автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Создание кабелесборочного механизма электропогрузчиков

На правах рукописи

м

Ткачук Александр Павлович [^¡г

СОЗДАНИЕ КАБЕЛЕСБОРОЧНОГО МЕХАНИЗМА ЭЛЕКТРОПОГРУЗЧИКОВ

Специальность 05.05.04 - "Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2005

Работ выполнена п Сибирском государственном университете путей сообщения

Научный руководитель - доктор технических наук

Анферов Валерий Николаевич

Официальные оппоненты: - доктор технических наук

Гилета Владимир Павлович

- кандидат технических наук Манаков Алексей Леонидович

Ведущая организация - Ижевский государственный технический университет

Защита состошся 3 июня 2005 г. в 12®® часов на заседании диссертационного совета Д 003.019.01 при Инаигуте юрною дела Сибирского отделения Российской академии наук (630091, г.Новосибирск, Красный проспект, 54).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГД СО РАН.

Автореферат разослан 27 апреля 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Федулов А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Современное производство насыщено разнообразными типами подъёмно-транспортных машин, которые обеспечивают непрерывность и ритмичность производства. Подъёмно-транспортные машины во многих случаях являются составной частью производственного комплекса механизированных и автоматизированных технологических линий. Поэтому от надёжности их работы существенно зависит эффективность производства в целом.

Известно, что затраты на погрузочно-разгрузочные и транспортные работы составляют от 25 до 50 % общих издержек производства. Для их выполнения широко применяются машины напольного безрельсового транспорта (МНБТ) - погрузчики, используемые при грузопереработке тарно-ипучных грузов.

Иностранные фирмы и предприятия России в настоящее время выпускают различные модели МНБТ по грузоподъемности, высоте подъема, типам двигателей и видам трансмиссий. В качестве двигателей используют карбюраторные, дизельные, дизель-электрические и работающие на сжиженном газе. Отдельный класс машин составляют электропогрузчики, у которых в качестве источника питания применяют аккумуляторные батареи.

Исследования, проведенные И.И. Мачульским показывают, что три четверти парка электропогрузчиков эксплуатируется в крытых помещениях на площадях с шириной до 100 м и длиной до 150м при температурах воздуха от минус 40 до плюс 40°С. Срок службы электропогрузчиков составляет 10-15 лет, что соответствует ресурсу 40 тыс. часов. Погрузчики в сравнении с другими видами подъемно-транспортных машин более универсальны и мобильны, компактны и маневренны, менее металлоемки. Материальные затраты сравнительно быстро окупаются.

Однако, продолжительность работы электропогрузчика без подзарядки при интенсивной эксплуатации составляет максимум 5-6 часов. Для подзарядки аккумуляторов необходимы специальные помещения с зарядной станцией и квалифицированный персонал. Длительная эксплуатация батарей в условиях Сибири и Дальнего Востока при температуре минус 25°С становится невозможной.

Увеличение эффективности применения электропогрузчиков и устранение существующих недостатков возможно путем перевода их на кабельное питание от стационарной сети. Для решения этой задачи необходим комплект оборудования, состоящий из питающего кабеля, преобразователя энергии и основного узла - кабелесборочного механизма, обеспечивающего необходимые размеры зоны обслуживания и приемлемую долговечность кабеля.

Анализ различных схем электропогрузчиков при переводе их на кабельное питание показал, что в настоящее время не созданы эффективные варианты исполнений машин. Поэтому, создание комплекта оборудования с кабелесборочным механизмом для подвода питания от стационарной сети

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ

БЬЗ.ЙИУТЕХЛ

ДО1

С^Летервург

переменного тока напряжением 380В является актуальной научной и технической проблемой.

Цель работы - создание кабелесборочного механизма электропогрузчиков для подвода питания от промышленной сети переменного тока напряжением 380В с увеличенной площадью обслуживания и гарантированным ресурсом.

Идея работы заключается в автоматическом ограничении максимального усилия натяжения питающего кабеля, синхронизации скоростей наматывания (сматывания) и движения погрузчика за счет установки в кабелесбо-рочный механизм фрикционной муфты.

Задачи исследования:

- обоснование перевода электропогрузчиков на питание от стационарной сети переменного тока;

- разработка кинематической схемы, выбор и определение параметров кабелесборочного механизма, автоматически обеспечивающего ограничение максимального усилия натяжения кабеля;

- создание испытательного стенда и экспериментальное определение основных эксплуатационных параметров привода и его ресурса;

- разработка, создание и проведение опытно-промышленных испытаний кабелесборочного механизма.

Методы исследований - анализ и обобщение существующего опыта, методы теории трения и изнашивания, теории зубчатых зацеплений с перекрещивающимися осями, экспериментальные исследования на специально созданном стенде и в реальных условиях опытно-промышленной эксплуатации.

Основные научные положения, защищаемые автором:

- увеличение эффективности эксплуатации и площади обслуживания электропогрузчиком достигается переводом его на питание от стационарной промышленной сети с установкой кабелесборочного механизма и преобразователя энергии на машине;

- для автоматического ограничения максимального усилия натяжения питающего кабеля и синхронизации скоростей наматывания (сматывания) и движения погрузчика требуется включение между приводом и кабельным барабаном муфты предельного момента;

- зависимость величины износа накладок фрикционной муфты от времени работы имеет линейный характер, а интенсивность их изнашивания практически постоянна;

- необходимые эксплуатационные показатели привода кабелесборочного механизма (шах КПД, ресурс, температурный режим), достигаются применением четвертой и пятой групп трансмиссионных лигированных масел 12 и 18 классов вязкости.

Достоверность научных результатов подтверждается применением современных методов и средств исследований, стендовыми и натурными испытаниями кабелесборочного механизма в реальных условиях эксплуатации на предприятиях Западно-Сибирского региона.

Новизна научных положений:

- разработана оригинальная кинематическая схема кабелесборочного механизма с включением между приводом и кабельным барабаном муфты предельного момента, автоматически обеспечивающая ограничение максимального усилия натяжения питающего кабеля;

- определена зависимость величины износа и интенсивность изнашивания от времени работы фрикционных накладок предохранительной муфты, разработана методика определения ее ресурса;

- создан кабелесборочный механизм, устанавливаемый вместе с преобразователем энергии на погрузчике, обеспечивающий увеличенную площадь обслуживания и гарантированный ресурс питающего кабеля (патент РФ №33350);

- впервые определены основные эксплуатационные показатели нового привода кабелесборочного механизма.

Личный вклад автора - заключается в разработке кинематической схемы и определении параметров кабелесборочного механизма, создании экспериментального стенда, разработке методики экспериментальных исследований, проведении опытно-промышленных испытаний, обобщении их результатов, участии во внедрении модернизированных электропогрузчиков.

Практическая ценность - обоснована и экспериментально доказана эффективность предложенного варианта модернизации электропогрузчиков грузоподъёмностью от 1 до 3 т с кабельным питанием от промышленной сети переменного тока, снабженного оригинальным кабелесборочным механизмом, выполненным в виде отдельного узла, который можно устанавливать на различных грузоподъемных машинах.

Реализация работы в промышленности - разработана техническая документация на комплект оборудования с кабелесборочным механизмом, необходимого для перевода на питание от стационарной сети переменного тока напряжением 380В, модернизированы и внедрены в промышленность более 100 электропогрузчиков.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры "Механизация путевых, по-грузочно-разгрузочных и строительных работ" Сибирского государственного университета путей сообщения (СГУПС); на научных конференциях СГУП-Са, Архитектурно-строительного университета (г. Новосибирск, 2002 г.); на региональной научно-технической конференции "Вузы Сибири и Дальнего Востока Транссибу" (г. Новосибирск, 2002 г.); на П международной конференции "Динамика и прочность горных машин" (СО РАН г. Новосибирск, 2003 г.); на международном конгрессе "Механика и трибология транспортных систем" (г. Ростов-на-Дону, 2003 г.); на международной конференции к 60-летию Института горного дела СО РАН (г. Новосибирск, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ (в том числе патент на полезную модель).

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение, список литературы - 68 источников. Объем диссертации без приложений 143 страницы, включая 36 рисунков, 14 таблиц. Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, указаны цель работы, основные задачи.

