автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Установление нагрузок и рациональных динамических параметров подсистем подвески и привода исполнительных органов очистных комбайнов

РГ6 0Д1ИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СИРИГОС Павел Аристидович

УСТАНОВЛЕНИЕ НАГРУЗОК И РАЦИОНАЛЬНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОДСИСТЕМ ПОДВЕСКИ И ПРИВОДА ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ДОНЕЦК - 1993

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Донецком государственном техническом университете.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор Горбатов П. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Франчук В. П.; кандидат технических наук Святный Н. А.

Ведущее предприятие — Горловский машиностроительный завод им. Кирова.

Зашита диссертации состоится «....^1»............ 1993 г.

в час. на заседании специализированного совета Д 068.20.02

при Донецком государственном техническом университете: 340000, Донецк, ул. Артема, 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донецкого государственного технического университета.

Автореферат разослан

1993 года.

Ученый секретарь специализированного совета профессор, докт. техн. наук

В. И. ЧЕРНЯЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Процесс перехода современной экономики

к рыночным отношениям предъявляет высокие требования к горным машинам, в том числе к очистным комбайнам, с позиции их технического уровня и' конкурентоспособности. В соответствии л концепцией развития комбайновой выемки и конвейерной доставки в' очистных забоях на период до 2000 г. предусматривается повышение ресурса очистных комбайнов в 1,5...2 раза, увеличение г..; производительности на 30...40

Обеспечение указанных требований делает-весьма важными дальнейшие разработки в области оптимизации динамических параметров силовых подсистем комбайнов. Несмотря на имеющиеся достижения в этой области, до настоящего времени явно недостаточно исследованы особенности динамических процессов в обладающих низким уровнем расстройки собственных частот силовых подсистемах* что во многих случаях является отличительной особенностью тяжелых, очистных комбайнов с жесткими тяговыми органами. Слабо изучено воздействие внутренних источников Еазмущаний в резон&нсных зонах на процессы, протекающие в.'силовых подсистемах. Практически не изучены закономерности поведения подсистемы подвески исполнительных органов в процессе срабатывания предохранительных клапанов гидро-циливдров регулирования. Отсутствуют эффективные виброзащитние устройства для современных подсистем привода шнеков при; наличии планетарных-передач,- расположенных в местах, сопряжений поворотнш редукторов и исполнительных органов, требуют совершенствования мётодики, позволяющие устанавливать исходные данные для проектирования и рациональные динамические параметры подсистем подвески 5 привода шнековых органов. Таким образом, исследованил, направленные на повышение технического уровня тяжелых очистных комбайнов Н жесткими тяговыми органами за счет улучшения динамических войств подсистем подвески и пригада исполнительных органов, являлся актуальными.

Работа выполнена в рамках госбюджетной темы Г2-88 (вошла в ¡вречень заданий во исполнение постановления Совмина Украины -.№272 • )Т II.07.85 г. )'и хоздоговорной темы Х86-90 (включена в респуб.ти-. онскую'комплексную научно-техническую программу РН.Ц.003 "материалоемкость"). ■ .

Цель работы: установление' закономерностей формирования дана-

мических нагрузок и рациональных параметров подсистем подвески и

привода исполнительных органов тяжелых очистных комбайнов с жесткими тяговыми органами. -

■ Идея работы заключается в корректировке динамических свойств

исследуемых .подсистем, обеспечивающей улучшение их фуннциониро- . вания в стационарных и нестационарных режимах работы.

Научные положения, разработашше лично соискателем,..

и их научная новизна :

- установлено, что разработашше нелинейные математические модели силовых подсистем комбайна, отражающие доминирующие внутренние и внзпг'ие связи и отличающиеся учетом внутренних источников возмущений и'динамических свойств виброзащитных устройств пру, жинно-винтового типа и предохранительных клапанов гидроцилиВд-■ров регулирования шнеков, позволяют достаточно полно отражать ''

специфику процессов, формирующихся в подсистемах подвески и привода тяжелых очистных комбайнов;

т впервые , выявлено,' что Наличие низкой степени расстройки собственных частот силовых подсистем не достаточно для обеспечения высокого уровня взаимодействия их между собой; важнейшим,условием такого взаимодействия также является наличие в зоне резонансных -частот весомой дисперсии составляющих внешней нагрузки на все взаимосвязанные подсистемы;

- впервые установлены основные закономерности формирования динамических процессов в.подсистеме подвески опережающего шнека при нестационарных режимах работы. Показано, что снижение давления настройки предохранительного клапана гидроцилиндра регулирования приводит к существенному повышению присечки пород кровли, увели-

'чение сопротивляемости резанию пород кровли и уменьшение давления настройки клапана обусловливают повышение для подсистемы привода и садзикие для подсистемы подвески средних уровней составляющих внешней нагрузки; выявлены количественные оценки влияния указанных факторов;

- установлено, что использование предложенного виброзащитного устройства с рекомендуемыми параметрами обеспечивает снижение среднеквадратических отклонений крутящих моментов в.редукторах подсистемы привода с планетарной передачей не менее чем в 1,3 раза.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной расГ'Т'1-ы подтверждаются :.

