Косарев Олексій Васильович. Обґрунтування параметрів рушіїв механізму переміщення очисних комбайнів для тонких пластів

Краткое описание

Косарев Олексій Васильович. Обґрунтування параметрів рушіїв механізму переміщення очисних комбайнів для тонких пластів : Дис... канд. наук: 05.05.06 2009

Косарев О.В. Обґрунтування параметрів рушіїв механізму переміщення очисних комбайнів для тонких пластів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 «Гірничі машини». ДВНЗ «Донецький національний технічний університет», Донецьк, 2009.
Дисертація присвячена рішенню актуальної наукової задачі, що полягає в обґрунтуванні параметрів триелементних рушіїв дворушійних механізмів переміщення із частотно-регульованим електроприводом очисних комбайнів для виїмки тонких пластів, що забезпечує підвищення продуктивності і ресурсу цих машин. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено формування в частотно-регульованих приводах дворушійних механізмів переміщення очисних комбайнів незбіжних між собою по фазі коливань навантаження з періодом, рівним періоду зачеплення зуба приводної зірки із цівковою рейкою. Підтверджено, що підвищення теоретичної продуктивності очисного комбайна і розрахункового ресурсу редуктора механізму переміщення забезпечується зниженням амплітуд коливань навантаження в приводах механізму переміщення із частотно-регульованими електродвигунами, що досягається за рахунок забезпечення синфазного зачеплення зубів обох приводних зірок.