В первой главе рассмотрено устройство электропогрузчиков с аккумуляторным питанием, сделан акцент на таких достоинствах, как экологич-ность, автономность, маневренность, простота конструкции и другие. Наряду с этим обращено внимание на невозможность их длительной эксплуатации без подзарядки аккумуляторных батарей, а также при отрицательных температурах ниже -25°С, снижение эксплуатационных показателей по мере разрядки аккумуляторных батарей из-за изменения параметров тока, необходимость содержания дорогостоящих помещений, зарядных станций и персонала для их обслуживания.

Анализ типовых случаев применения электропогрузчиков показал, что три четверти парка электропогрузчиков эксплуатируется в крытых помещениях на площадях с шириной до 100 м и длиной до 150 м при температурах воздуха от минус 40 до плюс 40°С.

Разработкой и производством погрузчиков занято более 250 фирм. Наиболее массовыми производителями являются такие страны как Россия, Япония, США, Болгария, Великобритания, Германия и др., которые наряду с приводами постоянного тока выпускают погрузчики с современными, имеющими существенные преимущества, асинхронными приводами переменного тока. Предполагается, что доля асинхронных регулируемых приводов к 2010 г. составит от 60 до 90% всего рынка регулируемых приводов.

Как видно из анализа существующих недостатков электропогрузчиков, условий их эксплуатации и перспектив развития, можно сделать вывод, что одним из направлений повышения эффективности эксплуатации является перевод их на кабельное питание от промышленной сети переменного тока.

Применение электропогрузчиков с кабельным электропитанием позволяет:

- исключить потребность в дорогостоящих аккумуляторных батареях, расходы на содержание зарядных станций и потери рабочего времени на их обслуживайие;

- обеспечить длительный стабильный режим работы электропогрузчиков при температуре от 40° до - 40°С;

- увеличить производительность электропогрузчиков в течение смены на 15-20%, поскольку параметры тока остаются неизменными в течение всего периода эксплуатации погрузчика;

- обеспечить постоянную готовность погрузчиков к работе как в тече-' ние смены, так и при многосменной работе и, следовательно, уменьшить количество машин в эксплуатации.

Таким образом перевод электропогрузчиков на кабельное электропитание целесообразен.

Во второй главе проведен анализ существующих вариантов перевода погрузчиков на кабельное питание от промышленной сети переменного тока напряжением 380 В, обоснован предлагаемый вариант исполнения и принципиальная кинематическая схема кабелесборочного механизма для его реализации.

Первые варианты модернизации электропогрузчиков, связанные с заменой аккумуляторных батарей на питание от промышленной электросети, были разработаны специалистами России и Болгарии в середине восьмидесятых годов XX века.

Анализ известных схем исполнения электропогрузчиков с кабельным

1 питанием показал, что они подразделяются на два варианта:

Первый - преобразователь энергии располагается стационарно (вне погрузчика). Его недостатком является необходимость использования питающего кабеля больших сечений (до 40 мм2), что отрицательно влияет на маневренность машины и долговечность кабеля, а также невозможность обеспечения удаления погрузчика от точки подвеса на расстояние более 15 -20м из-за жесткости и большого веса кабеля.

Второй вариант - преобразователь энергии устанавливается непосредственно на погрузчике. В этом исполнении доведены до промышленной реализации две разработки, отличающиеся приводом кабелесборочного механизма. Первая разновидность - кабелесборочный механизм с пружинно-полиспастным приводом, разработанный ВНИИ Электротранспорта. Вторая разновидность - кабелесборочный механизма с электроприводом, разработанный ВНИИЖТом.

Общими недостатками известных кабелесборчных механизмов являются: малая площадь обслуживания, сложность и инерционность конструкций и схем управления, большой вес (около 200 кг) и габариты, малая долговечность кабеля.

Главным же недостатком существующих кабелесборчных механизмов является жесткая связь кабеля через барабан с приводом - это основная причина рывков, вытяжки и обрывов кабеля.

| В результате анализа существующих механизмов и условий эксплуа-

тации погрузчика сформулированы основные требования к кабелесборочно-му механизму:

, - минимальные габариты и масса, обусловленные размерами аккуму-

ляторного отсека;

- автоматическое ограничение максимального усилия натяжения питающего кабеля;

- синхронизация скорости намотки (сматывания) кабеля и скорости передвижения погрузчика при кабелеемкости барабана - до 50 метров;

- гарантированный ресурс и надежность в эксплуатации;

- бесшумность и плавность работы;

- возможность применения унифицированного механизма для электропогрузчиков грузоподъемностью от 1 до 3 т;

- минимальные эксплуатационные затраты.

С учетом сформулированных требований разработан комплект оборудования, представленный на рис.1.

Ълюммпгу(*40й ¡50 Ц

АВТОМОБИЛЬНАЯ РАМПА

¿2

1К>

ОЧ

□СТйочпп Оклади^эа^П

л=

□ (Звста^па

о

□ отавою

Гснрадирднадтя] | |

"СТ"

3

гт

□ СШс^па

о

тг

о о

Макс, выезд от струны Е0м_

п пппппппп

II II II 11 11

иииииииии

ж/д вагон

Ж

Рампа

ппппппппп

II II II II II II II гпг

иииииииии

Рис.1. Комплект оборудования для модернизации электропогрузчика

В состав комплекта оборудования входят: 1 - кабельшторная подвеска с защитноотключающим устройством и вертикальным токосъемником; 2 - преобразователь энергии, состоящий из трансформатора и преобразователя тока; 3 - кабелесборочный механизм.

Для реализации предложенного комплекта оборудования разработана принципиальная кинематическая схема кабелесборочного механизма, представленная на рис.2. Показано, что угловое расположение привода к валу барабана обеспечивает минимальные габариты механизма в осевом направлении, а асинхронная фрикционная муфта исключает жесткую связь барабана с редуктором, тем самым устраняя главный недостаток существующих конструкций кабелесборочных механизмов.

Рис. 2. Схема кабелесборочного механизма: 1 - электродвигатель; 2 - муфта; 3 - редуктор; 4 - асинхронная фрикционная муфта; 5 - кабелесборочный барабан; 6 - токосъемник

Кабелесборочный механизм работает следующим образом. При включении электродвигателя 1 вращающий момент через муфту 2, редуктор 3 и асинхронную фрикционную муфту 4 передается на вал кабелесборочного барабана 5 с токосъемным узлом 6. Вращение вала с барабаном одностороннее, только на натяжение (подмотку) кабеля. При достижении заданного усилия натяжения или при разматывании кабеля с барабана движением погрузчика асинхронная фрикционная муфта пробуксовывает. Тем самым она автоматически ограничивает максимальное усилие натяжения кабеля, исключая его провисание. Скорость наматывания кабеля на барабан равна максимальной скорости передвижения погрузчика. Когда погрузчик передвигается с меньшей скоростью, асинхронная муфта, пробуксовывая, обеспечивает синхронность наматывания кабеля.

В третьей главе определены основные параметры кабелесборочного механизма и его узлов, разработаны основные узлы механизма: фрикционная предохранительная муфта и спироидный редуктор.

Первоначальная эскизная проработка механизма позволила выбрать направление конструирования муфты, редуктора и механизма в целом. Основными параметрами механизма являются - скорость намотки, тяговое усилие и длина питающего кабеля. Они определены в соответствии с требованиями, предъявляемыми к кабелесборочному механизму, принятым вариантом исполнения и размерами зоны обслуживания.

Габаритные размеры механизма получены из условия его размещения в аккумуляторном отсеке. В качестве базового принят электропогрузчик грузоподъемностью 1т- ЭП-103, имеющий минимальные габариты аккумуляторного отсека. Максимально возможные габариты механизма составили: длина по оси машины равна 0,6 м, ширина - 0,35 м, высота - 0,45 м. При этом учитывалось, что вместе с механизмом в отсек устанавливаются преобразователь энергии (трансформатор и выпрямитель) и дополнительный противовес - компенсатор массы аккумуляторных батарей. Параметры питающего кабеля выбраны для обеспечения подвода максимальной мощности к погрузчикам грузоподъемностью 3 т. По кабелеёмкости и типу кабеля КРПТ-4x2,5 определены размеры барабана.

Угловая скорость барабана, соответствующая максимальной скорости погрузчика (2 м/с), составила 13,7 с"1, а минимальное необходимое усилие натяжения кабеля при допустимой стреле провиса кабеля - 270Н. Усилие натяжения определялось расчетом и проверялось экспериментально. Минимальный необходимый вращающий момент на валу кабельного барабана составил 21,4Н-м при размотанном кабеле на длину 50 м.

