автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование рациональных параметров гидромеханической силовой установки самоходного бурового станка с единым первичным двигателем

На правах рукописи

НАЖМУДИНОВ Шарофидин Зоирович

УДК 622.233(043.3)

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ] ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ САМОХОДНОГО БУРОВОГО СТАНКА С ЕДИНЫМ ПЕРВИЧНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель чл.-кор. РАЕН, докт. техн. наук, проф. ПОДЭРНИ Р. 10.

Официальные оппоненты:

действительный член МАМР докт. техн. наук, проф. КРАСНИКОВ Ю. Д.,

канд. техн. наук ЕФИМОВ В. Н. Ведущее предприятие — ИГД им. А. А. Скочинского.

,2е). ,лпрел9 1997 г.

Защита диссертации состоится «. у?0О

в "У. час. на заседании диссертационного совета К-053.12.03 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, ГСП-1, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « » М^РГЛА. . 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

•проф., канд. техн. наук ШЕШКО Е. Е.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ КЛЗТЫ. В настоящее время на карьерах и разрезах подготовка горних пород к Ьыемк с применением нзрып-ного воздействия обеспечивается бурением взрывных скважин, при этом до 70-Ь0$ объемов бурения выполняется шарошечными станками.

Потери мощности в трансмиссиях главных механик .ав современных буровых станков подчас достигают 20-40^ как для электроприводов постоянного тока, так и для объемных гидроприводов, выполненных по традиционной схеме. Рост цен на энергоносители вызывает необходимость применения буровой техники с энергосберегающими силовыми установками, испсльзуюидоми электрический или дизельный перни -чй двигатель.

Создание карьеры:х буром.:х станков нового технического уровня, превосходящих сумеетпугохие зарубежные и отечественные модели, как нам продотав^етсл, может быть достигнуто за счет создания единой гидромехпнг 'ое.кой силовой установки (далее СУ), позволяющей обеспечить каждому функциональному механизму станка независимую, иькокоэ^фектя^нуз и надежную работу с минималь-ними затратами энергии. Поэтому обоснование рациональных параметров и разработка схемы единой гидромеханической СУ самоходного бурового станка является актуальной научной задачей.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является установление кинематических и энергетических характеристик гидромсх' 'ческого привода для обоснования рациональных параметров и разработки схем единой С^ обеспечивающей эффективную работу основных механизмов (кроме механизма подачи) самоходного бурового станка во всех необходимых режимах его работы с наименьшими энергетическими потерями.

ИДЕЯ РАБОТЫ состоит в синтезе единой схемы гидромеханической СУ, обеспечивающей функционирование всех механизмов и агрегатов станка с высоким за счет применения рациональной двухпоточной схемы передачи мощности от единого электро- или дизельного первичного двигателя к рабочим органам.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, РАЗРАБОТАЛА ЛИЧНО АВТОРОМ, И НОВИЗНА:

I. Нагрузочные характеристики рабочих органов бурового станка, описывающие работу механизмов вращения бурс тго става и хода (в зависимости от величин вход, .¿к в них констаг-') в режимах постоянного момента или постоянной мощности, представ- .

ляют собой пропорционально-степенные функции скорости рабочих процессов.

2. Рациональные значения объемных постоянных гидромашин единой гидромеханической СУ определяются .лько величиной передаточно* о отношения между эпициклами дифференциалов механизма вращения бурового става и механизма хода при известных велич.и!ах констант нагрузочных характеристик и суммарных параметров регулирования частоты вращения рабочих органов в режиме постоянного момента.

3. Критерием выбора схемы трансмиссии-между приводным двигателем и рабочими органами в единой гидромеханической СУ бурового станка является ее эффективность по КПД.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ"И РЕКОМЕНДАЦИЙ. Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы: достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований; использованием методов, основанных на апробированных положениях классической механики и математического моделирования, а также проверкой адвекватности результатов математического моделирования и результатов стендовых испытаний, показывающей удовлетворительную сходимость (расхождение в зоне оценки не более 7-Ь%) результатов аналитических и экспериментальных исследований КПД трансмиссии.

ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Научое значение работы заключается в установлении аналитических ^зависимостей кинематических, силовых и энергетических характеристик двухпоточных трансмиссий одиночного привода функциональных механизмов бурового станка,образующих единую рациональную гидромеханическую СУ от характера и констант их нагрузочных характеристик, Диапазона непрерывного регулирования частоты вращения рабочих органов двумя регулируемыми гид1_ машинами.

