Введение к работе
Актуальность работы. Секционные ребристые панели нашли широкое применение в технике в качестве несущего узла из-за их высокой жесткости и малой металлоемкости. В частности, в виде секционных панелей выполняются опорные плиты опорно-передвижных устройств технологических машин, таких как экскаватор шагающего типа и машина, воспринимающая горное давление -механизированная шахтная крепь. Вследствие особенностей условий работы (безотрывное скольжение по грунтовому основанию) рабочая поверхность опорной секционной плиты, находящаяся в контакте с грунтом, подвергается интенсивному изнашиванию, что приводит к утонению несущего листа.
Характер деформирования и картина износа рабочей поверхности ребристого короба секционной плиты не согласуется с известными моделями. Перераспределение контактных давлений вследствие местной деформации в области примыкания вертикальных ребер жесткости повышает интенсивность локального изнашивания и приводит к росту напряжений от местного изгиба, что может привести к выходу из строя опорной плиты.
Поскольку долговечность технологической машины закладывается на стадии проектирования, то повышение ее технико-экономических показателей напрямую связано с совершенствованием расчетных методов. Несмотря на большое количество исследований, отечественные машины имеют более низкие эксплуатационные показатели, чем их зарубежные аналоги. Объясняется это целым рядом причин, в том числе недостаточным развитием комплексного метода расчета несущих конструкций машины, включающего вопросы прочности, устойчивости и оценки ресурса на стадии проектирования.
Прогнозирование параметров долговечности машины или определение ее остаточного ресурса неизбежно связано с проведением прочностных расчетов, нормативная база которых в настоящее время в этой части недостаточно отражает накопленный экспериментальный и научный материал, современное понимание процессов разрушения. Это обусловлено сложностью процессов, определяющих ресурс технологической машины. Изменение технологии проектирования, связанное в основном с развитием вычислительных методов и средств, позволяет отказаться от многих упрощений, приближая расчетные модели к реальным процессам физико-механического разрушения.
В то же время в машиностроении до сих пор отсутствуют методы, позволяющие оценивать и прогнозировать статическую прочность, долговечность и остаточный ресурс, оценивая при этом различные варианты конструктивно-технологического исполнения элементов и узлов. Решение этих вопросов представляет собой актуальную задачу.
Целью диссертации является повышение точности оценки ресурса секционных плит опорно-передвижных устройств технологических-машин.
Методы исследования - комплексные, включаюищеої№**(Й*Лфханики деформируемого твёрдого тела для установа«иЛ*10Т;й&номег>ностей
формирования нагрузок на элементы машины и анализа напряженно-деформированного состояния, численные методы решения дифференциальной краевой задачи, элементы теории размерностей и программирование на ПЭВМ.
Достоверность научных положений, выводов базируется на предварительном анализе современного состояния методов расчёта технологических машин на прочность, жёсткость, применении современных математических методов с использованием ПЭВМ, привлечении для построения моделей экспериментальных данных, а также внедрением результатов работы в промышленность.
На защиту выносятся:
основные закономерности процесса износа опорных устройств технологических машин с секционными панелями, полученные на основе системного подхода;
математическая модель ребристой плиты на упругом основании при произвольных условиях нагружения, устанавливающая взаимосвязь между параметрами вектора напряженно-деформированного состояния, условиями нагружения и закрепления;
модель накопления износа опорной плиты в функции числа рабочих циклов, учитывающая влияние утонения листа на изменение общей просадки плиты под нагрузкой;
результаты исследования влияния на ресурс опорно-передвижного устройства трения в шарнирах удерживающей рычажной системы и неравномерного упругого деформирования рабочей поверхности секционной плиты.
Научная новизна работы заключается в:
установлении на основе системного подхода основных закономерностей процесса механического изнашивания опорно-передвижных устройств технологических машин с секционными панелями;
учете деформируемости секций под действием грунтового основания при разработке математической модели износа опорных устройств с трехсекционными панелями;
способе учета влияния утонения контактирующей с грунтом части опорной плиты при изнашивании на постепенное увеличение ее общей просадки;
модернизации классической методики определения ресурса опорных плит опорно-передвижных устройств по критерию износа путем учета деформируемости опорного листа панели и трения в шарнирах удерживающей рычажной системы и накопления износа.
Практическое значение работы состоит в разработке метода расчета ребристой плиты при произвольных условиях нафужения, оценки ее износа при перемещении по фунтовому основанию и определении срока ее службы, повышающего точность прогнозирования ресурса на 7%; в создании возможности проектирования опорно-передвижных устройств технологических
пи «К
машин с заданными показателями надежности; разработке пакета прикладных программ.
Реализация работы. Полученные в ходе выполнения работы расчетные методики и результаты использованы в качестве примеров в лекционных курсах кафедры, приняты к внедрению в ЗАО «Тулажелдормаш», г. Тула.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры "Подъёмно-транспортные машины и оборудование" Тульского государственного университета, на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 1998 - 2002 г.г.), на Московской межвузовской научно-технической конференции студентов и молодых ученых подъемно-транспортной техники (г. Москва, 2000 г.), международной научно-практической конференции «Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике» (Южно-российский государственный технический университет, г. Новочеркасск, 2001г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы лично и в соавторстве 5 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (94 наименования), двух приложений (на 19 страницах). Объем работы - 117 страниц, в том числе 30 рисунков и таблиц.
