ДонНТУ | Портал магістрів ДонНТУ | | | RUS | ENG

Чередніченко Юлія Олександрівна

Факультет інженерної механіки та машинобудування

Кафедра гірничих машин

Спеціальність "Гірниче обладнання (Комп'ютерне проектування мехатронного гірничого обладнання)"

Обгрунтування параметрів підсистеми підвіски виконавчих органів очисних комбайнів з поворотним блоком різання

Науковий керівник: проф., д.т.н. Кондрахін Віталій Петрович

1. Актуальність теми. Аналіз досліджень и научная новизна. Цель работы.
2. Розрахунок основних параметрів СПРО очисного комбайна .
3. Проектування ВЗП.
   • Принцип дії гідродомкрата підвіски з демпфуючим пристроєм.
   • Розробка конструкції штока.
   • Вибір тарільчастих пружин.
4. Побудова амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) СПРО для випадків роботи гідродомкрата без ВЗП і з ВЗП .
5. Висновки.
6. Список літератури.

Актуальність теми

Конструкція і параметри сучасних очисних комбайнів повинні забезпечувати надійну високопродуктивну роботу всього устаткування очисного комплексу і безпеку роботи персоналу. Саме виїмкові машини в значній мірі визначають продуктивність всього комплексу. Важкі гірничо-геологічні умови експлуатації гірничих комбайнів обумовлюють необхідність суттєвого підвищення їх технічного рівня і якості, і перш за все надійності і продуктивності. Очисні комбайни нового покоління мають ряд відмінних рис. До однієї з найважливіших відмінних особливостей є виконання підсистеми приводу виконавчих органів (ВО) і підсистеми підвіски й переміщення ВО на основі поворотних блоків різання (ПБР). Достоїнствами такого структурно-компановочного рішення, що характеризується поперечним розташуванням електродвигунів, є:

• виняток недостатньо надійною конічної передачі;
• реалізація більш короткої кінематичного ланцюга, у тому числі в ряді випадків з використанням компактної планетарної передачі [1,2].

У зв'язку з застосуванням ПБР потрібне вдосконалення методів дослідження і розрахунку параметрів системи підвіски та регулювання виконавчого органу (СПРО). Наприклад, динамічні навантаження, які формуються в системі підвіски ВО при проходженні гірничо-геологічних порушень, знижують надійність гідродомкрата підйому виконавчого органу, вузлів шарнірного з'єднання корпусів поворотного і основного редукторів між собою і з гідродомкратом. Термін роботи зазначених елементів комбайна може бути підвищений за рахунок установки демпфуючого пристрої для зниження динамічних навантажень. У зв'язку з цим обгрунтування і розвиток методів дослідження і розрахунку параметрів системи підвіски і регулювання виконавчого органу при її проектуванні з характеристиками, що забезпечують ефективну експлуатацію в умовах підвищення навантажень на очисний вибій, є актуальною наукової та практичної завданням, що має галузеве значення.

Аналіз досліджень та наукова новизна

Вирішенню завдання дослідження і розрахунку параметрів спро очисних комбайнів старого покоління присвячені роботи ряду авторів. Розроблено аналітичні методи, проведено експериментальні дослідження. Але для очисних комбайнів нового покоління ці методики вимагають доопрацювання. У даній роботі пропонується методика вибору параметрів і розрахунку максимальних навантажень СПРО для комбайнів з ПБР (на прикладі комбайна КДК-400). Виконаний аналіз залежності дисперсії навантажень на гідродомкрат підвіски від коєфіцієнтів жорсткості та демпфування, що дозволяє вирішити завдання дослідження, розрахунку та оптимізації параметрів СПРО.

Мета роботи

Метою роботи є удосконалення методики аналізу та вибору силових, кінематичних та динамічних параметрів та розрахунку максимальних навантажень СПРО очисних комбайнів з ПБР.

За вибраною розрахунковою схемою (мал. 1) робиться розрахунок основних параметрів СПРО очисного комбайна КДК-400.

Малюнок 1. - Конструктивна схема СПРО очисного комбайну КДК-400.

Виходячи з максимальної потужності пласта, який розробляється, і необхідної величини заглиблення виконавчого органу в грунт пласта в його нижньому положенні, визначається найменша і найбільша відстань між точками кріплення гідродомкрата та хід гідроциліндра:

Тиск Ркг, МПа налаштування запобіжного клапана гідросистеми СПРО визначається потрібним значенням зусилля гідродомкрата, необхідного для регулювання положення ВО. Розглядаються 2 випадки:
- регулювання положення ВО при його роботі вхолосту;
- регулювання положення ВО, що руйнує вибій.