С учетом условий эксплуатации, стоимости и габаритных размеров, а также создания лучших условий для образования масляного слоя в спироид-ном зацеплении редуктора, выбран асинхронный электродвигатель с частотой вращения вала 144 с*1 (1380 об/мин) и мощностью 0,37 кВт. Передаточное отношение редуктора принято равным 11. Таким образом, определены основные параметры механизма, позволяющие разработать основные узлы -предохранительную муфту и редуктор.

Специфика работы механизма определяет тип предохранительной муфты, которая должна обеспечивать синхронизацию скоростей и ограничение тягового усилия в приводе. Анализ показал, что этим требованиям в полной мере отвечает дисковая фрикционная муфта. Номинальный момент, равный моменту буксования, и передаваемый муфтой, определяется по формуле:

Ти =0,5/•я■■9•ЛJ,, -В К, (1)

где / - коэффициент трения фрикционной пары; ц- среднее удельное давление на трущихся поверхностях; Ян- наибольший радиус фрикционной накладки муфты, м; В- коэффициент, учитывающий отношение минимального радиуса Яв поверхности трения к максимальному Лн; К - количество пар трения.

Момент начала буксования муфты принят равным 24 Н м, соответ-свующий максимально возможному вращающему моменту на валу кабельного барабана, исходя из мощности электродвигателя. Для накладок был выбран асбофрикционный материал НСФ-4 с коэффициентом трения по стали 0,3. Для уменьшения температуры на поверхностях трения, диски целесообразно выполнить в виде колец с соотношением радиусов от 0,2...0,45 (В = 1,15...1,18). Известно, что при увеличении температуры на поверхности дисков более 200°С износ существенно возрастает. Размеры муфты определены из теплового расчета, учитывающего ограничение по температуре. На основании анализа циклограммы работы погрузчика время буксования принято равным половине цикла. Так как скорость вращения муфты значительно превышает скорость тепловых потоков, предполагалось, что распределение температур и выделяемый при буксовании тепловой поток равномерно рспределяются по всей поверхности муфты.

Уравнение теплопроводности в сплошной среде имеет вид:

д2Т д2Т 82Т _ С д2Г

где Т- температура; Q - источник тепла внутри тела, Вт/мЗ; р - плотность;

С - удельная теплоемкость; Я - коэффициент теплопроводности; t -

время.

Уравнение (2) решалось методом конечных элементов с использованием комплекса COSMOS/M при заданных начальных и граничных условиях.

Отвод тепла р0, при конвективном теплообмене по боковым поверхностям муфты определяется выражением:

А-МГ-ГД (3)

где А - коэффициент конвективного теплообмена; Т - температура точек муфты; Т0 - температура воздуха.

С учетом всех требований и ограничений предварительным расчетом получены: внутренний радиус = 50мм, а наружный Яц = 75мм. Критерием работоспособности муфты служит величина среднего удельного давления д на трущихся поверхностях. При принятых размерах и материале фрикционных накладок среднее удельное давление меньше допустимого [#] в десять раз, что увеличивает износостойкость и ресурс муфты. Конструкция муфты представлена на рис.3.

Конструкция муфты позволяет плавно регулировать величину передаваемого вращающего момента от 0 до 24Н-М, тем самым ограничивается максимальное тяговое усилие на барабане в зависимости от длины и типа кабеля.

4 - ведомая плу муфта; 5 - прижимной диск; 6 - вал барабана; 7 - регулировочный болт; 8 - пружина.

С целью выбора типа передачи редуктора рассмотрены следующие: червячные цилиндрические, червячные глобоидные, гипоидные и спироид-ные.

Эти передачи являются наиболее распространенными в промышленности. По определяющим характеристикам, таким как: коэффициент перекрытия, нагрузочная способность, плавность в работе, чувствительность к ошибкам изготовления и монтажа, технологичность - предпочтение отдано спиро-идной цилиндрической передаче.

Кроме этого, у редукторов с такими передачами ниже относительная цена и относительная масса. Причем, второй критерий является определяющим не только в России, но и за рубежом.

Расчет параметров спироидной передачи выполнялся при помощи диалоговой САПР - 8РБ1АЦ разработанной в ИжГТУ.

На рис.4 изображен разработанный редуктор для кабелесборочного механизма, содержащий спироидную пару с цилиндрическим червяком. Редуктор выполнен по классической схеме. Червяк изготовлен из стали 40Х, (НЯСэ 48...52), венец колеса - из бронзы БрА9Ж4. Корпус для лучшего теп-лоотвода выполнен из алюминиевого сплава АЛ-2.

В четвертой главе приведена конструкция испытательного стенда, методика экспериментальных исследований, определены эксплуатационные показатели редуктора и муфты, оценён их ресурс, а также изложены результаты опытно-промышленной эксплуатации.

Рис. 4. Спироидный редуктор РС 31,5-11.

Надежность кабелесборочного механизма, главным образом, определяется надежностью муфты и редуктора. Поэтому целью исследований явилось:

- проверка работоспособности кабелесборочных механизмов в реальных условиях эксплуатации.

- оценка работоспособности основных узлов кабелесборочного механизма (муфты предельного момента и спироидного редуктора);

- получение данных об интенсивности изнашивания рабочих элементов муфты и редуктора с целью расчета ожидаемого ресурса;

- оценка и выбор наиболее эффективного трансмиссионного масла; Исследования проводились на спроектированном для этих целей стенде, выполненном по разомкнутой схеме нагружения (рис.5), которая позволила существенно упростить систему измерения и повысить е£ точность.

Рис. 5. Общий вид стенда.

Система управления обеспечивает контроль параметров: входного Т), выходного Т2 моментов, частоты вращения вала электродвигателя П],температуры в восьми точках и время работы Ич в автоматическом режиме, позволяет архивировать, обрабатывать и отображать полученные результаты в режиме реального времени. Система охлаждения позволяет исключить температурные искажения в схеме (рис.б).

Фрикционная дисковая муфта использовалась как нагрузочное устройство. Для тарировки системы измерения применены рычажные динамометры.

Программа экспериментальных исследований предусматривала:

- исследование работоспособности фрикционной муфты;

- установление ограничиваемой нагревом нагрузочной способности спироидного редуктора (критерий определения - температурный перепад Л/= 75°С);

- определение КПД и температурного режима редуктора с различными группами трансмиссионных масел;

- оценку интенсивности изнашивания зубьев спироидного колеса, лимитирующего износ спироидной передачи.

В ходе исследований работоспособности муфты предельного момента определялась величина износа фрикционных накладок и температурный режим муфты. Основные испытания проводились при нагрузочном моменте, равном Ттап) = 24Н-м, что соответсвует номинальному моменту электродвигателя на входном валу редуктора при непрерывном режиме работы. Измерения величины износа фрикционных накладок проводились через 25 часов работы муфты. Контроль температуры вблизи рабочей зоны муфты осуществлялся до выхода на установившийся режим через 15 мин. после начала работы и в установившемся режиме - через 30 мин. после его достижения. Зависимости температуры и коэффициента трения показаны на рис.7.

t-(°C)

160

120

80

40

..........

J / t

А —, Л

/

/

f.

0,4 0,3 0,2 0,1

30

60

90 120

150

180 мин

Рис.7. Зависимости температуры tM и коэффициента трения fM от времени работы муфты.

Температура на поверхностях трения муфты tM и коэффициент трения fM стабилизировались через 60 минут непрерывной работы.

В качестве критерия оценки износостойкости использовалась интенсивность изнашивания - безразмерная величина, равная отношению толщины изношенного слоя к пути трения скольжения (J = h/S).

Результаты испытаний фрикционной муфты (рис.8) показали, что по мере наработки износ накладок возрастал пропорционально времени испытаний. Это позволило прогнозировать ресурс муфты.

Рис.8. Зависимости износа 11 и интенсивности изнашивания I от времени работы муфты.

Оценка ресурса осуществлялась по методике, разработанной автором работы на основе подхода к оценке ресурса узлов трения, предложенного Ю.Н. Дроздовым:

1 60*АЛЛ'

где [Л] - допустимая величина износа фрикционных накладок; п„ - частота вращения одного из дисков в относительном движении, об/мин; Л - интенсивность изнашивания материала фрикционных накладок муфты; Др - средний диаметр накладок фрикционной полумуфты (см. рис.3).