Практическое значение работы состоит в р^работке раци-ональ1 й схемы единой СУ, методики и расчетных зависимостей определения необходимого и достаточного количества: т тромашин, входящих в регулируемый контур единой гидромеханической СУ; трехзвенных дифференциалов; элементов управления потоками мощностей и режимами работы СУ (тормозов), а также величин суммарного параметра регулирования частоты вращения рабочего органа

для каждого функционального механизма бурового стом'м, которые могут быть использованы при проектировании новых с.\. .сходных машн.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Разработанные в диссертационной работе рациональные схемы, методики и расчетные зависимости использованы в ГАХК "Барии Таджик" республики Таджикистан при модернизации трансмиссии хлопкоуборочного к<^'5аЛна "11ахтачин-£М" на базе самоходного трактора Т-2Ь.

Расчетный годовой экономический эффект от применения рациональной схемы единой гидромеханической трансмиссии с рациональными параметрами для хлопкоуборочного комбайна "Лахтачин-к.!Л" составляет '¿Ь млн. рублей в год на одну машину (в ценах января месяца 19^6 г.).

АПРОБАЦИЯ Р/ )ТЫ. Основные положения и результаты работы докладывались на: Международной межвузовской научно-практической конференции МГЦ "Совершенствование конструкции, технологии изготовления и эксплуатации горного оборудования" (г. Москва, 199* г.); научно-практичен >м семинаре МГГУ "Обеспечение качества и надежности горных машин и оборудования на разных стадиях их жизненного цикла" (г. Москва, 1993 г.); техническом совете' Государственной акционерно-холдинговой компании "Барки Таджик" (г. Кофарнихон респ. Таджикистан, 1995 г.); научно-пр' тическом семинаре "Рациональные конструкции строительных машин" кафедры ТММ и оМ Таджикского технического университета (г. Душанбе, 1996 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликованы четыре печатные работы. Получен патент № ¡¿Ос&ОЭб, РФ от 10.01.1996 г.

0БЬЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация соо-ит из введения, 4 глав, заключения, библиографии из 60 наименований, I приложения, изложена на 139 страницах машинописного текста и содержит 24 рисунка и 1п таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса, задачи исследования. Конструкция любой маиины, предназначенной дал механизаци. горных работ, должна отьечгл-о определенным горнотехническим требованиям, которые обусловлены спецификой производства и диктуется часто стесненно.гью рабочего места (забоя или рабочей площадки). Иными словами, компактность горних машин подчас является определяющим критерием рациональности их конструкций.

Разработкой рациональных конструкций буровых станков занимались ученые: Б.Н. Кутузов, Л.И. Кантович, Р.Ю. Подэрни, В.Н. Дмитриев, Ю.Д, Красников, И.Э. Наринский, А.А Комаров, А.Н. Рогов, Т.А. Сырицин, A.A. Жуковский, В.И. Мороз, E.H. Улицкий', Р.Г. Шмидт и др.

Приводи большинства машин, как правило, комплектуются серийно выпускаемой гидроаппаратурой по модульному принципу. Основными элементами гидропередач регулирующих контуров, как традиционного (ТГП), так и гидромеханического СГШ) исполнения вращательного действия,являются насоси и гидромоторы, которые и определяют технико-экономическ показатели СУ в целом.

Важным резервом расширения области применения объемного гидропривода с последующи^« улучшением его кинематических и энергетических показателей является использование его для двухпоточной передачи мощности от первичного двигателя к выходному валу привода. При этом гидрообъемный привод устанавливается в параллельной ветьи и передает только часть мощности, подь^имой к ведущему валу.

Впервые ГШ применялись для стабилизации частоты вращения авиационных генераторов Б.Б. Некрасовым и А.Г. Полюшко bum. Большое l .янио на развитие методов расчета 1 'illI оказали работы 11.Ii. Иванченко, посвященные электромеханическим передачам тран" ртных машин, а также работы В.Н. Прокофьева по синтезу _ сложных схем планетарных коробок передач с гндродинг -ческими муфтами и трансформаторами и работа Г.В. Мясникова и Е.И. Мои-сеенко по синтезу многоскоростных механизмов. Из зарубежных публикаций известны примеры использования ГШ в : трансмиссиях тракторов, колесных и гусеничных машин; приводах постоянной скорости для авиационных и судов! энергосистем; регулируемых

приводах мощных компрессоров, приводах питательных насосов и вентиляторов; многодвигательных приводах гребных установок судов; мелиоративных машинах и траншейных экскаваторах. Применение ГМ11 и от^чествекньк горных машинах рассмотрение в работах Доброзракова А.В. и Оандалова З.ф..

