О моделировании момента сопротивления вращению в подшипниковых узлах буровых машин

Схема динамической системы

последние десятилетия техническое развитие буровой техники

стимулируется в новых областях и для целей, далеких от традиционного применения. К их числу относится микротунеллирование - бестраншейная проходка горизонтальных и слабонаклонных выработок в стесненных условиях (например, в условиях городской застройки) с целью прокладки новых или ремонта старых коммуникаций различного назначения.

Основными факторами,

сдерживающими развитие буровой техники для микротунеллирования, являются [1]:

- завышенные габариты и

масса элементов бурового става, которые предопределены зачастую используемыми традиционными

подходами к их конструированию;

- в значительной мере связанная с этим высокая энергоемкость процесса, особенно

при бурении скважин длиной 100 м и более. Одним из

направлений совершенствования бурового оборудования с учетом

вышеуказанных факторов является совершенствование конструкций многочисленных подшипниковых узлов, в частности, путем применения в них подшипников качения с твердосмазочным антифрикционным (АФЗ), обладающими и

заполнителем самосмазывающим самогерметизирующим свойствами.

Созданы и испытаны опорноякорные и опорно-центрирующие узлы на базе подшипников с АФЗ, по своим массо-габаритным показателям существенно превосходящие обычные конструкции.

Однако промышленная

эксплуатация данных узлов в буровой технике, работавшей на строительных объектах Кемеровской и Тюменской областей, выявила сложный характер формирования момента

сопротивления вращению. Выявлено, что он во многом зависит от специфики динамических

взаимодействий деталей подшипника качения с АФЗ, а также от характеристик выбуриваемого и транспортируемого материала.

С целью прогнозирования энергозатрат на бурение путем оценки

© Л.Е. Маметьев, О.В.

Любимов, Ю.В. Дрозденко, 2003

УДК 621.822.2

Л.Е. Маметьев, О.В. Любимов, Ю.В. Дрозденко

О МОДЕЛИРОВАНИИ МОМЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ ВРАЩЕНИЮ В ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛАХ БУРОВЫХ МАШИН

момента сопротивления вращению предпринята попытка

математического моделирования

явлений, происходящих в

подшипнике сухого трения.

В качестве метода представления динамических взаимодействий

деталей подшипника с АФЗ принято численное моделирование,

основанное на методах векторноматричной алгебры, эффективность применения которого для

подшипников других типов доказана в [2].

Математическая модель

предполагает получение

изменяющихся во времени решений. Представленная на рис. 1

динамическая система со связанными степенями свободы используется в разрабатываемой модели для имитации основных эффектов, возникающих в реальных

конструкциях подшипников с АФЗ. Она состоит из подсистем дифференциальных уравнений,

определяющих динамику тел качения, а также подсистем, характеризующих динамическое состояние наружного и внутреннего колец и

твердосмазочного заполнителя.

Численное решение систем дифференциальных уравнений

осуществлялось методом Рунге-Кутта-Мерсона с автоматическим выбором шага, поскольку в условиях изменяющихся в процессе

эксплуатации параметров контакта [3] желательно уменьшение вероятности возникновения числовой

неустойчивости.

Анализ результатов

моделирования динамических

эффектов в подшипниках с АФЗ способствует достоверному

описанию сопротивления

вращению узлов горных машин, сконструированных на основе этого типа подшипников, с последующим прогнозированием их

работоспособности в различных условиях эксплуатации, при бурении и транспортировании различных материалов.

---СПИСОК

ЛИТЕРАТУРЫ

1. Маметьев Л.Е., Ананьев АН., Любимов О.В., Жалнин Д.В. Проблемы повышения функциональных возможностей машин горизонтального бурения / Механизация горных работ: Тез. докл. и материалы науч. - практ. конф., 12-14 ноября 1996./ Кузбас. гос. техн. ун-т. - Кемерово, 1996. - С. 16-17.

2. Gupta P.K. Some dynamics effects in high-speed solid-lubricated ball bearings. - ASLE Trans., 1983, v. 26, No 3, p. 393-400.

3. Латышенко М.П., Короткевич В.С., Любимов О.В. Определение коэффициента демпфирования в подшипниках горных машин / Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. тр. №10: Ассоциация «Кузбассугле-технология». Кемерово, 1996. - С. 114-119.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Маметьев Леонид Евгеньевич - доктор технических наук, профессор, Кузбасский государственный технический университет.

Любимов Олег Владиславович - старший преподаватель, Кузбасский государственный технический университет.

Дрозденко Юрий Вадимович - аспирант, Кузбасский государственный технический университет.