Повышение ресурса механизма перемещения очистного комбайна

 

      Условия эксплуатации комбайна КДК500 приведены  в таблице 4.2  

      Таблица 4.2 – Условия эксплуатации комбайна КДК500

 

      На  рисунке 4.2 показано изношенное колесо блока движителя механизма перемещения комбайна КДК500. На фотографии видно, что колесо, которое сопрягается с приводным колесом изношено намного больше, чем цевочное. Это объясняется тем, что в паре «шестерня-колесо» помимо абразивного износа имеет место заедание колес.  

      Рисунок 4.2 – Изношенное колесо блока движителя механизма

      перемещения очистного комбайна КДК500 

      Износ колес был измерен с помощью  исходного контура колеса и линейки (рисунок 4.3)

Рисунок 4.3 – Измерение износа цевочного колеса комбайна КДК500 

      Полученный  контур изношенного колеса показан  на рисунке 4.4.

      

 

Рисунок 4.4 – Изношенный профиль цевочного колеса комбайна КДК500

      Время эксплуатации движителя, Т_р, мин, определяется по формуле 

             (4.6)  

     где  А_р – добыча угля за время эксплуатации комбайна, т;

           А_рсут – суточная добыча угля, т;

           п_см – количество смен по добыче угля;

           t_cм – продолжительность смены, мин;

           К_м – коэффициент машинного времени. 

     За  время эксплуатации комбайна колесо движителя пройдет путь 

            (4.7) 

     где V_пср – средняя скорость подачи комбайна.

     Число оборотов колеса (циклов) за этот период составит 

       ,     (4.8)

      

     где R₂ – радиус начальной окружности колеса движителя механизма перемещения очистного комбайна.

     Среднее удельное давление находим по формуле (4.4), причем нормальная сила, действующая в контакте  

           (4.9) 

     где  Q_T – среднее тяговое усилие, Н;

           α_2-р – средний угол давления в зацеплении, рад;

     Средний коэффициент износостойкости материала  элементов движителя составляет 2,32^.10^-8 МПа^-1.

     Поверхность зубьев колес имеет цементационный слой 1,8 мм. Твердость цементационного  слоя и сердцевины неодинакова. Поэтому коэффициент износостойкости  не одинаков за весь период эксплуатации (см. рисунок 4.5). Интенсивность изнашивания обратно пропорциональна твердости материала [18, 29], поэтому 

            (4.12) 

     где  K'_ц и K'_с – коэффициент износостойкости соответственно материала цементационного слоя и сердцевины;

           HRC_ц и HRC_с – твердость соответственно цементационного слоя и сердцевины;

     

     Рисунок 4.5 – К определению коэффициента износостойкости материала 

     Из  рисунка 4.5 и формулы (4.2) можно сделать вывод, что путь трения, соответствующий износу цементационного слоя  и слоя сердцевины определяется по формулам 

             (4.13) 

     где h₁ – толщина цементационного слоя, мм.

           h₂ – общий линейный износ, мм. 

     Решая систему уравнений (4.12) и (4.13) имеем 

                 (4.14) 

            (4.15) 

     Коэффициент, характеризующий износостойкость  цементационного слоя составил 2,05^.10^-8 МПа^-1, сердцевины – 3,97^.10^-8 МПа^-1. 

     4.3 Анализ результатов расчета износа колес движителей механизма перемещения очистного комбайна

     Расчет  износа был произведен для примененного движителя механизма перемещения комбайна УКД400 и для проектируемого движителя с циклоидальным профилем.

     Условно весь период эксплуатации принимаем 500 сут. Проектная суточная добыча комбайна УКД400 – 2000 т/сут. За весь расчетный  период добыча составит 1000000 тонн. За шаг принимаем износ колеса за период добычи 100000 тонн или 50 сут.

     Расчет  линейного износа ведется для условий ОП «Шахта «Красный партизан» ГП «Свердловантрацит» (см. раздел 3.3). За сутки количество оборотов колеса (циклов) составит 1500. Для удобства расчетов принимаем допущение, что комбайн работает с номинальными нагрузками и скоростью подачи, при этом они постоянны.

      На каждом шаге расчета моделируются профили изношенных зубьев и получают новые значения исходных данных – нормальной силы в контакте, скорости скольжения профилей и радиусов кривизны. При этом учитывается, что интенсивность износа цементационного слоя отличается от интенсивности износа материала сердцевины для каждого участка профиля зуба.

      На  рисунке 4.6 показаны полученные профили зубьев колес движителей после четвертого шага расчетов. Так как износ колеса примененного движителя превысил критическое значение [2], дальнейший расчет для него не имеет смысла. Пунктиром обозначен изношенный профиль.  

 

      Рисунок 4.6 – Модель изношенных профилей колес   

      Из  рисунка 4.6 видно, что зубья с циклоидальным профилем за один и тот же период износятся в 4,5 раз меньше.  

