Особенности формирования динамических нагрузок для очистных комбайнов с поворотными блоками резания

поворотах трубопроводов: Авторе-ферат дис... канд. техн. наук. - Минск: БПИ, 1972. - 20 с.

16. Ильин В.Я. Исследование процесса транспортирования фрезерного торфа пневматическим способом с различными концентрациями аэросмеси: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1973. - 242 с.

17. Болтушкин А.Н. Исследование параметров расстила фрезерного торфа с целью выявления рациональных режимов работы пневмокомбайнов: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1973. - 247 с.

18. Бакшанский В.И. Исследование пневматического транспортирования измельченного торфа при повышенных концентрациях аэросмеси:

Автореферат дис. канд. техн. наук. - Минск: БПИ, 1978. - 21 с.

19. Ворзонин В.А. Исследование процесса пневматической уборки фрезерного торфа с применением щеточного активизатора: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1978. - 255 с.

20. Кащенко Л.С. Исследование отделения фрезерного торфа из торфовоздущной смеси в пневматических уборочных машинах и комбайнах: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1979. -251 с.

21. Кислов Н.В. Разработка принципов перемещения измельченного торфа воздушным потоком в торфяном производстве: Автореферат дис. д-ра. техн. наук. - Минск: АН БССР, 1982. - 44 с.

— Коротко об авторах

Копенкин В.Д. - профессор кафедры технологии и комплексной механизации разработки торфяных месторождений,

Копенкина Л.В. - кандидат технических наук, доцент кафедры торфяных машин и оборудования, Самсонов Л.Н. - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой торфяных машин и оборудования,

Тверской государственный технический университет.

------------------------------------- © П. А. Горбатов, Е.А. Воробьев,

2006

УДК 622.232.72

П.А. Горбатов, Е.А. Воробьев

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ДЛЯ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ С ПОВОРОТНЫМИ БЛОКАМИ РЕЗАНИЯ

Семинар № 16

чистные комбайны с поворотными блоками резания (ПБР), созданные с учетом современных тенденций развития очистной техники, имеют ряд особенностей динамической структуры подсистем привода и подвески и перемещения исполнительного органа (соответственно подсистем ПИО и ШЮ). К этим особенностям можно отнести формирование подсистемы ПИО в виде ПБР с индивидуальным электродвигателем, как правило, выходным планетарным механизмом и короткой кинематической цепью редуктора и подсистемы ППО на основе ПБР и гидродомкрата подвески.

Наличие особенностей динамической структуры таких машин обусловливает необходимость установления закономерностей формирования динамической на-груженности их подсистем при разрушении пластов разного строения.

Для исследований динамического функционирования очистных комбайнов с ПБР была разработана замкнутая математическая модель [1], позволяющая реализовать различные режимы работы комбайна. С использованием этой модели были установлены закономерности формирования динамических процессов в рассматриваемых подсистемах ПИО и ППО при разрушении комбайном ГШ500 такого класса угольных пластов простого (массив 1) и сложного (массив 2) строения шнековыми исполнительными органами с БИ = 1,25 м и ВЗ = 0,63 м. Представительность принятых при имитационном моделировании значений мощности пластов НР = 2,04 м, сопротивляемости угля резания в неотжа-

той зоне Ар = 208 Н/мм, показателя степени хрупкости Е = 1,65, скорости подачи УП = 4,78 м/мин обоснована в [2]. Угол наклона пласта а = 0 °.

Пласт сложного строения кроме трех угольных пачек с вышеуказанными характеристиками содержит два породных прослойка из аргиллита мощностью 245 мм, каждый из которых расположен на расстоянии 502,5 мм от соответствующей

границы "уголь - вмещающие породы". Сопротивляемость резанию прослойков 350 Н/мм.

Основные результаты имитационного моделирования разрушения очистным комбайном пластов разного строения в установившемся режиме сведены в таблицу, а на рисунке приведены нормированные спектральные плотности О(ф) некоторых динамических процессов при разрушении массива 2.

В таблице в числителе приведены данные с учетом внешних связей (кроме МЛд, МПд) при работе комбайна по разрушению массива 1, в знаменателе - массива 2. Два плюса указывают на доминирование в соответствующем процессе указанных колебательных составляющих, один плюс - на наличие сравнительно весомых выделяемых компонентов в спектральном составе процессов.

В таблице и на рисунке приняты следующие обозначения:

- индексы “Л” и “П” соответствуют подсистемам, относящимся к отстающему левому и опережающему правому исполнительному органу (ИО);

- МЛд, МПд - детерминированные

составляющие моментов внешней нагрузки на ИО, обусловленные кинематикой и расстановкой резцов на органе, разрушением неоднородного массива 2 из-за разных физико-механи-ческих

свойств слагающих массив слоев (определены при реализации гипотетического режима отсутствия колебательных процессов в подсистемах машины);

- Млвн, Мпвн - полные моменты внешней нагрузки на ИО, обусловленные детерминированными, случайными и проявляющимися вследствие наличия внешних связей компонентами;

- Млтр, Мптр - моменты в редукторах подсистем ПИО;

- МлЭд, МПЭд, - электромагнитные моменты приводных электродвигателей подсистем ПИО;

- Млп, Мпп - моменты в подсистемах ППО;

- МО и КВ - математические ожидания и коэффициенты вариации процессов;

- ВС - внешние связи между комбайном и разрушаемым массивом, отражающие динамические взаимозависимости между колебаниями ИО в составе силовых подсистем машины и реакцией горного массива на эти колебания [3].

