Синтез вариантов схемных решений трансмиссии геохода с волновой передачей

© В.В. Аксенов, В.Ю. Тимофеев, 2013

УДК 622.232.7

В.В. Аксенов, В.Ю. Тимофеев

СИНТЕЗ ВАРИАНТОВ СХЕМНЫХ РЕШЕНИЙ ТРАНСМИССИИ ГЕОХОДА С ВОЛНОВОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ

Разработаны варианты схемных решений волновой передачи с промежуточными тепами качения применительно к трансмиссии геохода. Проведен качественный анализ по критериям соответствия разработанных вариантов требованиям, предъявляемым к трансмиссии геохода.

Ключевые слова: трансмиссия геохода, схемное решение, волновая передача с промежуточными телами качения.

В настоящее время группой ученых ведутся работы по разработке геохода нового технического уровня, поэтому разработка вариантов конструктивных решений геохода и его систем, а также методик их расчета является актуальной научно-практической задачей [1]. На сегодняшний день выработаны требования ко всем основным системам геохода [2].

Одной из основных систем 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 [3].

Одним из вариантов конструктивного решения предполагает использование волновой передачи с промежуточными телами качения (ВППТК) в трансмиссии геохода [4]. В существующих решениях трансмиссии геохода в качестве привода используются гидроцилиндры, расположенные по хордам окружности корпуса геохода. Такое техническое решение имеет ряд существенных недостатков, таких как: неравномерность вращения, существенная нагрузка на корпус в местах крепления гидроцилиндров [5]. Применение же механической передачи перспективно т.к. повышается плавность работы, снижаются динамические нагрузки на корпус геохода, упрощается конструкция самой трансмиссии.

На базе разработанного схемного решения всего привода геохода и двух базовых схем использования ВППТК в приводе [6] возникает необходимость разработать варианты схемных решений трансмиссии геохода.

Для создания ряда схемных решений введём в базовые схемы функционально-конструктивный элемент - опоры качения. Опоры качения функционально необходимо и конструктивно возможно установить в контакте между элементами трансмиссии и геохода. Размещение опор качения позволит заменить в реальных конструкциях трение скольжения на трение качения, обеспечит их взаимное вращение и более равномерно распределит возникающие на сепараторе нагрузки. Ряд схемных решений представлен в табл. 1.

Схема 1-1 является наиболее простой из схем с сепаратором в качестве выходного звена. Недостатком схемы является меньшее на единицу передаточное отношение, по сравнению со схемами у которых в качестве выходного звена зубчатый венец. Наличие одной опоры между генератором волн сепаратором приводит к несимметричному нагружению сепаратора передачи.

В схеме 1-2 устранен недостаток схемы 1-1, однако, наличие двух опор качения под сепаратором увеличивает габарит передачи.

В схеме 1-3 устранены недостатки схем 1-1 и 1-2. Опоры качения расположены друг под другом, между генератором волн и сепаратором и генератором волн и стабилизирующей секцией, и соответственно усилия передается на неподвижную стабилизирующую секцию.

В схеме 2-1 выходным звеном является зубчатый венец, который соединен с головной секцией. Преимущество такой конструкции это большее на единицу, по сравнению со схемами 1-1, 1-2, 1-3, передаточное отношение передачи.

Недостатки схемы 2-1 это, при прочих равных условиях, наличие опор качения между внешней поверхностью венца и внутренней поверхностью уменьшает радиальные размеры свободного пространства в районе оси вращения, по сравнению с предыдущими схемами. Также отсутствие опор качения между генератором волн и сепаратором приводит к консольному расположению генератора в передаче.