Полученные результаты позволили оценить прогнозируемый ресурс муфты в 3300 часов.

На основании полученных данных определена периодичность замены фрикционных накладок.

Исследования эксплуатационных параметров редуктора проводились в два этапа. На первом, предварительном этапе, передача прирабатывалась и определялся наибольший, ограничиваемый нагревом, вращающий момент на валу спироидного колеса в непрерывном режиме работы. На втором этапе определялись основные эксплуатационные показатели редуктора. Для этого в соответствии с рекомендациями ГОСТ были выбраны сертифицированные, наиболее распространенные на российском рынке следующие трансмиссионные минеральные масла: четвертой и пятой групп эксплуатации марок ТАД-17 , "ЬиХОН", "ШесИ"- являющиеся аналогами зарубежных. Определён допустимый нап)узочный момент по температурному режиму. У всех масел он близок к 42 Н м. Для повышения достоверности результатов стендовых испытаний была выполнена их математическая обработка с использованием метода наименьших квадратов, в результате чего были получены уравнения регрессии, графические отображения которых приведены на рис.9.

Суммарное время испытаний составило: примерно 600 часов при правых ("Я"), ведущих боковых сторонах витков червяка и около 660 часов - левых ('Ъ").

Установлено, что при применении всех трансмиссионных масел и номинальном значении нагрузки равной 24Н-м, разность температуры масел и окружающей среды ниже допустимого значения Д1=75°С. КПД передачи при рабочей правой и левой сторонах витков для исследуемых масел практически не отличается и колеблется в пределах 2%. Максимально достигнутый КПД редуктора соответствует маслу ТМ-4-18 и равен 0,88. По температурному режиму и КПД предпочтительно применять масло "и-ТесЬ", но следует учитывать, что его стоимость в два раза выше.

Для масла ТМ-5-18 ("ТАД-17")

Для масла ТМ-4-12 ("ШХСЯЬ")

ц »•в,«я7аБоет,'»з,32веты>зт,»о1«2»

1-00321Тг' + 002ЯвТ;*«,а р>.0 ,«Ю7

Для масла ТМ-4-18 ("иЧесЬ")

92 82 72 82 82 42 у Ч £.

ч..... 0,87

-Д-1 ~А

086

| ^

-1 ОДЗ

л К 21 28 36 42 Т1[И-Ч1 в4,32в9Э8Б4бТ,'«Э41714£.ШТ,»08325 Я>>08С86 0027Т31*0,2Э1Т:*34в 7-0.9904

tm 92 92 72 62 а 42 - ---- - - ---- 7— "я оде 0,87

7. —н "В

К

ОМ 0,83

М 21 26 Эб 42 П/НМ] (-маяу-о.мвт,»«* к-чяп

Рис.9. Зависимости КПД и температуры масла редуктора РС 31,5-11 для масел 4 и 5 групп эксплуатации. Температура воздуха 20°С.

На рис. 10 приведены зависимости КПД редуктора и температуры масла от времени работы при постоянном нагрузочном моменте равном 24 Н м. Видно, что КПД редуктора с течением времени увеличивается. Это связано с уменьшением потерь на перемешивание масла, поскольку его вязкость существенно уменьшается с ростом температуры. Температура масла и КПД стабилизировались через 2 часа непрерывной работы.

Время работы, мин

Рис.10. Зависимости КПД и температуры редуктора от времени работы при постоянном нагрузочном моменте с маслом ТМ-5 -18.

На заключительном этапе исследований определен износ зубьев спиро-идного колеса при использовании трансмиссионного масла ТМ-5-18 ("ТАД-17"). Для количественной оценки износа использовали метод слепков, позволяющий с высокой точностью измерять его величину на инструментальном микроскопе (погрешность не более 0,5%). Кинетика изнашивания зубьев колеса показана на рис. 11.

0.04 0JD3 ОДО 0,01

у

i J

Jh

0,9-10-" 0,8-10-8 0,7 Ю-8 0,610-®

0 100 20Q 300 400 S00 600 t,x«c Рис. 11. Зависимости износа h и интенсивности изнашивания J от времени работы

По результатам исследований выполнен расчет интенсивности изнашивания, которая составила Л = 0,7-10"® и была использована при оценке прогнозируемого ресурса передачи. Расчетный ресурс определен по формуле:

4=—(5)

135J,Jr)qpVji%k к '

где [Аг] -допустимая величина износа; V2 -окружная скорость; Vs -скорость скольжения; J, - интенсивность изнашивания; г/ ~ упругая постоянная материала; л? - частота вращения колеса; к - число зон зацепления; р - приведенный радиус кривизны в расчетной точке; q -нагрузка на единицу длины контактной линии.

Он составил 46 тысяч часов, что соответствует сроку службы погрузчика до его списания.

Достоверность результатов исследований обеспечивается расчетным необходимым числом опытов: фрикционной муфты - 3, редуктора - 5 для каждого режима работы. Обработка результатов экспериментов проводилась при помощи программы Microsoft Excel 2000.

На рис.12 представлен разработанный кабелесборочный механизм, состоящий из кабельного барабана с токосъемником, фрикционной муфты и спироидного мотор-редуктора.

Рис.12. Кабелесборочный механизм.

Кабелесборочные механизмы прошли опытно-промышленные испытания на трех основных предприятиях: два на складах СибВО, г. Новосибирск; пять в сети супермаркетов, г. Кемерово; два на Новосибирской шоколадной фабрике.

Результаты опытно-промышленной эксплуатации показали, что:

I) за время эксплуатации погрузчиков отказов в работе кабелесбороч-ных механизмов не наблюдалось; 2) срок службы питающего кабеля увели-

чился в два раза и составляет в среднем один год; 3) электропогрузчик работоспособен при температурах от минус 40 до плюс 40°С; 4) ресурс узлов ка-белесборочного механизма (редуктора и муфты) близок к расчетному и составил - для спироидной передачи 41 тыс. часов, для муфты предельного момента 3,8 тыс. часов; 5) экономия электроэнергии составляет 12000 кВт/ч в год на один погрузчик типа ЭП-103К, 6) с применением кабельного питания производительность погрузчиков увеличилась в среднем на 15 - 20 %; 7) намечены пути дальнейшего развития и доработки конструкции механизма.

За восемь лет изготовлено и внедрено 102 кабелесборочных механизма для погрузчиков грузоподъемностью от 1 до 3 т. Рекламаций от заказчиков не поступало.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, содержится решение задачи эффективности применения электропогрузчиков путем перевода их на кабельное питание от стационарной промышленной сети, имеющей существенное значение в промышленности при производстве по-грузочно-разгрузочных работ. При выполнении настоящей работы получены следующие научные и практические результаты:

1. Разработана конструкция кабелесборочного механизма (в виде кабельного барабана, соединенного с приводом муфтой предельного момента), обеспечивающего питание электропогрузчика от стационарной сети переменного тока напряжением 380В, увеличивающего размеры площади обслуживания и эксплуатационные характеристики путем установки его с преобразователем энергии на саму машину.

2. Показано, что для увеличения ресурса питающего кабеля за счет автоматического ограничения максимального усилия его натяжения и синхронизации скоростей намотки (сматывания) со скоростью передвижения электропогрузчика, целесообразно кабелесборочный механизм выполнить в виде кабельного барабана, соединенного в приводом при помощи фрикционной муфты предельного момента.

3. Создан испытательный стенд для оценки работоспособности основных узлов кабелесборочного механизма, который в автоматическом режиме позволяет измерять входной и выходной моменты с точностью 0,2%, температуру по восьми каналам с точностью 0,1°С, архивировать, обрабатывать и отображать полученные результаты в режиме реального времени.

4. Показано, что процесс изнашивания накладок фрикционной муфты характеризуется линейной зависимостью величены износа от времени работы и происходит с постоянной интенсивностью изнашивания. Это позволило оценить ресурс муфты до предельного состояния, определяемого величиной допустимого износа и оценить прогнозируемый ресурс по предложенной методике, который составил 3,3 тыс. часов.