Проведенный анализ выполненных ранее исследований и технической литературы показывает, что существующие методики и рекомендации по определению рациональной схемы П5! силовой установки бурового станка и параметров ее отдельных элементов не учитывают особенностей,присущих единой ЦУ> так как расчеты выполняются без учета одновременности работы нескольких регулирующих контуров (РК) различной мощности, уровня их нагружен«« и способа регулирования скорости движения рабочего органа. Кроме того, требуете?: экспериментальная проверка технической возможности осуществления единой гидромеханической СУ с более высоким-ШЩ трансмиссии функциональных механизмов бурового станка.

Исходя из вышеизложрчного в работе поставлены и решены следующие основные задачи:

- установление вида и констант нагрузочных характеристик функциональных механизмов бурового станка;

- установление структуры и кинематики одно- и двухпоточных трансмиссий одиночного привода с бесступенчатым и комбинированны:. способом регулирования скорости движения рабочего органа (выходного вала трансмиссии);

- исследование потоков мощностей (ЩЦ) в одно- и двухпоточных трансмиссиях одиночных приводов при бесступенчатом и ступенчато-непрерывным (комбинированном) способе регулирования скорости рабочего органа;

- исследование зависимостей расходов рабочей жидкости и потоков мощностей (КПД) в РК одно- и двухпоточных трансмиссиях одиночных приводов от величин параметра регулирования ско^сти движения рабочего органа, вида и величин параметров нагрузочных характеристик;

- выполнение сравнительного натурног• эксперимента на перспективное схеме трансмиссии одиночного привода при различных величиях параметра регулирования скорости движения рабочего органа;

- синтез единой схемы и установление параметров гидромеханической СУ бурового станка на основе перспективной схемы трансмиссии одиночного привода.

Анализ и выбор параметров трансмиссии одиночного привода функционального механизма гидромеханической СУ. Приводы основных механизмов самоходного бурового станка должны обладать воз-можноигью реализовать потребную нагрузочную характеристику во всех разнородных скоростных режимах работы.

Предельная нагрузочная характеристика механизма вращения имеет вид

Мн/иР=а.(п/о, (л

где Ш- потребный номинальный момент сопротивления вращению долота; Нм ;

Ий - наименьший момент сопротивления для наибольшего диаметра долота (при максимальном частоте вращения става) при бурении пород наименьшей крепости. Принимается за половину потребного момента для развинчивания стыка бурового става после его "страгивания" специальным ключом; Км;

• И -. текущее значение частоты вращения долота, об/мин ;

/Л7- максимальное значение частоты вращения долота,об/мин;

8>,П1- константы, зависящие от характера статической нагрузки на ставе в конкретном режиме работы механизма вращения. ,

Граничные значения констант нагрузочной характеристики механизма вращения става в зависимости от режима его работы имеют следующие величины: <3.*=-М/-Кп/ , и т=0-для режима развинчивания става; 3,=,^1гКг/Мр и /д =0-для режима свинчивания става; в режиме "бо0ц£с" 3.= Д"¡¿/Ар и /П=0;- в режиме бурения: ь скоростном диапазане От— а=0, и т.=0; 'в диапазоне П?/1>$ т Пн/СП7~ а.=МгКт/Мр , а /72=0; в диапазоне П*/Сп7 а МгК*/Мр ,

а т. ч-1. Здесь М/ - наибольший момент сопротивления вращению става при бурении пород наименьшей крепости, наибольшим диаметром долота при некачественной продувке; Кт,- максимальное значение коэффициента динамичности; Ир- частота вращения при развинчивании (изменяется-от нуля до 0,ЗЗС0);

Пу- частота вращения става в характерной точке , после которой долото вращается в режиме постоянной мощности.

По аналогичном? алгоритму изменяются величины констант нагрузочной характеристики механизма хода в зависимости от режима его работы.

Рабочий диапазон скорости выходного вала I -■ го меха- ' низма СУ бурового станка с учетом глубины реверса характеризуется суммарным параметром регулирования- , равным для механизма вращения става 1,33; для механизма хода 1,6.

Схемы трансмиссий одиночного привода СУ представлены на рис.1.

Регулирующий контур (далее РК) одиночного привода СУ образует единственную гидравлическую (однопоточную) или один из двух гидромеханическую (двухпоточную) потоков мощности, которые подводятся к выходному валу. Однопоточная передача (ТГП) образуется, если РК замыкает пал приводного двигателя на вал рабочего органа-схема А; двухпоточная (ПИ) с дифференциалом на выходе образуете;., есл замыкание РК осуществляется на вал приводного двигателя-схема Б; двухпоточная (ГШ) с дифференциалом на входе образуется, если замыкание РК осуществляется на вал рабочего органа-схема С; комбинированная, позволяющая оперативно осуществлять замыкание РК по однопоточной схеме (А), либе по одной из двух двухпоточных схем (Б или С), образуется с дополнительными планетарними ме^энязмями и элементами управления потоком мощности (тормозами)-сх а АВ.

