ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ | | | UKR | ENG

Поротников Владимир Игоревич

Факультет инженерной механики и машиностроения

Кафедра горных машин

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

Снижение динамической нагруженности подсистемы привода исполнительного органа комбайна КПД.

Научный руководитель: проф., д.т.н. Горбатов Павел Анатольевич

1. Анализ состояния вопроса, постановка цели и задач исследования.
2. Установление динамических характеристик.
3. Проектирование ВЗУ.
4. Выводы.
5. Список литературы.

Актуальность темы

Оптимизация динамических свойств очистных комбайнов нового поколения на стадии их автоматизированного проектирования является актуальной научно-технической проблемой, решение которой позволит увеличить надежность и производительность этих машин. Эта проблема предполагает решение ряда задач научного и практического характера. В их числе задача установления динамических характеристик всех силовых подсистем, прежде всего, тяжелонагруженных подсистем привода исполнительных органов.

Анализ исследований и научная новизна

Методики экспериментального и расчетного определения упругих характеристик подсистем приводов исполнительных органов применительно к проходческим комбайнам прежних поколений приведены в ряде работ ученых ДонНТУ, ИГД им. А.А. Скочинского и других организаций. Безусловно, более высокую точность результатов обеспечивают экспериментальные исследования при наличии натурных образцов машин.Вместе с тем, на стадии автоматизированного проектирования вновь создаваемых очистных комбайнов возможно только расчетное определение рассматриваемых характеристик. Очевидно, что при этом должны учитываться не только крутильные податливости участков валопровода, но и приведенные к крутильным изгибные деформации валов и упругие деформации в опорных узлах корпусов. Поэтому представляет интерес дальнейшее развитие ранее выполненных работ, посвященных определению упругих характеристик подсистем приводов исполнительных органов.

Цель работы

Целью работы является разработка и апробация методики установления упругих характеристик подсистем привода исполнительных органов для проходческих комбайнов.

Установление динамических характеристик

Нахождение упругих характеристик подсистемы ПИО производилось в два этапа. На первом этапе приведенные к крутильным упругие характеристики силовых элементов валопровода подсисте мы ПИО и их сопряжений определялись расчетным путем (учитывались крутильные, изгибные и контактные деформации). На базе структурного анализа валопровода была составлена следующая структурная формула:

Рисунок 1 –Структурная формула механической части подсистемы ПИО комбайна КПД

Деформация шлицевого соединения определяется податливостью контактирующих поверхностей слоев, подвергающихся смятию . Принимая приближенно пропорциональность нормальных давлений и вызываемых ими деформаций смятия, крутильная податливость шлицевого соединения определяется по формуле :

где Кшл- коэффициент шлицевого соединения;
dшл-средний диаметр шлицевого соединения;
lшл-длина шлицевого соединения ;
hшл-активная высота шлицевого соединения;
Zшл-количество шлицев, шт.;

Податливость участка круглого вала определяется:

где G-модуль упругости второго рода, Па; lв - длина участка вала;
Dв- внешний диаметр участка вала, м;
dв- внутренний диаметр участка вала, м.

Так как крутящий момент распределяется по длине контакта в шлицевом соединении вал-втулка неравномерно, то расчетную длину вала необходимо принимать равной расстоянию между точками приложения равнодействующих эпюр крутящих моментов на длине контакта шлицев обычно для шлицевого соединения принимается равным 0.333 от длины шлицевого соединения.

Податливость зубчатой передачи определяется изгибными и контактными деформациями зубьев, изгибом валов, на которых установлены зубчатые колеса и упругими деформациями подшипниковых опор.

Учеными ДонНТУ, ИГД им. А.А. Скочинского и других организаций было выявленно что приведенная к ротору двигателя податливость, полученная расчетным путем отличаеться от реальной, полученной эксперементально на 55%. Это число получаеться из-за того, что не учитываються податливости корпусных элементов, элементов подшипниокв, которые также участвуют в динамике подсистемы.

Из рис.1 видно, что остаються неизвестными массово-инерционные характеристики, которые были найдены при помощи современных САПР, а именно SolidWorks и Компас-3D.

После небольших преобразований была получена расчетная эквивалентная схема электромеханической подсистемы привода (рис. 2), которая использовалась при дальнейших расчетах и выборе ВЗУ.

Рисунок 2 – Эквивалентная расчетная схема электромеханической подсистемы привода.

ВЗУ состоит из оси 7, на которой размещена шестерня 3, связанная винтовыми геликоидальными зубьями с втулкой 2. Последняя с помощью эвольвентного шлицевого соединения (m=8 мм, z=34) расположена в колесе 1 и может перемещаться относительно этого колеса в осевом направлении. При этом втулка 2 размещена на оси 7 с радиальным зазором. На цилиндрическом конце шестерни 3 с помощью штифта (условно не показан) жестко закреплен стакан 5. Между деталями 2 и 5 помещена цилиндрическая пружина 4 и упорный шариковый подшипник 6 (№8136).

Шестерня 3 с осью 7 может быть связана радиальным штифтом, расположенным в отверстии между зубьями детали 3 и в продольном пазу на оси 7. Этот штифт будет обеспечивать вращение детали 7 совместно с шестерней 3. Возможен и другой вариант связи крутильного характера между деталями 3 и 7. Его можно реализовать путем удлинения штифта, обеспечивающего жесткое соединение деталей 3 и 5, и выполнением соответствующего продольного паза в оси 7, в который будет входить конец этого штифта.

При соединенной кинематической цепи вращающий момент М от колеса 1 передается шлицевой втулке 2 и далее, с помощью винтовых зубьев, шестерне 3. При соответствующем направлении вращения колеса 1 втулка 2 при увеличении М под воздействием усилий, возникающих в винтовом сопряжении, будет перемещаться по направлению к шестерне 3, сжимая пружину 4, а при снижении М – в противоположном направлении.

При перемещении втулки 2 формируется демпфирующий момент за счет сил трения в имеющихся парах трения, что обеспечивает снижение динамических нагрузок.

Рисунок 4 – Вал привода с демпфирующим устройством.

Рисунок 5 – Схема отработки шахтного пласта.

(Анимация: объем – 18 КБ; количество кадров – 20; количество циклов повторения – 50)

В данной работе предложено использование ВЗУ для снижения динамической нагруженности подситсемы, а следовательно, увеличивыаеться ресурс машины. Но с другой стороны усложняется конструкция редуктора, за счет введения новых элементов.

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. 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