5. Впервые определены эксплуатационные показатели спироидного редуктора с нетипично малым передаточным отношением, равным 11. Получены значения максимально допустимых нагрузочных моментов, ограничен-

ные по температуре Д/=75°С для двух основных групп масел ТМ-4-12; ТМ-4-18 и ТМ-5-18. Установлено, что максимальный КПД, равный 0,88 и оптимальный температурный режим обеспечивается при применении масла ТМ-4-18. На основе экспериментальных данных по интенсивности изнашивания зубьев колеса с маслом ТМ-5-18 рассчитан прогнозируемый ресурс спироид-ного зацепления, который составил 46 тыс. часов.

6. В ходе опытно-промышленной эксплуатации девяти электропогрузчиков с кабелесборочным механизмом доказано, что предложенный механизм работоспособен и эффективен на площадях с шириной до 100 м и длиной до 150 м. Срок службы питающего кабеля увеличился в два раза, а ресурс узлов механизма близок к расчетному в интервале температур от минус 40 до плюс 40°С. Производительность погрузчиков увеличилась в среднем на 15-20 %, а экономия электроэнергии составила 12 тыс. кВт/час в год на один погрузчик ЭП-103К при работе в одну смену. Экономический эффект от внедрения кабелесборочного механизма составил - 82 тыс. руб. в ценах 2004 года. Срок окупаемости от одного до полутора лет. Внедрено 102 кабе-лесборочных механизма.

Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих трудах:

1. Анферов В.Н. Погрузчики грузоподъемностью 1 - 3 т с электропитанием от промышленной сети переменного тока. [Текст] /Анферов В.Н., Ткачук А.П. //Материалы региональной научно-практической конференции "ВУЗы Сибири и Дальнего Востока - ТРАНССИБу". Новосибирск: СГУПС, 2002. С. 276-283.

2. Анферов В.Н. Погрузчики грузоподъемностью 1 - 2 т с электропитанием от промышленной сети переменного тока. [Текст] /Анферов В.Н., Ткачук А.П., Хлюпин В.В. //Сборник докладов II международной конференции "Динамика и прочность горных машин". Новосибирск: ИГД СО РАН, 2003. Т1. С. 127-130.

3. Анферов В.Н. Погрузчики грузоподъемностью 1 - 3 т с электропитанием от промышленной сети переменного тока. [Текст] /Анферов В.Н., Ткачук А.П., Хлюпин В.В. //Сборник докладов международного конгресса "Механика и трибология транспортных систем-2003". Ростов-на-Дону: РГУПС, 2003. Т1. С. 45-46.

4. Анферов В.Н. Стенд для исследования теплового режима спироидных редукторов. [Текст] /Анферов В.Н., Ковапьков А.А., Ткачук А.П. //Труды X международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск: Томский политехнический университет, 2004. Т1. С. 185-187.

5. Анферов В.Н. Исследование эксплуатационных показателей спироид-ного редуктора PC 31,5-11 с различными сортами трансмиссионных масел [Текст] /Анферов В.Н., Ковальков А.А., Ткачук А.П. //Теория и практика зубчатых передач. Сборник докладов научно-технической конференции с международным участием. Ижевск 2004. С. 214-218.

6. Анферов В.H. Интенсификация погрузочно-разгрузочных работ путем использовнаия электропогрузчиков с кабельным питанием. [Текст] /Анферов В.Н., ТкачукА.П. //Известия вузов. Строительство - 2005 -№2-С. 55-57.

7. Пат. №33350. Российская Федерация, МПК7 В60М1/00 Кабелесбороч-ное устройство для питания электропогрузчиков. [Текст] /В.Н. Анферов, C.B. Картавых, А.П. Ткачук, В.В. Хлюпин, А.Э. Черных; заявитель и патентообладатель Сибирский государственный университет путей сообщения - №2003105629; заявл. 26.02.2003; опубл. 20.10.2003, Бюл. № 29. - 1с.: ил.

Подписано к печати 08.04 2005

Формат 60x84/16 Объем 1 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ №/'33 Ь Отпечатано с готового оригинал-макета в издательстве СГУПС Новосибирск, ул. Д.Ковальчук, 191

РЫБ Русский фонд

2005-4 45733

\ 4 • Г

364

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ РАБОТЫ.

1.1. Анализ известных вариантов исполнения погрузчиков с аккумуляторным питанием.

1.2. Обоснование целесообразности перевода питания погрузчиков от промышленной сети переменного тока напряжением 380В.

1.3. Задачи работы.;.

2. ВЫБОР ВАРИАНТА ИСПОЛНЕНИЯ ПРИ ПЕРЕВОДЕ ПОГРУЗЧИКОВ НА ПИТАНИЕ ОТ ПРОМЫШЛЕННОЙ СЕТИ.

2.1. Варианты исполнения погрузчиков с преобразователем энергии, установленным стационарно.

2.2. Варианты исполнения погрузчиков с преобразователем энергии, установленным на погрузчике.

2.3. Предлагаемый вариант исполнения электропогрузчика.

Выводы.

3. ОБОСНОВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАБЕЛЕСБОРОЧНОГО МЕХАНИЗМА. момента.

3.2. Выбор типа передачи редуктора

3.3. Проектирование спироидной передачи. Выбор параметров.

3.4. Технологические особенности изготовления спироидной передачи.

3.4.1 Способы изготовления спироидных колес.

3.4.2 Шлифование боковых поверхностей витков червяка коническим кругом.

3.5. Конструкция спироидного редуктора.

Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КАБЕЛЕСБОРОЧНОГО МЕХАНИЗМА.

4.1. Конструкция испытательного стенда.

4.2. Программа и методика экспериментальных исследований.

4.2.1 Оценка эксплуатационных показателей спироидного редуктора в зависимости от марки трансмиссионных масел.

4.2.2 Оценка износостойкости муфты предельного момента и спироидной передачи.

4.3. Расчет ресурса узлов кабелесборочного механизма.

4.4. Устройство кабелесборочного механизма.

4.5. Результаты опытно-промышленной эксплуатации кабелесборочных механизмов.

Выводы.

Актуальность темы.

Современное производство насыщено разнообразными типами подъёмно-транспортных машин, которые обеспечивают непрерывность и ритмичность производства. Подъёмно-транспортные машины во многих случаях являются составной частью производственного комплекса механизированных и автоматизированных технологических линий. Поэтому от надёжности их работы существенно зависит эффективность производства в целом.

Известно, что затраты на погрузочно-разгрузочные и транспортные работы составляют от 25 до 50 % общих издержек производства. Для их выполнения широко применяются машины напольного безрельсового транспорта (МНБТ) - погрузчики, используемые при грузопереработке тарно-штучных грузов.

Иностранные фирмы и предприятия России в настоящее время выпускают различные модели МНБТ по грузоподъемности, высоте подъема, типам двигателей и видам трансмиссий. В качестве двигателей используют карбюраторные, дизельные, дизель-электрические и работающие на сжиженном газе. Отдельный класс машин составляют электропогрузчики, у которых в качестве источника питания применяют аккумуляторные батареи.

Исследования, проведенные И.И. Мачульским показывают, что три четверти парка электропогрузчиков эксплуатируется в крытых помещениях на площадях с шириной до 100 м и длиной до 150м при температурах воздуха от минус 40 до плюс 40°С. Срок службы электропогрузчиков составляет 10-15 лет, что соответствует ресурсу 40 тыс. часов. Погрузчики в сравнении с другими видами подъемно-транспортных машин более универсальны и мобильны, компактны и маневренны, менее металлоемки. Материальные затраты сравнительно быстро окупаются.

Однако, продолжительность работы электропогрузчика без подзарядки при интенсивной эксплуатации составляет максимум 5-6 часов. Для подзарядки аккумуляторов необходимы специальные помещения с зарядной станцией и квалифицированный персонал. Длительная эксплуатация батарей в условиях Сибири и Дальнего Востока при температуре минус 25°С становится невозможной.

Увеличение эффективности применения электропогрузчиков и устранение существующих недостатков возможно путем перевода их на кабельное питание от стационарной сети. Для решения этой задачи необходим комплект оборудования, состоящий из питающего кабеля, преобразователя энергии и основного узла - кабелесборочного механизма, обеспечивающего необходимые размеры зоны обслуживания и приемлемую долговечность кабеля.

