.

Актуальность темы

Конструкция и параметры современных очистных комбайнов должны обеспечивать надёжную высокопроизводительную работу всего оборудования очистного комплекса и безопасность работы персонала. Именно выемочные машины в значительной мере определяют производительность всего комплекса. Тяжелые горно-геологические условия эксплуатации горных комбайнов обусловливают необходимость существенного повышения их технического уровня и качества, и прежде всего надежности и производительности. Очистные комбайны нового поколения в отличие от прежнего имеют ряд отличительных особенностей. Одной из важнейших отличительных особенностей является выполнение подсистемы привода исполнительных органов (ИО) и подсистемы подвески и перемещения ИО на основе поворотных блоков резания (ПБР). Достоинствами такого структурно-компановочного решения, характеризующегося поперечным расположением электродвигателей, являются:

• исключение недостаточно надежной конической передачи;
• реализация более короткой кинематической цепи, в том числе в ряде случаев с использованием компактной планетарной передачи[1,2].

В связи с применением ПБР требуется усовершенствование методов исследования и расчета параметров системы подвески и регулирования исполнительного органа (СПРО). Например, динамические нагрузки, которые формируются в системе подвески ИО при прохождении горно-геологических нарушений, снижают надежность гидродомкрата подъема исполнительного органа, узлов шарнирного соединения корпусов поворотного и основного редукторов между собой и с гидродомкратом. Срок службы указанных элементов комбайна может быть повышен за счет установки демпфирующего устройства для снижения динамических нагрузок. В этой связи обоснование и развитие методов исследования и расчета параметров системы подвески и регулирования исполнительного органа при ее проектировании с характеристиками, обеспечивающими эффективную эксплуатацию в условиях повышения нагрузок на очистной забой, является актуальной научной и практической задачей, имеющей отраслевое значение.

Анализ исследований и научная новизна

Решению задачи исследования и расчету параметров СПРО очистных комбайнов старого поколения посвящены работы ряда авторов. Разработаны аналитические методы, проведены экспериментальные исследования. Но для очистных комбайнов нового поколения эти методики требуют доработки. В данной работе предлагается методика выбора параметров и расчета максимальных нагрузок СПРО для комбайнов с ПБР (на примере комбайна КДК-400). Выполнен анализ зависимости дисперсии нагрузок на гидродомкрат подвески от коэффициентов жесткости и демпфирования, позволяющий решить задачу исследования, расчета и оптимизации параметров СПРО.

Цель работы

Целью работы является усовершенствование методики анализа и выбора силовых, кинематических и динамических параметров и расчета максимальных нагрузок СПРО очистных комбайнов с ПБР.

Расчет основных параметров СПРО очистного комбайна с ПБР

По выбранной расчетной схеме (рис. 1) производится расчет основных параметров СПРО очистного комбайна. Геометрические параметры системы выбираются согласно [2].

Рисунок 1 – Конструктивная схема СПРО очистного комбайна КДК-400.

Исходя из максимальной мощности разрушаемого пласта и необходимой величины заглубления испольнительного органа в почву пласта в его нижнем положении, определяется наименьшее и наибольшее расстояние между точками крепления гидродомкрата:

Давление Ркг, МПа настройки предохранительного клапана гидросистемы СПРО определяется требуемой ведичиной усилия гидродомкрата, необходимый для регулирования положения ИО. Рассматриваются 2 случая:
- регулирование положения ИО при его работе вхолостую;
- регулирование положения ИО, разрушающего забой.

Максимальная статическая нагрузка на гидродомкрат при регулировании положения исполнительного органа, работающего вхолостую. Расчет производится для отстающего и опережающего органа.

Максимальная статическая нагрузка на гидродомкрат при регулировании положения исполнительного органа, разрушающего забой.

В качестве расчетной Fp , H принимается наибольшая по абсолютной величине из полученных нагрузок.

Если Fp > 0 то гидродомкрат работает на растяжение и расчетное давление в его штоковой полости определяется как:

Площадь поршня гидродомкрата и расчетное давление в его поршневой полости определяется как:

Полученное значение Ppn (Ppw) округляется в большую сторону и принимается в качестве давления настройки предохранительного клапана гидросистемы регулирования положения исполнительных органов.

