автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование параметров трансмиссии геохода с гидроприводом

Блашук Михаил Юрьевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСМИССИИ ГЕОХОДА С ГИДРОПРИВОДОМ

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ид? 2012

Кемерово-2012

005015503

Работа выполнена в Юргинском технологическом институте (филиале) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук Аксенов Владимир Валерьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Буялич Геннадий Даниилович

кандидат технических наук, доцент Леконцев Юрий Михайлович

Ведущая организация: ОАО «Юргинский машзавод»

Защита состоится 2012 г. в часов на заседании диссертационного

совета Д 212.102.01 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева» адресу: 650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28. Факс (3842) 36-16-87

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева»

Автореферат разослан 0В 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.Г. Захарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В условиях рыночных отношений особо остро стоят задачи повышения скорости проходки, производительности труда, безопасности, снижения капитальных затрат и себестоимости проведения вскрывающих, подготовительных выработок, а также протяженных подземных сооружений. Объёмы проведения подземных горных выработок только по Кузбассу составляют около 500 км в год.

Проходческие комбайны и щиты, используемые при проведении подземных горных выработок имеют ряд недостатков: это ограничение области применения по углам наклона проводимых выработок; сложность создания достаточных тяговых и напорных усилий (попытки обеспечить такие усилия за счет увеличения массы проходческих комбайнов, которая уже превышает 100 т, полностью не решают этой проблемы).

Альтернативным и перспективным подходом к проведению горных выработок является геовинчестерная технология, базовым элементом которой является геоход - аппарат, движущийся в подземном пространстве с использованием геосреды.

Основной системой геохода, обеспечивающей передачу усилия внешнему движителю и формирование напорного усилия на исполнительном органе является трансмиссия. Сдерживающим фактором в создании геоходов нового поколения является отсутствие обоснованных конструктивных решений трансмиссии и методик определения её основных параметров. Поэтому исследования, направленные на обоснование параметров трансмиссий геоходов нового технического уровня являются актуальными.

Цель работы - разработка научно-технических основ создания трансмиссии геохода, обеспечивающей непрерывность работы и снижение неравномерности подачи геохода на забой.

Идея работы заключается в использовании в трансмиссии геохода гидропривода с согласованием его силовых, кинематических и конструктивных параметров с внешними воздействующими факторами.

Задачи работы:

- разработать компоновочные схемы и конструктивные решения трансмиссии геохода с гидроприводом;

- разработать математическую модель взаимодействия элементов трансмиссии геохода с гидроприводом и методику расчета основных параметров трансмиссии;

-определить влияние размеров геохода и функционально-конструктивных особенностей трансмиссии на её основные параметры.

Методы выполнения исследований. Для решения поставленных задач в работе использовался комплекс методов, включающий:

- методы синтеза технических решении;

- методы структурной систематизации;

- метод программирования и математического моделирования с использованием программных средств MathCAD-11 и MS Excel;

- методы компьютерного 3-D моделирования с использованием программных средств SolidWorks и Kompas-3D.V10.

Научные положения, выносимые на защиту:

- непрерывность вращения головной секции геохода в разработанных компоновочных схемах трансмиссий обеспечивается равенством или преобладанием количества гидроцилиндров, совершающих рабочий ход, над количеством гидроцилиндров, совершающих обратный ход, причем число групп гидроцилиндров, находящихся в разных фазах выдвижения должно быть кратно общему количеству гидроцилиндров;

- силовые, кинематические и конструктивные параметры трансмиссии геохода однозначно определяются разработанной математической моделью взаимодействия элементов трансмиссии, с учётом её функционально-конструктивных особенностей;

- коэффициент неравномерности развиваемого трансмиссией вращающего момента при работе гидроцилиндров в разных фазах ниже, чем при синхронной работе гидроцилиндров, и уменьшается при увеличении числа фаз, что обеспечивает непрерывность подачи геохода на забой и улучшает равномерность нагру-жения элементов трансмиссии и геохода.

Научная новизна:

- разработаны компоновочные и конструктивные решения трансмиссии геохода с гидроприводом, реализующие непрерывность перемещения геохода на забой;

- получены аналитические выражения для определения развиваемого трансмиссией вращающего момента, угловой скорости вращения головной секции, коэффициентов неравномерности вращающего момента и угловой скорости, конструктивных параметров гидроцилиндров трансмиссии и параметров их размещения, в зависимости от принятых размеров геохода, количества гидроцилиндров, приемлемого значения неравномерности момента, требуемого габарита внутреннего пространства;

- разработана математическая модель взаимодействия элементов трансмиссии, позволяющая определять её основные параметры, в зависимости от принятых размеров геохода (диаметра головной секции), количества гидроцилиндров, приемлемого значения неравномерности момента, требуемого габарита внутреннего пространства;

- определено влияние на параметры трансмиссии её функционально-конструктивных особенностей и геометрических параметров геохода.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертационной работе, обеспечиваются корректностью допущений при разработке методики расчета основных параметров трансмиссии геоходов; гарантируются использованием фундаментальных положений механики, прикладной математики, динамики машин, расчета деталей машин.

Личный вклад автора заключается:

- в обосновании и синтезе новых компоновочных и конструктивных решений трансмиссии геохода с гидроприводом;

- в разработке математической модели взаимодействия элементов трансмиссии геохода с гидроприводом;

- в разработке методики расчета основных параметров трансмиссии при возможных конструктивных решениях;

- в получении зависимостей силовых, кинематических и конструктивных параметров от внешних воздействующих факторов.

Практическая ценность работы.

Разработаны компоновочные и конструктивные решения трансмиссии геохода с гидроприводом, а также методика расчета её параметров, которые могут быть использованы в проектно-конструкторских организациях, занимающихся созданием горнопроходческой техники.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Результаты работы были использованы при выполнении НИиОКР в рамках государственных контрактов №78-01Ш-07п от 10 августа 2007 г. и №26-011-08 от 04 февраля 2008 г. «Разработка специальной технологии проходки аварийно-спасательных выработок в завалах при ликвидации техногенных катастроф».