При нулевом расходе в РК трансмиссий одиночных приводов существуют характернее точки, где частота вращения Пи ьыход-ного зг!ена "н" дифференциала имеет определенное зг-чение. Так:

для схемы А

ДЛЯ схеул! 3 Пн/Гп1=(Иг1)Ж/^Л2-М)/£ ; (3)

дня схемы С , (4)

где Шц~ максимально допустимая -астота («рачения з».ена "н"

я= const

He, Л

Пн^П-i,

8A

4

>©—J>n

0-

rt,-const

Пе

v

к

©

Tr

f.

n^n-lu

€8J-5> П

¿АБ

nt

-const

re

■ж-H

¿н

(С)—

^const

ш

X Ю) к

'— 2К- н-

Ti

2К-Н

ак®

у©—'>

РежшК, Тормоза Положение тор моза

Т То

АСТГП) замкнут раэомкн

БСГМП) • п замкнут, оазоыкн

Насосн. П П замкнут раэомкн

Т

Рис. I. Схемы трансмиссий одиночного привод СУ: А - однопоточная гидрорбъемная; Б,С - двухпоточные гидромеханические; АБ - комбинированная

-В-

Ла.}Ие- параметры регулирования объема рабочих камер, представляющие собой отношение текущего значения рабоч о объема к его 'гениальному значению, соответственно гидромашин РК; кинематическое передаточное отношение от вала "н" дифференциала к звену "а"; ¿Д- передаточное отношение дифференциального механизма от звё-.на "а" к звену "н" при заторможенном "б". Для дифференциала типа 2К-Н в области оптимального КПД имео. значения

- коэффициент учета установленной мощности РК равный

^+9*'?* , (5)

где , - соот -^тстьенно, объемные постоянные гидромашин РК, м 3/м/,н.

В зависимости от схемы (А,Б,3,АБ) определены следующие значения К6: для схемы А К6=1 + Н"/СпЗ=1,о (при /Я/ = 2); для схема Б Л4=2//#=0,6б (при /Й1 =1.43); до я схемы С Ке=2 и не зависит 1т 1Й1; для схемы АБ (//?/=1).

Предельные значения параметров регулирования объема рабочих камер (Ц{) гидромашин РК определяется на границах диапазона регулирования скорости рабочего органа выражениям:;:

Я ■ схемы А,Б Ilk~e}efc}-A-K¿i ; (6)

для схемы С ь точке № Лв^-Ч^ЬК^Ь ; (?)

в точке ПР ЦЬ-^Ш^П

для схемы АБ в режиме ТГЛ при №/=1,33 значение Еа. равно 0,75; в режиме ГШ -#1=0,5; при =1,5 пр едельное значение как в режиме ТГП так и в режиме 'Л равно 0,5.

Критерий максимальной насосной мощности в несовмещенных с вращением рабочего органа рекиме ("насосный") работы одиночного привода, когда не требуется ащение выходного вала "н" дифференциала, определяет относительную эффективность схем (Л 3, 3).

Насосная мощность (к'Зт) определяется по г- -ожениям:

С8)

(9)

(10)

где [П}1— допустимая частота вращения вала гидромашины РК, связанной с валом приводного двигателя, об/мин ; [Д- наибольшее допустимое давление в РК, Па. Установленная мощность (кВт) одиночного привода составляет:

для схемы А М/а-£Р] ; (II)

для схеш Б ^-^[ГИгМ ' ; (12)

для схемы С , (13)

Удельная насосная мощность,характеризующая долю установленной мощности одиночного привода.способную преобразоваться в гидравлическую энергии в несовмещенном с вращением рабочего органа режиме работы,определяется из отношения выражений насосной мощности к установленной, т.е.

лМий . (14)

Резу; аты аналитических расчетов по »зависимостям (Ь)т(14) показывают, что в диапазоне параметра регулирования

частоты вращения рабочего органа наибольшую удельную насосную мощность и-'^ет одиночный привод., выполненный по схеме Б. Наименьшую удельную насосную мощность в диапазоне I 1,Ь имеет двухпоточный при вод;выполненный по схеме С. Наименьшую уделы.,, J насосную мощность в диапазоне 1,4 имеет однопо- 5 точный привод,выполненный по схеме А. Удельная насосная мощность комбинированной схемы АБ одиночного привода в насосном режиме равна единице как при/»=1,33, так и при /#=1,5.

