Условия динамической уравновешенности камнерезной машины цепным рабочим органом

УДК 622.23.05

М.Т. Мамасаидов

д-р техн. наук, профессор, кафедра «Прикладная механика», Кыргызско-Узбекский университет, г. Ош, Киргизия

М.М. Исманов

канд. техн. наук, доцент, кафедра «Прикладная механика», Кыргызско-Узбекский университет, г. Ош, Киргизия

УСЛОВИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ УРАВНОВЕШЕННОСТИ КАМНЕРЕЗНОЙ МАШИНЫ

ЦЕПНЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ

Аннотация. Данная работа посвящена определению условий динамической уравновешенности камнерезной машины цепным рабочим органом в процессе резания камня. На основе анализа полученных зависимостей конструктивных и режимных параметров цепного рабочего органа определены условия динамической уравновешенности камнерезной машины цепным рабочим органом в процессе резания камня. Полученные выражения позволяют определить рациональные режимные и конструктивные параметры цепного рабочего органа, при котором обеспечивается динамическая уравновешенность камнерезной машины в процессе резания камня. Выработаны соответствующие рекомендации по совершенствованию конструкций цепного рабочего органа камнерезных машин найти целенаправленные пути создания перспективных их образцов.

Ключевые слова: камнерезная машина, цепной рабочий орган, ведущая звездочка, режущая цепь, процесс резания, сила резания, усилие подачи, сила сопротивления, скорость резания, скорость подачи, угловая скорость, природный камень.

M.T. Mamasaidov, Kyrgyz-Uzbek University, Osh, Kyrgyzstan

M.M. Ismanov, Kyrgyz-Uzbek University, Osh, Kyrgyzstan

THE CONDITIONS OF DYNAMIC BALANCE STONE CUTTING MACHINE CHAIN WORKING BODY

Abstract. This work is devoted to determining the conditions of dynamic balance stone-cutting machine working body of the chain in the process of cutting stone. Based on the analysis of the dependency of constructive and regime parameters of the working body of the chain defines the conditions of dynamic equilibrium of stone-cutting machine working body of the chain in the process of cutting stone. These expressions allow us to determine the rational regime and design parameters of chain actuator, which provides a dynamic balance of stone-cutting machines in the stone cutting. To develop appropriate recommendations for improving the design of chain actuator stone-cutting machines, find targeted ways to create their promising samples.

Keywords: stone-cutting machine, chain actuator, drive sprocket, chain cutting, the cutting process, cutting force, feed force, resistance force, cutting speed, feed rate, rotational speed, natural stone.

Известно, что в ускоренных режимах, когда значения углового ускорения ведущей звездочки цепного рабочего органа (ЦРО) и линейного ускорения камнерезной машины колеблется в значительных пределах, возникают динамические нагрузки, действующие на все узлы и детали камнерезной машины. При этом возникают вынужденные колебания ЦРО и самой машины, что в конечном итоге приводит к поломкам резцов и элементов режущей цепи, шуму и вибрации камнерезной машины, уменьшению надежности работы и срока службы ЦРО камнерезной машины.

Исходя из вышеизложенного, возникает необходимость анализа зависимости режимных и конструктивных параметров ЦРО определения условий динамической уравновешенности камнерезной машины ЦРО в процессе резания природного камня.

В работе [1] были получены зависимости силы сопротивления резанию (РР), суммарной силы сопротивления (Рс), углового ускорения ведущей звездочки ЦРО (ез) и линейного ускорения камнерезной машины (а) от режимных и конструктивных параметров ЦРО.

Зависимость силы сопротивления резанию РР определена в виде

В... • Н... • n иП • cos В

РР = kp —Щ-П-- ,

Р Р 3600•zvp

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; n - число линий резания; vn и иР - 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. Зависимость суммарной силы сопротивления РС выражена в виде

В...  НЩ  n -vn  cos В

РС _ Pn

С nV^ ' Р T 3600  z Vp

2

где kT - удельная сила транспортирования мелочи камня из технологической щели, кг/см ; m - коэффициент сопротивляемости камня относительному сдвигу или срезу; f- коэффициент трения скольжения.

Угловое ускорение ведущей звездочки ЦРО

j _ ез _ _2 г I „ \ 2 1 ,

R3 \_т(тз + mp + 2тц)-тЦ]

где Md - движущий (крутящий) момент, кг' м; МС - момент от суммарной силы сопротивления, кг' м; т3, тц, тР и т - соответственно, масса ведущей звездочки, режущей цепи, плоской рамы ЦРО и самой камнерезной машины без ЦРО, кг; РТ и РТ - сила тяги машины и усилие подачи, кг; R3 - радиус ведущей звездочки, м.

Линейное ускорение камнерезной машины (х" = а) выражено следующей зависимостью:

„ _ _(Рт - Рп - Рс cosb)-Rз m + тР + 2тЦ)-(М„ - Мс )  тЦ

х _ а _-Z—г--1-\-Гй-,

R3  _т т + тР + 2тц)-тЦ]

Проведенный анализ зависимостей режимных и конструктивных параметров ЦРО показывают [2], что изменение величины углового ускорения ведущей звездочки е3 и линейного ускорения а камнерезной машины в значительных пределах вызывают дополнительные инерционные и динамические нагрузки на элементы ЦРО и другие узлы машины. В свою очередь, инерционные и динамические нагрузки на элементы ЦРО вызывают шум и вибрацию камнерезной машины, отрицательно влияют на ее эксплуатационные показатели.

