Разработка схемного решения привода геохода с волновой передачей с промежуточными телами качения

© В.В. Аксенов, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блашук, 2012

В.В. Аксенов, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блашук

РАЗРАБОТКА СХЕМНОГО РЕШЕНИЯ ПРИВОДА ГЕОХОДА С ВОЛНОВОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ТЕЛАМИ КАЧЕНИЯ

Приведены схемные решения волновой передачи с промежуточными тепами качения. Разработана компоновка электродвигателя и схемное решение привода в геоходе. Обоснованы преимущества полученного схемного решения.

Ключевые слова: геовинчестерная технология, геоход, трансмиссия, волновая передача с промежуточными телами качения, схемное решение.

Существующее горнопроходческое оборудование (проходческие комбайны и щиты) накопило в своем развитии ряд существенных недостатков, основные из которых это:

• создание тяговых и напорных усилий происходит за счет массы проходческого оборудования;

• большая металлоемкость оборудования (масса проходческих комбайнов достигает сотен тонн, а проходческих щитов с оборудованием — сотен тысяч тонн);

• ограниченность применения по углам наклона проводимой выработки;

• сложность создание постоянного по времени напорного усилия для обеспечения устойчивости забоя;

• сложности при эксплуатации одного и того же оборудования в разных горно-геологических условиях.

Одним из перспективных направлений в решении проблемы проведения горизонтальных и наклонных выработок является геовинчестерная технология, базовым агрегатом которой является геоход — аппарат, движущийся в подземном пространстве с использованием геосреды [1]. Основной системой геохода является его трансмиссия, так как именно трансмиссия создает необходимый вращающий момент и тяговое усилие на внешнем движителе, обеспечивает скоростные параметры его перемещения и напорное усилие на исполнительном органе [2].

В экспериментальных образцах геоходов роль трансмиссии выполняли гидроцилиндры, расположенные по хордам окруж-

ности оболочки геохода. Такое решение имеет существенные недостатки:

• цикличность продвижения геохода;

• сложность синхронизации действия всех гидроцилиндров;

• перекос штока и поршня в цилиндре вследствие продвижения вперед головной секции;

• большие нагрузки и как следствие большие напряжения в местах присоединения проушин крепления гидроцилиндров к оболочке секции;

• закрутка рукавов высокого давления в процессе вращения головной секции снижает безопасность данного типа привода.

Данные недостатки создают значительные сложности при выборе гидроцилиндров в качестве трансмиссии геоходов нового поколения [2]. На основании этого разработаны требования к трансмиссии геохода нового поколения [3].

Анализ применимости различных вариантов схемных решений гидропривода в трансмиссии геохода показал, что в настоящее время гидропривод не соответствует новым требованиям, предъявляемым к трансмиссии и приводу [4], что создает предпосылки для применения механической передачи в трансмиссии геохода нового поколения [5].

Применение механических передач, традиционно используемых в трансмиссиях горных машин (зубчатые эвольвентные, червячные, планетарные), затруднено в виду того, что при необходимых для движения геохода вращающих моментах, габариты передач будут сопоставимы с размерами секций геохода [6]. Это не соответствует требованию по обеспечению свободного пространства внутри геохода. Также в качестве недостатков стоит отметить значительное усложнение конструкций передач, а как следствие и снижение их надежности, и также значительная металлоемкость [6].

В последнее время получают распространение (в том числе и в трансмиссиях горных машин) механизмы с относительно новой механической передачей — волновой передачей с промежуточными телами качения (ВППТК). Данная передача обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с передачами, традиционно используемыми в трансмиссиях горных машин: большие предаваемые вращающие моменты, большие передаточные числа, меньшая металлоемкость [7].

Компоновка и принцип работы данной механической передачи обеспечивает возможность ее адаптации в качестве трансмиссии геохода [8].

Компоновочное решение ВППТК, разработанное для применения в трансмиссии геохода, в зависимости от выходного звена передачи имеет два базовых схемных решения в трансмиссии геохода (табл. 1).

Схема 1 с выходным звеном ВППТК — сепаратором. Головная секция 1 соединена с сепаратором 4. На внутренней поверхности стабилизирующей секции 3 размещен зубчатый венец 2. Вращение в передаче передается от эксцентрикового генератора волн 5 через промежуточные тела качения (ролики) 6 на сепаратор 4 (таблица 1).

Схема 2 с выходным звеном ВППТК — зубчатым венцом. Включает в себя головную секцию 1, с размещенным на ее внутренней поверхности зубчатым венцом 2. Стабилизирующая секция 3 соединена с сепаратором 4. Вращение в передаче передается от эксцентрикового генератора волн 5 через промежуточные тела качения (ролики) 6 на зубчатый венец 2 (табл. 1).

Наличие нового функционально-конструктивного элемента — полого вала в ВППТК создает возможность для обеспечения необходимого свободного пространства внутри геохода.

Разработанные базовые схемные решения передачи позволят разработать схемное решение всего привода, которое увязывает расположение редуктора, двигателя и секций геохода. В виду сопряженности трансмиссии с ВППТК и двигателя и расположения их на единой конструктивной базе геохода, то к двигателю следует применять те же требования что и к трансмиссии геохода нового поколения [3]. Поэтому двигатель в приводе рационально разместить по аналогии с ВППТК, т.е. разместить его элементы двигателя по периферии секции геохода. Это обеспечило бы свободное пространство в центре геохода для размещения оборудования для удаления отбитой горной породы и доступа к обслуживанию ИО.

