автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование рациональных параметров и разработка вариантов инерционных пневматических поршневых вибровозбудителей

Б Ом

I и: ^ »1 »..'о •

¡ШИСТЕРСГВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

КШВОРОНСКИЙ ГОРНОРУДНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ВАРДЕХ ХАЙСАМ

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ ИНЕРЩОШЖ ШЕН.1ШЧЕСШ ПОЕШЕШ ШБРОВОЗБУДИТЗЯЕЙ

05.05.05 - "Горные машины"

Автореферат., диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кривой Рог - 1994

Рабо.та выполнена в Хриворокском горнорудном институте

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор КАШШ. й.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

.УЧИШЬ А.Д.,

кандидат технических каук КТЧЛА 3.3.

Ведущая организация - Институт ШШИрудмаа /г.Криво* Рог/

^^дита состоится "И" 1994 г.

час, на заседании специализированного совета л.16.01.01 при Кривороаском горнорудном институте, 324027, Украина, г.Кривой Рог, ул. ХХЙ па.;:съезда, II. '

С диссертацией глонно ознакомиться в библиотеке ХГРИ. Автореферат разослан 1994 р.

Ученый секретарь специализированного совета^^апту. / ГОРБАЧЕВ Ю.Г.

техн.наук, доцент

ОЩАЯ ША&ШИГШ РЛБОГЫ

Актуальность 'теми. Технический прогресс последних десятилетий в ряд вачшейлих пробле:.. выдвинул создание высокоскоростных приводов для высокопроизводительных пагяпн я автоматизированных поточных линий. Соответственно, созданы л-' лродолггаят совершенствоваться механизмы к устройства, иепользушшо различные вицы энергии. Среди них большое распространение получил пневматический привод, область применения которого.зесь:.-.а ш-рокая - от яослической техника до горного производства.

Прооктгвыя и научшггзя организация:-.;!! разработано шгозесзгао конструкций инерционных поршневых влб^овозбуднтелен, среди которых наиболее герспективнша следует считать безударные, от-.лчаиднеся долговечностью, и гэханпзмы с аси.иетрпч:^! щшсм, как наиболее ,эффективные для •эибротранслортаруганх казпа.

Вместе с тем .-царского пролзы. пленного применения такаэ устройства не получает ввиду оаоутсгвия простых к каделных конструкций, а гагсле универсальных методик расчета, что обусловлено атолносгью процессов, протекающих при работе инерционных пневматических порлкевых зибровозб„дптелсГ:.

Это оп~9делязт актуачьноеть работа, нахг-ашгеккой на создание надежных и элективных конструкций безударних инерггазшзк пневматических по^лневых виброэозбудителеЛ с ¡яирокждд функцио-н: :ькыми возможностями, т.е. могучих применяться не только з качестве собственно вибровозбудителей, но и в качестве подъемников грузов.

целью оаботн является устаноаюние зависимостей шлду конструктивными и технологическими параметрами инерционного пневматического поршневого внбровозбудителя с асишегра.чни.! циктем а безударным релизом работы.

Идея работы - увеличить долговечность, повысить эффективность и расширить функциональные и технологические возможности инерционного пневматического поршневого вибровозбудителя за счет реализации асимметричного цикла и безударного релиза работы.

Научные положения. разработанные:лично соискателем, я но- • визна: '•.■'•

установлено впервые, что агямметричшй безударный реют

работа Л'о гИ'ЮО":;г'} гг-г.'::-:0ього Б'-^рзйезбул

геля ь д;:ипгг>сре. у&Эс-сл частот /от 0,5 до 50 Гц/

фохтлннз ¿/^¿зует^я аз; • ооо'.'яоззнпя площад

штока к повезя с ззаюяащ расположением гыхлопяых и отсеч!-канзлов. Это позволяет раслирать функциональные и техноло1 ческяе возможности внбровозбудитадя и использовать его кап качестве собственно-впбровозбудителя /при частоте 10...30 " так и в качество иагового подье:танка грузов /при частоте С ...3 Гц/ ;