Следует отметить, что рациональный режим работы камнерезной машины обеспечивается при равномерном вращении ведущей звездочки (когда е3 = 0) и рабочем движении самой камнерезной машины (когда а = 0). При этом шум и вибрация камнерезной машины в процессе резания камня существенно уменьшаются. Величины инерционных и динамических нагрузок на элементы ЦРО будут минимальные, наблюдается динамическая уравновешенность камнерезной машины ЦРО.

Как отмечено выше, в идеальном случае, когда е3 = 0, обеспечиваются условия динамической уравновешенности камнерезной машины ЦРО в процессе резания природного камня. Откуда, принимая е3 = 0, из уравнения (3) определим рациональные значения режимных и конструктивных параметров ЦРО, при которых будут соблюдаться необходимые условия динамической уравновешенности камнерезной машины в процессе резания камня.

Скорость подачи

v > (тЦRз (Рт - Рп (1 + (m + f)cosb)) - т(Ма - Мс))3600zuP Vn > (kp + кт )тцRзBщНщП cos2 р

Скорость резания

(кр + кт)тЦRзВщН.пип cos2 р

uP >-р-Ц-^^-,

Р 3600z^Rз

Радиус ведущей звездочки ЦРО

Р3 <_" МС]_,

3 тц

Ширина технологической щели

(тцR3 (PT - Рп (1 + (m + f) cos В) - m(Md - Мс ))3600zvP

ВЩ <-2-,

(кр + кт Vn m R3H.n cos2 В

Глубина технологической щели

Усилие подачи

(тцR3 (PT - Рп (1 + (m + f )cosb)) - m(Md - Мс))3600zvP (кр + кт Vn тц B. R3n cos2 В

г, г, г, n m

РП > PT - Рс cos В--„ с ,

m

- i n cos и--

Сила тяги камнерезной машины

тц R3

г, г, г, „ m

РТ > РП + Рс cos В + „ ,

тц Р3

Движущий (крутящий) момент ведущей звездочки

тц Р Р - Рп - Рс ооэВ) + тМ( т

Масса режущей цепи

т{Ма - Мс) Р (Рт - Рп - Рс cosВ)'

Масса камнерезной машины

Md > ц 3 Т-П-с-—-с ,

mu < „ „—m ,

m,, R3

m < ц 3К т-П-с-— ,

Md - Мс

Суммарная сила сопротивления

Р < mц R3 (Рт - Рп ) - m^d - Мс) с mц R3 cos В '

Момент силы сопротивления

mMd - m.. R3

Мс <-d--П-с-tZ,

m

Из полученных уравнений (5), (6) и (7) видно, что параметры mц, R3, Вщ, Нщ и n обратно пропорциональны величине скорости подачи vn и прямо пропорциональны скорости резания vР, а радиус ведущей звездочки R3 обратно пропорционален параметрам mц, Рт и Мс. Коэффициент сопротивляемости камня относительному сдвигу или срезу m и коэффициент трения скольжения f прямо пропорциональны скорости резания иР, обратно пропорциональны величине скорости подачи vn. Уравнения (8) и (9) показывают, что параметры vn, m^ R3 и n обратно пропорциональны величинам Вщ и Нщ.

Как видно из уравнений (10)—(16), что усилие подачи РП прямо пропорционально силе тяги камнерезной машины Рт, а движущий (крутящий) момент Мс1 прямо пропорционален параметрам mц и R:3, обратно пропорционален массе камнерезной машины m. Суммарная сила сопротивления Рс прямо пропорциональна силе тяги машины Рт, движущему моменту Мб, массе камнерезной машины m и углу наклона ЦРО В .

Таким образом, анализ полученных уравнений (5)-(16) позволяет определить рацио-

нальные режимные и конструктивные параметры ЦРО, при которых обеспечивается динамическая уравновешенность камнерезной машины в процессе резания камня. Также полученные уравнения позволяют определить резервы в совершенствовании конструкций ЦРО камнерезных машин и найти целенаправленные пути создания перспективных их образцов.

Список литературы:

1. Исманов, М.М. Разработка обобщенной динамической модели и получение уравнений движения цепного рабочего органа камнерезных машин [Текст] / М.М. Исманов, И.Э. Исаев // Инновационная наука. - Уфа: АЭТЕРНА, 2016. - № 10, часть 2. - С. 48-56.

2. Исманов, М.М. Анализ зависимости режимных и силовых параметров цепного режущего органа [Текст] / М.М. Исманов // Материалы Межд. научно-практ. конф. «Теория машин и рабочих процессов», посвящ. 90-летию со дня рождения академика О.Д. Алимова. - Бишкек: Имаш. НАН КР, 2013. - С. 213-218.

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

4. Ажибаев, Э.К. Мобильная цепная камнерезная машина с автономным приводом [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.05.06 / Э.К. Ажибаев. - Фрунзе, 1985. - 223 с.

5. 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.