Анализ различных схем электропогрузчиков при переводе их на кабельное питание показал, что в настоящее время не созданы эффективные варианты исполнений машин. Поэтому, создание комплекта оборудования с кабелесбо-рочным механизмом для подвода питания от стационарной сети переменного тока напряжением 380В является актуальной научной и технической проблемой.

Цель работы - создание кабелесборочного механизма электропогрузчиков для подвода питания от промышленной сети переменного тока напряжением 380В с увеличенной площадью обслуживания и гарантированным ресурсом.

Идея работы заключается в автоматическом ограничении максимального усилия натяжения питающего кабеля, синхронизации скоростей наматывания (сматывания) и движения погрузчика за счет установки в кабелесборочный механизм фрикционной муфты.

Задачи исследования:

- обоснование перевода электропогрузчиков на питание от стационарной сети переменного тока;

- разработка кинематической схемы, выбор и определение параметров кабелесборочного механизма, автоматически обеспечивающего ограничение максимального усилия натяжения кабеля;

- создание испытательного стенда и экспериментальное определение основных эксплуатационных параметров привода и его ресурса;

- разработка, создание и проведение опытно-промышленных испытаний кабелесборочного механизма.

Методы исследований - анализ и обобщение существующего опыта, методы теории трения и изнашивания, теории зубчатых зацеплений с перекрещивающимися осями, экспериментальные исследования на специально созданном стенде и в реальных условиях опытно-промышленной эксплуатации.

Основные научные положения, защищаемые автором:

- увеличение эффективности эксплуатации и площади обслуживания электропогрузчиком достигается переводом его на питание от стационарной промышленной сети с установкой кабелесборочного механизма и преобразователя энергии на машине;

- для автоматического ограничения максимального усилия натяжения питающего кабеля и синхронизации скоростей наматывания (сматывания) и движения погрузчика требуется включение между приводом и кабельным барабаном муфты предельного момента;

- зависимость величины износа накладок фрикционной муфты от времени работы имеет линейный характер, а интенсивность их изнашивания практически постоянна;

- необходимые эксплуатационные показатели привода кабелесборочного механизма (шах КПД, ресурс, температурный режим), достигаются применением четвертой и пятой групп трансмиссионных лигированных масел 12 и 18 классов вязкости.

Достоверность научных результатов подтверждается применением современных методов и средств исследований, стендовыми и натурными испытаниями кабелесборочного механизма в реальных условиях эксплуатации на предприятиях Западно-Сибирского региона.

Новизна научных положений:

- разработана оригинальная кинематическая схема кабелесборочного механизма с включением между приводом и кабельным барабаном муфты предельного момента, автоматически обеспечивающая ограничение максимального усилия натяжения питающего кабеля;

- определена зависимость величины износа и интенсивность изнашивания от времени работы фрикционных накладок предохранительной муфты, разработана методика определения ее ресурса;

- создан кабелесборочный механизм, устанавливаемый вместе с преобразователем энергии на погрузчике, обеспечивающий увеличенную площадь обслуживания и гарантированный ресурс питающего кабеля (патент РФ №33350);

- впервые определены основные эксплуатационные показатели нового привода кабелесборочного механизма.

Личный вклад автора - заключается в разработке кинематической схемы и определении параметров кабелесборочного механизма, создании экспериментального стенда, разработке методики экспериментальных исследований, проведении опытно-промышленных испытаний, обобщении их результатов, участии во внедрении модернизированных электропогрузчиков.

Практическая ценность - обоснована и экспериментально доказана эффективность предложенного варианта модернизации электропогрузчиков грузоподъёмностью от 1 до 3 т с кабельным питанием от промышленной сети переменного тока, снабженного оригинальным кабелесборочным механизмом, выполненным в виде отдельного узла, который можно устанавливать на различных грузоподъемных машинах.

Реализация работы в промышленности - разработана техническая документация на комплект оборудования с кабелесборочным механизмом, необходимого для перевода на питание от стационарной сети переменного тока напряжением 380В, модернизированы и внедрены в промышленность более 100 электропогрузчиков.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры "Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ" Сибирского государственного университета путей сообщения (СГУПС); на научных конференциях СГУПСа, Архитектурно-строительного университета (г. Новосибирск, 2002 г.); на региональной научно-технической конференции "Вузы Сибири и Дальнего Востока Транссибу" (г. Новосибирск, 2002 г.); на II международной конференции "Динамика и прочность горных машин" (СО РАН г. Новосибирск, 2003 г.); на международном конгрессе "Механика и трибология транспортных систем" (г. Ростов-на-Дону, 2003 г.); на международной конференции к 60-летию Института горного дела СО РАН (г. Новосибирск, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ (в том числе патент на полезную модель).

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение, список литературы - 88 источников. Объём диссертации без приложений 142 страницы, включая 40 рисунков, 19 таблиц.

Выводы.

1. Создан автоматизированный стенд собственной конструкции для оценки работоспособности основных узлов кабелесборочного механизма (спиро-идного редуктора и фрикционной предохранительной муфты).

2. Определена зависимость величины износа и интенсивность изнашивания от времени работы фрикционных накладок предохранительной муфты, разработана методика определения ее ресурса.

3. Исследованы эксплуатационные показатели спироидного редуктора (нагрузочная способность, КПД, температурный режим) в зависимости от трех марок трансмиссионных масел четвертой и пятой групп эксплуатации: ТМ-4-12, ТМ-4-18, ТМ-5-18.

4. Дана оценка износостойкости узлов трения кабелесборочного механизма, рассчитан прогнозируемый ресурс спироидного зацепления редуктора и фрикционной муфты.

5. Опытно-промышленные испытания показали эффективность принятого варианта исполнения электропогрузчиков с предложенными кабелесбо-рочными механизмами и их работоспособность.

6. За время эксплуатации погрузчиков отказов в работе механизмов не наблюдалось.

7. Срок службы питающего кабеля в среднем составляет один год.

8. Электропогрузчик работоспособен при температуры воздуха от минус 40 до плюс 40°С.

9. Ресурс узлов кабелесборочного механизма близок к расчетному и составил: для спироидной передачи 41 тыс.ч, фрикционной муфты 3,8 тыс.ч.

Ю.Экономия электроэнергии составляет 12000 кВт/ч в год на один погрузчик типа ЭП-103К.

11.С применением кабельного питания повысился коэффициент готовности погрузчика, производительность увеличилась в среднем на 15.20%.

Заключение

При выполнении диссертационной работы получены следующие основные научные и практические результаты.

1. Разработана конструкция кабелесборочного механизма (в виде кабельного барабана, соединенного с приводом муфтой предельного момента), обеспечивающего питание электропогрузчика от стационарной сети переменного тока напряжением 380В, увеличивающего размеры площади обслуживания и эксплуатационные характеристики путем установки его с преобразователем энергии на саму машину.

2. Показано, что для увеличения ресурса питающего кабеля за счет автоматического ограничения максимального усилия его натяжения и синхронизации скоростей намотки (сматывания) со скоростью передвижения электропогрузчика, целесообразно кабелесборочный механизм выполнить в виде кабельного барабана, соединенного в приводом при помощи фрикционной муфты предельного момента.

3. Определены основные параметры проектируемого кабелесборочного механизма. Предложена кинематическая схема механизма, обеспечивающая ограничение максимального усилия натяжения питающего кабеля в переходных режимах (трогание с места, развороты, маневрирование, торможение), а также синхронизацию скоростей движения погрузчика и намотки (сматывания) кабеля (Патент РФ №33350).

4. В соответствии с предложенной схемой осуществлен выбор прогрессивного типа передачи с перекрещивающимися осями - спироидный, наиболее полно удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к ка-белесборочному механизму по ресурсу, надежности, компактности, материалоемкости и др. С использованием компьютерной системы проектирование 8РБ1АЬ, разработанной в Институте механики Иж-ГТУ (г.Ижевск), оптимизированы параметры передачи как с эксплуатационной так и технологической точек зрения.

5. Рассмотрены технологические особенности изготовления спироидной цилиндрической передачи с многозаходным червяком. Предложена методика расчета профиля дискового шлифовального круга, обеспечивающая высокое качество шлифуемого активного профиля витков спироидного червяка.

6. Создан испытательный стенд для оценки работоспособности основных узлов кабелесборочного механизма, который в автоматическом режиме позволяет измерять входной и выходной моменты с точностью 0,2%, температуру по восьми каналам с точностью 0,1 °С, архивировать, обрабатывать и отображать полученные результаты в режиме реального времени.

