Силовые параметры трансмиссии геохода с гидроприводом

УДК 622.002.5

В.В. Аксенов, А.А. Хорешок, В.И. Нестеров, М.Ю. Блащук СИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТРАНСМИССИИ ГЕОХОДА С ГИДРОПРИВОДОМ

Трансмиссия является одной из основных систем геохода. Трансмиссия передаёт усилие внешнему движителю, и обеспечивает формирование напорного усилия на исполнительном органе. Отсутствие конструктивных решений трансмиссии, а также методик определения их основных параметров затрудняют дальнейшее совершенствование и разработку геоходов нового поколения. Поэтому исследования в этом направлении являются актуальными.

Одним из направлений развития схемных и конструктивных решений трансмиссии геоходов, реализующих непрерывный режим его работы, является использование гидропривода с гидроцилиндрами, работающими в разных фазах [1, 2]. При разработке новых конструктивных решений трансмиссий особый интерес представляют её основные параметры - силовые, кинематические, конструктивные. В данной статье рассмотрено влияние пространственно-компоновочного расположения гидроцилиндров трансмиссии на основной параметр - развиваемый вращающий момент.

На расчетной схеме (рис. 1) гидроцилиндры расположены внутри секций по хордам в одной плоскости, перпендикулярной оси секций геохода. При этом корпус гидроцилиндра закреплен шарнирно на хвостовой (неподвижной) секции, а шток гидроцилиндра соединен с механизмом свободного хода, передающим вращение на головную секцию. Данная схема расположения является кулисным механизмом и служит для преобразования поступательного движения штоков гидроцилиндров во вращательное движение головной секции. При выдвижении штоков будет наблюдаться из-

менение пространственного положения гидроцилиндров относительно секций.

Вращающий момент Mgpi развиваемый одним гидроцилиндром, определяется выражением (рис.

1)

MBPi ~ F ' ^ГЦ

где Fi - усилие на штоке i -го гидроцилиндра, Н; НГщ - плечо приложения силы i-го гидроцилиндра, м.

Усилие на штоке гидроцилиндра Fi при условии подачи жидкости в поршневую полость

Fi — SП ' РТР

о n' Dn2

где о ^ =---------- - площадь поршня гидро-

4

цилиндра, м2; Dn - диаметр поршня гидроцилиндра, м;

p - давление, подводимое в поршневую полость гидроцилиндра, Па.

Плечо ^ определяется из конструктивных

размеров геохода. Для расчетной схемы (рис. 1) в произвольном положении штока гидроцилиндра

плечо ИГщ будет определяться как

hm - °УСТ2Ш • sin а,

где D - диаметр окружности вращения

цапфы (установки цапфы) штока на головной секции, м;

а - угол между направлением действия силы на штоке гидроцилиндра и линией, проведенной через центр вращения O и точку B на цапфе штока.

По «теореме косинусов» из треугольника OAB cos а =T,

D.

T =

V (D V

устшИ + (Lq + S)2 _

2 ) ^ 2

2

D

УСТ .ШТ

2

где ^стщ - диаметр окружности установки

цапф корпусов гидроцилиндров на обечайке хвостовой секции, м (фиксированное значение, определяемое конструктивно); (Х0 + 8) - расстояние

между осью цапфы корпуса гидроцилиндра А и осью цапфы штока в произвольном положении, м;

£0 - расстояние между цапфами корпуса и штока гидроцилиндра в сложенном состоянии (при минимальной раздвижности), м; 8 - текущая величина выдвижения штока гидроцилиндра, м.

После подстановки выражения (4-5) в (3) получим

и _ DУСТ.ШТ Пщі = 2

•V і _ т2

После подстановки выражений (6) и (2) в (1) получим выражение для определения момента, развиваемого одним гидроцилиндром

M = v • D •п'Dn •л/1 _т2

M ВРі рТР DyCT.ШТ g v 1 т

Возможен конструктивный вариант, когда цапфы штока корпуса гидроцилиндра размещаются на одной окружности, т. е.