У дисертаційній роботі дане нове рішення актуальної наукової задачі, що полягає в обґрунтуванні параметрів триелементних рушіїв дворушійних механізмів переміщення із частотно-регульованим приводом очисних комбайнів для виїмки тонких пластів, що забезпечує підвищення продуктивності і ресурсу цих машин.
Основні висновки, наукові та практичні результати, отримані автором у дисертаційній роботі, полягають у наступному:
1. У частотно-регульованих приводах дворушійного механізму переміщення очисного комбайна формуються незбіжні між собою по фазі коливання навантаження з періодом, рівним періоду зачеплення зуба зірки, і з амплітудою, що залежить від величини зрушення фази між початком зачеплення зубів приводних зірок із цівковою рейкою, середньої швидкості переміщення та номінального ковзання електродвигунів. Зазначені коливання обумовлені дією наступних факторів:
недосконалістю зубчатих зачеплень триелементного цівково-рейкового рушія, яке погіршується зі зношуванням елементів рушія;
наявністю зрушення фази між початком зачеплення зубів приводних зірок;
зміною міжцентрової відстані в цівковому зачепленні зірки з рейкою та кроку зачеплення на стиках рейок;
розкидом і значною жорсткістю механічних характеристик електродвигунів;
відсутністю в конструкції механізму переміщення спеціальних засобів, що забезпечують вирівнювання навантаження між приводами.
2. У результаті проведення експериментальних досліджень комбайна УКД300 встановлена працездатність розроблених ДонНТУ, за особистою участю автора, оригінальних тензометричних вимірювальних пристроїв, що дозволили одержати осцилограми навантажень у механізмі переміщення та опорно-напрямних пристроях комбайна. Була підтверджена можливість імітації режимів навантаження опорно-напрямної системи та механізму переміщення комбайна за допомогою другого комбайна, механізм переміщення якого працює в гальмовому режимі, і додаткових вантажів, встановлених замість виконавчих органів.
При проведенні стендових випробувань були реалізовані режими навантаження механізму переміщення, що відповідають роботі комбайна з номінальним навантаженням привода різання на пластах з кутом падіння до 15 при швидкостях переміщення до 8,4 м/хв (частота перетворювача 50 Гц).
Експериментально встановлена величина зрушення фази між початком зачеплення зубів приводних зірок комбайна УКД300, що становить 7-14 кута повороту приводного колеса, тобто 15 28% тривалості циклу зачеплення одного зуба приводної зірки.
3. Розроблена математична модель робочого процесу механізму переміщення та опорно-напрямної системи комбайна УКД300 уперше враховує взаємодію двох частотно-регульованих приводів механізму переміщення, вплив на їх навантаженість кінематичних і силових параметрів двох систем «колесо-зірка-рейка», що змінюються (у загальному випадку несинфазно) у процесі зачеплення зубів приводних зірок.
Математична модель в основному адекватна реальній системі, погрішність у визначенні навантажень у дворушійному механізмі переміщення та опорно-напрямних пристроях очисного комбайна УКД300 не перевищує 20%.
4. Уперше встановлені закономірності, що характеризують співвідношення між миттєвими значеннями крутного моменту на вихідному валу редуктора і тягового зусилля, а також швидкості переміщення і кутової частоти обертання вихідного вала редуктора в триелементному рушії механізму переміщення. Зазначені співвідношення запропоновано характеризувати наведеними силовим і кінематичним радіусами, які в процесі зачеплення змінюються в широких межах (для комбайна УКД300 від 102 до 128 мм при незношених профілях) і є періодичними функціями кута повороту приводного колеса. На процес формування та характер зміни цих параметрів значно впливає зміна міжцентрової відстані в зачепленні зірка-рейка, а також ступінь зношування контактуючих поверхонь елементів рушія. При цьому зміна контактуючих пар у системі «колесо-зірка-рейка» супроводжується різкою стрибкоподібною зміною значень силових і кінематичних параметрів.
5. З використанням розробленої математичної моделі та відповідного програмного забезпечення проведений комплекс обчислювальних експериментів, у яких досліджено вплив основних параметрів механізму переміщення на формування навантажень у його елементах. Основним фактором, що визначає амплітуди коливань навантажень у приводах механізму переміщення і ступінь нерівномірності їхнього розподілу, є зрушення фази між початком зачеплення зубів приводних зірок. При синфазному зачепленні навантаження в приводах однакові і амплітуди їх коливань незначні.
Зі збільшенням середньої швидкості переміщення амплітуди коливань навантаження в приводах і ступінь нерівномірності їх розподілу істотно зростають (величина неузгодженості крутних моментів становить 15 Нм при швидкості переміщення 2 м/хв та 550 Нм при швидкості 8 м/хв).
Підвищення номінального ковзання електродвигунів за інших рівних умов приводить до істотного зниження амплітуд коливань крутних моментів і ступеня нерівномірності їх розподілу. Різниця номінальних ковзань обох двигунів, що виникає при їх безвибірковій комплектації, не робить істотного впливу на формування навантажень у приводах.
6. Виявлені в роботі причини та основні закономірності нерівномірного розподілу навантажень між приводами дворушійного механізму переміщення дозволяють сформулювати основні рекомендації, спрямовані на усунення коливань навантаження в механізмі переміщення та підвищення технічного рівня комбайнів для виїмки тонких пластів:
міжцентрову відстань між осями приводних зірок варто приймати кратну кроку зачеплення з метою забезпечення їх синфазного зачеплення, при цьому приводні зірки механізму переміщення необхідно розташовувати максимально близько одну до одної;
для зменшення кількості стиків між рейками довжину цівкової рейки варто максимально можливо збільшувати;
у конструкції механізму переміщення слід використовувати двоелементні рушії, сполучені із забійними опорами, що дозволяє значно знизити ступінь нерівномірності наведених силових і кінематичних параметрів рушіїв.
Ці рекомендації враховано конструкторами ДП «Дондіпровуглемаш» при розробці нового очисного комбайна УКД400, призначеного для відпрацьовування тонких пластів.
7. Уперше встановлене, що підвищення теоретичної продуктивності (на 13-23 %) очисного комбайна для виїмки тонких пластів і розрахункового ресурсу (в 2,8-3,0 рази) редуктора механізму переміщення забезпечується зниженням амплітуд коливань навантаження в приводах механізму переміщення із частотно-регульованими електродвигунами, що досягається за рахунок забезпечення синфазного зачеплення зубів обох приводних зірок.
Результати роботи можуть бути використані проектними та науково-дослідними організаціями, машинобудівними заводами при створенні і модернізації очисних комбайнів, оснащених дворушійним частотно-регульованим механізмом переміщення.