Сравнительный анализ величин расходов рабочей жидкости РК одиночных приводов в требуемом "иапазоне частот вращений рабочего органа в зависимости от слемы трансмиссии выполняется

для схемы А • А/нл-$аАП#№'1ЯДгЯ

для схемы Б дал схемы ^

-Ю-

на основе уравнения моментов,действующих на выходных валах в точке Л=0,и имеет вид

mi^jA^^^^^Bcfe^^v^'tMU* , (IS)

где i - индекс схемы (рис.1).

Путем поочередного приравнивания частей уравнения С 1а) между собой, соотношения объемных постоянных гидромашин с fa и fye , и объемных постоянных машин РК в долях с учетом значений коэффициента К , Ш и значения Пн при нулевом расходе в РК получены следуйте результаты:

-для схемы А: fotysX'blb0' ;

-для схемы Б: .* fal<}arfe-l*0/2; Щ1/$гиг*'>

-для схемы 0: ^/<¡„=£0 ;

-для схемы АБ: fatJfcf0,25' Щс/^0'75■

• Относительные расходы рабочей жидкости РК в.рабочем диапазоне частоты вращения рабочего органа одиночного привода описываются выражениями:

- для схемы А

- для схемы Б Qs/[a=n№'(3-l*0/2

- для схемы С Qc/[Q]=-(2-IRl)-ItUa/(ffa*nt)

- для схемы АБ @ла1Г4]= 0,25

Решающим доказательством перспективности какой-либо схемы трансмиссии одиночных приводов (А,Б,С,АБ) следует считать болео высокий КПД в рабочем диапазг е частот вращения рабочего органа. Аналитические исследования показали, что общий КПД траг-смиссии одиночного привода имеет вид:

-для Схемы А ■ ; (1б) -для схемы Ь

-для -.хеш ЛБ (ТГП) '> С18)

-для схемы АБ (ГкН) , (19)

где 1- КПД пары колес с наружным зацеплением;

КПД дифференциала в зависимости от.направления подвода

й.%

энергии при соответствующих заторможенных звеньях; 2ц- гидромеханический КПД гидромашины РК,работающей в на. сосном режиме, равный 0,91; Кг- гидравлический весовой коэффициент, зависящий от параметра регулирования гидромашины РК,имеющей постоянное число оборотов, равен Кг*В,/(ол*/) ; К»- механический весовой коэффициент, равен Ли"{/0+П*) ; (/.!- безразмерная величина, характеризующая параметр (режим)

работы соответствующего £ - безразмерная величина,характеризующая нагрузку (режим) при работе соответствующего РК. Стендов"е испытания ~цно- и двухпоточных трансмиссий одиночного прицода. При выполнении сравнительного натурного эксперимента,имеющего целью подтвердить или опровергнуть тезис о то-, что КГЩ двухпоточных систем одиночного привода выше, чем у од:.опоточных, следовало исключить 'систематическую ошибку путем проведения его на базе одного и того же трехзвеиного дифференциала (с одним и тем же передаточным отношением) и одинаково нагр^ая однопоточный и двухпоточный одиночный привод. Коррекцию кинематических и силовых параметров исследуемых схем толняли путем изменения начального объема рабочих камед гидромашин РК одновременно с соответствующим измене! чл передаточного отношения трансмиссии между тормозной гидромашной и входным звеном дифференциала.

По результатам аналитических исследований в качестве критерия эффективности принята разность между единицей и отношением КПД однопоточной (ТГП) и : рспективной двухпоточной (ГМП) схемы (Б) в функции относительной частоты вращения

рабочех'о органа при сопоставимом параметре регулирования последнего:

для /Я/=1,33 (20)

для №=1,5 (21)

Если выражения (20) и (21) ь точке Ш/ОЯ .больше нуля, то КЦД один' юго привода исследуемой схемы более высок, чем у традиционного гидропривода.

Для выполнения сравнительного итурного эксперимента по испытанию однопоточных и двухпоточных трансмиссий одиночных приводов разработали принципиальную схему стенда на базе трех-звенного дифференциала с. постоянным передаточным отношением ( =Соп5^ ) и с двумя регулируемыми гидромашинами; выбрали параметры механических и гидравлических элементов стенда и нагрузочного устройства; выбрали аппаратуру измерения и осуществили ее тарировку, провели последующий анализ результатов испытаний.

3 качестве объекта реализации принципиальных схем стенда и нагрузочного устройства о'ыл использован буровой станок типа БСК-ЯМ2-Ю0 с приводом от асинхронного электродвигателя А02-Ы-^ имеющий многоступенчатую коробку передач и шпиндель. Принципиальная схема стенда и нагрузочного устройства представлена на рис.2, А и Б.

