CC BY
47
Горные машины
41
УДК 622.28
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДОМКРАТА СЕКЦИИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ С ЭФФЕКТОМ САМОТОРМОЖЕНИЯ
Дворников Леонид Трофимович ,
доктор технических наук, профессор, email: [email protected]
Князев Антон Сергеевич, старший преподаватель , email: [email protected]
Сибирский государственный индустриальный университет 654007, Россия, Кемеровская область, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42
Аннотация
Описывается проблема проседания поршня в гидродомкрате секции механизированной крепи. Предлагается использование гидродомкрата секции механизированной крепи с эффектом самоторможения. Механическое самоторможение обеспечивается при использовании специального узла - редуктора поступательного движения. Производится исследование кинематики и кинетостатики .механизма с самоторможением на примере клинового аналога.
Ключевые слова: гидродомкрат секции механизированной крепи, кинематика, кинетостатика.
При проведении подземных горных работ для защиты от обрушения пород и управления горным давлением широко используются различные виды горной крепи от индивидуальной до передвижной.
Основным элементом таких крепей является объемная гидравлическая или гидростатическая передача, обеспечивающая возвратно-поступательные относительные движения звеньев за счет гидростатического напора жидкости.
Управление таким гидродомкратом - движением поршня с его штоком осуществляется путем подачи жидкости в подпоршневую или в штоковую полости.
Особенно широкое применение в горном деле получили гидравлические домкраты[1], как приводы секций механизированных крепей горных очистных комбайнов, являющихся основным видом машин, применяемых при добыче угля в шахтах.
Гидродомкрат обладает рядом недостатков, основным из которых является неуправляемая возможность перетечки жидкости из штоковой полости в подпоршневую или наоборот, приводящей к самодвижению и оседанию крепи, т.е. к потере самой их функции удержания кровли.
Широко известны также винтовые домкрат-ные устройства, в которых оказывается возможным управлять движением как входного, так и выходного звеньев в обоих направлениях [2]. При этом самодвижение выходного звена исключается за счет обратного самоторможения в винтовом механизме. Вполне возможным является объединение функций гидростатического и винтового механизмов, т.е. создания гидромеханического домкрата или гидромеханической распорной стойки.
При этом неизбежные различия в скоростях и
усилиях при прямом и обратном ходе гидростоек, обусловленные разностью площадей штоковой и
Рис. 1. Конструктивная схема гидромеханического домкрата
42
Л. Т. Дворников, А. С. Князев
подпоршневой полостей, могут быть уменьшены или увеличены до необходимых за счет винтового механизма.
Механическое самоторможение может быть обеспечено в конструкции гидродомкрата в виде специального узла - редуктора поступательного
движения.
Одно из таких простейших технических решений [3] приведено на рис. 1 в виде гидромеханического домкрата, защищенного патентом РФ №2329381 от 20.07.2008г.
Рис. 2. Клиновой аналог и планы смещений звеньев гидромеханического домкрата
Структурно гидромеханический домкрат состоит из входного ползуна 1, жестко соединенного с поршнем гидродомкрата и его штоком, гайки 2 и выходного ползуна 3. За счет эффекта самоторможения в соединении гайки 2 со стойкой (кинематическое соединение 2-0) обратное движение (самодвижение) механизма под действием силы Q
оказывается невозможным. Такое движение станет возможным лишь тогда, когда поршню со штоком 1 будет задано движение вниз.
Винтовой механизм гидромеханического домкрата, состоящий из звеньев 1, 2 и 3, можно показать в клиновом исполнении как клиновой аналог (рис. 2,а) в виде трех ползунов, смещаю-
Горные машины
43
щихся относительно друг друга и относительно неподвижной опоры. При подаче движения звену 1, звенья 2 и 3 получают вполне определенные управляемые движения.
С использованием клиновой схемы (рис. 2,а) возможно проведение полного кинематического и силового исследования гидромеханического домкрата. Задаваясь смещением входного звена Si , по заданным углам относительных движений в парах 1-2, 0-2 и 3-2, может быть найдено смещение S3 . Возможно решение и обратной задачи, т.е. по заданным смещениям S3 и Si находить необходимые углы наклона резьб. Последнее производится следующим образом: на плане смещений (рис. 2,Ь) из полюса Р откладываются вектора потребных смещений Si и S3 звеньев 1 и 3 и задается угол подъема резьбы самотормозящей пары
0-2 , т.е. угол ОС2, под которым из полюса Р проводится прямая PS2. На этом луче может быть выбрана точка Si, а направления, соединяющие точки Si и Si, а также S3 и Si определят необходимые углы наклона резьб в парах 1-2 и 3-2.
