Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Экономическое развитие страны основывается на научно-техническом прогрессе, который включает совершенствование и повышение эффективности средств комплексной механизации, используемых в горной промышленности. Для решения этих задач необходимо обеспечить высокопроизводительную, надежную работу горного оборудования. Существенную часть горного оборудования составляют машины, экскавирующие или фрезерующие горную массу и вследс-твии неоднородности последней имеющие значительные колебания усилий на рабочем органе.Недостаточная надёжность горного оборудования подтверждается рядом исследований. В частности, время простоев экскаваторов с ковшом емкостью 5 м3 из-за отказов составляет около 13%. Время простоев драг из-за поломок черпающего аппарата с трансмиссией составляет около 30% общего времени сезона. Коэффициент использования рабочего времени роторных траншейных экскаваторов находится в пределах 0,2 - 0.6. Вероятность безотказной работы элементов напорного механизма экскаватора ЭКГ-12,5 за 3 месяца работы составляет 0,5. Наработка на отказ напорного механизма экскаватора ЭКГ-8И при экскавации взорванной скальной породы находится в пределах от 60 до 90 смен. Случайные перерывы в работе горно-шахтного оборудования, часть из которых есть следствие внезапных отказов, составляет по данным ИГД им. А.А.Скочинского более 50% всей смены.
Одной из причин относительно низкой надёжности этих машин являются внезапные, без следов усталостного повреждения отказы элементов трансмиссии и металлоконструкций рабочих органов. Их масса составляет от 10% до 30% массы машины, что указывает на существенную долю, вносимую в показатели надежности всей машины трансмиссией и рабочим оборудованием. На рабочее оборудование и трансмиссию карьерного экскаватора с емкостью ковша 4,6 куб. м. приходится до 20 отказов. Одной из главных причин этого являются динамические нагрузки, превышающие допустимый уровень, что приводит к потере статической прочности. Относительно большой коэффициент вариации нагрузок объясняет наличие усталостных повреждений элементов трансмиссии (валов, шестерен, подшипниковых узлов). Действие существенных динамических нагрузок подтверждается тензометрированием
напряжений в валах горных, торфяных и строительных машин. Коэффициент вариации напряжений в трансмиссии рабочих органов этих машин изменяется от 0.40 до 1,12. В элементах трансмиссии привода рабочего органа экскаватора ЭКГ-4.6Б зафиксирован коэффициент динамичности равный 4.5, в приводе МТП-81 -2-2,1. Применение быстродействующего автоматизированного электропривода ( тиристорный преобразователь - двигатель) в напорном механизме карьерного экскаватора ЭКГ-5А не решает проблемы ограничения максимальных динамических нагрузок.
Учитывая величину парка карьерных экскаваторов , горно-шахтного оборудования, а также торфяных и строительных машин, работы по повышению их надежности являются актуальными.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является повышение эффективности работы горных машин за счет создания эффективных предохранительных устройств, обеспечивающих стабильное ограничение в трансмиссии динамических нагрузок и снижение их дисперсии, на базе совершенствования методов расчета, учитывающих тепловые нагрузки.
ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в том. что повышение надежности горной машины можно обеспечить путем эффективного управления нагрузками в ее трансмиссии и устройстве по модульному принципу.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ: статистический анализ динамики трансмиссии рабочих органов и эффективности работы предохранительных устройств, моделирование процесса нагрева предохранительных устройств на ЭВМ. экспериментальная проверка в лабораторных и промышленных условиях результатов теоретических исследований и определение опытных коэффициентов, входящих в эмпирические формулы, с помощью теории планирования эксперимента, теории вероятности и математической статистики,тензометрического и теплофизического методов с использованием стандартной измерительной аппаратуры .