впервые проялоаап параметр аскжотриа, учат которого обеспечивает аС51-л«етричаыи бззудар-агй реяим работы, и онре лза диапазон рабочи:-; значений эт.: I—ошлетра, численно ре нпй 0,24...0,45 ; "

метод расчзта гр;'Зокосу.-,ой способности л шага подьеш пнэЕлатического подье;лякка грузов, отличаешься тем. что с кован на уч-зт" динамических свойств системы "канат - пнов:. по;;ъемн;1К - груз".

О^дсноналнооть н достоверность научшо: положений. шт н текомэн^апий обеспечивается использованием йгадаменталы положений теоретической мэханжн л термодинамики, теория г .лодриводов, современных методов моделирования и обработка зультатов на эШ, использование»! прецессионной изыерптелы техники, а та^г-зса результатами экспериментальных ксследозш показавшими удовлетворительную сходимость с0 теоретическим! данными.

Значение работы:

обоснована возможность применения инерционного тневьа тлческого поршневого ваброзозбуднгеля с асимметричным цик и безударным режимом работы, что позволяет создать гашу унифицированных механизмов различного функционального наз! чз.£ия с расшлрвнншли технологическими возможностями ;

разработана методики расчета инерционных пневматичеез асимметричных безударш.:;-: виброзозбудителя, подъемника гру: з устройства для утичизации металлических тросов резинотр! совых лент ;

разработаны новые технические решения и конструкции :

розозбудителя, подъегллика грузов к устройства для утилизации тросов ;

разработаны предложения по расширению области примэншшя предложенных мания в горной и других отраслях промышленности.

Новизна научных и практических результатов работы подтверждена тремя положительными решения:"! на выдачу патентов.

реализация выводов н рсконетигвдиА работу. Выводы и рекомендации работы переданы заводу "Контакт" и будут использованы при "разработке и постановке на производство шагового подъемника тШ-ЗОО и устройства для утилизации мпталличзских тросов резине тросовых лент УТЛ-ЮД.

уксперныв^тальннЗ. образец вибровозбудителя типа ША-23 зспытыиается в условиях зазода "лонтакт".

Апробация .габотн. диссертационная работа и ее разделы доложены на научно-технических конференциях Криворожского горнорудного института /1992, 1993 гт./, Международной кауч-нс-технической конференции по зибротехнологии /Злю:™;?., 1992 г./, на кафедое горних мачтин ХГ^Л /Криво!! Рог, КЭ4 г./.

Публикации. По тогло диссертация элубликозако Ь почагкь?:: работ и получено 3 подонительных ре:пен>м на изобретения.

Объе.л работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержит 34 стран;*ц мааинописного текста, 20 рисунков, 3 таблицы, библиографии из ГТЗ наименований, 23 стргпица прилояений.

ОСНОВНОЕ СОД^ДШЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса и задачи исследование

Иг инерциониых пневматических поршневых механизмов наибольшее распространение получали вибровозбудигели. Они пс-полгзуятся в основном в качестве приводов вибротракспорти-рующих ма^ин, а так.;се для интеисификеддии истечения сыпучих материалов из бункеров.

Теоретические и практические основы пневматического знбронривода заточены в работах Б.В.Судниашикова, ПЛ.Ала-булева. 0.Н.Попова, Е.В.Герца, Г.А.Хрейшна, В.Д.Зиневпча,

б

Л«А»Агяавбйого й Друх'йх ученых,

Большой йё&ад в К кралТИ-ку конотруйрованШ и

йййольабзаний эйбройоэбУдШ'ёлоЙ ваэбёй И.^Кавариой, А.Д.Учи-тёЛёй, А<Н*ШШвШ, В. Д,БараанощьевкМ, 3.Г,Горбачевы::!, • ¿»ЗЛ^Ф-иой, 0»В|Куайэцовы'М| ВЛ1.К|!9>ШрбЫ, Б.И. Власовым, Ж^ГЛЛухйныМ,- б.Н.Кув&евыМ И Др4

В науЗнб-=гехничёбйдй лйт?§р&,гурЗ бсШейМбе Ыш.лИИа. уделяется ойшетрйчШл вйбрбвозбудйтелям, Выполнены исследовали, по созданию асимметричных виброЕоз будит елей, однако в пах не реализуется безударный редки работы.

