Разработка обобщенной динамической модели и получение уравнений движения цепного рабочего органа камнерезных машин

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070

оборудования, характеристики которых удовлетворяют требованиям ИМО и эффективное использование этого оборудования применительно к конкретной навигационной ситуации.

Определение «профилактика» относится к источникам ЧС антропогенного характера. При рассмотрении судна, как управляемого подвижного объекта, таковым, в первую очередь, является навигационная авария, антропогенный характер которого определяется влиянием человеческого фактора на навигационную безопасность судна. В таком случае недопущение и устранение предпосылок навигационной аварии как источника ЧС обеспечивается надлежащей (т.е. соответствующей Кодексу ПДНВ) подготовкой штурманского состава судна. Вместе с тем, кроме приобретения знаний, умений и навыков судоводитель должен проходить психологическую подготовку, а его психологическая устойчивость и адекватность поведения в конкретных навигационных ситуациях должны подлежать постоянному мониторингу.

Кроме этого к профилактике необходимо также отнести меры по техническому и непосредственному контролю дееспособности вахтенного помощника капитана и экстремальности ситуации непосредственно при несении ходовой навигационной вахты с целью своевременной инициации мероприятий по недопущению навигационной аварии.

Таким образом, под предупреждением чрезвычайных ситуаций при эксплуатации морского судна как управляемого подвижного объекта необходимо считать комплекс заблаговременных организационных, инженерно-технических и иных мер по подготовке, профилактике и предотвращению ЧС (в представленном выше смысле), направленных на уменьшение вероятности возникновения чрезвычайной ситуации и на элиминацию угроз экипажу, судну, грузу и окружающей среде. Список использованной литературы

1. ГОСТ Р 22.0.02-94. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Термины и определения основных понятий. - Введ. 22.12.94. - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2000. - 16 с.

2. Федеральный закон от 21.12.1994 N 68-ФЗ (ред. от 23.06.2016) «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» // «Собрание законодательства РФ», 26.12.1994, N 35, ст. 3648.

3. Наставление по организации штурманской службы на морских судах флота рыбно промышленности СССР (НШСР-86). - Л.: Транспорт, 1987. - 136 с.

4. Ермаков С.В. Анализ системы «судоводитель в ситуации» / С.В. Ермаков // Вестник МГТУ. - 2013. - Том 16. №4. - С. 699-703.

5. Ермаков С.В. Концепция матрицы экстремальности / С.В. Ермаков // В мире научных открытий. - 2012. -№5.2(29) (Проблемы науки и образования). - С. 191-208.

© Ермаков С В., 2016

УДК 622. 23.05

М.М. Исманов

канд. техн. наук, доцент Кыргызско-Узбекского университета

г. Ош, Кыргызская Республика И.Э. Исаев

канд. техн. наук, доцент Кыргызско-Узбекского университета

г. Ош, Кыргызская Республика

РАЗРАБОТКА ОБОБЩЕННОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И ПОЛУЧЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ ЦЕПНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА КАМНЕРЕЗНЫХ МАШИН

Аннотация

На основе методов обобщения и анализа, переноса и приведения сил в другую точку, а также с учетом принятых допущений разработана обобщенная динамическая модель цепного рабочего органа камнерезной

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070

машины в процессе резания природного камня. Получены дифференциальные уравнения движения цепного рабочего органа камнерезной машины, учитывающие зависимости конструктивных, режимных и силовых параметров процесса резания от упруго-инерционных характеристик режущей цепи, величины коэффициента сопротивляемости пород относительному сдвигу (сцепление) или срезу, коэффициента сопротивляемости движению режущей цепи в технологической щели, коэффициента трения скольжения. Полученные дифференциальные уравнения движения позволяют определить научно обоснованные рациональные режимные и конструктивные параметры цепного рабочего органа камнерезной машины. Выявить целенаправленные пути создания перспективных конструкций, обеспечивающих увеличение надежности и производительности работы цепного рабочего органа камнерезной машины с минимальными энергозатратами, снижение их вибрации в процессе резания природного камня.