Таблица 1

Синтез схемных решений трансмиссии геохода с ВППТК

Конструктивная схема Схема 1-1

А 5 4 7 3 Б~Б 2 6

Выходным звеном является сепаратор 4, который соединен головной секцией 1. Вращение передается через ролики 6. Опоры качения 9 установлены между генератором волн 5 и сепаратором 4, генератором волн 5 и стабилизирующей секцией 3. Зубчатый венец 2 расположен в стабилизирующей секции 3. Источник механической энергии - двигатель 7

Продолжение таблицы 1

Схема 1-2

Выходным звеном является сепаратор 4, который соединен с головной секцией 1. Вращение передается через ролики 6. Опоры качения 9 установлены между генератором волн 5 и сепаратором 4. Зубчатый венец 2 расположен в стабилизирующей секции 3. Источник механической энергии - двигатель 7

Схема 1-3

Продол?кение таблицы 1

6-5

5 2 6

Выходным звеном является сепаратор 4, который соединен с головной секцией 1. Вращение передается через ролики 6. Опоры качения 9 установлены между генератором волн 5 и сепаратором 4, генератором волн 5 и стабилизирующей секцией 3. Зубчатый венец 2 расположен в стабилизирующей секции 3. Источник механической энергии - двигатель 7

Продолжение таблицы 1

Выходным звеном является зубчатый венец 2, который соединен с головной секцией 1. Вращение передается через ролики 6. Опоры качения 9 установлены между зубчатым венцом 2 и стабилизирующей секцией 3. Сепаратор 4 соединен со стабилизирующей секцией 3. Источник механической энергии - двигатель 7

Схема 2-2

А-А

Продолжение таблицы 1

Выходным звеном является зубчатый венец 2, который соединен с головной секцией 1. Вращение передается через ролики 6. Опоры качения 9 установлены между зубчатым венцом 2 и стабилизирующей секцией 3, между генератором волн 5 и сепаратором 4. Источник механической энергии двигатель 7.

Выходным звеном является зубчатый венец 2, который соединен с головной секцией 1. Вращение передается через ролики 6. Опоры качения 9 установлены между генератором волн 5 и головной секцией 1, между генератором волн 5 и сепаратором 4, который соединен со стабилизирующей секцией 3. Источник механической энергии - двигатель 7

Схема 2-3

А-А

Продолжение таблицы 1

5-5 2 5

Схема 2-4

Продолжение таблицы 1

8 3

Б —1 —Л 1 Г г

1

\ 1

йжшА

ей»

1

/ /

А-А

Б-Б

2 5

Выходным звеном является зубчатый венец 2, который соединен с головной секцией 1. Вращение передается через ролики 6. Опоры качения 9 установлены между генератором волн 5 и сепаратором 4 с одной стороны, и между генератором волн 5 и сепаратором 4, который соединен со стабилизирующей секцией 3 с другой стороны. Опоры качения 9 установлены между сепаратором 4 и головной секцией 1. Источник механической энергии - двигатель 7

8 3

Схема 2-5

Продолжение таблицы 1

^ 1Л

Выходным звеном является зубчатый венец 2, который соединен с головной секцией 1. Вращение передается через ролики 6. Опоры качения 9 установлены между генератором волн 5 и сепаратором 4 с одной стороны. Опоры качения 9 установлены между сепаратором 4 и головной секцией 1. Источник механической энергии - двигатель 7

В схеме 2-2 выходным звеном является зубчатый венец, который соединен с головной секцией. В схеме 2-2 имеется попытка устранить недостатки схемы 2-1, т.е. введены опоры качения между генератором волн и внутренней поверхностью сепаратора. Данные опоры решают проблему консольного расположения генератора волн, однако, размещение этих опор еще более уменьшит размеры свободного пространства в районе оси вращения по сравнению со схемой 2-1.

В схеме 2-3 выходным звеном является зубчатый венец, который выполнен на внутренней поверхности головной секцией. Такое решение позволяет увеличить радиальные размеры свободного пространства в районе оси вращения по сравнению со схемами 2-1 и 2-2. Также данная схема обеспечивает большее на единицу передаточное отношение по сравнению со схемами 1-1, 1-2 и 1-3. Недостатком данной схемы является консольное расположение сепаратора, что снижает нагрузочную способность передачи.

В схеме 2-4 выходным звеном является венец, который также как и в схеме 2-3 выполнен на внутренней поверхности головной секцией. Опоры качения установлены между венцом (головной секцией) и сепаратором, а также между генератором волн и стабилизирующей секцией. Такая схема позволит устранить консольное расположение сепаратора как на схеме 2-3. Однако расположение опор качения в два ряда уменьшает радиальные размеры свободного пространства в районе оси вращения, а расположение опоры между генератором и стабилизирующей секцией создает несимметричную нагрузку на сепаратор передачи.