Значения собственных частот колебаний силовых подсистем: для подсистемы ПИОфН = 12.6 Гц, фВ = 49.8 Гц; для подсистем подвески левого отстающего фЛП = 19.4 Гц и правого опережающего фПП = 15.2 Гц органов; для подсистемы перемещения с жестким тяговым органомфП = 4.8 Гц.

Частота фНВ = 1.4 Гц соответствует удвоенной частоте вращения ИО, равной 0.7 Гц.

Анализ результатов имитационного моделирования (в том числе и не приведенных в таблице и на рисунке) позволяет сделать следующие основные выводы.

• Динамичность нагрузок в подсистемах комбайна с ПБР является высокой, особенно при разрушении массива 2, характеризуется широким спектральным составом и наличием достаточно большого числа составляющих с высокой относительной долей дисперсии. При этом КВ нагрузок в подсистеме ПИО для отстающего органа существенно выше, чем для

опережающего для обоих опытов, а для подсистем ППО - наоборот.

• Значения коэффициентов вариации и распределение относительных дисперсий составляющих динамических процессов в значительной степени зависит от разрушаемого массива.

• В спектре детерминированных составляющих моментов внешней нагрузки на ИО при выемке обоих массивов доминируют низкочастотные составляющие с частотой 1,4 Гц, обусловленные прежде всего неоптимальностью схемы расстановки резцов на органе. Кроме того, при разрушении массива 2 с породными прослойками с весомой долей дисперсии в этих процессах присутствуют составляющие с частотой 11 - 12 Гц, близкой к низшей собственной частоте подсистем ПИО; в процессах МЛд и МПд наблюдаются также компоненты с частотами порядка 5 - 6 Гц, 49 - 50 Гц и 24 - 25 Гц, близкими к собственным частотам подсистем перемещения и привода исполнительного органа, а также к частоте вращения ротора электродвигателя (около 25 Гц). Кроме того, в спектральном составе нагрузок МЛд и МПд выделяются другие составляющие (см. таблицу), что наиболее ярко проявляется при разрушении массива 2.

• В спектральном составе скорости подачи УП доминируют компоненты с частотой 4,5 Гц, близкой к собственной

Млтр с учетом ВС Млтр без учета Млвн с учетом— Млвн без учета Мпп_____________

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Г Гц

б) С{/), Гц1

Нормированные спектральные плотности процессов МТР, МВН, Мд для подсистем привода левого (а) и правого (б) ИО

О) С(Л Гц1 0.08 ; |

0.06

частоте подсистемы перемещения, кроме того, при разрушении массива1 выделяются также составляющие с ф= 1,4 Гц.

• Спектральные плотности процессов Млтр, Мптр без учета и с учетом внешних связей по перемещениям (проявляются через колебания толщины стружки) и скоростям (проявляются через колебания заднего и резания углов и проекции площадок затупления на резцах) имеют отличия. Указанные отличия в большей степени проявляются при разрушении массива 2. Это отчетливо видно на рисунке, например, из рассмотрения частотных областей 3-10 Г ц для процесса Млтр и 50-55 Гц для момента Мптр и обусловлено в данном случае эффектами проявления внешних связей, эквивалентными возбуждению, дестабилизации колебаний [3].

• Спектральные плотности процессов в подсистемах ПИО и ППО определяются спектральным составом, в том числе детерминированными составляющими внешней нагрузки, динамическими характеристиками подсистем и воздействием внешних связей. При этом:

- наиболее мощные составляющие детерминированного характера с частотой 1.4 Гц входят в состав доминирующих компонентов для нагрузок-откликов Мтр, МЭд, Мп всех подсистем ПИО и ППО при разрушении массивов 1 и 2;

- нагрузки Млтр, Млэд, Мптр харак-

1. Горбатов П.А., Воробьев Е.А. Математическая модель очистного комбайна с поворотными блоками резания для прогнозирования нагрузок в подсистемах привода и подвески исполнительных органов //Наукові праці Донецького державного технічного університету. Випуск 16, серія гірничо-електромеха-нічна. - Донецьк: До-нДТУ, 2000. - С. 63 - 70.

2. Горбатов П.А., Воробьев Е.А. Закономерности формирования динамических процессов в подсистемах очистных комбайнов

теризуются более широким составом выделяемых составляющих детерминированного характера при разрушении массива 2;

- на механических участках подсистем ПИО доминирует высшая форма колебаний с частотой фВ, на участках электродвигателей -низшая с частотой фН;

- практическое отсутствие авторезо-нансных составляющих с частотой фЛП и фПП в составе нагрузок Млп и Мпп обусловлено достаточно высокими зна-чениями диссипативных характеристик подсистем ППО [3].

Учитывая высокую динамическую на-груженность редукторов комбайнов с ПБР и высокую долю авторезонансных составляющих с частотами фв, можно сделать вывод о необходимости размещения в подсистемах ПИО таких машин корректирующих динамических звеньев. Наличие таких устройств позволит снизить как долю высокочастотных составляющих, так и значение фв, а, следовательно, и количество циклов действия нагрузок, что повысит ресурс элементов силовых подсистем и в целом надежность машины. Оптимизацию динамических свойств подсистем ПИО необходимо производить с учетом формирования детерминированных составляющих внешних нагрузок и внешних связей в системе "комбайн-забой".

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

с различными структурными решениями //Наукові праці Донецького державного технічного університету. Випуск 27, серія гірничо-електромеханічна. - Донецьк: ДонДТУ, 2001. - С. 123 - 128.

3. Горбатов П.А. Теория функционирования и совершенствование очистных комбайнов как нелинейных динамических систем: Дис. . докт. техн. наук. - Донецк, 1991. - 510 с.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------

Горбатов П.А., Воробьев Е.А. - Донецкий национальный технический университет.