применением современных методов теориичколебаний, статистической, динамики и структурно-параметрической оптимизации динамических систем; использованием при натурных экспериментах измерительной аппаратуры, отвечающей условиям безыскаженной передачи информации в ■ рассматриваемом частотном диапазоне; достаточностью для решения поставленных задач объема материала, полученного при натурном и вычислительном экспериментах; приемлемой степенью адекватности ■ разработанных математических моделей реальным физическим объектам, установленной сравнительным анализом результатов натурного- эксперимента и моделирования (максимальные расхождения основных ста- . тистических характеристик.не,превышают 20 %).

Значение работы. Научное значение диссертации заключается в

. развитии теории работы и совершенствовании подои ,тем подвески и привода исполнительных органов тяжелых очистных комбайнов с жестким тяговым органом как динамических объектов. ,

Практическое значение рабой состоит в возможности использований при создании, совершенствовании и исследовании очистных комбайнов: разработанных математических моделей динамического поведения подсистем подвески и привода исполнительных органов при стационарных и нестационарных режимах работы; методик установления нагрузок и выбора рациональных параметров .подсистем подвески и гиивода, реализованных-в ЕИде нормативных документов; конструктивной схемы виброзащитного устройства, для подсистемы привода с планетарной пересдачей, расположенной в месте сопряжения поворотного редуктора и шнека; оценок статистических характеристик нагрузок и основных закономерностей формирования динамических процессов;' значений'динамических параметров.исследуемых силовых подсистем. ' . .

Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные результя-

. ты исследований с выводами и рекомендациями переданы Горловскому машзаводу им. Кирова, ШШУИ и другим организациям и использо-, ваны: при расчете• нагрузок и установлении рациональных параметров подсистем подвески и. привода комбайнов типа 2ГШ68Б и 2РКУЦ20; при разработке нормативных юкументов СТП-50-0137-90 "Системы подвески и регулирования йсполнительных органов. Выбор парамет-

• ров и расчет максимальных нагрузок", СГП-5О-О135-90 "Система при.. вода исполнительных органов с виброзащитными устройствами. Выбор рациональных'динамических и конструктивных параметров виброза-'щитных устройств",- РД42.048-90 "Определение нагрузок и рацяональ-

них динамических параметров системы привода"; при выполнении научно-исследовательских работ и в учебном процессе ДГТУ.

. Апробация-работы. Основные положения диссертации и ее отдельные разделы'докладывались и обсуждались на научно-технических советах Горловского машзавода им. Кирова в 1989.„1993 гг., в ПНИУИ в 1990 г., на кафедре "Горные машины" ДГТУ в 1990,1993 гг. на расширенном заседании кафедры "Горные машины" ДГТУ в 1993 г.

' Публик81рш. ■ По теме диссертации опубликовано 9 статей и получено 2 авторских свидетельства на изобретения.

Объем, работы. Диссертационная работа состоит из введения,

четырех глав, ^включения и приложений. Работа изложена на 147 рграницах мааинописного текста, содержит 76 рисунков, 23 таблицы, список литературы из 193 наименований и 17 приложений.

.., ' •' ' ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

. ■ Исследованию динамики'очистных комбайнов и решению актуальной задачи Повышения их технического уровня посвящены. работы Дон. гипроуглемаша,. ИГД- им. А.А.Скочинского,'ГЫЗ им. Кирова, Гипро-утлемаша, ШШ11, Ж*Ш АН Украины, Автоматгормаша, ДонУГО, МГИ, Санкт-Петербургского. ГИ, ГГА Украины, ТЛИ, КарПИ, КузШ, ДГТУ, ДГ й.других организаций. Выполненные экспериментальные и теоретическ: . исследования для очистных комбайнов с жесткими тяговыми органами (КТО) позволили в сравнительно полной степени установить нагрузки закономерности формирования их динамических составляющих в силовых подсистемах» Шесте с тем, как свидетельствует анализ литературных данных применительно к исследованиям динамики подсистем подвески (ПРО) л привода,исполнительных органов (ШО) тяжелых очистных комбайнов с ЖТО, в настоящее врем.; не достаточно изучен ряд наядах, Еопросор. ■ ■