Стенд функционирует, следующим образом: при испытании однопоточной (ТГП) трансмиссии, соединяются между собой вал "I" и корпус дифференциала 2; при испытании двухпоточной трансмиссии (ГШ) соединяются между собой валы "0" и "I"; устанавливаются соответствующие выбранной испытуемой схеме начальные объемы рабочих камер гидромашин 5, б РК и передаточное отношение входной согласующей передачи За..

Нагрузо ,ное устройство функционирует следующим обр-при испытании трансмиссии частота вращения вала "I/" зада.. параметрами регулирования объемов рабочих камер гидромашин 5 и 6 стенда, а нагрузка давлением в гидролинии 5 (схема Б) при помощи дросселя 3. Схема стенда и нагрузочного устройства предусматривает ьизудльное и инструментальное наблюдение за величинами давлений в гидролиниях 5 и б тормозной машины I.

1011

ж®

Рис.2. Принципиальная схема стенда (А) и нагрузочного устройства (Б) для

испытания одно- и двухпоточных трансмиссий с непрерывным регулированием частоты вращения выходного вала

Испытательный стенд имеет следующие параметры: максимальный объем рабочих камер (farra) гидрома^ин при Sc =1 и Да =1 равен 30, Юо см3/об; = частота врацения входного звена (Лi) "I" диффере!.^аала ¿ при испытании двухпоточ-ных схем равна 14ъ0 об/мин:, максимальное давление ГРУ в PK принято равным Io,2 Iii 1а; 'максимальный момент № на валу "III" дифференциала ¿ составляет iVö Им; максимальное передаточное отношение ¿в(ТГ/$ выходной согласующей коробки передач 3 установлено раы • i н,00о (согласно характеристике коробки передач станка БСК-£М-100 принято равным 1,2); максимальное значение частоты вращения выходного вала (tl$- ■) 609,7j об/мин; частота вращения выходного вала "IV" (.tío) .¡ри заторможенном вале "II" равна об/мин., при W=I,5; и ¿.03,2о об/мин., при

/Л =1,33. Основные параметры агрегатов и передач приведены на рисунке 2.

Предельные значения параметров регулирования объема рабочих камер гидромашины 5 на границах диапазона регулирования скорости выходного вала "III" дифференциала 2 приведены в таблице I.

Таблица I

^хПаршлетры Схема Birrtäx. Дети ¿i. II л di isi Ui По об/мин.

Одно по точная 1,000 Пн/tä-Qß 0,5 1200 О

+Sf60° tmo" tiOiO' 2, oso

Двух-поточная /?=/,3 3 0,7SO + /£20° UOtO" 0.2S 4,920 e,666 ÍS2M

№>5 0,66 *№0° 0,333 trso" 0,233 +720° 3',700 /,000 £03, ZS

Согласно методике испытания КПД исследуемых вариантов трансмиссии определено по выражению

ЫМг1Ц+Ма'П1]/МягП# " , (22)

где /%, Mty и Па , flfr - соответственно, моменты и частоты вращения на входных валах "III" и "IV " нагрузочного устройства

для ¿асх исследуемых схем трансмиссии связаны соотношением

Itü/iei , а моменты па валах "III" и "IV"' нагрузочного устроГит: эашеят от соответствующих объемных постоянных гид-рома::.;;.'! I и 1 и величин перепада давления на их рабочих камерах.

Регистрировались следующие параметры: частоты вращений соответственно вала "0"-прииодного двигателя I и выходного вала "III"-дифференциала ¿. тахогенераторами V и b (схема А); вели :!мъ: давлений соответственно на входе в дроссель З-Рв и перед п; охранительным клапаном КЛЗ-Рн тензометрами 15 и 16 (см.Б); сила тока JdS амперметром,подключенным к цепи обмотки статора электродвигателя I (схема А).

Регистрация параметров, необходимых для расчета КПД по выражению (22), осуществлялась при одинаковых значениях частот вращения вала "IVj' не превышающих значения 609,70 об/мин. для всех исследуемых схем приьода.

Графическая интерпретация результатов аналитических (кривая I и 2) исследований и сравнительного натурного (кривая 3) эксперимента приведена на рис.3.I и 3.2.

Синтез и анализ параметров единой гидромеханической силовой установки самоходного бурового станка. На основе выполненных аналитических и экспериментальных исследований выполнен синтез единой гидромеханической СУ самоходного бурового станка с рациональными параметрами на основе перспективной схемы (рис.1, Б) одиночного присоса.