В схеме 2-5 устранен недостаток несимметричной нагрузки на сепаратор, однако, радиальные размеры свободного пространства в районе оси вращения не увеличились по сравнению со схемой 2-4, они меньше чем на схеме 2-3.

Для определения соответствия разработанных схемных решений требованиям, предъявляемым к трансмиссии геохода [7], проведен качественный анализ схемных решений (табл. 1).

Таблица 2

Анализ схемных решений трансмиссии геохода с ВППТК

Номер компоновки Обеспечение крутящего момента Свободное пространства внутри агрегата Нагрузка на сепаратор Обеспечение требуемой производительности Единая конст руктивная база Итого

Схема 1-1 + + + + - + + + 7 +

Схема 1-2 + + + + - + + + 7 +

Схема 1-3 + + + + + + + 7 +

Схема 2-1 + + - + + + + + 7 +

Схема 2-2 + + - + + + + + 7 +

Схема 2-3 + + + + + + + + + 9 +

Схема 2-4 + + + - + + + + 7 +

Схема 2-5 + + + + + + + + 8 +

В таблице используются обозначения: ++ - целесообразность применения данной схемы для соответствия данному критерию; + - возможность применения данной схемы для соответствия данному критерию; — затруднительность применения данной схемы для соответствия данному критерию.

На основании качественного анализа наиболее соответствует основным критериям схема 2-3. Данное схемное решение обладает признаками новизны по признаку компоновки ВППТК и использования ее в качестве привода геохода [8]. Также схемное решение 2-3 создает предпосылки для получения необходимого пространства внутри геохода, что в настоящее время является одним их приоритетных критериев.

Полученные результаты достигнуты в ходе реализации комплексного проекта при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ. Договор №02.025.31.0076.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Геовинчестерная технология и геоходы - инновационный подход к освоению подземного пространства. // Аксенов В.В., Ефременков

A.Б. - Эксперт техника, информационно-аналитический журнал, 2008-№1, С. 54-58.

2. Формирование требований к основным системам геохода // Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Садовец В.Ю., Блащук М.Ю., Бегляков

B.Ю., Тимофеев В.Ю. - Перспективы развития горно-транспортных машин и оборудования: Сборник статей. Отдельный выпуск Горного информационного аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). - 2009. - 10. - 432. - М.: Издательство «Горная книга» (Горный инженер). С. 107-118.

3. 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.

4. Обзор волновых передач возможных к применению в трансмиссии геохода // Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Блащук М.Ю., Тимофеев В.Ю. Горное машиностроение: Труды VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала) Mining Informational and analitical Bulletin (scientific and tecnical journal). - 2010. - №OB3 - 464 c. - M.: издательство «Горная книга». С. 137-149.

5. Разработка и анализ возможных вариантов гидропривода в трансмиссии геохода // Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Блащук М.Ю., Тимофеев В.Ю. Горное машиностроение: Труды VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала) Mining Informational and analitical Bulletin

(scientific and tecnical journal). - 2010. - №OB3 - 464 c. - M.: издательство «Горная книга». С. 184-194.

6. Создание схемного решения привода геохода с волновой передачей с промежуточными телами качения с полым валом // Аксенов В.В., Тимофеев В.Ю. Вестник КузГТУ. 2012. № 6. С. 41-44.

7. Разработка требований к трансмиссии геоходов // «Известия ВУЗов. Горный журнал». - 2009. - №8. С. 101-103.

8. Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Тимофеев В.Ю., Бегляков В.Ю., Блашук М.Ю. Проходческий щитовой агрегат (геоход) // Патент России № 2418950. 2011. Бюл. № 14. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Аксенов Владимир Валерьевич - доктор технических наук, профессор кафедры горно-шахтного оборудования Юргинского технологического института (филиала) ТПУ, г. Юрга, заведующий лабораторией угольной геотехники Института угля СО РАН, г. Кемерово, v.aksenov@icc.kemsc.ru Тимофеев Вадим Юрьевич - кандидат технических наук, младший научный сотрудник, доцент, e-mail: tv.ytitpu@gmail.com Юргинский технологический институт НИ ТПУ, г. Юрга.