№ достаточно исследованы особенности динамического функционирования силовых подсистем, обладающих низкой расстройкой собственных частот, что в ряде случаев макет обусловливать их высокий .уровень взаимодействия мевду собой. Установлено,что для характер: горш-технических условий применения тяжелых очистных комбайнов с ЖТО может-иметь место достаточно высокая близость собственных ч£а тот электродвигателя, механической части ППО, опережающей ПРО и подсистемы подачи. Так, например, значения этих частот (в Гц) составляют соответственно для машин;: 2Г!Яе8Б- II,' 13,16,9; II,-для 2РКУП20 - 9,5', II', 9,2", 9,8. Еесьма важным является изучение

злияния возмущений, обуслоплешпш дшйзтюй ишкшдщш яцФшшш тередач поворотных редукторов, е чшишанш, лвящияи ш джшшщр-зых зонах, на динамичесянв прпцдашв в® виавкшдмгшнми шщшшяш ( например,' для комбайна 2ПШБ - US

Вследствие практического» сшщушиш яюшадшишС жшешн>-лерностей динамического каведашш ПНФ т прядать вджййшшгапши зредохранителмдк клапанов гщршдашиодию ридапршишш шкЩр давления их настройки, как npsraunnv (шкщюлшдашш вт аганйш язйй-тичесмх подходов.

Повышенные динамические данддшш* ®Щ*В58ШШ®™ в аипРтошик подсистем тяжелых комбайнов, ой&тстпшшшщг пшшя® динаашпжш нт- .. дехности этих машин. Для ряда) шж ншкййгошжарштиряшт яшгяшгг— ся наличие в ППО планзтариой шщщшщ, рикпишякиши® в июля сп>-пряжения поворотного редуктор® je шлакаи Лйнаш иимшшнш н® пиз>-воляет использовать известны® шшвщтцпн эВЦвшпиешж щй^шшщтг-ных устройств (ВЗУ) в шшгашшк орпашк и ■njpaü&ffii' щш«дашга новых устройств для ставши шканта даншивнвтшк ншгрдошнк- Hfes®-ходимы дальнейшие разработки шв еввщпвнишнивгдви».ияшнвдннЕ тодак установления, исходаах данши дапя iipiменцрзнаиим иг.внйярй параметров ПРО и ПГЮ, тss как гщвиэдввдв® т шашяц&т 1щюш„ ннж правило, не в должной газрэ учшашет дошишшшее евойетжв зяжя подсистем и особенности внешниж пнпрузож на шшшгашташшж сщишшж-

■ Исходя из изложенного, доля дкютжетиш шшншшншз® в рнбйта цели решались следующие основшаа знди-чис ивывдршшь ш спгетята очистного комбайна особенности дшвитавЕвш® Йдавэдвзнзщинаниш в стационарных рабочих режимах ЕзаииедейЬтаавадиж ПШ ж ШШ>„ ятйиада-. пцих низким уровнем расстройки: дайпшенннж чагетяг иеэду шшЭзЛ ш по- отношению к ■ другим подсистемам и имеющий вщртргашга иптвшнш-кя возмущений в резонансных зшак; исслядовата ззшзнвшршстш cß3pw мирования динамических процессивз в пидситаеда щздевски в> нестаадн-онарных рабочих режима, обусловленных, процессом' срабатывания! предохранительного клапана гвдроцизшэдря рватршрования шнекаранда-г. ботать средства снижения данагамюашг.-нагрузок. в элементах НТО? при наличии планетарной передан® ® кшгомшпической цепи, обосновать их рациональные нарадетры.' на) основе решения многокритериальной задачи оптимизации и установить степень эффективности ВЗУ; разработать и внедрить инженерные методики для установления исходных даннйх. для проектирования и вы Соря параметров ПРО и ППО.

- В качестве основных объекте® исследований были приняты тяже-' лые комбайны типа 2ГШ68Б и 2РКУШ0, оснащаемые ЖТО. . .

6 . •„•

При разработке эквивалентных расчетных; схем ( см. рис. I ) и математических моделей динамического поведения исследуемых подсистем, в стационарных рабочих рекимах учитывались динамические свойства. ВЗУ, .внутренние возмущения в редукторах с частотой основной гармоники iк, обусловленные работой тихоходных зубчатых передач, зависимость составляющих внешней нагрузки на исполнительных органах от ряда обобщенных координат и их производных, возможность совместной и раздельной работы электродвигателей ППО. При этом реализованы следующие основные допущения ; динамическое поведение рассматриваемых объектов, состоящих.из четырех взаимодействующие через внутренние и внешние связи подсистем (иодвэски, привода, корпусной к подачи), достаточно полно описывается с помощью представленных на рис. I обобщенных координат; управляющие ■воздействия на силовые подсистемы отсутствуют; силами, обусловленными погрузкой горной массы шнеками достаточно больших диа-, метров, пренебрегаем; приводное колесо подсистемы подачи (при наличии двух движителей'-' эквивалентное приводное колесо) враща-; ется равномерно; ВЗУ работают на линейном участке рабочей характеристики; диссипативные элементы рассматриваются как линейные.