У бурового станка на пневмохс ' ■ с единой гпдрамеханичес-кой СУ, наполняющего режим бурени,' или иасоснм1, минимальное количеств элементов управления потоками мощностей (тормозов) равно одному, количество трехзвеннкх дифференциалов также одг ному, количество гидромашш РК равно трем, первичный двигатель-ода н.

У бурового станка на гусеничном ходу с единой гидромеханической СУ, выполняющего, режим "бурение'', икс его два независимых режима регулирования частоты вращения бортовых передач и один насосный,должно быть установлено: три дифференциала; три элемента управления потоками мощностей (тормозов); четыре - егулируемые гидромааинии один первичный двигатель.

Величина суммарного параметра регулирования частоты вращения вращателя равна 1,33, а величина суммарного параметп

I. Зависимость критерия оф^еитип-ностл по К!Щ в сопоставимом спектре частот вращения выходного вала двухпоточной транс-¡.привода по сравнению с однопоточным по результатам эксперимента при |Я!=1,33

Уи^ '-(¿з'з

2 "100%

Рис. 3.2

. Зависимость критерия .-■ ¡«¡активности по !-оЦ н сопоставимом спс!,тре частот ьрале-нй*. выходного вала двухпоточной транс,миссии привода по сравнений) с однопоточным по результатам эксперимента при |/?|=1,5

регулирования частоты вращения выходного вала каждой бортовой передачи механизма хода равна 1,5 .

В качестве сравнения была принята схема СУ традиционного гидропривода, состоящая из трех однопоточных приводов для станка на гусеничном ходу и одного для станка на пневмоходу, выполненных по схеме А (рис.1) для каждого функционального механизма бурового станка.

Результаты сравнительного аналитического исследования режимов работы и относительных величин параметров СУ самоходных буровых станков приведены в табл. ¿.

Таблица 2

ПАРАМЕТРЫ СУ ЕС на пневмоходу СУ БС на гусеничном ходу

с ТГП с ГШ с ТГП с ГШ

Отнрсит. устшювл. мощность Г,'.' борт, передач ЫгЗш. - - 1,0 0,75

Сумма относит, уст-тано!'Л. мощностей ГМ СУ 2,0 . 1,33 4,0 2,5

Относит, насосная мощность гидромашин СУ 1,0 1.0 1.0 1.5

Удел ьная насосная ;ость Г1,'.! ОУ 0,5 0,75 -\25 0,6

Относит, увеличение скорости испо-могат. операций Лт V* Рна 1.0 1,0 1.5

-1ь-

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Б настоящей работе дано новое решение актуальной научной задачи по обоснованию параметре® и разработке схемы единой гидромеханической СУ самоходного бурового станка,позволяющей обеспечить эффективную работу Спо К!1Д и времени использования гидромашин СУ) станков,оснащенных единым первичным электро- или дизельным приводным двигателем.

В результате выполнения теоретических и экспериментальных исследований предложена рациональная схема единой гидромеханической СУ, гидромашины и механические передачи которой обслуживают все функциональные механизмы бурового станка, передавая им мощность по двум каналам (гидравлическому и механическому) от единого электро-или дизельного приводного двигателя.

. В работе сделаны следующие основные .вывода:

1. Нагрузочные характеристики рабочих органов бурового станка описывают работу механизмов вращения бурового става и хода в режимах постоянного момента или постоянной мощности и представляют собой пропорционально-степенные функции скорости рабочих процессов.

2. Величина суммарного параметра регулирования частоты вращения рабочих органов, характеризующая скоростной диапазон с учетом глубины реверса последнего должна быть равной: для механизма вращения става 1,33; для механизма хода 1,Ь.

3.- Рабочие органы функциональных механизмов единой СУ ■ бурового станка во всем необходимом диапазоне параметра регулирования частоты вращения имеют характерные значения,при которых расход в РК равен нулю, а мощность Св этих точках) к рабочему органу передается только механическим путем.

4. Наибольшую удельную насосную мощность имеет двухпо-точная трансмиссия с замыканием РК на вал приводного двигателя, а наименьшую-др'ототочная трансмиссия с замыканием РК на вал рабочего органа.