Ключевые слова

камнерезная машина, цепной рабочий орган, режущая цепь, сила резания; сила упругости; сила трения скольжения; усилие подачи; природный камень; процесс резания; уравнения движения.

Как показывает практика, что для достижения высокой производительности, камнерезные машины с цепными рабочими органами (ЦРО) работают в ускоренных режимах, в большинстве случаев режимы их работы назначаются интуитивно, без глубокого научного обоснования [1-3]. При этом процесс резания природного камня сопровождается вынужденными колебаниями камнерезных машин, частыми отскакиваниями ЦРО от обрабатываемого забоя, поломками резцов и элементов режущей цепи. Что в конечном итоге приводит к снижению надежности и производительности работы этих машин в целом.

Решение вышеизложенных проблем требует исследования динамики, определения рациональных режимных и конструктивных параметров ЦРО камнерезных машин.

Для исследования динамики ЦРО рассмотрим конструктивную схему камнерезных машин с цепными рабочими органами МКБ-10 «Виктория» (Россия, рис.1, а) и ЦКМ-1 «Аскатеш», (Кыргызстан, рис.1, б).

а б

Рисунок 1 - Конструктивные схемы камнерезных машин МКБ-10 «Виктория» и ЦКМ-1 «Аскатеш»: 1 - шасси камнерезной машины; 2 - привод рабочего органа; 3 - ведущая звездочка; 4 - плоска рама

рабочего органа; 5 - ведомый ролик; 6 - режущая цепь.

Для исследования динамики ЦРО камнерезных машин МКБ-10 «Виктория» и ЦКМ-1 «Аскатеш» разработаны расчетные схемы (рис. 2, а и б).

Определим необходимые параметры привода ЦРО из следующей зависимости

N

N =Md=рц-Оц Л

Л

Л

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070

где, N3 - мощность электродвигателя; N3 и Мd - соответственно мощность на валу и движущий

(крутящий) момент ведущей звездочки; —3, Рд и Оц - соответственно, угловая скорость ведущей звездочки, усилие протягивание и линейная скорость режущей цепи (скорость резания); ^ - КПД привода ЦРО. Из выражения (1) параметры ЦРО можно связать следующими зависимостями

N3 = N3кВт; —3 = —, рад/с; ОЦ = ЯЦ • —3 , м\с;

М -N±-P р р -Мd —3

М d = = рЦ 'RЦ, кгм; рц = , кг,

—3ЦЦ Ц ОЦ

где, —э - угловая скорость вала электродвигателя; Яц - радиус вращения режущей цепи; i -

передаточное число привода ЦРО.

В процессе резания камня на ЦРО действуют следующие силы (рис. 2). Силы тяжести ведущей звездочки G3, плоской рамы (бара) Об, ведомого ролика Gp, режущей цепи Оц, сила тяги камнерезной машины Рт и сила давления штока гидроцилиндра Ршт. На звездочку ЦРО через ведущую ветвь режущей цепи действуют суммарные силы трения, возникающие между режущей цепью и рамой бара, а также между резцом и разрабатываемой породой Ртр, силы сопротивления резанию Рр, суммарные усилия подачи Рп и силы, расходуемые на транспортирование мелочи камня из технологической щели Рщ. Эти силы, противодействуя усилию протягивания режущей цепи Рц, оказывают значительное влияние на эксплуатационные показатели камнерезных машин [4-6].

Как видно из рис. 2, что суммарная сила сопротивления движению режущей цепи слагается из следующих составляющих

рс = ртр + рр + рщ,

Суммарную силу трения, возникающую между режущей цепью и рамой бара, а также между резцом и разрабатываемой породой Ртр можно выразить следующей зависимостью

ртр = рп

где, Рп - усилие подачи; ¡и -коэффициент сопротивляемости пород относительному сдвигу (сцепление) или срезу (коэффициент трения резца о горную породу); f - коэффициент трения скольжения режущей цепи по плоскости рамы (бара) ЦРО.