Апробация работы.

Основные положения диссертадии докладывались и обсуждались на Всероссийских и международных научно-практических конференциях «Современные техника и технологии» (Томск, 2008), «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» (Юрга, 2008-2010), «Энергетическая безопасность России» (Кемерово, 2008-2010), «Перспективы развития Восточного Донбасса» (Новочеркасск, 2008), на международном научно-методическом семинаре «Современные проблемы техносферы и подготовки инженерных кадров» (Сусс (Тунисе), 2009), на «Форуме горняков - 2011» (Днепропетровск (Украина), 2011) а также на научных семинарах в Юргинском технологическом институте (филиале) Национального исследовательского Томского политехнического университета и Кузбасского государственного технического университета.

Публикации.

По теме диссертации всего опубликовано 25 научных работах, в том числе 11 статей в изданиях, рекомендованных ВАК России, 1 патент РФ на изобретение и 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 163 страницах текста. Она состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 88 наименований, и содержит 55 рисунков, 8 таблиц и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен обзор и анализ трансмиссий, применяющихся в проходческих комбайнах и щитах традиционного исполнения, а также в геоходах и другой горной технике. Также проведен обзор методик расчета трансмиссий горной техники.

Общие вопросы устройства и проектирования горных машин, а также их приводов и трансмиссий изложены в работах: A.B. Топчиева, В.И. Ведерникова, М.Т. Коленцова, Н.Г. Картавого, И.Л. Шпильберга, В.И. Солода, В.И. Гетопанова, В.М. Рачека, Г.В. Малеева, В.Г. Гуляева, Н.Г. Бойко, Р.Ю. Подэрни, М.С. Сафохина, Б.А. Александрова, В.И. Нестерова, Л.И. Кантовича, JI.E. Маметьева, А.Ф. Эллера, Г.Д. Буялича, В.Х. Клорикьяна, В.А. Ходоша, H.A. Малевича, А.Б. Жабина, Щеголевского М.М., В.П. Самойлова, B.C. Малицкого, П.Г. Сидорова, Г.Ш. Хазановича, Г.Г. Литвинского, Л.П. Поло-сатова, В.Г. Яцких, Л.А. Спектора, Д.К. Тургеля, А.Г. Кучерявого.

Разработке и созданию геовинчестерной технологии проведения горных выработок и ее базового элемента - геохода, посвящены работы А.Ф. Эллера, В.В. Аксенова, В.Ф. Горбунова, В.Ю. Садовца.

В результате анализа работ этих и многих других авторов установлено, что трансмиссии перемещения традиционных горных машин (очистных, проходческих комбайнов, проходческих щитов, транспортных и дорожно-строительных машин) отличаются большим разнообразием, и при этом существенно отличаются от трансмиссий геоходов как по компоновке и кинематическим схемам, так и по развиваемым силовым и кинематическим параметрам, а наиболее близкими к трансмиссиям геоходов по этим показателям являются трансмиссии роторных исполнительных органов проходческих щитов. Но непосредственное их использование в трансмиссии геохода невозможно без предварительной адаптации.

В то же время существующие методики расчета силовых и прочностных параметров трансмиссий горнопроходческой техники неприменимы для трансмиссий геоходов, поскольку они не учитывают функциональные связи между показателями взаимодействия корпуса с приконтурной частью массива и силы горного давления на геоход, а также влияние других функционально-конструктивных элементов.

Во второй главе на основании рассмотренных отличительных особенностей геохода сформированы требования к трансмиссиям геоходов нового поколения:

- трансмиссия должна обеспечивать непрерывную подачу геохода на забой;

- трансмиссия должна обеспечивать вращающий момент на головной секции, достаточный для формирования на внешнем движителе усилий для перемещения всего геохода, а также, достаточный для отделения горной породы от массива исполнительными органами;

- размеры и расположение трансмиссии и привода должны оставлять достаточно свободного пространства внутри агрегата для удаления отделенной горной массы, прохода людей для обслуживания узлов, а также размещения других элементов и систем;

- трансмиссия должна обеспечивать работу геохода при любом его пространственном положении;

- трансмиссия и привод должны быть смонтированы на единой конструктивной базе геохода.

Для определения необходимых усилий развиваемых трансмиссией усовершенствована математическая модель взаимодействия геохода с геосредой, учитывающая совмещенный режим перемещения секций с непрерывной подачей на забой и получены выражения для определения суммарного усилия (Рщ), развиваемого всеми гидроцилиндрами трансмиссии, расположенными по хордам окружности внутри секций

Ш + 2Р-кх + ТГ 0Б ■ гг • eos р + Тос ■ гос m

^ JAS

V гэп

где' ZM = M¡jq + Мтио + МрМ + Мввл - сумма моментов, действующих на секции; = Р0 + (Gr + Gm + Gx) • sin а + ТГЮБ • sin /7 + Рвш + Рвн + ТХЮБ -

. (sin В — ffp • eos /?) ( hBJ1

сумма сил, действующих на секции; к, =---—-— • \гг +

cos ¡3 — fjp • sin ¡5 V 2

Вращающий момент МВР, развиваемый трансмиссией

м-р и - ZM + ZP-k+Tr.OE-гг -eos Р + Тос -roc m МВР - Ргц ■ кгц --^ кг /тр -' {¿>

гэп

где - /ту - коэффициент трения стали о вмещающую породу; Ор - вес головной секции, Н; ®Тм ~ вес отбитой горной массы, находящейся внутри агрегата, Н; - вес хвостовой секции с оборудованием, Н; к^ - высота винтовой лопасти, м; Мввд - момент сопротивления винтореза винтовой лопасти, Н-м; Мгм - момент, для перемещения разрушенной породы, Н'м; М- момент сопротивления резанию на исполнительном органе, Н'М; Мшо - момент сопротивления, создаваемый трением исполнительного органа по породе, Нм; РВВд ~ усилие внедрения винтовой лопасти в приконтурный массив, Н; РВц - суммарное усилие внедрения элементов противовращедия, Н; Р0 - проекция полной силы сопротивления резанию на ось вращения секций, Н; гг - радиус головной секции, м; ГоС - радиус окружности центров тел качения подшипникового узла, м; - расстояние от оси вращения до середины элементов противовращения, м; ТГ 0Б - суммарная сила трения оболочки головной секции о породу, Н; Т0с ~ суммарные силы трения качения останова в подшипниковом узле секций, Н; Тх.ОБ ~ суммарная сила трения хвостовой секции о породу, Н; (X - угол наклона проводимой выработки, град; /? - угол подъёма винтовой лопасти, град.