Розрахунок максимального статичного навантаження на гідродомкрат при регулюванні положення виконавчого органу, що працює вхолосту робиться для відстаючого і випереджаючого органу.

Максимальне статичне навантаження на гідродомкрат при регулюванні положення виконавчого органу, що руйніє вибій:

Як розрахункова Fp, H приймається найбільша за абсолютною величиною зі знайдених навантажень.

У даному випадку Fp > 0, тобто гідродомкрат працює на розтягання і розрахунковий тиск в його штоковій порожнині визначається як

Площа поршня гідродомкрата:

Отримане значення Ppn (Ppw) округляється у більшу сторону і приймається як тиск налаштування запобіжного клапану гідросистеми регулювання положення виконавчих органів.

Розрахунок максимальних навантажень на гідродомкрат СПРО робиться для системи підвіски випереджаючого, найбільш навантаженого, органу.

Максимальна сила, що діє на гідродомкрат СПРО:

Максимальне навантаження на гідродомкрат СПРО при монотонному перекиданні двигуна:

Для подальших розрахунків приймається найбільше з отриманих значень максимальної сили СПРО, що діє на гидродомкрат.

Отримане значення максимального тиску округляється у більшу сторону і приймається як тиск налаштування запобіжних клапанів, що захищають порожнини гідродомкратів від перевантажень в ті періоди часу, коли ці порожнини замкнуті гидрозамком[3].
Ця методика опробована на прикладі очисного комбайну КДК-400. Результати розрахунку можна отримати у автора роботи.

Запропонованиий віброзахисний пристрій (ВЗП), вбудований в гідродомкрат, призначений для зниження коливань поворотного редуктора з виконавчим органом при дії на них динамічних коливань. Гідродомкрат (мал. 1) складається з корпусу 1, в якому розташований шток 2 із закріпленим на ньому поршнем 3. Шток 2 виконаний порожнім і має знімну голівку штока 4. У штоку 2 встановлений гальмуючий елемент 5, виконаний у вигляді розташованого в розточуваннях штока 2 ступеневого циліндричного плунжера 6, утворює поршневу 7 і штокову 8 камери, сполучені дросельними отворами 9 і 10 з поршневою 11 і штоковою 12 порожнинами гідродомкрата, і має пружний елемент 13 - пакет тарілчастих пружин, що має нелінійну характеристику. Тарілчасті пружини встановлені завдяки втулці 14 на хвостовику плунжера 6 і зафіксовані в вісьовому напрямку дистанційним кільцем 15, яке спирається на голівку штока 4. Поршнева порожнина 7 з'єднана з порожниною 11 дросельним отвором у дросельній шайбі 16. Штокова порожнина 8 з'єднана з порожниною 12 дросельним отвором 17.

При підвищенні тиску в поршневій порожнині золотниковий елемент 5 долає опір пружного елементу 13 і пересувається вліво. З порожнини 7 через дросельний отвір 9 рідина перетікає в порожнину 11. За рахунок цього поршень 3 переміщується вправо на відстань, пропорційну об'єму рідини, яка перетекла в порожнину 11[4].

Малюнок 2. - Гідродомкрат підвіски з демпфуючим пристроєм.

Діаметр штока визначається таким чином: відношення площини поршня гідродомкрата до площини штока повинна дорівнювати відношенню відповідних площин ВЗП.

Відношення площин штока та поршня гідродомкрата:

Діаметр штока плунжера:

Визначається товщина поршня: Нn=32 мм

При виборі пружин слід враховувати те, що вони повинні працювати на всьому діапазоні навантажень на гідродомкрати. Необхідне максимальне навантаження визначається тиском настройки запобіжного клапана, який захищає порожнини гідродомкрата.

Максимальне зусилля на штоку ВЗП визначається з формули:

Для підвищення ефективності роботи ВЗП доцільно виконати пружний елемент у вигляді послідовного з'єднання трьох пакетів пружин.

Жорсткість пружини визначається по залежності [5]:

Графік залежності навантажень на пакети пружин від деформації пружини має кусково-лінійний характер і предоставлений на мал. 3.

Малюнок 3 - Графік упругої характеристики пакета пружин (F - зусилля, s – деформація).

Принцип дії СПРО з ВЗП представлений на мал. 4.

Малюнок 4 - Принцип дії СПРО з ВЗП ( 1 - ВО, 2 - СПРО, 3 - вісь повороту СПРО, 4 - пакет пружин, 5 - гідродомкрат).