Суммарную силу сопротивления резанию Рр с достаточной степени точности можно записать в виде

[1]

D 7 Вщ • НЩ • п-ип •cosр

РР = kP--

Р Р 3600 • z -vP ,

где, кр - удельная сила резания, зависящая от физико-механических свойств горной породы, кг/см2; Вщ и Нщ - соответственно, ширина и глубина прорезаемой ЦРО технологической щели, см; п - число линий резания; оп и ор - соответственно, скорость подачи, м/мин и скорость резания, м/с; z - среднее число резцов в повторяющемся элементе схемы их набора; Р - угол наклона ЦРО, град.

Сила, расходуемая на транспортирование мелочи камня из технологической щели Рщ, может быть найдена из выражения [1]

ВЩ • НЩ п •cos Р

ВЩ  Пщ -ип cos рг -I

РЩ =-3600^-[НЩ ^ + tgPГЩ)j,

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070

где у - объемный вес мелочи камня в технологической щели, кг/см3; /щ - коэффициент трения мелочи камня о стенки технологической щели.

Подставляя значения силы РТР, Рр и Рщ из (4), (5) и (6) в уравнение (3), проведя определенные

НЩ - у- z

преобразования и принимая, кг =-(1 + tgß - /щ) получим зависимости суммарной силы

n

сопротивления Рс в виде

Вш - Нш - П - ип - cos ß

Рс = Рп {М + /)+ (кр + кт ) "

п +1П

3600•г-ир

где кт - удельная сила транспортирования мелочи камня из технологической щели, кг/см2.

Как видно из рис. 2, что силы сопротивления, действующие на ведомую ветвь режущей цепи минимальные, они не оказывают особого действия на ЦРО. В ведомой ветви режущей цепи, из за ее возможных колебаний в процессе резания камня наблюдаются минимальные величины сил сопротивления, откуда ими можно пренебречь.

В связи с этим приводим все действующие силы и моменты сил к ведущей звездочке через ведущую ветвь режущей цепи и заменим все действующие силы сопротивления одной силой Рс. Согласно известной теореме теоретической механики, перенося силу Рс к оси ведущей звездочки цепного рабочего органа О], прибавим момент Мс от сил сопротивления Рс и получим обобщенную динамическую модель ЦРО камнерезной машины в процессе резания камня (рис. 3). При разработке динамической модели ЦРО были приняты следующие допущения:

- радиус ведущей звездочки равно радиусу ведомого ролика (Яз = Яр);

- натяжение режущей цепи в достаточных пределах;

- силы сопротивления, возникающие при повороте шарниров цепи, а также коэффициенты трения качения в подшипниках ведущей звездочки и ведомого ролика равны нулю.

В качестве обобщенных координат принимаем поступательное перемещение камнерезной машины с ЦРО х и угол поворота ведущей звездочки р (рис. 3). Тогда на основе указанной методики, дифференциальные уравнения движения ЦРО при резании камня имеют следующий обобщенный вид

d_

dt

d_

dt

дТ

дх ' дТ

I

j

у

-— = Q

дх

-дТ=о

^ q2 ' др

др1

где T- кинетическая энергия камнерезной машины с ЦРО; Qi и Q2 - обобщенные силы, действующие на ЦРО.