В третьей главе приведены разработанные компоновочные схемы и конструктивные решения трансмиссии геохода, представлен анализ на соответствие требованиям, предъявляемым к трансмиссии геохода.

Выявлены два основных направления развития компоновочных схем трансмиссии геохода (рисунок 1).

С двигателями вращательного действия (электродвигатели, гидромоторы, пневмодвигатели) и вращательным движением звеньев

X

С двигателями поступательного действия (гидроцилиндрами) и преобразователями поступательного _движения во вращательное_

Однопоточные двигатель - редуктор - вых. звено

Многопоточные двигатель - редуктор ^ двигатель - редуктор - вых. звено

двигатель - редуктор /

С непрерывным

движением выходного звена

С цикличным движением выходного звена

С многолоточными участками ^передача \ дв. - ред. - передача - вых. звено

^передача I

С двумя группами гидроцилиндров

- 111 1 ~г

I

Э С

5 « 5 8

та й а р

151

С гидроцилиндрами одной плоскости

31

С гадроцилиндрами в нескольких плоскостях

С отдельными ползунами и механизмом свободного хода

Без механизма свободного хода

С двумя группами гидроцилиндров в каждой . плоскости

С разделением групп гидроцилиндров по плоскостям

С гидроцилиндрами

в разных фазах выдвижения ' -

С гидроцилиндрами в одной плоскости

С поворотными гидродвйгателями с зубчато-реечной передачей и МСХ

С одной группой ГЦ в разных фазах

С неск. группами ГЦ в разных фазах

С гидроцилиндрами в нескольких

плоскостях -

С ГЦ в одной фазе в каждой плоскости

С ГЦ в разных фазах в каждой плоскости

Рис. 1. Варианты компоновочных и кинематических схем трансмиссии геоходов

Установлено, что непрерывность вращения головной секции реализуется в компоновочных схемах с двумя группами гидроцилиндров, работающих в проти-вофазе и в схемах с гидроцилиндрами в разных фазах (рисунок 1). Основной недостаток первых - использование для создания вращающего момента только половины гидроцилиндров.

Этого недостатка лишены компоновочные схемы трансмиссий с гидроцилиндрами в разных фазах движения, при этом большее количество гидроцилиндров совершает рабочий ход, и меньшее - обратный (рисунок 1).

Анализ разработанных компоновочных схем показал, что в наибольшей степени требованиям, предъявляемым к трансмиссии, удовлетворяют схемы с гидроцилиндрами в разных фазах выдвижения, на одну из которых получен патент на полезную модель №112269, опубл. 10.01.2012 бюл. №1 (рисунок 2).

Рис. 2. Компоновочная схема с непрерывной подачей на забой с двумя группами гидроцилиндров в разных фазах выдвижения в одной плоскости.

В четвертой главе описан принцип работы трансмиссии с гидроцилиндрами в разных фазах выдвижения, получены аналитические выражения для определения силовых, кинематических и конструктивных параметров трансмиссии геохода с гидроприводом.

Общее число гидроцилиндров вращения использованных в трансмиссии

где ПрлЕ ~ количество гидроцилиндров одновременно участвующих в рабочем ходе (совершающих рабочий ход); Пд^р - количество гидроцилиндров, совершающих за время движения от одной фазы до другой обратный ход (холостой ход).

На рисунке 3 штоки гидроцилиндров 1-3 выдвигаются, совершая рабочий ход, а шток гидроцилиндра 4 - обратный ход. Шток гидроцилиндра совершающего обратный (холостой) ход должен выполнять его за время равное времени движения штоков гидроцилиндров, совершающих рабочий ход от одной фазы до другой.

Число групп гидроцилиндров в разных фазах выдвижения определяется количеством гидроцилиндров совершающих холостой ход.

ГтЛноя секши ХВостбшсетш Зштя фатИаИрищеш А-А

пип Ч Л " I Пппчии

ПГЦ = пРАБ+пОБР>

(3)

Прр = пОБр,

Количество положений штоков (фаз) внутри каждой группы

(4)

Рис. 3. Схема трансмиссии с гидроцилиндрами, работающими в разных фазах

Установлено что, общее количество гидроцилиндров в трансмиссии должно быть кратно числу гидроцилиндров, совершающих обратный (холостой) ход или числу групп гидроцилиндров, находящихся в разных фазах выдвижения.

Вращающий момент Мврь развиваемый одним гидроцилиндром, определяется выражением (расчетная схема на рисунке 4)

Мт^Ргкгщ, (6)

где F¡ - усилие на штоке I -го гидроцилиндра, Н; Ирщ - плечо приложения силы I -го гидро-цшшндра, м.

Результирующий момент, развиваемый гидроцилиндрами в разных фазах движения представляет сумму моментов, развиваемых каждым гидроцилиндром в текущем положении

МВР = ПГР £ РтР'ВуСТЛГГ--Г-X

(=1 8

D-

УСТ.ШТ

+ А>+-

ПфАЗ -1

•о--!)+£,.

