СИЛОВОЙ, КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГИДРОФИЦИРОВАННОГО МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ГОРНОЙ МАШИНЫ
Чередниченко Ю. А. , Кондрахин В. П.
Источник: Материалы региональной студенческой конференции, посвященной 90-летию ДонНТУ и 75-летию кафедры горно-заводского транспорта и логистики: «Подъемно-транспортное оборудование и логистика» /ДонНТУ. – Донецк, 2011. – с.
Выполнен силовой, кинематический и динамический анализ гидрофицированного механизма подъема исполнительного органа очистного комбайна. Предложена математическая модель для выбора параметров демпфирующих устройств, обеспечивающих повышение эффективности эксплуатации.
Как в горных, так и подъемно-транспортных машинах для подъема исполнительных органов используются гидродомкраты. Их конструкции и параметры должны обеспечивать надёжную высокопроизводительную работу всей машины. Динамические нагрузки, которые формируются в гидродомкратах при тяжелых условиях работы, снижают надежность механизма подъема исполнительного органа (ИО). Срок службы механизма может быть повышен за счет установки демпфирующего устройства для снижения динамических нагрузок. В этой связи обоснование и развитие методов исследования и расчета параметров гидродомкрата при его проектировании с характеристиками, обеспечивающими эффективную эксплуатацию в условиях повышенных динамических нагрузок, является актуальной научной и практической задачей.
В работе [1] предложена методика анализа и выбора силовых, кинематических и динамических параметров и расчета максимальных нагрузок системы подвески и регулирования исполнительного органа (СПРО) очистного комбайна. Однако эта методика не может быть использована без доработки для анализа современных очистных комбайнов с поворотными блоками резания. В настоящей статье предложена усовершенствованная методика, учитывающая указанные особенности (на примере комбайна КДК-400).
Согласно предлагаемой методике, по выбранной расчетной схеме (рис. 1) производится расчет основных параметров СПРО очистного комбайна КДК-400. Исходя из максимальной мощности разрушаемого пласта и необходимой величины заглубления исполнительного органа в почву пласта в его нижнем положении, определяется наименьшее и наибольшее расстояния между точками крепления гидродомкрата и ход гидроцилиндра.
Рисунок 1. - Конструктивня схема СПРО очистного комбайна КДК-400.
Давление Ркг, МПа настройки предохранительного клапана гидросистемы СПРО определяется требуемой величиной усилия гидродомкрата, необходимой для регулирования положения ИО. Рассматриваются 2 случая:
- регулирование положения ИО при его работе вхолостую;
- регулирование положения ИО, разрушающего забой.
При определении максимальной статической нагрузки на гидродомкрат при положении исполнительного органа, работающего вхолостую, расчет производится для отстающего F1ots и опережающего F1oper органа. Далее расчитывается 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, если Fp < 0 – на сжатие.
Определяется расчетное давление в штоковой или поршневой полости гидродомкрата. Полученное значение округляется в большую сторону до ближайшего нормативного значения и принимается в качестве давления настройки предохранительного клапана гидросистемы регулирования положения исполнительных органов.
Далее производится расчет максимальных динамических нагрузок на гидродомкрат СПРО для системы подвески опережающего, наиболее нагруженного, органа. Из полученных максимальной силы, действующей на гидродомкрат СПРО при прорезании твердых включений, и максимальной нагрузки на гидродомкрат СПРО при монотонном опрокидывании двигателя для дальнейших расчетов принимается наибольшее.
В зависимости от того на растяжение или сжатие работает гидродомкрат, определяется максимальное давление в его штоковой или поршневой полостях. Полученное значение округляется в большую сторону до нормативного значения и принимается в качестве давления настройки предохранительных клапанов, защищающих полости гидродомкратов от перегрузов в те периоды времени, когда эти полости заперты гидрозамком [1].
Предлагаемое виброзащитное устройство (ВЗУ) представляет собой пакет упругих элементов в виде тарельчатых пружин, которые расположены в полом штоке гидродомкрата [2]. Пакет тарельчатых пружин состоит из трех последовательно соединенных групп пружин. Упругая характеристика такого пакета имеет нелинейный (кусочно-линейный) вид, представленный на рис. 2.
Рисунок 2. - График упругой характеристики пакета пружин (F - усилие, s – деформация).
При динамических нагрузках повышается давление в поршневой полости гидродомкрата, упругий элемент деформируется. За счет этого поршень перемещается в сторону поршневой полости. Диаметр штока определяется из того, что отношение площади поршня гидродомкрата к площади штока должна равняться отношению соответствующих площадей поршня и штока ВЗУ.
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.
При составлении уравнения движения механизма СПРО принято допущение, что нагрузки действуют в пределах одного линейного участка упругой характеристики. Тогда уравнение вынужденных колебаний будет иметь вид:
Коэффициент динамического усиления:
По полученным данным построены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) (рис. 3) 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 3.- АЧХ СПРО для случаев работы гидродомкрата без ВЗУ (кривая 1) и с ВЗУ.
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.
Список литературы
- Стандарт предприятия СТП-50-0137-90. ГМЗ им. Кирова, 1990. - с. 42.
- А.с. 1296506 В 66F 3/24 Опубл. в БИ№10, 1987 г.
- Василенко Н. В. Теория колебаний. К.: Вища школа, 1992. - с. 429.