Сообщаем ЦРО камнерезной машины возможное перемещение дх , при котором дх > 0 , а (р = const (рис. 3). На этом перемещении работу совершают сила тяги камнерезной машины Рт, суммарная сила сопротивления движению режущей цепи Рс и суммарное усилие подачи Рп. Определим элементарную работу на этом перемещении

8АХ =

Из уравнения (9) определим величину обобщенной силы Qi,

Qi = Рт - Рп - Рс •cos Р,

Аналогичным образом, сообщаем ЦРО другое возможное перемещение др, при котором др > 0, а х = const. Как видно из рис. 3, что на этом перемещении работу совершают моменты сил, действующие на

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070

ведущую звездочку: Md - движущий (вращающий) момент; Мс = Рс Яц - момент от суммарной силы сопротивления Рс. Тогда элементарная работа выражается зависимостью

¿А =

Из уравнения (11) определим величину Q2

Q2 = md - мс ,

Рисунок 2 - Расчетные схемы камнерезных машин МКБ-10 «Виктория» и ЦКМ-1 «Аскатеш»

Рисунок 3 - Обобщенная динамическая модель ЦРО камнерезных машин Кинетическую энергию камнерезной машины с ЦРО можно записать в следующем виде

Т = Тз + Тб + Тр + Тц+Тм ,

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070

где Тз, Тб, Тр и Тц - соответственно, кинетическая энергия ведущей звездочки, рамы бара, ведомого ролика и режущей цепи; Тм - кинетическая энергия камнерезной машины без ЦРО при ее поступательном перемещении.

Определим кинетическую энергию ведущей звездочки в виде

\2

J з ( )2 2 2

Шз-х J з ((

тз + 3 ^ / ,

где X — О3 - линейная скорость центра О1 ведущей звездочки при ее поступательном перемещении

_ Ш3-ЯЗ, 1

вдоль оси О1Х; ^ з — ~ - момент инерции ведущей звездочки относительно оси вращения О1; р — С

и тз - соответственно, угловая скорость и масса ведущей звездочки. Подставляя значение Зз в уравнение (14) определим величину кинетической энергии ведущей звездочки

_т3 )2 , т3 'Я3 {(' )2 2 4

Кинетическую энергию рамы бара можно записать уравнением вида

_ шз

Т — тБ •(х 1 )2

тб — ^ '

где тБ и х1 — оБ - соответственно, масса и линейная скорость центра С рамы бара при ее поступательном движении вдоль оси О1Х.

Кинетическая энергия ведомого ролика

Тр=тр-

где тр и х1 — ор - соответственно, масса и линейная скорость центра ролика О2 при параллельном

его движении к оси Ох Яр и ( — СОр - радиус и угловая скорость ведомого ролика.

Кинетическую энергию режущей цепи с достаточной степени точности можно представить в виде

Т тЦ

Тц ——2—,

где тц - масса режущей цепи; о2 — о2п + + 2»  ор  еоз а - абсолютная скорость режущей цепи; оп — х1 - скорость подачи; Ор — Яц ( - скорость резания. Подставляя значение оа в уравнение (18) получим

„1\ 2 г>2 11

\2

тц (х 1 )2 тц •ЯЦ -{р1 ) 2 + 2

Кинетическая энергия машины (без ЦРО) при ее поступательном перемещении

Ц (х ) ШЦ Rц () 1 1

Тц = —-+ ——-—-—— + Шц-Яц-x

шМ •(х 1 )2

Тм =---,

где тм и х1 — ом - соответственно, масса камнерезной машины без ЦРО и линейная ее скорость при поступательном движении вдоль оси О1х.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070

Подставляя полученные значения Тз, Тб, Тр, Тц и Тм в уравнение (13) с учетом принятых допущений и произведя соответствующие преобразования имеем

m^ • R3 • x1 • p • cos а,

В полученном уравнении сумма mз+mБ+mp+mц+mмдает нам массу камнерезной машины с ЦРО m. Тогда уравнению (21) можно записать в виде

m •(х1 )2 \m3 + mp + 2m)• R3-(p1 J J J

Т =—+-4-— + Шц • R • x P • cosa,

Отсюда беря производные от Т по х1, х, р1 и p имеем

дТ 1 „ 1 дТ п —- = m • х + шц • R3 • p • cos a, -= 0,

дх Ц дх

дТ í \ дТ

—- =

д

На практике при резании природного камня отношение —— = 60 —120 [1,2]. Откуда с достаточной