'На рис. I обозначены : ОХУг ; 0ХУ2 ; О'Х'У'2'; 0"Х"

н м к н с с с с

Т "¡1" - системы координат, оси которых проходят через неподвижную точку 0н, центр масс 0с очистного комбайна и точки О'и 0" пересечения осей сопряжения основных и поворотных редукторов с завальной плоскостью комбайна; II ..! и - обобщенные координаты, характеризующие поведение исследуемых подсистем с традиционными структурами;. и13 ... и1в - обобщенные координаты, описывающие поведение ВЗУ в редукторах привода при наличии планетарных передач; '0, Сги Са, С<и-С5- соответственно силы тяжести комбайна^ поворотных редакторов и исполнительных органов; .Исч -составляющие внешней нагрузки на q - м (д= 1,2) исполнительном оргеша; а ■- угол наклона■ вынимаемого пласта; ш - средняя частота вращения шнека; 1...4 - опоры комбайна.

Нагрузки на шнеках определялись в результате векторного.сложения усилий, действующих на каждый резец. Усилия, формирующиеся на резцах, рассчитывались на основе разработанных ДГТУ методик и .алгоритмов в'функции фактических толщин стружки, задних углов, углов резания и проекций площадок затупления режущего инструмента, зависящих от обобщенных координат и4.-.. и , иа, ис и их производных ... йа, йв, йр, с учетом случайных составлявших нагрузок, обусловленных элементарными сколами.

I -

• -В'Яьаленгн*,

Учетная и

иссле.

"ТС в

О использованием уравнений Лагранжа II рода на базе разработанных эквивалентных расчетных схем получены дифференциальные уравнения движения исследуемых подсистем, которые могут быть представлены в виде :

?(А . и. + Е . и + Н и.) = 0 ;

у *> ^ <4 4 »11 »

I -(V и,)«*'

* .а г Б пи- т м^) п (I + та— ) -V?—

•«11 -(и - и, «; ]

2Ы = 0.

в При отсутствии виброзащитного устройства .з^ = 1...12, при наличии ВЗУ а,= 1...16. Для двухдвигательного привода ае = 7, 10.

Здесь А . = А. ; Е . = Е ; Н . = Н. - коэффициенты, отраВ] . )в' В) 18 ^^ ■ Г

кающие соответственно инерционные, диссипатиЕНые и упругие характеристики исследуемой системы; 0 - сила, соответствующая з-й обобщенной координате ( при з = II и 12 в выражениях для и <312 учтены параметры основной гармоники возмущений со стороны тихоходных передач поворотных редукторов); Зк, Мк - фактические 'значения критических сколыкений и моментов электродвигателей; ■Тэ, шо- электромагнитная постоянная времени и синхронная угловая скорость электродвигателей.

При разработке эквивалентной расчетной схемы и математической модели динамического функционирования ПРО в нестационарных режимах работы, обусловленных процессом срабатывания предохранительного шппана гидроцилиндра регулирования, использование в ка. честве базы для дальнейшего развития дифференциальных уравнений движения (I), как показали выполненные исследования, не представ--ляется целесообразным. Это обусловлено тем, что указанные режимы работы характеризуются наличием в динамических процессах в силовых, подсистемах весомых колебательных составляющих с сильно отличающимися значениями частот (от 0,5... 2 Гц до 240... 340 Гц). Рассмотрение такого широкого частотного спектра требует громадных затрат времени при моделировании, что практически отрицает реализацию моделей на современных ЭВМ. Следует также отметить, что для решения поставленных задач учет взаимодействия 4-х силовых динамических подсистем в рассматриваемых режимах может в первом приближении не учитываться.

На рис. 2 представлены расчетная и гидравличес-

■Рис. к. Расчетная и гидравлическая схемы псдсистеш подвески при нестациснаршх режимах раб мы

кая схемы ПРО, позволяющие исследовать динамические процессы в нестационарном режиме работы, обусловленном срабатыванием предохранительного клапана. При этом реализованы следующие основные допущения : узловая скорость органа и скорость подачи комбайна Уп постоянные; рассматривается гидросистема, обеспечивающая работу обеих полостей гидроцилиндра ПРО при отсутствии их связи с линиями гидросистемы управления; ПРО представлена в виде динамического объекта с сосредоточенными параметрами, состояние которого описывается'обобщенными'координатами 7 , давлением в более нагруженной полости гидроцилиндра Рщ; волновые процессы в гидросистеме ПРО не рассматриваются; все диссипативные и упругие элементы обладают линейными свойствами.внутри каждой структуры "клапан закрыт" и "осуществляется сброс рабочей жидкости через •клапан". На рис. 2 обозначены': Н^- составляющие-вектора внешней нагрузки на кнеке; Ьа>Ь4, - плечи приложения сил й^, НЬ1 соответственно; 0п - сила тяжести узла "поворотный ре' дуктор - шнек"; - Ш}ечо установки гидроцилиндра ПРО; -суГ1 -; крутящий момент, действующий на ПРО со стороны зубчатого колеса. ППО, расположенного в месте сопряжения редукторов; С^ - внешний . момент кручения на шнеке, обусловленный силами й^ и ЙЬ1; ип- передаточное отношение поворотного редуктора; - коэффициент