Еуст шт = гц = Ещ. В этом случае выражение (7) примет вид

ж-Б 2

МВРг = РТР ' БГ

'ГЦ

8

II

,

1 - -------тт— .

D

ГЦ

Из (7) и (8) следует, что по мере выдвижения штока гидроцилиндра расстояние Ь{) будет увеличиваться на величину 8 , Соответственно, расстояние между опорами гидроцилиндра со штоком составит (Ь0 +8) , а плечо ^ силы, реализующей вращающий момент на головной секции, будет изменяться, соответственно, будет изменяться и вращающий момент МВР1. Величина изменения плеча силы и соответственно,

развиваемого момента Мш будет зависеть от геометрических параметров расстановки опор гидроцилиндров - БУСТ ШТ, Оуст гц , Бгц, а

также конструктивных размеров гидроцилиндров

- £0, , и длины хода штока - .

Таким образом, при выдвижении штока гидроцилиндра, развиваемый вращающий момент

М будет носить переменный характер.

В компоновочных схемах, где гидроцилиндры работают в разных фазах, в каждой момент времени штоки гидроцилиндров будут выдвинуты на различную величину, соответственно, будут отличаться величины плеч ^ приложения силы и

развиваемый вращающий момент М на каж-

дом гидроцилиндре

h = УСТШТ • т*

ГЦі

2

где T*=

1 —

УСТ.ШТ

2

г . Lx (i — 1) L0 +

n — 1

,1ФАЗ 1

+ s,

D

УСТ.ГЦ

2

D I L + Lx (i —

DycT.mT I Lo + ,

ПФАЗ _ 1

+ S,

ПфАз - количество промежуточных положений штоков (фаз) (выражение (10));

n

пГЦ

n =---------—

пФАЗ

n

'ОВР

штока і -го гидроцилиндра; 0

n — 1

пФАЗ 1

h =

ПгЦі 2

1 —

Lo +

Lv

n _ 1

пфаз 1

• (i — 1) + 0

D

ГЦ

АЛ — п D ^ Dn

M врі Утр ' DycT.rnT

8

• T*

22

При конструктивном исполнении, когда диаметры окружностей установки цапф штока и корпуса гидроцилиндра совпадают, т. е.

Пуст шт ~ Пустгц= Пщ выражение (9) примет вид

Пщ - общее количество гидроцилиндров

вращения, задействованных в трансмиссии; ПОБР - количество гидроцилиндров совершающих обратный ход. 1= 1, 2, ... Пщ - порядковый номер

гидроцилиндра в группе; 8 - текущее положение

8= 0... 1х

\ ) Момент, развиваемый і -м гидроцилиндром в группе

Результирующий момент, развиваемый гидроцилиндрами в разных фазах движения, пред ставляет сумму моментов, развиваемых каждым гидроцилиндром в текущем положении

2

+

V

)

2

Мвр, МН-м

14,0 •

12,0 •

10,0

8,0 •

6,0

4,0 •

2,0 •

0,0

- пгц=4

- пгц=7

- пгц-8

- пгц-10 -пгц=12

- пгц;

=14

0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 Ог

Рис. 2. Зависимости развиваемого трансмиссией вращающего момента от количества гидроцилиндров Пщ и диаметра поршня

Таблица 1. Силовые параметры трансмиссии геоходов типоразмерного ряда проходческих щитов