7. Показано, что процесс изнашивания накладок фрикционной муфты характеризуется линейной зависимостью величены износа от времени работы и происходит с постоянной интенсивностью изнашивания. Это позволило оценить ресурс муфты до предельного состояния, определяемого величиной допустимого износа и оценить прогнозируемый ресурс по предложенной методике, который составил 3,3 тыс. часов.

8. Впервые определены эксплуатационные показатели спироидного редуктора с нетипично малым передаточным отношением, равным 11. Получены значения максимально допустимых нагрузочных моментов, ограниченные по температуре Дг=75°С для двух основных групп масел ТМ-4-12; ТМ-4-18 и ТМ-5-18. Установлено, что максимальный КПД, равный 0,88 и оптимальный температурный режим обеспечивается при применении масла ТМ-4-18. На основе экспериментальных данных по интенсивности изнашивания зубьев колеса с маслом ТМ-5-18 рассчитан прогнозируемый ресурс спироидного зацепления, который составил 46 тыс. часов.

9. В ходе опытно-промышленной эксплуатации девяти электропогрузчиков с кабелесборочным механизмом доказано, что предложенный механизм работоспособен и эффективен на площадях с шириной до 100 м и длиной до 150 м. Срок службы питающего кабеля увеличился в два раза, а ресурс узлов механизма близок к расчетному в интервале температур от минус 40 до плюс 40°С.

10. Производительность погрузчиков увеличилась в среднем на 15-20 %, а экономия электроэнергии составила 12 тыс. кВт/час в год на один погрузчик ЭП-103К при работе в одну смену.

11. Экономический эффект от внедрения кабелесборочного механизма составил - 82 тыс. руб. в ценах 2004 года. Срок окупаемости от одного до полутора лет. Внедрено 102 кабелесборочных механизма.

12. Результаты диссертационной работы используются в ходе дипломного проектирования по дисциплине «Подъемно-транспортные машины» в Сибирском государственном университете путей сообщения.

1. Ефимов Г.П. Погрузчики: Справочник Текст. / Г.П.Ефимов, Е.А. Алепин, М.А Зискинд, Я.Г. Коковский, И.И. Мачульский., М., Транспорт, - 1989. - 240с.

2. Погрузочно-разгрузочные машины: Учебник для вузов ж/д транспорта Текст. / И.И. Мачульский., М., Желдориздат, - 2000. -476с.

3. Карпов А. Выбираем вилочный погрузчик. Текст. / А. Карпов // Склад и техника, М. ЗАО РИА РОССБИЗНЕС. - 2004. - №1.

4. Электропогрузчик ЭП-103К. Техническое описание и инструкция по эксплуатации Текст. /М., 1982. - 84с.

5. Морозов Э.Н. Энергоснабжение электропогрузчиков по кабельному то-копроводу Текст. / Э.Н. Морозов, В.Н. Раморин, С.А. Чуприков, М.В. Пустильнов. // Промышленный транспорт. 1979. - №4.

6. Патент РФ №2006390. Устройство электросетевого питания электропогрузчика Текст. / К.И. Исавцев, В.А. Лищук. Опубл. в БИ. - 1997. -№19.

7. Патент РФ №33350. Кабелесборочное устройство для питания электропогрузчиков Текст. / В.Н. Анферов, C.B. Картавых, А.П. Ткачук, В.В. Хлюпин, А.Э. Черных. Опубл. в БИ. - 2003. - №29

8. Федоров A.A. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию Текст. / A.A. Федоров. М., 1987. - 592с.

9. Зенков P.A. Машины непрерывного транспорта Текст. / P.A. Зенков, И.И. Ивашков, Л.Н. Колобов. М., -1980. 304с.

10. Чернавский С.А. Проектирование механических передач. Текст. / С.А. Чернавский. М., -1976. 487с.

11. A.c. 838208 СССР. Гиперболоидная зубчатая передача с ротапринтной смазкой зацепления Текст. / А.К. Георгиев, В.Н. Анферов, С.В. Езерская. Опубл. в Б. И., - 1981. - № 22. (19)

12. Борисов С.М. Фрикционные муфты и тормоза строительных и дорожных машин Текст. / С.М. Борисов. М., 1973, - 168с.

13. Шубин В.А. Исследование некоторых вопросов геометрии, кинематических показателей зацепления и нагрузочной способности гипоидно-червячных передач. Текст. / Автореф. дис. . канд. техн. наук. Пермь: ППЦ,- 1971. -20с.

14. Анферов В.Н. Создание приводов подъемно-транспортных машин на основе спироидных передач. Текст. / Дис.докт. техн. наук. Новосибирск., 2002. - 251с.

15. Ряховский O.A. Справочник по муфтам Текст. / O.A. Ряховский, С.С. Иванов.- Ленинград, Машиностроение, 1991. - 384с.

16. Поляков B.C. Муфты Текст. / B.C. Поляков, И.Д. Барбаш. М., - 1969. -347с.

17. Пыжевич JI.M. Расчет фрикционных тормозов Текст. / JI.M. Пыжевич. М., Машиностроение, -1964.-254с.

18. Чичинадзе A.B. Расчет и исследование внешнего трения при торможении Текст. / A.B. Чичинадзе. М., 1967. - 158с.

19. Федорченко И.М. Исследование материалов для тормозных и передаточных устроийств Текст. / И.М. Федорченко, Д.Я. Ровинский,

20. E.JI. Шведков. Киев., Изд-во Наукова думка, 1976. - 200с.

21. Машиностроительные материалы: Краткий справочник Текст. / В.М. Раскатов, B.C. Чуенков, Н.Ф. Бессонова, Д.А. Вейс 3-е изд., пе-рераб. И доп. - М., Машиностроение, 1980. - 551с. ил.

22. Юренев В.Н. Теплотехнический справочник. Текст. / В.Н. Юренев, П.Д. Лебедев. М., Энергия, Т.2. - 1976. - 896с.

23. Иноземцев В.Г. Тепловые расчеты при проектировании и эксплуатации тормозов. Текст. / В.Г. Иноземцев. М., Транспорт, 1966. - 206с.

24. Колесников В.И. Теплофизические процессы в металлополимерных трибосистемах. Текст. / В.И. Колесников, М., Наука. 2003. - 279с.

25. Коростелев JI.B. Кинематические показатели несущей способности передачи с перекрещивающимися осями Текст. // Известия вузов. Машиностроение. №10. 1964. - с.5-10.

26. Гавриленко В.А. Зубчатые передачи в машиностроении. Текст. / М.: Машгиз, 1962. - 532 с.

27. Георгиев А.К., Гольдфарб В.И. Аспекты геометрической теории и результаты исследования спироидных передач с цилиндрическими червяками Текст. // Механика машин, вып. 31 М.: Наука, 1971. - с.70-80.

28. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. Текст. / Ф.Л. Литвин., М., Наука, - 1968.-584 с.

29. Езерская C.B. Исследование спироидной передачи с двумя зонами зацепления. Текст. / Автореф. дис. . канд. техн. наук. Новосибирск, НЭТИ,- 1975.-24 с.

30. Езерская C.B., Быстров М.М. Некоторые результаты исследования нагрузочной способности спироидных редукторов с двумя зонами зацепления Текст. // Механические передачи. Ижевск: ИМИ, 1976. - с.37-44.

31. A.c. 201864 СССР. Ортогональная червячно-коническая передача Текст. / А.К.Георгиев. Опубл. в Б. И., - 1967. - № 18.

32. A.c. 353127 СССР. Неортогональная зубчатая передача с перекрещивающимися осями Текст. / В.И. Гольдфарб, И.П. Несмелов. Опубл. в Б. И., - 1981.-№30.

33. A.c. 690212 СССР. Ортогональная червячно-коническая передача Текст. / А.К.Георгиев, В.А. Модзелевский. Опубл. в Б. И., - 1979. -№37.

34. A.c. 937827 СССР. Спироидное зацепление Текст. / Авт. изобр.: Н.С. Вотинцев, A.A. Ковтушенко, С.А. Лагутин и др. Опубл. в Б. И., -1983. -№23.