Руст.ГЦ У

[ 2 J

-'УСТ.ШТ] ь0

Ln+-

• (1 -!) + <?,-

(7)

"ФЛЗ-1

где - диаметр окружности вращения цапфы (установки цапфы) штока на головной

секции, м; Оуст.ГЦ ~~ диаметр окружности установки цалф корпусов гидроцилиндров на обечайке хвостовой секции, м (фиксированное значение, определяемое конструктивно); £>д -диаметр поршня гидроцилиндра, м; Х0 ~ расстояние между цапфами корпуса и штока гидроцилиндра в сложенном состоянии (при минимальной раздвижности), м; - длина хода штока гидроцилиндра, м; Прр - количество групп гидроцилиндров, находящихся в разных фазах выдвижения; пр^ц р-р - число гидроцилиндров в группе, совершающих рабочий ход; пФАз -количество промежуточных положений штоков (фаз); ррр - давление, подводимое в поршневую полость гидроцилиндра, Па; г = 1,2,... Пщ - порядковый номер гидроцилиндра в груп-

Ьх

пе; - текущее положение штока I - го гидроцилиндра; <),■ = 0...

"ФАЗ

По мере выдвижения штока гидроцилиндра изменяется плечо силы - кГщ. При этом величина этого изменения будет зависеть от конструктивных параметров размещения опор гидроцилиндра - Еуст.шт > ^уст.гц > Вгц и длины хода Ьх. Соответственно также будет изменяться и вращающий момент.

Для трансмиссии геохода с гидроцилиндрами в разных фазах коэффициент неравномерности момента Д ¡^ определяется выражением:

"W

2 ^rnaxi iL-^mini

¿=1

i=1

"¡¡Ар n£dp

L Kmaxi + ¿^

■min/

"раб

!+ IX

1=1 м

где - КтаХ1 соответствует началу движения штока в фазе

(8)

К,

maxi ™

1-

(Руст.шт У , Г Г , Адг

ПфАЗ-1

О -1)

Руст.ГЦ \

2 J

г4*

°УСТ.ШТ]^0 ~

rUo

Ix

"ФАЗ

0-1)

а Кт-т, - концу движения штока в фазе

к,

тЫ ~

1-

3УСТ.ГЦ

2 ]

о

уст.шт\ Ч

"ФАЗ

у

Для определения кинематических параметров трансмиссии были получены аналитические выражения угла поворота секции за ход штока гидроцилиндра <рц и угловой скорости вращения головной секции ю(г)

■'УСТ.ГЦ

+ £>■

<рп =агссоэ-

Оустхц' Е>уст.ш

—агссов-

Вуст.гц +^усг.шт „ г 2

- 2--110

Щст.щ 'Щст.шт

,(11)

4и ■ (¿0 + и()

(12)

^УСТ.ГЦ ' Вуст.ШТ

1-

Вуст.ГЦ + Вуст.шт „ -2 --—--^' (¿о+

V

® УСТ.ГЦ ' Вуст.ШТ

где и - скорость выдвижения штока гидроцилиндра.

При постоянном расходе рабочей жидкости Q в поршневой полости гидроцилиндра угловая скорость будет изменяться по мере выдвижения штоха гидроцилиндра. Для получения постоянной угловой скорости (<»(?) =сопб1) расход в поршневой полости гидроцилиндра должен изменяться в соответствии с функциональной зависимостью

6(0 =

^Р2гц -4ь1+{ргц-0}^} -¿оЯ.С2

.....(13)

4 + <а2-Г2 4

Для получения расхода по заданной функции возможно использование как объёмных, так и дроссельных способов регулирования. Альтернативным способом может быть использование объёмных дозаторов с шаговым приводом.

Результирующий расход жидкости, потребляемый гидроцилиндрами, совершающими рабочий ход, будет равен сумме расходов в каждом из гидроцилиндров в данный момент времени

"РЛБ.ГР

¡=1

4(4-¿2)

"раб.гц

X I

м

40

Щ'

¿о+—+(олГй)-г)2-[¿о+—-'О'-!) "фаз ~1 I » "ллч -1

"ФАЗ ■

• (14)

Необходимый габарит (расстояние от оси секции до внутренней обечайки 1?Габ) свободного пространства внутри геохода

КГАБ =

->УСГШТ

1-

■'УСТ.ШТ

-

■>УСТ.ГЦ

л

А

'УСТ.ШТ ■ ЬР

-(0,7 5..Л)Оп'

(15)

В пятой главе разработана методика определения основных параметров трансмиссии и определено влияние на параметры трансмиссии её функционально-конструктивных особенностей и геометрических параметров геохода.

Получены зависимости влияния конструктивных параметров (диаметр поршня) и количества гидроцилиндров на величину развиваемого трансмиссией вращающего момента (рисунок 5) для заданного диаметра головной секции геохода {Эре) и величины давления в гидросистеме — .

0,05 0,08 0,07 0,00 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,10 0,20 0Л 0/1 М

Рис. 5. Зависимости развиваемого трансмиссией вращающего момента от количества гидроцилиндров пщ и диаметра поршня А

На рисунке 6 представлены графики влияния соотношения диаметров расстановки опор штока и корпуса гидроцшшндра на развиваемый вращающий момент. Наибольший момент реализуется при равноудаленное™ опор гидроцилиндра от продольной оси секции, т.е. при равенстве диаметров установки опор -Аст.д/г ~ & уст. гц • С увеличением разности в диаметрах установки опор развиваемый момент будет снижаться. Соотношение диаметров расстановки опор будет влиять на изменение момента по мере выдвижения штоков. При разности диаметров до 15% максимальный момент реализуется в начале хода, а минимальный - в конце хода штока. При разности диаметров от 15 до 25% будет наблюдаться пик развиваемого момента, который будет смещаться от начала к концу хода штока. При увеличении свыше 25% - максимальный момент будет реализо-

вываться в конце хода штока гидроцилиндра.

?2-10 1------------

0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 ОАО ОМ 0.50 0,55 5

Рис. 6. Зависимости развиваемого трансмиссией вращающего момента Мвр от взаимного расположения опор падроцилиндра Пуст.шт и Т)уСт.гц

На рисунке 7 представлено влияние отношения диаметров установки опор гидроцилиндров, а также их количества на величину неравномерности момента. При увеличении количества гидроцилиндров от 5 до 14 соотношение диаметров установки опор Т)уСтш Юуст.гц . когда коэффициент неравномерности меняется незначительно (в пределах 5%), уменьшается с 30 до 6%.