ЦНИИподземмаша

Параметры геохода пГц, шт

Вгс=2,1 м; _Мвртр=0,37 ІМН-м 4 5 6 7 8 10 12 14

м 0,125 0,09 0,08 0,07 0,063 0,056 0,05 0,045

Мвр, МН-м 0,447 0,381 0,406 0,393 0,383 0,403 0,402 0,391

Вгс=2,6 м; Мвр.тр=0,73 МН-м

Dп, м 0,16 0,125 0,1 0,09 0,08 0,07 0,063 0,056

Мвр, МН-м 0,896 0,887 0,785 0,799 0,763 0,78 0,789 0,75

Вгс=3,2 м; Мвр.тр=1,43 МН-м

Dп, м 0,18 0,16 0,125 0,1 0,09 0,08 0,07 0,063

^Мвр, МН-м 1,441 1,597 1,505 1,471 1,465 1,578 1,561 1,44

Вгс=4,1 м; Мвр.тр=4,43 МН-м

Dп, м - 0,2 0,18 0,16 0,125 0,1 0,09 0,08

Мвр, МН-м — 4,119 4,096 4,032 3,631 3,86 3,751 3,752

Вгс=5,6 м; МВр тр=10,7 ІМН-м

Dп, м - - - - 0,22 0,18 0,16 0,16

Мвр, МН-м - - - - 11,96 10,85 10,76 12,79

М ВР = ПГР

пРАБ. ГР

£ мВРІ ь і=і

где Прр - количество групп гидроцилиндров, находящихся в разных фазах выдвижения; прш гр - число гидроцилиндров в группе, совершающих рабочий ход.

При совпадении диаметров окружностей размещения цапф корпусов и штоков гидроцилиндров, т. е. ШГ = ВуСт щ = Пщ , момент,

развиваемый і -м гидроцилиндром будет определяться выражением

1 -

т Л

То +-------(і -1) + 8і

ПФАЗ — 1

Б

ГЦ

Результирующий момент, развиваемый всеми гидроцилиндрами совершающими рабочий ход

ПРАБ

МВР = ПГР £ МВРі і=1

По полученным аналитическим выражениям построены зависимости и определено влияние конструктивных параметров (диаметр поршня) и количества гидроцилиндров на величину развива-

2

емого трансмиссией вращающего момента (рис. 2) для заданного диаметра головной секции геохода (ДтС) и величины давления в гидросистеме РТР .

Полученные графические зависимости (рис.

2), построенные для диаметров геоходов типоразмерного ряда проходческих щитов ЦНИИподзем-маша (таблица) позволяют определить соотноше-

ние количества гидроцилиндров (ПГц) в трансмиссии и диаметра поршня (0П) в зависимости от требуемого вращающего момента (Мвртр) на головной секции.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Разработка и анализ возможных вариантов гидропривода в трансмиссии геохода / Аксенов В.В. , Ефременков А.Б., Тимофеев В.Ю., Блащук М.Ю. // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2010. - ОВ № 3. - С. 184-193.

2. Разработка вариантов компоновочных решений гидравлической трансмиссии геохода / Аксенов В.В. , Ефременков А.Б., Тимофеев В.Ю., Блащук М.Ю. // Инновационные технологии и экономика в машиностроении: Сборник трудов Междунар. научно-практ. конф. с элементами научной школы для молодых ученых. - Томск, 2010. - С. 461-466.

3. ВыгодскийМ.Я. Справочник по элементарной математике. - М: АСТ: Астрель, 2006. - 509 с.

Авторы статьи:

Аксенов Владимир Валерьевич, докт. техн. наук, профессор ЮТИ ТПУ, зав. лаб. угольной геотехники Института угля СО РАН.

E-mail:

v. aksenov@icc. kemsc. ru

Хорешок Алексей Алексеевич, докт.техн. наук, профессор., зав. кафедрой горных машин и комплексов КузГТУ, тел. 8(3842) 39-69-40.

Нестеров Валерий Иванович, докт.техн. наук, профессор, зав. кафедрой горных машин и комплексов, президент КузГТУ, тел. 8(3842) 39-69-40.

Блащук Михаил Юрьевич, ст. преп. каф. горношахтного оборудования ЮТИ ТПУ. E-mail: mby.tpu@gmail.com.