35. Pat. 2696125 USA. Speed reduction gearing / O.E. Saari.

36. Pat. 2935885 USA. Multiple skew-axis gearing / O.E. Saari.

37. Pat. 2954704 USA Skew-axis gearing / O.E. Saari.

38. Гольдфарб В.И. Аспекты проблемы автоматизации проектирования передач и редуторов Текст. // Передачи и трансмиссии, 1991, - №1. с.20-24.

39. Гольдфарб В.И. Исследование разновидностей ортогональной гипоид-но червячной (спироидной) передачи с цилиндрическим червяком. Текст. //Дисс. . канд. техн. нак. Ижевск, - 1969. - 163 с.

40. Гольдфарб В.И. Опыт проектирования спироидных передач с использованием диалоговой САПР Текст. // Разработка и внедрение системавтоматизированного проектирования в машиностроении: Материалы научно-технического семинара. Ижевск: ИМИ, - 1983. - с.78-79.

41. Гольдфарб В.И. Основы теории автоматизированного геометрического анализа и синтеза червячных передач общего вида. Текст. // Дисс. . докт. техн. наук. Устинов, 1985. - 417 с.

42. Гольдфарб В.И., Кунивер A.C., Трубачев Е.С., Монаков A.B. Концепция САПР и результаты исследования спироидных передач и редукторов Текст. // Proceedings of the 4th worid Congress on baring and Power Transmissions, Volume 1,Paris, 1999, - p.365-375.

43. ГОСТ 16530-70. Передачи зубчатые. Термины, определения и обозначения. Текст. / Введ. 01.01.75. М.: Издательство стандартов, 1975. -134 с.

44. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Текст. / Tl., 4.2. M., Машиностроение, - 1974.

45. Георгиев А.К., Гольдфарб В.И. К вопросу о схемах нарезания резцом и формах профиля цилиндрических линейчатых червяков спироидных (гипоидно-червячных) передач. Текст. / А.К. Георгиев, В.И. Гольдфарб, «Механические передачи», 1972, №2.

46. Колчин Н.И. Методы расчета при изготовлении и контроле зубчатых изделий. Текст. / Н.И. Колчин, Ф.Л. Литвин, М., - 1952.

47. Георгиев А.К., Гольдфарб В.И. Аспекты геометрической теории и результаты исследования спироидных передач с цилиндрическими червяками. Текст. / А.К. Георгиев, В.И. Гольдфарб, «Механические передачи», 1972, №31-32.

48. Литвин Ф.Л. Профилирование инструмента для обработки винтовых поверхностей. Текст. / Ф.Л. Литвин, Труды ЛПИ. -М., 1953.

49. Лашнев С.И. Профилирование инструмента для обработки винтовых поверхностей. Текст. / С.И. Лашнев М., Машиностроение,- 1965.

50. Гольдфарб В.И. Расчет профиля дискового инструмента для обработки выпуклой винтовой поверхности. Текст. // В.И. Гольдфарб, Совершенствование процессов резания и повышение точности металлорежущих станков. Ижевск, - 1968.

51. Литвин Ф.Л. Трения зубчатых зацеплений. Текст. / Ф.Л. Литвин, М., Машгиз. - 1960.

52. Люкшин B.C. Теория винтовых поверхностей в проектировании режущих инструментов. Текст. / B.C. Люкшин, М., Машиностроение, -1968.

53. Давыдов Б.Л. Редукторы (конструкция, расчет и испытания). Текст. / Б.Л. Давыдов, Б.А. Скородумов, Ю.В. Бубырь., М.: Машиностроение, - 1963.-472 с.

54. Заблонский К.И. и др. Изнашиваемость и долговечность глобоидных передач Текст. // Известия вузов. Машиностроение. 1973. №10. -с.46 - 50.

55. Зак П.С. Глобоидная передача. Текст. / П.С. Зак. М., Машгиз, - 1962. -256 с.

56. Машины и стенды для испытаний деталей Текст. / Под ред. Д.Н. Ре-шетова., М., Машиностроение, - 1979. - 343 с.

57. Проников A.C. Надежность машин. Текст. / A.C. Пронников., М., Машиностроение, 1978, 591 с.

58. Редукторы и мотор редукторы общемашиностроительного применения: Справочник Текст. / JI.C. Бойко, А.З. Высоцкий, Э.Н. Галиченко и др., - М., Машиностроение, - 1984. - 247 с.

59. Рещиков В.Ф. Трение и износ тяжелонагруженных передач. Текст. / В.Ф. Рещиков., М., Машиностроение, - 1975. - 232 с.

60. Хрущов М.М. Лабораторные методы испытания на изнашивание материалов зубчатых колес. Текст. / М.М. Хрущов., М. - Машиностроение, - 1966. - 151 с.

61. Анферов В.Н. Опыт контроля износа витков червяков и зубьев колес спироидных передач при помощи слепков Текст. // Механические передачи. Выпуск I. Ижевск: ИМИ, 1976. - с. 51-54.

62. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий Текст. / Ю.П. Адлер, Е.В. Макарова, Ю.В. Грановский. М., -1976.-279с.

63. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Текст. / М.: Издательство стандартов, 1977.

64. Microsoft Office 2000 Текст. М., -2000. 775с.

65. Николь Н. Электронные таблицы Excel 5.0 Текст. / Н. Николь, Р. Альбрехт. М., 1996. - 301с.

66. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. Текст. / М.: Машиностроение, 1984. - 332 с.

67. Крагельский И.В. Основы расчетов на трение и износ. Текст. / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. М., Машиностроение, - 1977.-526 с.

68. Тормозные устройства. Справочник Текст. / М.П. Александров, А.Г. Лысяков, В.Н. Федосеев и др., М., Машиностроение,1985.-312 с.

69. Трение, изнашивание и смазка. Справочник, кн. I Текст. / Под ред. И.В. Крагельского и В.В. Алисина., М., Машиностроение, - 1979. -358 с.

70. Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник Текст. / Р.М. Матвеевский, В.Л. Лашхи, И.А. Буяновский и др., М.: Машиностроение, - 1989. -224 с.

71. Дроздов Ю.Н. Передаточные механизмы // Трение, изнашивание и смазка. Справочник. Т.2 Текст. / Под ред. И.В.Крательского и В.В. Алисина. М.: Машиностроение. 1979. - с. 113-147.

72. Тройнин М.Ф. Электрокары и электропогрузчики. Текст. / М.Ф. Тройнин,Н.С. Ушаков. Ленинград, Машиностроение, 1973, -264с.

73. Дроздов Ю.Н., Анферов В.Н. К расчету ресурса спироидных передач по износу Текст. // Расчетно эспериментальные методы оценки трения и износа. М.: Наука, - 1980. - с.19-22.

74. Георгиев А.К., Голубков Н.С. К определению действующих в зацеплении сил и КПД в наиболее общем случае спироидной передаче. Текст. //Ижевск: Удмурдия, 1972. - с.25-30.

75. Георгиев А.К. Элементы геометрической теории и некоторые вопросы проектирования и производства гипоидно червячных передач. Текст. / Дисс. . канд. техн. наук. Ижевск, - 1965. - 263 с.

76. Дроздов Ю.Н. К разработке методики расчета на изнашивание и моделирование трения Текст. // Износостойкость. М.: Наука, 1975. - с. 120135.

77. Goldfarb V.I. Spiroid gearboxes and motor gears: design and application experience. Текст. / Mechanics in Design. Proceedings of the International Conference, Nottingham, UK, 1998, p. 36-43.

78. Goldfarb V.I., Trubachov Ye.S., Predesign investigations of Non Orthogothnal Spiroid Gears, Proceedings of 8 Power Transmissions and Gearing Conference. Текст. / 2000 ASME Design Engineering Technical Conference, Baltimore, USA, 2000, p. 511-518.

79. Быльховский Л.Б. Геометрия конволютных поверхностей. Текст. // Л.Б. Быльховский «Станки и инструмент», №2. 1968.

80. Грубин А.Н. Червячное зацепление. Текст. / А.Н. Грубин 1936.

81. Георгиев А.К., Гольдфарб В.И. К исследованию ортогональной спиро-идной передачи с цилиндрическим червяком, имеющим витки идеально-переменного шага Текст. // Механика машин, вып. 45 М.: Наука, -1974.-с.91-99.

82. Nelson W.D. Spiroid gearing. Текст. / Machine desing, 1961, №3, p. 136-144.