продольной жесткости упругого элемента клапана; С , - коэффициент

сед

характеризующий жесткость (включая контактную), седла клапана; I -гидронасос; 2 - предохранительный клапан,- 'защищающий гадронасос I в гроцэссе регулирования шнека; 3 - подпорный клапан; 4 - распределитель; 5 - гидрозаыок; 5,7 - предохранительные клапаны, защида-■ вдйе соответственно щтоковую и поршневую полости гидроцилиндра '8 при закрыто:- гидрозамке 5. Остальные обозначения ясны из рис. 2 Отличительной особенностью предлагаемой математической моде. 'ли ПРО ¡пишется, возможность ее использования, как для предшествующего стационарного режима, так и для режима, характеризующего процесс срабатывания клапана. Это стало возможным за счет предлагаемого учета коэффициента жесткости Ссад и рассмотрения в качестве анализируемой величины координаты х^, по знаку изменения которой определяется состояше лсследуемой системы.

В соответствии с приведенной расчетной схемой ПРО в нестационарном режиме работы (см. рис. 2)'разработана ее математическая модель. Система да^.-ренциальннх уравнений имеет еид :

и

■ + РП7П - .<*„ - = о»:

\Ал + + СсеЛ.А + СА + Хкло) =

= 0,25^/Д + 0,2&к{йы - Х^аш* <РШ - Рсл)ка; ( 2 )

Т й 3 = -Р Б2 С"1 - шй э1т/2(2/р' (Р - Р . 1 а ш и м ш мш г кл ~ ш сл клз

Здесь приняты оледупцие обозначения: I - момент инерции ПРО; р - интегральные коэффициенты сопротивления ПРО и предохранительного клапана; Р^ - давление подпора в более загруженной полости гидроцилиндра; Од- обобщенная сила, действующая по коорданате _7П; п^- масса запорного элемента клапана с учетом приведенных к ней ■ масс перемещающихся 8.цементов; х^ - предварительный натяг упругого элемента клапана; а, - угол конус- • носта запорного элемента и диаметр подклапанного отверстия соответственно; Рсл- давление в гидролинии, в которую осуществляется сброс рабочей жидкости из клапана; С^- коэффициент линейной жесткости условной механической связи, являющейся аналогом гидроцилиндра; ц- коэ№циент расхода рабочей жидкости через клапан; р'- плотность рабочей жидкости; !5 - площадь штоковой полости гидроцилиндра; к1,к2,к>- корректирующие коэффициенты.

Система (2) позволяет имитировать динамическое состояние ПРО как до, так и в процессе срабатывания клапана. При х £ О клапан закрыт и к2= I, а кз= О, при хш > 0 клапан осуществляет сброс рабочей жидкости и кг= 0, кз= 1,а к4= Ь ( величина Ь зависит от конструктивных особенностей.клапана и составляет 0,44 для клапана ira68.0G.2I.Q90 и 0,6 для СТП 2075-81).

Обобщенные силы с^ и определялись аналогично как и для системы. (I), при этом рассматривалась возможность потери некоторыми, резцами контакта с разрушаемым массивом, для чего предложено учитывать упругиз свойства пласта.

Для реализации полученных математических моделей ПРО и ППО в составе нокбаяна на ЭВМ ЕС-1060 разработаны программы на алгорят-язягсз ФОРТРАН. . '

Необходимые характеристики-инерция, диссипации и жесткости, определялись экспериментально, по литературным данным и рвсчетом.

Натурные экспериментальные исследования ПРО и ППО комбайна с КТО, выполненные ДРГУ совместно со Стахановским.филиалом КГМИ и

ГМЗ им. Кирова при непосредственном участии автора в условиях полис размерного стенда с углецементным блоком, позволили установить высокую динамичность нагрузок в этих подсистемах, а также выявить наличие в ППО колебаний, обусловленных работой тихоходных зубчатых передач поворотных редукторов, частоты которых весьма близки к резонансным частотам рассматриваемого объекта.

На основе анализа результатов натурных экспериментальных исследований (в шахте и на углецементном блоке) комбайнов 1ГШ68 и РКУ13 установлены значения оценок амплитуд основных гармоник возмущений со стороны тихоходных зубчатых передач в редукторах, математическое ожидание которых составляет 800 Нм. Также экспериментально на специальном нагрузочном стенде, определены динамические параметры двух исследуемых предохранительных клапанов.

