Повышение ресурса механизма перемещения очистного комбайна

      Зависимость величины рассогласования крутящих моментов на двигателе от скорости перемещения комбайна представлена на рисунке 3.7 

      

      Рисунок 3.6 – Зависимость рассогласования крутящих моментов

           от  скорости подачи 

       3.3 Результаты математического моделирования  системы перемещения комбайна  в реальных условиях эксплуатации очистного комбайна УКД400

    Комбайн УКД400 эксплуатируется на ОП «Шахта «Красный партизан» ГП «Свердловантрацит». Очистной комбайн применен для комплектации 77 западной лавы пласта k₅¹ в следующих горно-геологических условиях (таблица 3.3). Пласт содержит твердые включения, не опасен по газу и пыли. Мощность прослойка составляет 0,08 м. Крепость прослойка по шкале М.М. Протодъяконова 4-5.

    Таблица 3.3 – Горно-геологические условия

 

       В реальных условиях эксплуатации следует  учитывать влияние как внешних факторов (угол падения пласта, крепость пород и т.д.), так и взаимодействие с другими подсистемами комбайна (корпусная, привода исполнительного органа и пр.).

      На  основании вышеприведенной математической модели (раздел 2) рабочего процесса двухдвижительного механизма перемещения комбайна УКД400 с учетом горно-геологических условий эксплуатации были получены следующие результаты (таблица 3.4)

      Таблица 3.4 – Результаты моделирования

 

      Зависимость тягового усилия подачи от скорости перемещения  комбайна приведена на рисунке 3.8

Рисунок 3.7 – Зависимость тягового усилия от скорости перемещения комбайна

      Полученные  результаты позволяют сделать вывод  о том, что в реальных условиях работы в режиме разрушения угля комбайн  УКД400 развивает тяговое усилие, соответствующее номинальной нагрузке двигателя привода перемещения комбайна (см. таблицу 3.1) при скорости 6 м/мин. Таким образом, комбайн в этих условиях будет работать со скоростью не более 6 м/мин. Рассогласование крутящих моментов будет также соответствовать этой скорости (см. рисунок 3.6) и составит: для примененного движителя УКД400 – 108 Нм, для движителя с циклоидальным профилем зубьев колеса – 15 Нм (при номинальном моменте двигателя 295 Нм)

 

       4 Исследование процесса  износа  движителей

     механизма перемещения очистных комбайнов 

     4.1 Моделирование процесса изнашивания  двухэлементного движителя механизма перемещения очистного комбайна

     При моделировании износа элементов  движителя механизма перемещения  приняты следующие допущения:

     - износ в контактной точке двух  контактирующих профилей прямо  пропорционален пути скольжения точки контакта по этим телам и обратно пропорционален твердости контактной поверхности;

     - контакт профилей происходит  по всей ширине зуба колеса  движителя;

     - влиянием температуры зон трения  металлов на интенсивность процессов  изнашивания пренебрегаем.

     В работающем зацеплении создаются переменные условия взаимодействия профилей. Скорость относительного скольжения (и, соответственно, пути взаимного проскальзывания) изменяется от нуля в полюсе зацепления до максимального значения при контакте ножки и головки сопряженных зубьев. Поскольку радиус кривизны в пределах профиля переменен, то и контактные напряжения изменяются в пределах профиля.

     Для анализа взаимодействия контактирующих профилей и описания процесса  изнашивания рабочего профиля колеса движителя разобьем его на несколько узловых точек, связанных зависимостью, в качестве аргумента которой будем использовать угловой шаг (рисунок 4.1) 

            (4.1) 

     где  n – число точек разбиения профиля (чем больше эта величина, тем более точно моделирование процесса изнашивания);

     

     Рисунок 4.1 – Расчетная схема к определению  износа зубчатого колеса движителя механизма перемещения очистного комбайна   

      Как показала практика дефектирования деталей  горных машин, основным видом изнашивания  пары «зубчатое колесо-рейка» в движителе механизма перемещения очистного комбайна является абразивное [21].

     Линейный  износ детали, h(τ) за наработку τ определяется как изменение ее линейного размера, измеренного по направлению нормали к поверхности трения.