В результате анализа установлено, что в случае реализации одновременно безударного и ас5Ш1етр.:чного режима работы возшано не только повысить надежность и долговечность вибровозбудителей, но и расширить их функциональные и технологические возмоанооти.

Для этого "эобходи:ло редкть следующие задачи:

1. Установить условия и обосновать возможность реализации стабильного асимметричного безударного режима работы инерционного поршневого рчбровозбудителя в широком диапазоне рабочих частот /от 0,5 до 30 Гц/.

2. Разработать рекомендации по проектировании и методик расчета вибровозбудителей.

3. Обосновать метод расширения технологических возможностей вибровозбудителя и образования на его рснове производных механизмов.

4. Разработать конструкции инерционных пневматических поршневых безударных асиммэтричных вибровозбудителя, шагового подъемника грузов и устройства для утилизации металлических тросов резинотросовых лент.

Теоретические исследования, инерционных пневматически.;;;

пбрщневых вибрааозбудктедак

Теоретические исследования направлены на обоснование: конструктйвяой схемы _ ибровозбудйеля, обеспйчйвайщвй безударной асйшётрйчнйй рвайм работы » параметра!?» показателей й ёбд£н^аёнйя "гебмётричебкнх размера, обеспечивающих йрШде»

'нение не только в качестве собственно вибро возбудителя, но и шагового подъемника грузов.

Расчетная схема безударного асимметричного пневматического вибровозбудителя бесклапанного типа показана аа рис.1.

Расчетная схема пневматического безударного асимметричного вибровозбудятеля .

Рис.1

Пршенительно к показанной схеме составлены и решены дифференциальные уравнения движения поршня. В результате получены соотношения для ьыбора основных параметров вибровозбудителя:

гуть порпня посу^ отсечки магистрали до полной остановки

У = ^-Рп-Гп-Я* (А ,).

д.;вка отсачнай камеры

ход поршня,.. ...

С = 1 , ' /о/

-а)2 /3/

где 2. =0,24...0,45 - впервые предложенный автором параметр асиглметрии, учег „которого обеспечивает асимметричный безуда ный реаим работы ; Рп - ¡лагистральное давление с ,;атого возд ха, Н/м^ ; Гп - площадь поперечного сечения пощня, I.? ; /7? - масса пораня, кг ; ¿г) - частота колебаний поршня, рац/с ; - коэффициент сжатия воздуха.

Стабильный асимметричный реким работы вибровозбудителя реализуется при соотношении площадей штока Гы и поршня Рп вычисленных по выраде^ию

- 4__:_2Л_ , /4/

Рп Рп-3[Р.-Рл(1-2г)]

где Ра - атмосферное давление, Н/м^.

На рио.2 представлен график зависимости Гы/Рп =/ (2). Анализ графика позволил установить диапазоны рациональных значений параметра асимметрии Й =0,24...и,45, а такие относительной площади штока Ры/Рп =0,03...0,35.

для обоснования возможности использования вибровозбуди теля в качество шагового подъемника грузов исследована дина мичеокая модель оиста;,ш "канат - пневмоподъешшк - груз" /рис.З/. При этом в »инструкцию вибровозбудителя включ--'.ны захваты и внесены пругие изменения, позволяющие применять его по новому назначений.