Расчет максимальных нагрузок на гидродомкрат СПРО. Расчет производится для системы подвески опережающего наиболее нагруженного органа.

Максимальная сила, действующая на гидродомкрат СПРО

Максимальная нагрузка на гидродомкрат СПРО при монотонном опрокидывании двигателя

Для дальнейших расчетов принимается наибольшее из полученных выше значений максимальной силы, действующей на гидродомкрат СПРО

Полученное значение максимального давления округляется в большую сторону и принимается в качестве давления настройки предохранительных клапанов, защищающих полости гидродомкратов от перегрузов в те периоды времени, когда эти полости заперты гидрозамком[3].
Данная методика опробирована на примере очистного комбайна КДК-400 для определенных исходных данных. Результаты расчета приведены в табл. 1.

Таблица 1 – Результаты расчета по дополненной методике анализа и выбора силовых, кинематических и динамических параметров и расчета максимальных нагрузок СПРО для комбайна КДК-400.

Предлагаемое виброзащитное устройство (ВЗУ), встраиваемое в гидродомкрат, предназначено для снижения колебаний поворотного редуктора с исполнительным органом при воздействии на них динамических колебаний. Гидродомкрат (рис. 2) состоит из корпуса 1, в котором расположен шток 2 с закрепленным на нем поршнем 3. Шток 2 выполнен пустым и имеет съемную головку штока 4. В штоке 2 установлен тормозящий элемент 5, выполненный в виде расположенного в расточках штока 2 ступенчатого цилиндрического плунжера 6, образующего поршневую 7 и штоковую 8 камеры, соединенные дроссельными отверстиями 9 и 10 с поршневой 11 и штоковой 12 полостями гидродомкрата, и имеет упругий элемент 13 - пакет тарельчатых пружин, имеищий нелинейную характеристику. Тарельчатые пружины установлены благодаря втулке 14 на хвостовике плунжера 6 и зафиксированы в осевом направлении дистанционным кольцом 15, опирающегося на головку штока 4. Поршневая полость 7 соединена с полостью 11 дроссельным отверстием в дроссельной шайбе 16. Штоковая полость 8 соединена с полостью 12 дроссельным отверстием 17.

При повышении давления в поршневой полости золотниковый элемент 5 преодолевает сопротивление упругого элемента 13 и передвигается влево. Из полости 7 через дроссельный отверстие 9 жидкость перетекает в полость 11. За счет этого поршень 3 перемещается вправо на расстояние, пропорциональное объему жидкости, которая перетекла в полость 11[4].

Рисунок 2 – Гидродомкрат подвески с демпфирующим устройством.

Диаметр штока определяется следующим образом: отношение площади поршня гидродомкрата к площади штока должна равняться отношению соответствующих площадей поршня и штока ВЗУ.

Отношение площадей штока и поршня гидродомкраты:

Диаметр штока плунжера:

Определяем толщину поршня: Нn=32 мм.

При выборе пружин следует исходить из того, что они должны работать на всем диапазоне нагрузок на гидродомкраты. Требуемая максимальная нагрузка определяется давлением настройки предохранительного клапана, который защищает полости гидродомкрата.

Максимальное усилие на штоке ВЗУ определяется из формулы:

Для повышения эффективности работы ВЗУ целесообразно выполнить упругий элемент в виде последовательного соединения трех пакетов пружин.

Жесткость пружины определяется по зависимости [5]:

График зависимости нагрузок на пакеты пружин от деформации пружины имеет кусочно-линейный характер и представлен на рис. 3.

Рисунок 3 – График упругой характеристики пакета пружин (F - усилие, s – деформация).

Принцип работы СПРО с ВЗУ представлен на рис. 4.

Рисунок 4 – Принцип работы СПРО с ВЗУ ( 1 - ИО, 2 - СПРО, 3 - ось поворота СПРО, 4 - пакет пружин, 5 - гидродомкрат).

(Анимация: объем – 112 КБ; размер – 585x397; количество кадров – 7; количество циклов повторения – 7)

При составлении уравнения движения механизма СПРО принято допущение, что нагрузки действуют на одном линейном участке упругой характеристики. Тогда уравнение вынужденных колебаний будет иметь вид [6]:

Коэффициент динамического усиления[7]:

По полученным данным постороены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) (рис. 5) для случаев работы гидродомкрата без ВЗУ (кривая 1) и с ВЗУ (кривые 2, 3, 4 соответственно при работе на 3-м, 2-м и 1-м участках упругой характеристики).