— п

степени точности можно принять COS а = 1. Тогда уравнения (23) примут вид

дТ i D i

—- = m • х + шц • R3 • р ,

дх1

= (m3 + mp + 2жц ) • R23 •( + жц • R3 • x1

др

Беря производные от полученных выражений по времени t, имеем

d /дТ. п

— (—г) = m • х + m„ • Ro •( dt дх1 Ц 3

[3 + Шр + 2Шц у R3 • р + ГПц • R3 • x ,

d ЗТ

—

Подставляя значения величин из равенств (10), (12), (24) и (25) в уравнение (8) получим искомые дифференциальные уравнения движения цепного рабочего органа в процессе резания камня

т • х111 + тц • R3 -р1 = РТ - Рп - Рс • cos Р

>2 „11 . ... ^ .Л w w '

(m3 + mp + 2шц )• R2 ра + шц • R3 • х1 = Md — Мс

/«Р I ^/«ЦУ ку I ,,1ц ^З

Переходим к определению зависимостей х , х , х,р ,р ,р от конструктивных параметров ЦРО, режимных и силовых величин процесса резания камня. Из первого уравнения системы (26) определим

„ Рт -Рп -Рг cos В- тгг • R • р11

х11 =—-П-С-Ц-3-,

т

Подставляя полученное значение х11 в уравнение (26) и проведя определенные преобразования, имеем

I т-

Ф =-TT—1-Ц-^-П-,

R3 [т - \т3 + mp + 2тц j- тц J

Интегрируя уравнение (28) и принимая начальные условия в виде = 0, фа = 0, ф° = с3 , при

определении постоянных интегрирования, найдем

о т-

Ф =с3 =-TT-7-\-П--1,

R3 [т - \т3 + тр + 2тц j-тц J

т-

Ф =-тт—7—Ц-\-П--1 + С1,

R3 [т -\т3 + тр + 2тц j-тц J

Полученные уравнения (28) и (29) характеризуют зависимости, соответственно углового ускорения и угловой скорости ведущей звездочки от конструктивных параметров ЦРО, режимных и силовых величин процесса резания камня.

Подставляя значение ф из (28) в уравнение (27) и через определенные преобразования получим

П Р - Рп - Рс COS Р)-К3 -\m3 + mp + 2Шц )-(М d - Мс )- Шц

х =-г—7-^—л-Ц,

R3 - Ш' \m3 + mp + 2Шц )- Шц J

Интегрируя уравнение (31) и принимая начальные условия в виде = 0, хо = 0, х!а =vn при определении постоянных интегрирования, найдем

(Рт - Ря - p cos Р)- R3 - (m3 + mp + 2m)- (Мd -Мс) - шц

х =°П =-Р Г

R3 - Ш - (m3 + mp + 2Шц )-Шц J

Аналогичным образом, интегрируя выражение (32), получим

(РТ - РП - РС COS Р) - R3 -(ШЗ + Шр + 2ШЦ )-(Md - МС )- ШЦ

х =-р Г i----\-Л--t +°П-t,

R3 - Ш - (m3 + mp + 2Шц )-Шц J

Главной особенностью полученных выражений (28) - (33) являются то, что в этих уравнениях учтены зависимости режимных и силовых параметров процесса резания камня от конструктивных, упруго-инерционных величин режущей цепи, величин коэффициента сопротивляемости движению режущей цепи в технологической щели fЩ, коэффициента трения скольжения f и сопротивляемости пород относительному сдвигу (сцепление) или срезу ¡и .