      4.5 Определение ресурса движителя  механизма перемещения очистного  комбайна.

      Как показывает практика многолетней эксплуатации очистных комбайнов с ЖТО [2, 9, 10], ресурс движителей механизмов перемещения очистного комбайна лимитируется в первую очередь величиной износа активных (рабочих) профилей взаимодействующих элементов движителей, в первую очередь – зубчатых колес.

      В качестве критерия предельного состояния был выбран допустимый износ профиля зубчатого колеса, при котором не нарушается геометрия зацепления с рейкой движителя. Для движителей механизмов перемещения ОК характерен запас прочности на изгиб зубьев зубчатого колеса, позволяющий не терять свою изгибную прочность при максимальном линейном износе зубьев не более 6 мм [2, 11].

      На  рисунке 4.7 представлен график изменения линейного износа во времени.   

 

      Рисунок 4.7 – Изменение линейного износа колес движителей механизма перемещения очистного комбайна 

      Таким образом, применение циклоидального профиля  повысит ресурс движителя примерно в 3 раза (от 1080 до 3180 часов).  

 

       ВЫВОДЫ 

      1. Для очистных комбайнов актуальным  является повышение ресурса движителя механизма перемещения. Одним из путей решения этой проблемы является применение движителей с циклоидальным зацеплением, обеспечивающим снижение неравномерности нагрузки и износа рабочих поверхностей элементов движителя

      2. Разработана математическая модель  рабочего процесса перемещения очистного комбайна УКД400 с учетом распределения нагрузок между приводами частотно-регулируемого двухдвижительного механизма перемещения.

      В математической модели учтена особенность  очистного комбайна УКД400 которая  заключается в том, что ЖТО  располагается с забойной стороны конвейера.

      3. Применение циклоидального профиля  зубчатых колес позволяет уменьшить диапазон изменения приведенных радиусов, что обеспечивает снижение неравномерности нагрузок привода механизма перемещения. В проектируемом движителе с циклоидальным профилем зубьев диапазон изменения силового радиуса в 2,3 раза меньше по сравнению с примененным движителем и в 1,5 раза меньше по сравнению с цевочным зацеплением; диапазон изменения кинематического радиуса в 7,3 раза меньше по сравнению с примененным движителем и в 2,5 раза меньше по сравнению с цевочным зацеплением.

      4. При прохождении одним из колес  движителя стыка рейки происходит  резкое возрастание момента на  двигателе одного из приводов  перемещения очистного комбайна, с одновременным снижением момента другого привода. В дальнейшем при взаимодействии звезд с разными рейками возникает неравномерность нагрузок в приводах. Нагрузки обоих двигателей изменяются практически в противофазе. Период изменения нагрузок равен времени зацепления зуба колеса с рейкой.

      5. В качестве критерия неравномерности  распределения  нагрузки используется рассогласование крутящих моментов в приводах, которое равно максимальной разности мгновенных значений моментов. Величина рассогласования крутящих моментов зависит от скорости перемещения очистного комбайна. Рассогласование крутящих моментов в приводах при номинальной средней нагрузке двигателя (295 Нм) и средней скорости перемещения 10,5 м/мин составляет: для примененного движителя УКД400 – 188 Нм, для движителя с эвольвентным профилем зубьев колеса – 27 Нм, для движителя с циклоидальным профилем зубьев колеса – 26 Нм.

      В условиях ОП «Шахта «Красный партизан»  ГП «Свердловантрацит» в режиме разрушения угля комбайн УКД400 развивает тяговое усилие, соответствующее номинальной нагрузке двигателя привода перемещения комбайна при скорости 6 м/мин. При этом рассогласование крутящих моментов составит: для примененного движителя УКД400 – 108 Нм, для движителя с эвольвентным профилем зубьев колеса – 16 Нм, для движителя с циклоидальным профилем зубьев колеса – 15 Нм.

      6. Разработана математическая модель  и методика расчета износа  рабочих поверхностей зубьев  колеса движителя механизма перемещения  очистного комбайна с учетом неравномерности распределения нагрузки и скорости скольжения по длине зуба, а также наличия цементационного слоя повышенной износостойкости. Расчетное значение износа зубьев с циклоидальным профилем в 4,5 раза меньше чем значения износа для зубьев примененного движителя комбайна УКД400.

      Предложена  новая методика определения коэффициента, характеризующего износ зубьев с поверхностным упрочнением по результатам измерений износа, полученного в процессе эксплуатации. По результатам расчетов для колес двухэлементного движителя интенсивность изнашивания цементационного слоя составила 2,05^.10^-8, интенсивность износа сердцевины – 3,97^.10^-8

      7. Применение циклоидального профиля  в зацеплении «колесо-рейка» обеспечивает  повышение расчетного ресурса движителя механизма перемещения очистного комбайна примерно в 3 раза.