     Опыт  моделирования изнашивания привел к созданию полуэмпирических выражений, которые в настоящее время составляют основную расчетную базу для оценки изнашивания. Это связано, во-первых, с достаточной простотой использования полученных зависимостей и, во-вторых, с возможностью количественной оценки износа.

     В работающем зацеплении создаются переменные условия взаимодействия зубьев в  пределах их профилей. В соответствии с законом абразивного изнашивания [18] линейный износ профиля зуба, h, мм, за один цикл зацепления выражается

             (4.2) 

     где  K' – коэффициент, характеризующий износостойкость материала, МПа^-1;

     р_ср – среднее удельное давление в зацеплении, МПа;

      - путь трения, проходимый точками  контакта зубьев за один оборот зубчатого колеса.

      Путь  трения на контактной площадке П_к определяется по формуле 

            (4.3) 

      где V_ск – скорость скольжения в точке контакта, м/мин;

            Δt – время, с

     Среднее давление на контактной площадке определяется как отношение нормальной силы F_n, передаваемой зубом к площади контактной полоски (рисунок 4.2)

             (4.4) 

     где b – ширина зубчатого венца;

     с -  ширина площадки контакта по Герцу.

Рисунок 4.2 – Площадка контакта взаимодействующих  поверхностей  

     Формула полуширины полоски контакта элементов  движителя в случае контакта стальных тел с коэффициентом Пуассона ν = 0,3 имеет вид [29] 

           (4.5)

     где  Е_пр – приведенный модуль упругости материала;

           ρ_пр – приведенный радиус кривизны профилей в контактной точке. 

     Для определения нормальной силы и скорости скольжения, проходимого точками  контакта зубьев за один оборот зубчатого  колеса используется программный пакет автоматизированного проектирования. Для этого создается имитация движения сборки с учетом кинематических и силовых факторов.

     Осложняющей особенностью рассмотренного расчета  на износ является наличие в расчетных зависимостях коэффициента износостойкости K', значения которого могут устанавливаться только экспериментально [18] (см. раздел 4.2).

     Таким образом, алгоритм определения линейного  износа следующий:

     1) Разобьем рабочий профиль колеса  на несколько узловых точек  (рисунок 4.1).

     2) В каждой рассматриваемой точке  определяем нормальную силу, действующую в контакте, скорость скольжения профилей, радиус кривизны контактирующих профилей.

     3) По формулам 4.2-4.6 определяем линейный  износ зуба за один оборот  колеса.

     4) Разбиваем весь период эксплуатации  на m периодов.

     5) Определяем число оборотов колеса  за один период

     6) В каждой рассматриваемой точке определяем линейный износ за расчетный период.

     7) На исходном профиле колеса  по направлению нормали откладываем  полученные отрезки, равные линейному износу в каждой рассматриваемой точке.

     8) Получаем новый профиль колеса, соответствующий изношенному.

     9) Повторяем пункты 1 – 8 до достижения  критического значения линейного износа. 

     4.2 Определение коэффициента износостойкости  материала элементов двухэлементного движителя механизма перемещения очистного комбайна

      Исходя  из общей аналитической зависимости для расчета интенсивности изнашивания [18], K' – коэффициент, численно равный интенсивности изнашивания при единичном значении фактора (в нашем случае это удельное давление на контактной площадке, МПа) и имеющий размерность [р_ср]^-1.

      Для определения коэффициента износостойкости материала колес движителей механизма перемещения использовались фактические результаты износа цевочного колеса комбайна КДК500. Комбайн КДК500 эксплуатируется в ш/у "Садкинское", Россия.

      Блок  движителя механизма перемещения  состоит из пары зубчатых колес и  пары зубчатое колесо-рейка (рисунок 4.3). Цевочное колесо не контактирует с приводным, что позволяет использовать эту модель движителя для сравнения результатов расчета износа в паре "колесо - рейка" 

 

      Рисунок 4.3 – Блок движителя механизма  перемещения комбайна КДК500 

      Технические характеристики комбайна КДК500 приведены  в таблице 4.1

      Таблица 4.1 – Техническая характеристика комбайна КДК500