установлена закономерная взаимосвязь нагруженное трансмиссии горных машин, определяющая вероятность ее безотказной работы, с параметрами динамической системы, включающими приведенные жесткости и массы элементов трансмиссии, скоростью передвижения для машин непрерывного действия, скоростью нагружения рабочего органа и параметрами средств управления нагрузками;
для трансмиссий горных машин, работающих в режимах частичного или полного стопорения. предложен научно обоснованный критерий
эффективности работы средств управления нагрузками - коэффициент динамичности, определяемый точностью срабатывания, количеством и скоростью отводимой из динамической системы кинетической энергии;
- эффективными средствами управления динамическими нагрузками
в трансмиссии горных машин являются фрикционные предохранительные
устройства- муфты с комбинированной обратной связью по упругому
моменту в кинематической цепи, имеющие коэффициент усиления отри
цательной обратной связи, равный 0,6-0.8;
- установлено, что тепловая нагруженность и точность срабатывания фрикционного предохранительного устройства, определяющая величину максимальных динамических нагрузок и, соответственно, вероятность безотказной работы, зависят от ряда факторов: случайных, включающих частоту и уровень нагрузок на рабочем органе, эквивалентную приведенную жесткость; детерминированных, включающих геометрические и силовые параметры устройства и узла трения, величины приведенных ведущих и ведомых масс элементов трансмиссии, коэффициент усиления обратной связи;
рациональным средством снижения дисперсии нагрузок в трансмиссии горных машин непрерывного действия являются упруго-демпфирующие устройства с внешним трением, демпфирующая способность которых при равных габаритах в 2 - 5 раз больше, чем устройств с внутренним трением;
установлена взаимосвязь детерминированных параметров фрикционных предохранительных устройств и случайных факторов, включающих параметры внешней нагрузки, характеристики забоя, режима работы и нагружения;
-установлена взаимосвязь параметров режущих элементов рабочего органа и удельной энергоемкости резания.
ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается представительностью выборки экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,85 - 0,95; совпадением экспериментальных и расчётных данных .расхождение не превышает 15%; испытаниями и промышленной эксплуатацией предохранительных устройств в горных и торфяных машинах.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается:
в установлении связи нагруженное трансмиссии горных машин, определяющей вероятность безотказной работы, с эффективностью работы предохранительных устройств, режимом нагружения и параметрами
динамической системы;
в разработке теории теплового расчета предохранительных и демпфирующих устройств при случайном нагружении;
в разработке математических моделей предохранительных устройств фрикционного типа с комбинированными обратными связями, математических моделей демпфирующих устройств.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ состоит в:
разработке методики расчета рациональных параметров предохранительных фрикционных устройств с комбинированной обратной связью;
разработке методики расчёта рациональных параметров демпфирующих устройств;
разработке конструкций предохранительных устройств различных типов, обеспечивающих стабильное ограничение нагрузок;
разработке рациональных конструкций режущих элементов и рабочих органов машин для фрезерования торфяной залежи;
разработке 13 конструкций предохранительных и демпфирующих устройств, новизна которых подтверждается авторскими свидетельствами на изобретения.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Основные результаты раОоты и практические рекомендации использованы ВНИИТП и НПП ПО Свердловс-кторф при разработке машины для прокладки дренажа, машины для переукладки мостов-переездов. УГГГА при выполнении задания MB и ССО РСФСР 03.30А УИ САПР в учебном процессе и разработке машины для разрушения негабаритов, а также при совершенствовании горных машин на открытых горных работах. Экономический эффект от внедрения разработок составил более 500 тыс.руб.(в ценах 1990г.).
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы, ее основные положения были доложены, обсуждены и одобрены в 1983 - 1995г. на заседаниях кафедры горных машин, кафедры эксплуатации горного оборудования и торфяных машин, научно-технических конференциях Уральского горного института, отдела "добычи фрезерного торфа ВНИИТП, СКБ Ивторфмаша. СКБ Инсторфа Беларуси, международном симпозиуме Торная техника на пороге XXI века", совещаниях в техотделах горных предприятий.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 33 работы, в том числе 1 учебное пособие, 1 обзорная информация, 13 авторских свидетельств на изобретения.
ОБЬЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введе-
ния, шести глав, заключения и содержит 222 стр. машинописного текста. 62 рис., списка использованной литературы из 178 наименований и приложений.