_,В результате решения д:: Тхреренциатьных уравнений динами кй сиоташ получена формула для расчета шага подъема

Зависимость относительной площади штока от параметра асимметрии

ш

аз V 0,1 О

— А

1 4

1 1 1 "д. и

| И

0,1 0,21 0,22 0,32 0,36 О// Ц'Я 0,4% 0,52 0,56 2 I - Рм =0,5 ; 2 - Я* =0,4 ; 3 - Рм =0,3; 4 - />«=0,2 МПа

Рис. 2

Система "канат - пневмоподъемнин - груз"

ч

(а)

Лу^-ТПп^

-7Лс

Г

(V

Рсг

а - идеализированная схема; б - динамическая модель

Рис. 3

,2

' »

/а/

где ГПг- масса каната, кг; /77 - марса пнсвыоподъемника и груза, кг; 5 шаг подъема, м; о) - частота колебаний пневмо-пидъемняка, рад/с ;ГПо- приведенная касса устройства, кг ;

Таким образом, в результате теоретических исследований установлены условия, при которых обеспечивается безударный -асимметричный режм работы виброьозбудителя и доказана воз-моглюсть расширения его технологических и функциональных во„-могиоотей путем применена в качестве шагового подъемника грузов.

Экспестмечильные исг тедованкя инерционных пнезма-

¿кспериленталь^-ые исследссань.! проводились с целью подтверждения результатов теорчтиче"ких исследований, а такае для отработка элементов конструкции висровозбудителя. Исследования проводились на специально оозданном стацце, позволяющем варьировать исследуемые параметры-

с хпериментальпо подтверждено, что повышение долговечности и эффективности работы вибровозбудителя достигается при реализации безу"арного па*пм^ работы. Определен основной диапазон рабочих частот аибровозб"цителя /10...30 Гц/, а также дополнительный диапазон /О,5...3 Гц/, при котором о" может оыть использован ъ качестве -дагсвого подъемникя грузов.

Моделированием на Э3.1 установлены численные знгченкя теоретически предложенного параметра асимметрии. Для обеспечения стабильного безударного ас;_лметричного реглгла работы диапазон рабочих значений этою параметра составляет 0,24... ...0,45.

' моделированием на ЭК,! установлены рациональные копст-руктипше параметры загового подъемника грузов, обеспечива-

У -

та, ра

тических поршневых дчб! ^возбудителей

юща» ярузоаодьоиаооть 0,5...20 кН при скорости подъема не менее 0,1 м/с,

эксперамоагальшо исследования подтвердили теоретические положения по созданию безударного асимметричного вибровозбудителя. Расхоздеяия результатов теоретических и экспериментальных исследований следующие: по -шнуддаэдой силе не более" 7 %, по параметру асимметрии не более 10 %.

По результатам выполненных исследован' Я разработаны методики расчета пнейматических безударных вкбровозбудителя,' шагового подъемника грузов и устройства для утилизации металлических тросов резинотросовых лент. Для облегчения выбора рациональных параметров вибро^озбудителя разработана номограмма /рис.4/.

Разработаны рекомендации по расширению технологических возможностей вибровозбудителя и созданию на его основе, производных механизмов. О использованием этих рекомендаций разработано устройство для утилизации тросов, методики расчета и рекомендации гю проектированию переданы заводу "Кок_акт" для использования при разраоотке и постановке на производство шагового подъемника ПШП-300 и устройства для утилизации металлических тросов резинотросовых лент УТЛ-ЮД. Экспериментальный образец вибровозбудителя испытывается в настоящее время з условиях завода "Контакт".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации научно обоснованы конструкции н параметры. „ • инерционных пневматических безударных асимметричных поршне-зых вибрсозбудителея, что обеспечивает рашенгтз важной задачи создания амуады:. х для горного производства маыин и устройств различного нгтаче;шя и с распаренными технологическими возможностями.