Рис. 7. Зависимости неравномерности момента от взаимного расположения опор гидроцилиндра Иусгш и БУсг.гц

Зависимости неравномерности момента для синхронно выдвигающихся гидроцилиндров и гидроцилиндров в разных фазах показывают (рисунок 8), что увеличение количества гидроцилиндров в разных фазах с 4 до 14, способствует уменьшению коэффициента неравномерности развиваемого вращающего момен-

та с 8% до 0,1%. При этом коэффициент неравномерности момента уменьшается в 2,5,.. 13,4 раза по сравнению с синхронным движением штоков.

ЛагДГ

s а ю 12 1

-PW1 ~ дня синхронного выдвлкания urrotwe (¿„¡I -Рад2 -для движения в разных фазах (Ли)

"л/ шт 4»*

4 20,35 8,11 2,61

Б 12,37 3,40 3,61

е 8,25 1,77 4.65

7 5,95 1,05 .5,67

а 4,50 0,67 8,69

0. 3,52 0,46 7,69

10 2,84 0,33 6,70

11 2,33 0,24 9,72

12 1,95 0,18 10,74

13 1,62 0,18 10,01

14 1,37 0,10 13,41

Рис. 8. Зависимость неравномерности момента от количества гидроцилиндров Пщ

Зависимость габарита внутреннего пространства (рисунок 9) от количества гидроцилиндров показывает, что при увеличении количества гидроцилиндров от 5 до 14 габарит внутреннего пространства увеличивается от 66% до 91% наружного диаметра геохода.

во----:--------, •

80 70

60 ---------

5 6 7 в в 10 tl (2 (3 лга

/

Рис. 9. Габарит внутреннего пространства, выраженный в % от диаметра головной секции Dre в зависимости от количества гидроцилиндров пщ

Заключение

В диссертации решена актуальная задача обоснования параметров трансмиссии геохода с гидроприводом, что вносит существенный вклад в горное машиностроение и экономику страны.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что компоновочные и кинематические схемы трансмиссий проходческих горных машин традиционного исполнения (проходческих комбайнов и щитов), а также методики расчета их основных параметров, неприменимы в непосредственном виде в трансмиссии геохода, поскольку не учитывают функционально-конструктивные особенности геохода и его элементов.

2. На основании выявленных особенностей геохода сформулированы требования к его трансмиссии, основными их которых являются следующие:

- трансмиссия должна обеспечивать непрерывную подачу геохода на забой и возможность реверсирования его движения;

- трансмиссия должна обеспечивать вращающий момент на головной секции, достаточный для формирования на внешнем движителе усилий для перемещения всего геохода, а также, достаточный для отделения горной породы от массива исполнительными органами;

- размеры и расположение трансмиссии и привода должны оставлять достаточно свободного пространства внутри агрегата для удаления отделенной горной массы, прохода людей для обслуживания узлов, а также размещения других элементов и систем;

- трансмиссия должна обеспечивать работу геохода при любом его пространственном положении.

Разработаны варианты компоновочных схем трансмиссии геохода с двумя группами гидроцилиндров и гидроцилиндрами в разных фазах выдвижения, обеспечивающие непрерывность вращения головной секции, при этом наиболее эффективное использование гидроцилиндров по количеству достигается при Пра^Побр , а общее количество гидроцилиндров должно быть кратно числу гидроцилиндров, совершающих обратный (холостой) ход, т.е. числу групп гидроцилиндров, находящихся в разных фазах выдвижения.

3. Получены аналитические выражения для определения развиваемого трансмиссией вращающего момента, угловой скорости вращения головной секции, коэффициентов неравномерности вращающего момента и угловой скорости, конструктивных параметров размещения гидроцилиндров и других элементов трансмиссии, габаритного размера свободного пространства внутри геохода, величины потребного расхода рабочей жидкости.

Разработана математическая модель взаимодействия элементов трансмиссии, позволяющая определять её основные параметры, в зависимости от принятых размеров геохода (диаметра головной секции), количества гидроцилиндров, приемлемого значения неравномерности момента, требуемого габарита внутреннего пространства.

. 4. Установлено, что для уменьшения неравномерности развиваемого трансмиссией вращающего момента необходимо обеспечить движение гидроцилиндров в разных фазах, при этом увеличение их количества с 4 до 14, способствует уменьшению коэффициента неравномерности развиваемого вращающего момента с 8% до 0,1%. При этом коэффициент неравномерности момента уменьшается в число раз от 2,5 до 13,4 в сравнении с синхронным движением штоков.

Выявлено, что при увеличении количества гидроцилиндров от 5 до 14 соотношение диаметров установки опор, когда коэффициент неравномерности меняется незначительно (около 5%), уменьшается с 30 до 6%.

Установлено, что при увеличении количества гидроцилиндров с 4 до 14 габарит внутреннего пространства увеличивается от 66 до 91% наружного диаметра геохода.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих научных трудах:

Статьи в изданиях рекомендованных ВАК

1. Компоновочные решения машин проведения горных выработок на основе геовинчестерной технологии / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Бегляков, П.В. Бурков, М.Ю. Блащук, А.В. Сапожкова // Горный информационный аналитический бюллетень/ Москва, МГТУ, 2009- №1. С. 251-259.

2. Обоснование необходимости разработки трансмиссии геоходов / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев // Вестник КузГТУ/ Кемерово, 2009- № 3. С. 24-27.

3. Разработка требований к основным системам геохода / В.В. Аксенов,

A.Б. Ефременков, В.Ю. Бегляков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев, А.В. Сапожкова // Горное оборудование и электромеханика/ Москва, 2009- №5. С.3-7.

4. Разработка требований к трансмиссии геоходов / А.Б. Ефременков,

B.В. Аксенов, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев // Известия вузов. Горный журнал / Екатеринбург, 2009-№ 8. С. 101-103.

5. Формирование требований к основным системам геохода / В.В. Аксенов,

A.Б. Ефременков, В.Ю. Садовец, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук, В.Ю. Бегляков // Горный информационный аналитический бюллетень. Перспективы развития горно-транспортных машин и оборудования / Москва, МГТУ, 2009 - ОВ №10.