(Анімація: об'єм – 112 КБ; розмір – 585x397; кількість кадрів – 7; кількість циклів повторення – 7)

При складанні рівняння руху механізму СПРО приймається припущення, що навантаження діють на одній лінійноій ділянці. Тоді рівняння вимушених коливань буде мати вигляд [6] :

Коефіцієнт динамічного посилення[7]:

За отриманими даними будуються амплітудно-частотні характеристики (АЧХ) (мал. 5) для випадків роботи гідродомкрата без ВЗП (крива 1) і з ВЗП (криві 2, 3, 4 відповідно при роботі на 3-й, 2-й та 1-й ділянках пружної характеристики).

Малюнок 5 - АЧХ СПРО для випадків роботи гідродомкрата без ВЗП (крива 1) і з ВЗП для середнього положення ВО.

На мал. 6 та 7 приведені АЧХ для нижнього та верхнього положень ВО.

Малюнок 6 - АЧХ СПРО для випадків роботи гідродомкрата без ВЗП (крива 1) і з ВЗП для нижнього положення ВО.

Малюнок 7 – АЧХ СПРО для випадків роботи гідродомкрата без ВЗП (крива 1) і з ВЗП для верхнього положення ВО.

З графіків видно, що при використанні ВЗП максимум кривої АЧХ зменшується приблизно на 12.5% і його положення зміщується вліво, що відповідає зниженню власної частоти системи. На практиці це забезпечує зниження динамічних складових навантажень на гідродомкрати СПРО. При дії на ВО випадкових навантажень у вигляді «білого шуму» дисперсія навантаження в системі пропорційна площі під кривою квадрата АЧХ. З аналізу мал. 3 випливає, що застосування ВЗП зі знайденими параметрами забезпечує зниження дисперсії навантаження на гідродомкрат не менше ніж в 2,5 рази.

У даній роботі запропонована удосконалена методика для аналізу і вибору силових, кінематичних та динамічних параметрів та розрахунку максимальних навантажень СПРО очисних комбайнів з ПБР.

1. Гірничі машини для підземного видобутку вугілля: Навчальний посібник для ВНЗів / [П.А. Горбатов, Г.В. Петрушкін, Н.М. Лисенко та ін.] ; Під заг. ред. П.А. Горбатова. - [2-е вид. перероб. и доп.]. - Донецьк: «Норд Комп'ютер», 2006. - 669 с.
2. Горбатов П. А. Виїмкові комбайни нового покоління як енергетичні системи мехатронного класу [Монографія] / П. А. Горбатов, В. В. Косарєв, Н. М. Лисенко; Під заг. ред. П. А. Горбатова. - Донецьк: «Ноулідж», 2010. - с. 176.
3. Стандарт підприємства. Комплексна система управління якістю продукції та ефективним застосуванням ресурсів. Комбайни очисті. Системи підвіски та регулювання виконавчих органів. Вибір параметрів та розрахунок максимальних навантажень. Методика СТП-50-0137-90. - [Введений з 1990-29-06]. - Ротапрінт ГМЗ ім. Кірова: 1990. - с. 43.
4. А. с. 1296506 В 66F 3/24 Опубл. в БИ№10 - 1987 р.
5. Анур'єв В. І. Довідник конструктора-машинобудівельника. Том 3 / В. І. Анур'єв. - [8-е вид. перероб. и доп.]. - М.: «Машинобудування», 2001. - с. 859.
6. Кондрахін В. П. Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук / В. П. Кондрахін. - Д.: 1980. - с. 225.
7. Василенко Н. В. Теорія коливань / Н. В. Василенко. - К.: «Вища школа», 1992. - 429 с.
8. Проектування і конструювання гірничих машин і комплексів / [Г.В. Малєєв, В.Г. Гуляєв, Н.Г. Бойко та ін.]. – М.: «Недра», 1988. - 368 с.
9. Гірничі машини та обладнання - В 2-х т. Т.1 / [П.А. Горбатов, Г.В. Петрушкін, Н.М. Лисенко] - Донецьк: РІА ДонНТУ, 2003. - 295 с.
10. Наукова робота Н. Г. Бойко. Динаміка приводу виконавчого органу очисних комбайнів та його характеристики при випадковому збуренні [Електронний ресурс]. - Режим доступу: http://www.nbuv.gov/ ~ /Stat1.pdf
11. Наукова робота Н. И. Сисоєв, А. С. Кожевніков. Алгоритм та технічна реалізація мехатронного управління режимними параметрами очисного комбайну [Електронний ресурс]. - Режим доступу: http://www.nbuv.gov.ua/ ~ /Stgm_27.pdf

Примітка

При написанні даного реферату магістерська робота була не завершена. Остаточне завершення - 1 грудня 2011 Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або наукового керівника після зазначеної дати.

Резюме | Біографія