а. Соотношение мощностей^подводимых к рабочему органу по каналам трансмиссии, характеризуемся весовыми коэффициентзкА' передачи механической и гидравлической Кг энергий: дия сд-нопотоумэй и комбинированной (работающей в режиме ТГП) трансмиссий /Си«0, а Кг=1; для двухпоточнах'трансмиссий (включая комбинированную работающую в режиме ГМП) весовые коэффициенты

зависят от параметра регулирования объема рабочих камер (Те ) гидрокякяшы РК,имеющей постоянное число оборотов вала, и принимает значения Ам=(/+ Не )' и Аг= Пе И+17е )'{

6. ОЗшаЛ дьухпоточных трансмиссий зависит от величин 1и1Д каналов передачи мощности через дифференциал и его передаточного отношения: с увеличением последнего ,КПД дифференциала при заторможенном водиле уменьшается, а при заторможеной солнечной шестерне увели «икается;

- максимальная неличина ;и1Д для однопоточной гидрообъемной трансмиссии и комбинированной,рао'отаащей в режиме ТГП, имеет место в диапазонах частот вращений соответственно:

и И =(0,25г0,Ь)£>?7 , а минимальная (нулевое значение) в точке /г-=»0;

- максимальная величина ГС!Д для двухпоточной трансмиссии с замыканием РК на вал приьодного днигателя имеет место при скорости, рамой 0,330*7 С Ле/ =1,33) и 0,250:7 {Щ =1,5); для комбинированной трансмиссии соответственно при скорости Л-0,5

(/Я/ =1) и не принимает нулевого значения даже при нулевом расходе. в Ра

7. Единая гидромеханическая СУ самоходного бурового станка должна выполняться на основе двухпогэчпой трансмиссии с замкканисм РК на вал при ьо дно го двигателя как имедщая более высокую эффективность по КПД ьо всем необходимом сопоставимом спектре частот вращения рабочего органа (б среднем на 10*15$ ПР;: ?о=0,Ь9) по сравнений с традиционным гидроприводом.

ь. Единая гидромеханическая ¿1 бурового станка на пнев-моходу с приводом от ДЗС имеет в режиме бурения: более высокий КПД-не принимающий нулеЕых значений во всем необходимом спектре частот вращений бурового става при меньшей (на 33,6$) установленной мощности гидромашин РК; большую (в 1,5 раза) удельную насосную мощность, при той же скорости выполнения вспомогательных операций.

9. Единая гидромеханическая СУ бурового станка на гусеничном ходу по сравнению с традиционной гидрообъемной СУ при равной по величине установленной мощности первичного двигателя -меет: белее высокие КГЩ^не принимающие нулевых значений во

всем необходимом диапазоне частоты вращения бурового ciasa и скоростей движения станка; меньшую (на 37,5/0^установленную мощность гидромашин РК; больцу^ (в 2,1 раза) удельную насосную мощность, что позволяет уве.'. яъ (в 1,5 раза) скорость исполнения вспомогательных операций.

10. В единой гидромеханической СУ бурового станка на гусеничном ходу передаточное отношение зубчатой передачи, спяливающей эпицикл дифференциала вращателя с эпициклами иортэьчх дифферен'уалов,должно быть равно трем, если все три дифференциала СУ с целью унификации имеют одинаковые передаточные отношения.

11. В единой гидромеханичес). .: СУ наименьшее и достаточные количество гидромашин входящих в РК (кроме гицроцилкня.рэв или гидромоторов системы подачи),может быть установлено на станках : с пневмоходом-три, а с гусеничнкм ходом-четыре.

12. Расчетный годовой экономический эффект от использования методики, расчетных зависимостей и применения схемы единой гидромеханической трансмиссии с рациональными

параметрами для хлопкоуборочного комбайна "Пахтачин-2М" составляет 28 млн. рублей в год на одну машину (в ценах января месяца 1996 г.).

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Натаудиноь П.З., Спадаминов H.A. Работоспособность гидромеханического привода исполнительного органа буровых .машин на имитационном стенде.//Совершенствование конструкций, технология изготовления и эксплуатации горного оборудования и средств автоматизации; тез.докл. междунар.межьуэ. научно-прак-тич. нонф.мол. учен., аоп. и инж. М.; МГИ, 19У*., c.Il2-IIi.

2. СаПдаминов И.А., Намлудинов Ш.З. Стенд для испытания гидромеханического привода исполнительного органа буровых станков на на,- кность.//Совершенствование конструкций, технология изготовления и эксплуатации горного оборудования и средств автоматизации; тез.докл. междунар.межвуз. научно-практич. конф.мол. учен., асп. и инж. М.; МГИ, 1992, с. III-II2.

3. Нажмудинов Ш.З., Сайдаминов И.А. Стенд для проверки работоспособности гидромеханического привода вращателя бурового станка./А'аджикНИИНТИ, 1993, №16.

4. Подорни Р.Ю., Хромой М.Р., Оайдаминов И.А., Нажмудг )в С1.3. Патент № 2002096, Ру от 10.01.1996 г. Гидропривод бурильной установки.

г

Подписало в печать 24.03. 1997г. формат 60x90/ 16

Объем I п. л.. Тирах 100 экз. Заказ &/30

Типография Московского государственного горного университета Ленинский проспект, 6