C. 107-118.

6. Моделирование взаимодействия корпуса носителя геохода с геосредой /

B.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2010-ОВ№3. С. 41-48.

7. Обзор трансмиссий горной техники / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2010 - ОВ №3. С. 55-66.

. 8. Анализ возможных вариантов электропривода и механических передач в трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев,

М.Ю. Блащук // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГТУ, 2010 - OB №3. С. 154-163.

9. Разработка и анализ возможных вариантов гидропривода в трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2010 - OB №3. С. 184-193.

10. Разработка и анализ возможных вариантов гидро- и электропривода в трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Вестник КузГТУ/ Кемерово, 2010- № 3. С. 7-14.

11. Определение неравномерности развиваемого трансмиссией вращающего момента / Аксенов В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2011-OB№5. С. 154-164.

Статьи в прочих изданиях.

12. Геоходы - новый класс горнопроходческой техники / М.Ю. Блащук,

A.Б. Ефременков, В.Ю. Бегляков // XTV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» / Сборник трудов в 3-х томах. Т. 1. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. - с. 240-242

13. Обоснование необходимости разработки трансмиссии геоходов /

B.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев // Труды VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии и экономика в машиностроении». 15-16 мая, 2008. г. Юрга, - С. 409-413

14. К вопросам о необходимости разработки трансмиссии геоходов / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев // Перспективы развития Восточного Донбасса. Часть 2: сб. науч. тр, / Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2008. С. 8-17

15. Требования к трансмиссии геоходов / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев II Перспективы развития Восточного Донбасса. Часть 2: сб. науч. тр. / Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2008. С. 17-23.

16. Обзор трансмиссий горной техники / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев // Новые технологии в угольной отрасли. Материалы II научно-практической конференции студентов, аспирантов, профессорско-преподавательского состава в филиале ГУ КузГТУ в г. Белово, 2009. С. 60-67.

17. Формирование требований к трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев // Теоретический и прикладной научно-технический журнал Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова». -2009. -№16. С. 313-315.

18. Разработка требований к основным системам геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев, A.B. Сапожкова // Современные проблемы техносферы и подготовки инженерных кадров: III Международ-

ный научно-методический семинар - Сусс (Тунис), Донецк, Дон ПТУ, 22 окт. -1 нояб. 2009. - Донецк: [s.n.], 2009. - с. 123-129.

19. Моделирование взаимодействия корпуса носителя с геосредой / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев // Инновационные технологии и экономика в машиностроении: Труды VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. — ЮТИ ТПУ, Юрга: Изд. ТПУ, 2009. С. 585-589

20. Разработка вариантов компоновочных решений гидравлической трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев // Сборник трудов Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых «Инновационные технологии и экономика в машиностроении». 20- 21 мая, 2010 г. / ЮТИ. - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2010. - С.461-466.

21. Определение силовых параметров трансмиссии геоходов с гидроцилиндрами. Тр. XII межд. научно-практ. конф. «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук // Кемерово: ИУУ СО РАН, КузГТУ, ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского, ЗАО КВК «Экспо-Сибирь», 2010 - С. 202-205.

22. Определение геометрических параметров размещения гидроцилиндров трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук // Сборник трудов Всероссийской молодежной конф. «Машиностроение - традиции и инновации» I Юргинский технологический институт. - Томск: Изд.-во ТПУ, 2011 -С.. 138-143.

23. Блащук М.Ю. Определение влияния различных факторов на неравномерность вращающего момента трансмиссии геохода с гидроцилиндрами / Материалы международной конференции «Форум горняков - 2011». - Д.: Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет», 2011. -С. 190-196.

24. Цатент на изобретение № 2328625 RU/ Объёмный дозатор для дискретного регулирования скорости и величины перемещений выходных звеньев гидродвигателей / П.Я. Крауинып, В.Ю. Бегляков, М.Ю. Блащук, С.А. Смайлов Опубликовано 10.07.2008 Бюл. №19

25. Патент на полезную модель № 112269 RU/ Проходческий щитовой агрегат / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Бегляков, Б.Ф. Лелюх, Опубликовано 10.01.2012 Бюл, №1.

Подписана в печать 2012 г.

Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Отпечатана на ризографе.

Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ ФГБОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачева».

650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28. Типография ФГБОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачева».

650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а

ел

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Юргинский технологический институт (филиал) Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

На правах рукописи

БЛАЩУК Михаил Юрьевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСМИССИИ ГЕОХОДА С ГИДРОПРИВОДОМ

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук Аксенов Владимир Валерьевич

Юрга 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................................................................4

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ................................................9

1.1 Трансмиссии и приводы традиционных горных машин и проходческих щитов....................................................................................................................9

1.2 Геоходы..........................................................................................................................................................22

1.3 Трансмиссии геоходов......................................................................................................................26

1.4 Обзор методик расчета трансмиссий горной техники........................................36

1.5 Выводы................................................................................................................38

2 ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ТРАНСМИССИИ ГЕОХОДА................39

2.1 Особенности работы и разработка требований

к трансмиссии геохода..............................................................................................................................39

2.2 Разработка математической модели работы геохода в совмещенном режиме.......................................................................................................................................................42

2.3 Определение влияния угла наклона проводимой выработки и конструктивных размеров геохода на требуемые силовые параметры трансмиссии..................................................................................................................47

2.4 Выводы..........................................................................................................................................................50

3 РАЗРАБОТКА КОМПОНОВОЧНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ТРАНСМИССИИ ГЕОХОДА..................................................................................52

3.1 Обоснование возможных вариантов кинематических и компоновочных схем трансмиссии геохода........................................................................52

3.2 Разработка компоновочных решений трансмиссии геохода........................62

3.3 Разработка конструктивных решений трансмиссии геохода........................78

3.4 Выводы..........................................................................................................................................................84

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛОВЫХ, КИНЕМАТИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСМИССИИ ГЕОХОДА...... 85

4.1 Описание и принцип работы трансмиссий с гидроцилиндрами, находящимися в разных фазах выдвижения.................................... 85