Анализ всей совокупности полученных экспериментальных и модельных данных позволил сделать вывод о достаточной степени адекватности разработанных математических моделей реальным объектам.

В результате моделирования на ЭВМ стационарных режимов работы ПРО и ППО тяжелых очистных комбайнов 2ГШ68Б и 2РКУП20, обладающих низким уровнем расстройки собственных частот между собой и по' отношению к другим подсистемам, установлены статистические характеристики и основные закономерности формирования исследуемых динамических процессов. Изучен спектральный состав детерминированных составляющих внешней нагрузки на шгаках при разрушении пластов простого и сложного строения, формирование которых зависит от схемы набора рабочего инструмента, структуры и характеристик разруша-емости пласта. Показано, что в спектральном составе динамических процессов в силовых подсистемах комбайнов выделяются доминирующие составляющие.с частотами,-соответствующими резонансным частотам. Установлено, что для исследуемых машин низкий уровень расстройки собственных частот ПРО и ППО как между собой, так и по отношению к подсистеме Подачи является только необходимым условием их высокого уровня взаимодействия (соответствующего $штам, когда удельный вес составляющих с частотами, лежащими в резонансной области, достаточно высок применительно к процессам-откликам во всех трех рассмотренных подсистемах). Весьма важным условием та-' кого взаимодействия также является наличие в зоне резонансных частот весомой дисперсии составляющих внешней нагрузки на все взаимосвязанные подсистемы. Указанные составляющие формируются как результат совместного проявления компонентов детерминированного характера и компонентов, обусловленных внешними (по скорое-

да и перемещениям) связями объекта с горным массивом и зависящих т динамических свойств подсистем, структуры и характеристик раз-ущаемости пласта. Показано, что неучет возмущений от тихоходных ередач редукторов ППО приводит к существенным погрешностям в ценках спектральных плотностей исследуемых процессов в зоне час- . от, близких к 1 , и, следовательно, к ошибка^ при объяснении фи-ической сущности формирования динамических нагрузок в рассматри-аемых подсистемах.

Выявлены закономерности формирования динамических процессов в РО при нестационарных режимах работы, обусловленных срабатыванием редохранительного клапана гидроцилиндраАрегулирования. Показано, то такие режимы характеризуются возможностью кратковременной по-ери некоторыми резцами контакта с разрушаемым пластом вследствие »управляемого перемещения шнека, что обусловливает изменение провеса формирования внешней нагрузки. Установлено, что для комбайнов 'ипа 2ГШ68Б : снижение давления настройки предохранительного кла- ' [ана гидроцилиндра опережающего шнека и повышение сопротивляемости >е зашло пород кровли обусловливают увеличение для подсистемы при-юда и уменьшение для подсистемы подвески средних уровней внешней ¡агрузки. Показано, что низкий уровень давления настройки клапана ' приводит к существенному увеличению толщины пачки присекаемой сровли (в 3,8 раза при уменьшении значения Рц от 50 МПа до 40 МПа) I динамичности составляющих внешней нагрузки. Установлен рацио-тльный уровень давления настройки клапана гидроцилиндра ПРО ком-5айна типа 2ГШ68Б, который следует принимать из диапазона Р е [45.; 50], МПа. .

Для ППО тяжелых очистных комбайнов при наличии в их структуре щанетарной передачи предложено ВЗУ (а.с.1671853), выполненное на зснове пружинно-винтовой связи между шестерней, сидящей свободно 1а быстроходном валу (см. координаты и13 и и1ж на рис. I), и веду-цего элемента (см. координаты и1Э и и ), расположенного на шли-девом-участке этого вала. На основе решения многокритериальной задачи оптимизации обоснованы рациональные, с точки зрения сни-кения динамических нагрузок в редукторных грушах ППО с планетарной передачей комбайна 2РКУП20, значения параметров ВЗУ. Показано, *то достаточно эффективное снижение среднеквядратических отклонений крутящих моментов в редукторах обеспечивается при следующих конструктивно реализуемых параметрах ВЗУ: приведенный к валу двигателя коэффициент жесткости устройства С е 12ГО ; 240),Ш/рзд, коэффициент относительного демпфирования ф8, е 10,21 ; 0,231. В

10 15

Рис. 3. Графики спектрал1 жх плотшстей моментов .

в редукторе подсистемы привода с планетарной передачей

качестве примера на рис. 3 представлены графики спектральных-плотностей моментов в редукторе опережающей ППО при отсутствии (кривая [) и наличии ВЗУ с указанными параметрами (кривая 2).

