Обоснование концептуального варианта компоновки волновой передачи с полым валом для трансмиссии геохода

© В.В. Аксенов, В.Ю. Тимофеев, 2012

В.В. Аксенов, В.Ю. Тимофеев

ОБОСНОВАНИЕ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ВАРИАНТА КОМПОНОВКИ ВОЛНОВОЙ ПЕРЕДА ЧИ С ПОЛЫМ ВАЛОМ ДЛЯ ТРАНСМИССИИ ГЕОХОДА

Предложен вариант компоновки волнового редуктора с полым валом для привода геохода, который учитывает особенности компоновки трансмиссии геохода и создающим предпосылки для обеспечения требуемого свободного пространства внутри геохода.

Ключевые слова: трансмиссия геохода, компоновка волновой передачи с промежуточными телами качения, полый вал.

В настоящее время совершенствование проходческой техники и повышение ее производительности основано на увеличении энерговооруженности проходческих комплексов. Создание напорных усилий на забой осуществляется за счет наращивания массы оборудования. Подобная тенденция приводит к ограничению области применения проходческих комбайнов и щитов по углам проводимых выработок, увеличению их металлоемкости и габаритных размеров. Поэтому создание альтернативных технологий проведения горных выработок различного направления и разработка высокоэффективных проходческих машин являются крайне необходимым.

Одним из альтернативных и перспективных направлений в решении проблемы проведения горизонтальных и наклонных выработок является геовинчестерная технология, базовым элементом которой, является геоход — аппарат, движущийся в подземном пространстве с использованием геосреды. Одной из основных систем геохода, определяющей его работоспособность, является трансмиссия, т.к. именно трансмиссией обеспечивается напорное усилие и перемещение всего агрегата.

В последнее время получают распространение (в том числе и в трансмиссиях горных машин) механизмы с относитель-

но 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. Отсутствие обоснованных компоновочных решений трансмиссии геохода ВППТК сдерживает работы по созданию геоходов нового поколения.

Существующие конструкции ВППТК не учитывают особенности компоновки трансмиссии внутри геохода и особенности его работы, т.к. ранее ВППТК не применялась в трансмиссии геохода, и таких задач не возникало [1].

Привод геохода, как и у любой другой горнопроходческой машины, включает в себя двигатель (источник механической энергии) и трансмиссию (передаточный механизм), поэтому компоновка и взаимная увязка двигателя и трансмиссии будет иметь существенное влияние на компоновочное решение ВППТК. Также на компоновочное решение будет оказывать влияние требование по обеспечению достаточного свободного пространства внутри геохода, для размещения дополнительного оборудования [2].

Предложенное компоновочное решение двигателя основано на применении так называемого «кольцевого» или «опоясывающего» электродвигателя [3]. Данный электродвигатель, размещенный по внутренней окружности цилиндрической оболочки, дает возможность его компоновки в приводе вне оси вращения геохода. Компоновка электродвигателя обеспечивает возможность размещения его элементов по периферии стабилизирующей секции геохода. При этом выходным элементом будет являться приводной фланец, который в свою очередь будет являться входным звеном для ВППТК (рис. 1) [3].

Приводной фланец электродвигателя, обеспечивающий габарит свободного пространства, по сути, является полым валом. Для обеспечения требований к трансмиссии геохода необходимо, соответственно, разработать ВППТК с полым валом. Наличие нового функционально-конструктивного элемента — полого вала в ВППТК создаст возможность для

обеспечения необходимого свободного пространства внутри геохода.

Компоновка элементов в ВППТК с полым валом представляет собой однорядную одноволновую роликовую передачу (рис. 2). На внутренней поверхности венца 1 расположены канавки с числом зубьев венца на единицу больше числа тел качения (роликов) 2.

| Вращающаяся секция Приходной фланец

Рис. 1. Компоновка электродвигателя в приводе двухсекционного геохода

Рис. 2. Схема ВППТК для использования в трансмиссии геохода:

1 — зубчатый венец, 2 — ролик, 3 — генератор волн (полый вал), 4 — сепаратор, 5 — плавающая шайба, 6 — тело качения плавающей шайбы Тела качения постоянно соприкасаются с рабочими по-ностями зубьев венца 1, описанных совокупностью дуг окружностей, а также соприкасаются с генератором волн 3. Генератор волн 3 выполнен с осевым отверстием, которое обеспечивает свободное пространство в районе оси вращения ВППТК. Конструктивно генератор волн представляет собой полый вал. Сепаратор 4 при работе может быть неподвижен, либо может вращаться, в зависимости от схемы использования передачи. Для существенного снижения сил трения между телами качения и эксцентричным волновым генератором введена плавающая шайба 5, которая выносит дорожку качения на отдельное, свободно вращающееся на эксцентрике звено. Плавающая шайба опирается на тела качения 6. Генератор волн 3, тела качения 6 и плавающая шайба 5 образуют подшипниковый узел, на который опираются ролики 2. Сепаратор 4 удерживает ролики и дает им двигаться только в радиальном направлении.

Принцип работы передачи зависит от того, какой элемент передачи будет являться выходным звеном. Рассмотрим на примере зубчатого венца в виде выходного звена. Генератор волн 3 приводится во вращение внешним двигателем и вращается вокруг оси О1. При вращении генератора он своей

поверхностью воздействует на ролик 2 и перемещает его по радиальному пазу сепаратора 2. Ролик, в свою очередь, воздействует на наклонную поверхность зуба венца 1, чем вызывает возникновение радиальной силы, заставляющей поворачиваться несущий сепаратор 4, если зафиксирован венец 1. Либо наоборот, поворачивается венец 1, если зафиксирован сепаратор 4. Направление вращения генератора волн 3 и зубчатого венца 1 совпадают.

Данная компоновка соответствует предъявляемым требованиям, в частности создает предпосылки для обеспечения достаточного свободного пространства внутри геохода. Использование роликовых тел качения в ВППТК позволит передавать больший вращающий момент, по сравнению с шариковыми, в 2,6 раза [4]. Одноволновая, однорядная схема ВППТК, позволит получить максимальные передаточные отношения и значительно упростить конструкцию самой передачи [5].

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Блащук М.Ю., Тимофеев В.Ю. Обзор волновых передач возможных к применению в трансмиссии геохода // 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.

2. Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Блащук М.Ю., Тимофеев В.Ю. Разработка требований к трансмиссии геоходов // «Известия ВУЗов. Горный журнал». — 2009. — № 8. С. 101-103.

3. Тимофеев В.Ю. Матерiали м1жнародно! конференцп «Форум пр-ниюв — 2012». — Д.: Державний вищий навчальныий заклад «Нацюналь-ний прничий утверситет», 2012. — Т.4. — 236 с. С. 168-172.

4. Степанов В.С. Методика проектирования привода на основе волновой передачи с телами качения: дис. канд. техн. наук. — Москва: МАИ, 2009. — 162 с.

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

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Аксенов Владимир Валерьевич — доктор технических наук, профессор Юр-гинского технологического института (филиала) ТПУ, зав. лабораторией угольной геотехники Института угля СО РАН, v.aksenov@icc.kemsc.ru, Тимофеев В.Ю. — старший преподаватель Юргинского технологического института Национального исследовательского Томского политехнического университета, младший научный сотрудник лаборатории угольной геотехники Института угля СО РАН, tv-ytitpu@mail.ru.