4.2 Определение силовых параметров трансмиссии

с гидроцилиндрами, расположенными по хордам............................. 88

4.3 Определение кинематических параметров трансмиссии геохода...... 99

4.4 Определение конструктивных параметров трансмиссии геохода

с гидроприводом..................................................................... 108

4.5 Выводы........................................................................... 117

5 ВЛИЯНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО-КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ТРАНСМИССИИ НА ЕЁ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ 119

5.1 Методика определения основных параметров трансмиссии........... 119

5.2 Влияние конструктивных параметров и количества гидроцилиндров на величину развиваемого трансмиссией

вращающего момента и коэффициента неравномерности................... 123

5.3 Влияние размеров геохода и количества гидроцилиндров

на расстояние между их опорами и габарит внутреннего пространства... 131

5.4 Выводы........................................................................... 137

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................... 138

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................... 140

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................... 151

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

В условиях рыночных отношений особо остро стоят задачи повышения скорости проходки, производительности труда, безопасности, снижения капитальных затрат и себестоимости проведения вскрывающих, подготовительных выработок, а также протяженных подземных сооружений. Объёмы проведения подземных горных выработок только по Кузбассу составляют около 500 км в год.

Проходческие комбайны и щиты, используемые при проведении подземных горных выработок имеют ряд недостатков: это ограничение области применения по углам наклона проводимых выработок; сложность создания достаточных тяговых и напорных усилий (попытки обеспечить такие усилия за счет увеличения массы проходческих комбайнов, которая уже превышает 100 т, полностью не решают этой проблемы).

Альтернативным и перспективным подходом к проведению горных выработок является геовинчестерная технология, базовым элементом которой является геоход - аппарат, движущийся в подземном пространстве с использованием геосреды.

Основной системой геохода, обеспечивающей передачу усилия внешнему движителю и формирование напорного усилия на исполнительном органе является трансмиссия. Сдерживающим фактором в создании геоходов нового поколения является отсутствие обоснованных конструктивных решений трансмиссии и методик определения её основных параметров. Поэтому исследования, направленные на обоснование параметров трансмиссий геоходов нового технического уровня являются актуальными.

Цель работы - разработка научно-технических основ создания трансмиссии геохода, обеспечивающей непрерывность работы и снижение неравномерности подачи геохода на забой.

Идея работы заключается в использовании в трансмиссии геохода гидропривода с согласованием его силовых, кинематических и конструктивных параметров с внешними воздействующими факторами.

Задачи работы:

- разработать компоновочные схемы и конструктивные решения трансмиссии геохода с гидроприводом;

- разработать математическую модель взаимодействия элементов трансмиссии геохода с гидроприводом и методику расчета основных параметров трансмиссии;

-определить влияние размеров геохода и функционально-конструктивных особенностей трансмиссии на её основные параметры.

Методы выполнения исследований. Для решения поставленных задач в работе использовался комплекс методов, включающий:

- методы синтеза технических решений;

- методы структурной систематизации;

- метод программирования и математического моделирования с использованием программных средств MathCAD-11 и MS Excel;

- методы компьютерного 3-D моделирования с использованием программных средств SolidWorks и Kompas-3D.V10.

Научные положения, выносимые на защиту:

- непрерывность вращения головной секции геохода в разработанных компоновочных схемах трансмиссий обеспечивается равенством или преобладанием количества гидроцилиндров, совершающих рабочий ход, над количеством гидроцилиндров, совершающих обратный ход, причем число групп гидроцилиндров, находящихся в разных фазах выдвижения должно быть кратно общему количеству гидроцилиндров;

- силовые, кинематические и конструктивные параметры трансмиссии геохода однозначно определяются разработанной математической моделью взаимодействия элементов трансмиссии, с учётом её функционально-конструктивных особенностей;

коэффициент неравномерности развиваемого трансмиссией вращающего момента при работе гидроцилиндров в разных фазах ниже, чем при синхронной работе гидроцилиндров, и уменьшается при увеличении числа фаз, что обеспечивает непрерывность подачи геохода на забой и улучшает равномерность нагружения элементов трансмиссии и геохода.

Научная новизна:

- разработаны компоновочные и конструктивные решения трансмиссии геохода с гидроприводом, реализующие непрерывность перемещения геохода на забой;

- получены аналитические выражения для определения развиваемого трансмиссией вращающего момента, угловой скорости вращения головной секции, коэффициентов неравномерности вращающего момента и угловой скорости, конструктивных параметров гидроцилиндров трансмиссии и параметров их размещения, в зависимости от принятых размеров геохода, количества гидроцилиндров, приемлемого значения неравномерности момента, требуемого габарита внутреннего пространства;

- разработана математическая модель взаимодействия элементов трансмиссии, позволяющая определять её основные параметры, в зависимости от принятых размеров геохода (диаметра головной секции), количества гидроцилиндров, приемлемого значения неравномерности момента, требуемого габарита внутреннего пространства;

- определено влияние на параметры трансмиссии её функционально-конструктивных особенностей и геометрических параметров геохода.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертационной работе, обеспечиваются корректностью допущений при разработке методики расчета основных параметров трансмиссии геоходов; гарантируются использованием фундаментальных положений механики, прикладной математики, динамики машин, расчета деталей машин.

Личный вклад автора заключается:

- в обосновании и синтезе новых компоновочных и конструктивных решений трансмиссии геохода с гидроприводом;

- в разработке математической модели взаимодействия элементов трансмиссии геохода с гидроприводом;

- в разработке методики расчета основных параметров трансмиссии при возможных конструктивных решениях;

- в получении зависимостей силовых, кинематических и конструктивных параметров от внешних воздействующих факторов.

Практическая ценность работы.

Разработаны компоновочные и конструктивные решения трансмиссии геохода с гидроприводом, а также методика расчета её параметров, которые могут быть использованы в проектно-конструкторских организациях, занимающихся созданием горнопроходческой техники.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Результаты работы были использованы при выполнении НИиОКР в рамках государственных контрактов №78-01Ш-07п от 10 августа 2007 г. и №26-ОП-08 от 04 февраля 2008 г. «Разработка специальной технологии проходки аварийно-спасательных выработок в завалах при ликвидации техногенных катастроф».