Рисунок 5 – АЧХ СПРО для случаев работы гидродомкрата без ВЗУ и с ВЗУ для среднего положения ИО.

На рис. 6 и 7 приведены АЧХ для нижнего и верхнего положений ИО.

Рисунок 6 – АЧХ СПРО для случаев работы гидродомкрата без ВЗУ и с ВЗУ для нижнего положения ИО.

Рисунок 7– АЧХ СПРО для случаев работы гидродомкрата без ВЗУ и с ВЗУ для верхнего положения ИО.

Из графиков видно, что при использовании ВЗУ максимум кривой АЧХ уменьшается примерно на 12.5 % и его положение смещается влево, что соответсвует снижению собственной частоты системы. На практике это обеспечивает снижение динамических составляющих нагрузок на гидродомкраты СПРО. При действии на ИО случайных нагрузок в виде «белого шума» дисперсия нагрузки в системе пропорциональна площади под кривой квадрата АЧХ. Из анализа рис. 3 следует, что применение ВЗУ с найденными параметрами обеспечивает снижение дисперсии нагрузки на гидродомкрат не менее чем в 2,5 раза.

В данной работе предложена усовершенствованная методика для анализа и выбора силовых, кинематических и динамических параметров и расчета максимальных нагрузок СПРО очистных комбайнов с поворотными блоками резания.

1. Горные машины для подземной добычи угля: Учеб. пособие для вузов / [П.А. Горбатов, Г.В. Петрушкин, Н.М.Лысенко и др.]; Под общ. ред. П.А.Горбатова. - [2-е изд. перераб. и доп.]. - Донецк: «Норд Компьютер», 2006. - 669 с.
2. Горбатов П. А. Выемочные комбайны нового поколения как энергетические системы мехатронного класса [Монография] / П. А. Горбатов, В. В. Косарев, Н. М. Лысенко; Под общ. ред. П. А. Горбатова. - Донецк: «Ноулидж», 2010. - с. 176.
3. Стандарт предприятия. Комплексная система управления качеством продукции и эффективным использованием ресурсов. Комбайны очистные. Системы подвески и регулирования исполнительных органов. Выбор параметров и расчет максимальных нагрузок. Методика СТП-50-0137-90. - [Введен с 1990-29-06]. - Ротапринт ГМЗ им. Кирова: 1990. - с. 43.
4. А.с. 1296506 В 66F 3/24 Опубл. в БИ№10 - 1987 г.
5. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. Том 3 / В. И. Анурьев. - [8-е изд. перераб. и доп.]. - М.: «Машиностроение», 2001. - с. 859.
6. Кондрахин В. П. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / В. П. Кондрахин. - Д.: 1980. - с. 225.
7. Василенко Н. В. Теория колебаний / Н. В. Василенко. - К.: «Вища школа», 1992. - 429 с.
8. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов / [Г.В.Малеев, В.Г.Гуляев, Н.Г.Бойко и др.]. - М.: «Недра», 1988. - 368 с.
9. Горные машины и оборудование - В 2-х т. Т.1 / [П.А. Горбатов, Г.В. Петрушкин, Н.М. Лысенко] - Донецк: РИА ДонНТУ, 2003. - 295 с.
10. Научная работа Н. Г. Бойко. Динамика привода исполнительного органа очистных комбайнов и его характеристики при случайном возмущении [Электронный ресурс]. - Режим доступа:http://www.nbuv.gov/ ~ /Stat1.pdf
11. Научная работа Н. И. Сысоев, А. С. Кожевников. Алгоритм и техническая реализация мехатронного управления режимными параметрами очистного комбайна [Электронный ресурс]. - Режим доступа:http://www.nbuv.gov.ua/ ~ /Stgm_27.pdf

Примечание

При написании данного реферата магистерская работа была не завершена. Окончательное завершение – 1 декабря 2011 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или научного руководителя после указанной даты.

Резюме | Биография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальный раздел