Таким образом, полученные дифференциальные уравнения движения ЦРО камнерезной машины позволяют сделать анализ зависимостей режимных и силовых параметров процесса резания природного камня. Определить научно обоснованные рациональные режимные и конструктивные параметры ЦРО камнерезных машин. Выявить целенаправленные пути создания перспективных конструкций ЦРО, обеспечивающих увеличение надежности и производительности работы, снижение их вибрации в процессе резания природного камня.

Список использованных источников

1. Алимов, О.Д. Баровые землерезные машины [Текст] / О.Д. Алимов, И.Г. Басов, В.Г. Юдин. - Фрунзе: Илим, 1969.- 281 с.

2. Алимов, О.Д. Технические средства отделения блоков камня от массива [Текст] / О.Д. Алимов, М.Т. Мамасаидов.- Фрунзе: Илим, 1987.- 216 с.

3. Мендекеев, Р.А. Современные баровые камнерезные машины и мировой опыт их применения при добыче блоков природного камня [Текст] / Р.А. Мендекеев, М.М. Исманов // Наука. Образование. Техника. - Ош: КУУ, 2012. - №3,4. - С. 47 - 55.

4. Исманов, М.М. К исследованию динамики цепного режущего органа камнерезной машины ЦКМ-1 [Текст] / М.М. Исманов // Инженер. - Бишкек, 2010. - №1.- С. 51 - 56.

5. Исманов, М.М. Динамика алмазно-канатной машины АКМ-1 в процессе резания камня [Текст] / М.М. Исманов // Приволжский научный вестник. - Ижевск: Фаворит, 2016. - №3(55). - С. 40 - 46.

6. Исманов, М.М. Разработка динамической модели и получение уравнений движения алмазно-канатной машины АКМ-1 [Текст] / М.М. Исманов // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. -Екатеринбург: УГГУ, 2016.- №5. - С. 60 - 69.

© Исманов М.М., Исаев И.Э., 2016

УДК 678.028.6:66.086.4

В.Ф. Каблов

д.т.н., профессор, зав.кафедрой "ВТПЭ" Волжский политехнический институт (филиал) ВолгГТУ,

А.В. Перфильев аспирант,

Волжский политехнический институт (филиал) ВолгГТУ г. Волжский, Волгоградской обл., Российская Федерация,

В.П. Шабанова к.т.н., доцент, кафедры "ВТПЭ" Волжский политехнический институт (филиал) ВолгГТУ г. Волжский, Волгоградской обл., Российская Федерация

ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭБОНИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ РЕЗИНОВОЙ КРОШКИ АКТИВИРОВАННОЙ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЕМ

Аннотация

Рассмотрена инновационная технология изготовления эбонитовых изделий из вторичной резиновой крошки, активированной микроволновым излучением. Исследовано влияние микроволнового излучения на свойства эбонитовых изделий полученных из активированной резиновой крошки.

Ключевые слова

Эбонит, резиновая крошка, повторные вулканизаты, активация, СВЧ-излучение, технология изготовления,

физико-механические показатели.

В настоящее время эбонитовые изделия заменяют пластмассами. Однако, пластмассы уступают им по некоторым свойствам. Ценные качества эбонитовых материалов это негигроскопичность, газонепроницаемость, высокие адгезионные свойства по отношению к металлу, легкость и простота в обработке. Но сложность изготовления эбонитовых смесей сдерживает их широкое применение.

Известно, что при изготовлении эбонитовых смесей, содержащих от 30 до 70 масс.ч серы, часто возникают технологические трудности в связи с подвулканизацией. Чтобы высоконаполненная смесь не подвулканизовалась, смешение проводят в две стадии: на первой каучук перемешивают со всеми ингредиентами, кроме серы, а на второй в охлажденную смесь вводят серу. В процессе вулканизации эбонитовой смеси выделяется большое количество тепла, возникает вероятность "сгорания" смеси, в связи с чем вулканизацию изделий проводят ступенчато, постепенно повышая температуру [1, с.488]. Технологический процесс изготовления эбонитовых изделий сложен, энергоемок и продолжителен.