Основные научше выводы и практические результаты работы заклачадася в следующем:

Чомограша для определения конструктивных параметров зибровозбудителя

1. Установлено, что расширить технологические возможное ти вибровозбудителя и использовать его таю.:е в качестве подъ с:л1шкр грузов возможно "ри обеспечении безударного асимметричного релсима ра.'оты в -лпрокоы диапазоне рабочих частот /от 0,5 до 30 Гц/. Данный реккм реачизуется путем азаимоуьлзки соотношения площадеЗ штока и порлня с вса:слпт расположение:.! выхлопных и отсеч;ых каналов.

2. Полу :ены расчетные зависимости, позволяющие выбрать рациональное соотношение шющчдэ" лтока и порлня и определит месторасполояение выхлопных и отсечных канатов с учетом пред лощенного в работе параметра асю.иетр;ш, численно равного

0,24...0,45. Установлено, что соотношение плоуадей штока и поршня в пределах 0,25...0,3 обесиочпваот устойчивую р?1оту

£:«5?0503будителя з зароком д5таттазоне изу.энепхч давлений.

3. Обоснована возможность созд-лия на базе вябровозбудп-толя производных устройств с новыми потребительскими свойствами, разработана конструктивная и расчетная схемы устройства для утилизации металлических тросов резинотросовых лент и на. примере этого устройства продемоцс1.рирозан метод5 расширения технологических л потребительских возможностей виброзозбуди-теля. Особенность предложенного метода состоит з учете результатов комплексного, структурного и параметрического, анализа всех звеньев вновь образованного механизма.

4. Разработан метод расчета грузонеоуцей способности и* шага подъема подъемника грузов, учитывающий динамические оаой-ства системы "канат - пневмоподъемник - груз".

5. Разработаны методики р-счета пневматических безударных асимметричных поршневых г :бровозбудптеля, подъемника грузов и устройства для утилизации металлических тросоз резинотросовых лент.

о. Результаты исследований переданы заводу "лс./гант" для использования при разработке и постановке на промышленное производство шагового подъемника 1Ш-300 и устройства для утилизации металлических тросов резинотросовых лент УТЛ-ЮД. На этом 1в заводе испнтывается экспериментальный образец вибровозбудителя ВПА-23.

Новизна разработок подтверждена тремя положительными решениями на выдачу патентов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Варде:: X. Выбор параметров пневматического инерционного вибровозбудителя для привода горнотранспортных машин/ Совершенствование и развитие отделочно-зачистной, финишной и пластической обработки деталей: .Материалы международной научно-технической конференции 21-24 сентября 1992 г. - Винница, 1992. - С.62.

2. Бардех X. Универсальный шахтный вибрационный пневмо-подъемник/ Совершенствование и развитие отделочно-зачистной.

финишной и пластической обработки деталей: Материал .'Лзд-дународной научно-технической конференции 21-24 сентября 1992 г. - Винница, 1992. - С.63.

3. Каварма И.И., Вардех X. Выбор рациональных параметров безударное вибровозбудителей с асимметричным циклом. -Кривой Рог, 1393. - 8 с. - Де.;. в ШТБ Украины 31.08.93,

J 1806-Ук93.

4. Каварма il.IL, Вардех X. К проблеме утилизации металлических тросов розикотросовых лент. - Кривой Рог, 199->. -

6 с. - Два. з ШТБ Украины 04.10.93, ¿Ь 1915-УкЭЗ.

5. Каварма И.И., Вардех X. Обоснование и выбор параметров шагового пневмоподъемнкка. - Кривои Рог, 1993. - 12 с. -Деп. в 1НТБ Украины 04.10.93, .5 1916-УкЭЗ.

6. Пневматический вибровозбудитедь: Полон, ранение Н1ШЛ13 по заявке b0I4G74/2S от 09.12.91 г./Каварма U.U., Вардех X.

7. Устройство для снятия пешиэраого слоя о нитевидной ашатуры изделий: Полон, решение ¿ШП1Э по заявке л 5020237, 05 от 21.04.92 г./Каваша II.Vi., Ваодех X.

8. Шаговый подъемник: Полож. реление НИШЯЭ по заявке 5014379/29 от 02.12.91 г./Каварма 11.И., Вардех I.