■ Разработанные инженерные методики, предназначенные. для установления рациональных параметров ПРО и ППО,. обладают рядом отли- . тат'ельных особенностей, прежде всего возможностью расчета оценок требуемого давления настройки предохранительных клапанов гидро-домндров подсистемы подвески с" учетом подпора в их полостях и /четом динамических свойств нового ВЗУ в структуре подсистемы привода с планетарной передачей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертационной работе получено новое решение актуальной яаучной задачи установления особенностей формирования динамически процессов в подсистемах подвески и привода исполнительных органов при стационарных и нестационарных режимах- работы и обоснования путей и средств совершенствования динамических■свойств этих подсистем для тяжелых очистних комбайнов с жесткими тяговыми эрганами. ' .

Реализация рекомендаций и методик по установлению нагрузок и рациональных динамических параметров подсистем подвески и привода позволяет на стадии проектирования повысить технический уровень рассматриваемых машин.

Основные выводы, научные и практические результаты, полученные в работе :

I. Разработанные нелинейные имитационные математические модели, алгоритмы и программы,, учитывающие доминирующие внутренние и внешние связи взаимодействующих подсистем в составе очистного комбайна, динамические свойства предложенного виброзащитного устройства и наличие внутренних источников возмущений в редукторах, позволяют прогнозировать дипяглняскш нагрузки в подсистемах подвески и привода в стационарных рабочих режимах и решать задачи оптимизации их динамических сьэйств.

Разработанная нелинейная математическая модель, алгоритм ц йрогрг.мма, отражающие функционирование подсистемы подвески в процессе срабатывания предохранительного клапавя гидроцилиндра регулирования птека и учитывающие упругие свойства седла клапана и горного массива, позволяют устанавливать особенности формирования диннмическйх процессов- в этой подсистеме в нестационарных рабочих режимах.

.16

2. В результате исследований подсистем подвески и привода тяжелых очистных комбайнов 2ГШ68Б и 2РКУП20, обладающих низким уровнем расстройки собственных частот как мевду собой, так и по отношению к другим силовым подсистемам,"установлены статистические характеристики: и основные закономерности формирования динамических процессов при стйционарных рабочих режимах. При этом:

- выявлена высокая динамическая нагруженность,исследуемых подсистем с традиционными структурами и сформулирован вывод о необходимости совершенствования их динамических свойств. Показано, что в спектральном составе исследуемых процессов выделяются доминирующие. составляющие с частотами (Гц} : 2,05 и 4,1 да? машины 2ГШ68Б и 1,45 и 2,9 для 2РКУП20, обусловленные прежде всего силовой неуравновешенностью трехлопастных шнеков; II.8....16 (2Ш58Б) и'9,5...11 (2РКУП20), соответствующими резонансным частотам исследуемых объектов, на формирование .которых оказывают влияние динамические свойства подсистем и параметры схем набора резцов, разрушаемых массивов и возмущений со стороны тихоходных зубчатых-передач;

' - устатовлено, что для исследуемых машин низкий уровень расстройки собственных частот подсистем подвески и привода как между собой,

. так и по отношению, к ¡подсистеме подачи является только необходимым условием их высокого уровня взаимодействия; важнейшим фактором проявления такого взаимодействия также является наличие в зонэ резонансных частот весомой дисперсии составляющих внешней нагру -ки .на все указанные подсистемы. Эти составляющие формируются как результат совместного проявления компонентов, обусловленных внешними связями объекта с горным массивом, и компонентов детерминированного характера; . '

- показана важность на стадии проектирования рациональной разбивки по отдельным передачам общего "передаточного отношения ре-дукторной- группы подсистемы .привода, обеспечивающей отсутствие резонансных или близких к ним режимов работы вследствие наличия

. возмущений от тихоходных передач.

3. Установлены основные закономерности формирования динамических ■процессов в подсистеме подвески и внешней нагрузки.на опережающем органе при нестационарных рабочих о».кимах. При этом:

- выявлена возможность кратковременной потери некоторыми резцами контакта с разрушаемым пластом вследствие неуправляемого керемещения кнека, что обусловливает изменение процесса формирования внешней нагрузки; . •

- установлено, что для комбайнов типа 2ГШ68Б: снижение давления настройки предохранительного клапана и повышение сопротивляемости резанию пород кровли обусловливают увеличение для подсистемы привода и уменьшение для подсистемы подпаски средних уровней составляющих внешней нагрузки;

- показано,что при выборе давления настройки клапана необходимо учитывать, что низкий его уровень обусловливает повышение динамичности составляющих внешней нагрузки и существенное увеличение толщины пачки присекаемой кровли (в 3,8 раза при уменьшении Рн от 50 МПа до 40 МПа);

- установлено,что рациональный уровень давления настройки предохранительного клапана для комбайнов типа 2ГШ68Б следует принимать из диапазона р € 145 ; 501, МПа.

4. Для подсистемы привода комбайнов с планетарйой передачей разработано и защищено авторским свидетельством виброзащитное устройство и установлены его рациональные динамические параметры, обеспечивающие уменьшение среднеквадратичных отклонений крутящих моментов в редукторннх грушах опарэжающего и отстающего шнеков соответственно' в 1,5 и 1,3 раза при разрушении массива сложного строения.