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийских и международных научно-практических конференциях «Современные техника и технологии» (Томск, 2008), «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» (Юрга, 2008-2010), «Энергетическая безопасность России» (Кемерово, 2008-2010), «Перспективы развития Восточного Донбасса» (Новочеркасск, 2008), на международном научно-методическом семинаре «Современные проблемы техносферы и подготовки инженерных кадров» (Сусс (Тунисе), 2009), на «Форуме горняков - 2011» (Днепропетровск (Украина), 2011), а также на

научных семинарах в Юргинском технологическом институте (филиале) Национального исследовательского Томского политехнического университета и Кузбасского государственного технического университета.

Публикации.

По теме диссертации всего опубликовано 25 научных работах, в том числе 11 статей в изданиях, рекомендованных ВАК России, 1 патент РФ на изобретение и 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 155 страницах текста. Она состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 88 наименований, и содержит 72 рисунка, 9 таблиц и 2 приложения.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

1.1 Трансмиссии и приводы традиционных горных машин и проходческих щитов

1.1.1 Общие сведения о приводах горных машин

Привод горных машин в общем случае включает в себя двигатель, трансмиссию, соединяющую двигатель с рабочим органом и обеспечивающую передачу мощности на него, устройства для подвода энергии и управления приводом. Существенной составной частью привода горной машины является ее трансмиссия, передающая движение и мощность от двигателя к рабочим органам [1-3].

По виду движения приводы могут быть вращательного или поступательного типа.

Привод вращательного действия используется в исполнительных органах, в системах погрузки и перемещения и пр. Привод с поступательным характером перемещения широко используется в механизированных крепях, проходческих комбайнах для управления поворотом стрелового исполнительного органа, в шагающих системах подачи, натяжных устройствах и т.п. [1-3]

По роду используемой энергии в горных машинах нашли применение электро-, гидро-, пневмопривод, дизельный привод, а также комбинированные приводы (электрогидравлический, дизель-электрический привод и др.) [1-3].

В приводах очистных и проходческих машин наибольшее распространение получил электропривод с асинхронными трехфазными короткозамкну-тыми взрывобезопасными электродвигателями. Их основные достоинства: простота и надежность конструкции, большой пусковой момент, хорошая перегрузочная способность, высокий кпд. Однако асинхронные двигатели на рабочем участке имеют достаточно жесткую механическую характеристику и не обладают в достаточной степени саморегулирующей способностью. Кро-

ме того, их механическая характеристика в полной мере не соответствует режиму нагружения рабочего органа. Но современные исследовательские и опытно-конструкторские работы по применению частотного регулирования подтверждают возможность значительного улучшения характеристик электропривода. [1-4].

Напротив, электродвигатели постоянного тока имеют мягкую механическую характеристику и позволяют плавно регулировать частоту вращения ротора в диапазоне от нуля до максимума. Также эти двигатели обладают саморегулированием в зависимости от величины нагрузки. Но широкого распространения в горных машинах не получили, так как в отличие от асинхронных их трудно сделать взрывобезопасными из-за наличия щеточно-коллекторного узла. Для питания этих электродвигателей необходимо иметь устройства, преобразующие переменный ток в постоянный. Кроме того, их габариты, масса и стоимость больше раза в 2...2,5 в сравнении с асинхронными. Двигатели постоянного тока использованы в приводах исполнительного органа и системы подачи очистного комбайна К128П [1-4].

В горных машинах широко применяется и гидропривод. Его достоинства: простота получения практически любого вида механического перемещения с независимым расположением выходных элементов, что упрощает компоновку, кинематику и конструкцию машины; малые масса и объем, приходящиеся на единицу передаваемой мощности, что обеспечивает повышение энерговооруженности в заданных габаритах; возможность бесступенчатого регулирования выходной скорости в широком диапазоне; возможность создания низкооборотного высокомоментного привода, что позволяет исключить болыпегабаритные механические передачи из конструкции машины; надежное ограничение в заданных пределах величин нагрузок и простота защиты машины от экстренных перегрузок; хорошие динамические свойства и высокое быстродействие [1-3].

К недостаткам гидропривода относятся: возможность загрязнения и утечка рабочей жидкости, что ухудшает характеристики гидропривода и

уменьшает его надежность; высокие требования к точности изготовления и в связи с этим возникает относительная сложность монтажа и ремонта в условиях горного производства; взрыво- и пожароопасность в случае применения рабочих жидкостей с горючими свойствами.

Основой гидропривода является гидропередача, вид которой определяет вид гидропривода [1, 5]. По энергетическому признаку гидропередачи разделяются на объемные и гидродинамические.

Объемный гидропривод вращательного действия получил распространение в гидравлических механизмах подачи очистных и проходческих комбайнов, предохранительных лебедках, насосных установках для мощных скребковых конвейеров, струговых установках и др. Объёмный гидропривод поступательного действия нашел широкое применение в механизированных крепях, проходческих комбайнах для управления положением стреловидного исполнительного органа, в распорно-шагающих системах подачи проходческих щитов и проходческих комбайнов, в очистных комбайнах, в приводах рабочего оборудования гидравлических экскаваторов, кранов и другой карьерной и дорожно-строительной техники [1-3,5-10].

Пневматический привод используется в основном в тех горных машинах, где применение электродвигателей запрещено по условиям безопасности (например, в комбайне А-70П использован пневмодвигатель 8ШК40М мощностью 35 кВт), а также в механизированном инструменте и в машинах ударного действия. Пневмодвигатели имеют «мягкую» механическую характеристику и обеспечивают саморегулировку в зависимости от внешней нагрузки. Отличаются простотой конструкции, надежностью и долговечностью, пожа-ро- и взрывобезопасностью. К недостаткам следует отнести низкий КПД, незначительную мощность, большие затраты электроэнергии на производство пневмоэнергии, сложное компре