Автоматизация выбора параметров крупномодульных зубчато-реечных передач технологических машин

УДК 622.232

АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ КРУПНОМОДУЛЬНЫХ ЗУБЧАТО-РЕЕЧНЫХ ПЕРЕДАЧ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

Л.В. Лукиенко

Рассмотрены вопросы автоматизации выбора геометро-кинематических параметров крупномодульных тяжело нагруженных зубчато-реечных передач технологических машин. Предложен алгоритм решения этой задачи на основе оригинальной методики расчёта для зубчато-реечных передач с радиусным профилем зуба приводного колеса.

Ключевые слова: крупномодульные зубчато-реечные передачи, геометро-кинематические параметры, автоматизация выбора параметров.

Возросшая значительная конкуренция в производстве продукции тяжёлого машиностроения приводит к необходимости развития и интенсификации производства различных технологических машин [1]. При этом к зубчатым передачам предъявлены требования: высокая эксплуатационная надежность; способность к работе в условиях перегрузки; низкий уровень шума; высокая эффективность; длительные интервалы между обслуживанием; неприхотливость в обслуживании; продолжительный срок эксплуатации.

Среди значительного количества тяжело нагруженных ответственных технологических машин в наиболее тяжёлых условиях работают горно-технологические машины (очистные комбайны, стволопроходческие комплексы, подъёмные установки, ворота шлюзные, экскаваторы). Наибольшее распространение в этих машинах нашли зубчато-реечные передачи, которые обладают целым рядом достоинств по сравнению с другими вариантами передач, реализующих преобразование вращательного движения в поступательное: повышенная надёжность, неприхотливость в эксплуатации и возможность использования в условиях колебания межосевого расстояния (рис. 1).

Их можно охарактеризовать значительной величиной модуля зацепления (от 31,85 до 47, 746 мм) и величиной необходимого усилия подачи от 200 до 450 кН [2, 3, 4, 5]. При их изготовлении возникают немалые проблемы, связанные с недостатком оборудования [6]. Одними из практически реализуемых решений являются переход на технологичный радиусный профиль зацепления (движители зубчато-реечных систем перемещения очистных комбайнов) и применение станков с числовым программным управлением. Для работы механизмов перемещения тяжело нагруженных технологических машин, кроме колеса, необходима рейка, жёстко закреплённая на неподвижных направляющих.

Для выполнения задач по интенсификации процесса производства и сокращения времени проектирования задача автоматизации этого процесса является актуальной.

Рис. 1. Зубчато-реечные передачи, реализующие прямолинейное движение технологической машины

При проектировании реечных тяговых органов для перемещения тяжело нагруженных технологических машин конструкторам приходится решать сложную многофакторную задачу, при решении которой вопрос технологичности изготовления зачастую уходит на второй план.

Исходными данными для расчета являются (рис. 2) шаг зацепления в паре «зубчатое колесо-рейка» угол зацепления в паре «зубчатое колесо-рейка» высота зуба рейки; ширина зуба рейки по вершине; высота головки зуба рейки; радиус скругления вершин зубьев рейки; радиус скругления ножек зубьев рейки; толщина зубьев зубчатого колеса и рейки; радиусы профилей зубчатого колеса; габаритный компоновочный размер; межосевое расстояние в паре «зубчатое колесо-рейка»и диапазон его возможного варьирования; минимальное значение зазоров в зацеплениях; крутящий момент на выходном валу редуктора; частота вращения выходного вала редуктора; коэффициенты трения, модули упругости, коэффициенты Пуассона, коэффициенты для определения интенсивностей изнашивания (силовые и абразивного ускорения износа) материалов взаимодействующих пар; максимально допустимая суммарная величина износа в паре «зубчатое колесо-рейка».

Для исключения кромочных контактов на вершинах зубьев в зацеплении пересопряжение зубьев организуем так, что в момент входа в зацепление очередной пары зубьев предыдущая расходится в точке, не доходящей до вершин зубьев. Основными лимитирующими факторами при проектировании являются ограничения по межосевому расстоянию, выполнение необходимых качественных показателей передачи (коэффициенты запаса профиля, колебания скорости и усилия подачи, удельного скольжения и ускорения скольжения).

Рис. 2. Блок-схема алгоритма расчёта геометро-кинематических параметров зубчато-реечных передач

В результате расчета определяют геометрические параметры движителя, качественные характеристики, кинематические и силовые параметры и их изменение в процессе изнашивания элементов зубчато-

208

реечного механизма подачи горно-технологической машины. При этом величины интенсивностей изнашивания могут быть определены из эксперимента (натурного или модельного).

По результатам методики расчёта разработана программа, которая реализована в программной среде Mathcad. Её практическое использование позволит конструктору сократить время на принятие решения и выбор наиболее предпочтительного конструктивного решения.

Список литературы

1. Стратегия развития тяжелого машиностроения на период до 2020 года. Министерство промышленности и торговли Российской Федерации. Приказ от 9 декабря 2010 г. N 1150.

2. Кондрахин В.П., Косарев В.В., Стадник Н.И. Электрические механизмы перемещения очистных комбайнов. Донецк: Технопарк ДонНТУ УНИТЕХ, 2010. 257 с.

3. Горбатов П. А. Горные машины для подземной добычи угля. Донецк: Норд Компьютер, 2006. 669 с.

4. Геллер Б.М., Лукиенко В.Г., Семёнов Ю.Н. Бесцепные системы подачи очистных комбайнов. М.: Недра, 1988. 152 с.

5. Стационарные и тормозные режимы работы бесцепных систем перемещения очистных комбайнов / В.А. Бреннер [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 220 с.

6. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. / под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение, 1986.

Лукиенко Леонид Викторович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, lukienko_lv@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого

A UTOMA TION OF THE CHOICE OF PARAMETERS OF BIG GEARING MODULE RACK-AND-PINIONS SYSTEMS TECHNOLOGICAL MACHINES

L.V. Lukienko

Questions of automation of the choice of the geometry - kinematic parameters of the big gearing module hard loaded rack-and-pinions systems of technological machines are considered. In work the algorithm of the solution of this task on the basis of an original calculation procedure for rack-and-pinions systems with a radial cross-section of a cog of a drive wheel is offered.

Key words: the big gearing module hard loaded rack-and-pinions systems, the geometry - kinematic parameters, automation of the choice of parameters.

Lukienko Leonid Viktorovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, lukienko_lv@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State Pedagogical University named after L.N. Tolstoy