5. Разработаны и внедрены инкенэрные методики, позволяющие достаточно корректно устанавливать исходные данные для проектирования и рациональные динамические параметры подсистем подвески л привода исполнительных органоЕ.

6. Результаты,полученные в дисс&ртацпонной работе, использованы газ ил.Кирова, ГО ШУИ и другими организациями и могут быть также применены при создании и модеризещш очистных комбайнов.

Экономический эффект, обусловленный внедрением результатов работы, составляет 27,4 тис. ру1. ( в ценах 1990 г ).

Основные положим диссертации опубликованы в следующих работах :

1. Снижение динамически: югрузок и колебаний в системе додвесии ишаков очистного комбайна / В.Г. Гуляев, П.А. Горбатов, В.II. Кондрахин, П.А. Сиригос // Механизация горных работ : Сб. науч. тр./ Кузбас. политехи, ин-т.- Кемерово, 1986.- С. 17-23.

2. Дз.'лгффующез устройство для снижения динамических на-' грузок в системе подвески исполнительных органов очистного комбайна / В.Г. Гуляев, П.А. Горбатов," В.П. Кондрахин, П.А. Сиригос, Ю.С. ЛокшинскиД // Рационализаторские предложения и изобретения, рекомендуемые министерством для внедрения на заводах угольного

машиностроения : Научн.- технич. реферат.' сб. / ЦНМЭИуголь. - М., 1986.- Вып.1.- С. 19-21.

3. Горбатов П.А., Кондрат! В.П., Сиригос П.А. Разработка математичейсих моделей динамики. систем подвески и привода ис-полнительйых органов очистных комбайнов с разными структурами / Донецк, политехи, ин-т.- Донецк, 1990.- 18 е.- Деп. в ЦНМЭИуголь, * 5105.

4. Сиригос П.А. Экспериментальное определение динамических характеристик предохранительных клапанов очистных комбайноЕ / Донецк, политехи, ин-т.- Донецк, 1990,- 14 е.- Деп. в ЦНМЭИуголь,

st 5106.

, 5. Виброзащитное устройство для снижения- динамических нагрузок / П.А. Горбатов, В.Г. Гуляев, Ф.В. Костюкевич, В.П. Кондра-хин, Ю.А. Кривченко, П.А. Сиригос // Рационализаторские предложения и изобретения- по технологии и организации угольного машиностроения : Научн.- технич. реферат, сб.- М., 1990,-Вып.4.-С.27-28.

6. Инженерная методика выбора параметров и расчета максимальных. нагрузок систем подвески и регулирования исполнительных /органов очистных комбайнов /П.А. Горбатов, В.Г. Гуляев, В.П. Ксн-драхин,*П.А. Оиригос. - Донецк, 1990.- 27 е.- Деп. в ЦНМЭИуголь, .« 5203.

7. Горбатов П1А., Длюнгин A.B., Сиригос П.А..Особенности формирования, внешней нагрузки на шнеках очистных комбайнов при- . нестационарных режимах работы подсистемы подвески и регулирован!"' исполнительных органов / Донецк, политехи, ин-т.- Донецк, 1992.--6 с.-"Деп. в УкрИНГЭЙ, J6 738 - Ук92. . '.

- 8. Горбатов П.А., Кривченко Ю.А., С*ригос H.A. Математические модели для прогнозирования динамических процессов в подсистемах подвески и привода шнеков очистных комбайнов // Изв, - . вузов. Горн. журн.~ 1992.- # 12.- С. 16-21,

:9. Горбатов. П.А., Плюнгин A.B., Оиригос П.А. Разработка математической модели динамического функционирования подсистемы ■ подвески и регулирования шнеков в режиме, срабатывания предохранительного клапана / Донецк, политехн. ин-т.- Донецк* 1992.-ю с.-Деп. вУкрИНТЭИ, » 739 - Ук92.

10. A.c. 1190023 ШШ E2I С 27/0?.. Устройство для -управления положением исполнительного органа очистного комбайна / В.Г.Гуляев, H.A. Горбатов, В.П. Кондрахин, Н.М.Лыренко, П.А.- Сиригос.-» 3724962/22-03;.'Заявлено. 10,04.84; Опубл. 07.11.85, Бюл. Л 41. '

И. A.c. 1671853 МКИ Е 21 С 31/00. Привод горного комбаМа / П.А. Горбатов, В.Г. Гуляев, Ф.В. Костшевич, В.П. Кондрахиг, Ю.А. Кравченко, П.А. Сиригос и др.- # 4686665/03," Заявлено 10,05.89; Опу0л. 23.08.91, Бюл. Я 31.

Ответственный за выпуск заведующий кафедрой "Горные машины" ■ докт. техн. наук, 'профессор

Гуляев