Такой вариант схемного решения двигателя возможен при использовании электродвигателей, у которых компоновка аналогична компоновки электродвигателей, применяемых в приводах крупногабаритных мельниц измельчения полезных ископаемых или обогащения руд с безредукторным приводом [9].

7 Таблица 1 о

Базовые схемные решения трансмиссии геохода с ВППТК

Обший вид применения ВППТК в трансмиссии геохода

Схема применения ВППТК в трансмиссии геохода

Схема 1 — С неподвижным венцом

Рис. 1. Общий вид мельницы мокрого полусамоизмельчения с без-редукторным приводом ММПС 70-70 и схема электродвигателя: 1 —

статор, 2 — ротор, 3 — фланец ротора, 4 — приводной фланец

На рис. 1, а, в качестве примера компоновки, показана мельница мокрого полусамоизмельчения с безредукторным приводом и схема расположения элементов электродвигателя мельницы (рис. 1, б).

Так называемый «кольцевой» или «опоясывающий» электродвигатель, размещенный по внутренней окружности цилиндрической оболочки, дает возможность компоновки двигателя и привода вне оси вращения геохода. Двигатель представляет собой крупногабаритный синхронный электромотор. Полюса двигателя монтируются непосредственно на опорном фланце

Рис. 2. Компоновка электродвигателя в приводе двухсекционного геохода

Рис. 3. Схемное решение привода геохода с ВПТТК: 1 — стабилизирующая секция, 2 — электродвигатель, 3 — редуктор с ВППТК, 4 — генератор волн, 5 — головная

кожуха мельницы. Таким образом, корпус мельницы является ротором 2. Сама мельница является статором безредукторного двигателя 1. Фланец ротора 3 и фланец приводной 4 — конструктивное исполнение выходного звена двигателя.

Данная конструкция электродвигателя обеспечивает возможность размещения элементов двигателя по периферии стабилизирующей секции геохода. При этом выходным элементом будет являться фланец ротора, который в свою очередь будет являться входным звеном для ВППТК и будет соединен с генератором волн с полым валом (рис. 2).

Схемное решение привода двухсекционного геохода предполагает синтез схемных решений ВППТК и электропривода (рис. 3).

Данная компоновка предполагает размещение электропривода в стабилизирующей секции 1 . Крутящий момент от электродвигателя 2 передается на редуктор с ВППТК 3 через генератор волн 4.

Преимущества схемного решения: данная компоновка обеспечивается требование непрерывности вращения за счет использования механической передачи в трансмиссии, соответственно более равномерное нагружение оболочки головной секции, такая компоновка обеспечит максимальное использование периферийного пространства стабилизирующей секции, следовательно, обеспечит максимальное свободное пространство в районе оси вращения. Также компоновка по сравнению с гидроприводом гораздо проще обеспечивает реверс движения за счет изменения направления вращения двигателя.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Геовинчестерная технология и геоходы — инновационный подход к освоению подземного пространства / Аксенов В.В., Ефременков А.Б. — Эксперт техника», информационно-аналитический журнал, 2008-№1, С. 5458.

2. Обоснование необходимости разработки трансмиссии геоходов / Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Тимофеев В.Ю., Блащук М.Ю. — Журнал. // Вестник КузГТУ. 2009. № 3. С. 24 -27.

3. Формирование требований к основным системам геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Садовец, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук, В.Ю. Бегляков // Горный информационный аналитический бюллетень. Перспективы развития горно-транспортных машин и оборудования / Москва, МГГУ, 2009 — ОВ №10. С. 107-118.

4. Разработка и анализ возможных вариантов гидро- и электропривода в трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Вестник КузГТУ/ Кемерово, 2010 — № 3. С. 7-14.

5. Анализ возможных вариантов электропривода и механических передач в трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2010 — ОВ №3. С. 154-163.

6. К вопросу о применении редукторного привода в трансмиссии агрегата для проведения аварийно-спасательных выработок (геохода) / В.В. Аксенов, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев, В.Ф. Горбунов // Горный информационный аналитический бюллетень. Промышленная безопасность и охрана труда на предприятиях топливно-энергетического комплекса / Москва, МГГУ, 2011 — ОВ №9. С. 25-36.

7. Панкратов Э.Н. Проектирование механических систем автоматизированных комплексов для механообрабатывающего производства: Практикум лидера-проектировщика. — Томск: изд-во Том. Ун-та, 1998. — 295с.

8. Обзор волновых передач возможных к применению в трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2010 — ОВ №3. С. 137-149.

9. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы: в 2-х т.: Т.1. — Под. ред. Богданов О.С. — М.: Недра, 1982. — 367 с. НЗШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Аксенов Владимир Валерьевич — доктор технических наук, профессор Юр-гинского технологического института (филиала) ТПУ, зав. лабораторией угольной геотехники Института угля СО РАН, е-mail: v.aksenov@icc.kemsc.ru, Тимофеев Вадим Юрьевич — старший преподаватель Юргинского технологического института Национального исследовательского Томского политехнического университета, младший научный сотрудник лаборатории угольной геотехники Института угля СО РАН, e-mail: tv-ytitpu@mail.ru, Блащук Михаил Юрьевич — старший преподаватель Юргинского технологического института (филиала) ТПУ, младший научный сотрудник лаборатории угольной геотехники Института угля СО РАН, е-mail: mby.tpu@gmail.com.