Если же заранее задаться одним из углов ОС\ или <23 в парах 1-2 или 3-2, то по нему прежде определится положение точки Si, а затем уже и угол
«з или ОС\, соответственно.
Очевидно, что смещение и скорость звена 2 при заданном смещении звена 1 Si определится системой уравнений
^2 = + ^2Ь S2i||aa,
<
$2 = £о+к5>20’ S20|K
где S], S2, S20, S21 - абсолютные и относи-
тельные смещения звеньев.
По найденному смещению S2 смещение звена 3 также опишется системой уравнений
S3=S2+S32,
S3 ~ S02 + ^302 ’
сс,
>302
.D'-
где S3 , S32> S302 " абсолютное и относительное смещения звена 3.
Графические решения этих систем уравнений показаны на рис. 2,Ь - при движении звена 1 вверх и на рис. 2,с - при движении звена 1 вниз.
Передаточное отношение, гидромеханического домкрата определится, как — Sj/S3 • Отсчет
углов относительных движений звеньев проводится единообразно, т.е. от вертикали против часовой стрелки к направлению движения, что позволяет производить аналитическую запись движений и тем самым учитывать истинные направления смещений.
Столь же вполне определенно может быть решена и задача силового исследования гидромеханического домкрата.
Прежде всего, рассмотрим звено 3 (рис. 1), к которому приложена действующая сила Q. Силовое решение этого звена определится уравнением
Q + R оз+ ^23 = 0-
Направления всех этих сил известны, они перпендикулярны направлениям относительных смещений звеньев в парах 0-3 и 2-3. На этом основании, проводя соответствующие направления из начала и конца вектора приложенной силы Q (рис. 3), можно найти и /?03 и /?23 •
Рис. 3. План сил механизма
Далее может быть составлено уравнение равновесия звена 2 как Щ2 +^02 + ^12 — 0- По известному углу ОС\ или ОСз это уравнение решается от найденной реакции /?2з • При этом необходимо иметь в виду, что реакция R^2 = —R23 Чтобы далее найти необходимую для придания движения всему механизму силы F , - достаточно составить уравнение равновесия звена 1 ^21 +А)1 + = 0?
где /?21 = —R\ 2 •> из которого вполне однозначно
определится уравновешивающая сила F .
Решение задачи может быть уточнено учетом сил трения в винтовых парах. Для этого по полученным реакциям с учетом реальных коэффициентов трения f по зависимости Fjp = R - f можно найти силы трения и приложить их как действующие силы сопротивления.
Описанная и исследованная конструкция гидромеханического домкрата может найти применение не только в горном деле, но и в строительстве и при выполнении самых различных монтажных работ.
44
Л. Т. Дворников, А. С. Князев
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коровкин, Ю.А Теория и практика длиннолавных систем / Коровкин Ю.А., Савченко П.Ф.. - М.: Изд-во «Горное дело» ООО «Коммерийский центр», 2012 - 808с.
2. Балабышко, А.М. Гидропривод механизированных крепей: Учеб. Пособие. / Балабышко А.М., Ру-жицкий В.П., Первое К.М.. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2002.- 138 с.
3. Патент №2329381 Гидродомкрат секции механизированной крепи / Дворников Л.Т., Баклушин Д.С., Князев А.С. (РФ) - приоритет от 22.01.2007, опубл. 20.07.2008, Бюл. №20.
Поступило в редакцию 06.05.2015
THE STUDY OF A HYDROJACK OF THE SECTION MECHANIZED FIX WITH EFFECT OF SELF-RETARDATION
Dvornikov Leonid T.,
D.Sc. (Engineering),, Professor, e-mail: [email protected]
Knyazev Anton S., senior lecturer, email: [email protected]
Siberian State industrial University. 42 street Kirov, Novokuznetsk, Kemerovo region, 653033, Russian Federation
Abstract
The bucket flash problem in a hydrojack of the section of powered support is described. Use of a hydrojack of the section of powered support is offered with effect of self-retardation. Mechanical self-retardation is provided when using special knot - a progress reducer. The study of kinematics and a kinetostatiks of the gear with self-retardation on the example of maple analog is made.
Keywords: hydro jack section powered roof support, kinematics, kinetostatics.
REFERANCES
1. Korovkin, Ju.A Teorija i praktika dlinnolavnyh sistem / Ju.A. Korovkin, P.F. Savchenko. - M.: Izd-vo «Gomoe delo» OOO «Kommerijskij centr», 2012 808s.
2. Balabyshko, A.M. Gidroprivod mehanizirovannyh krepej: Ucheb. Posobie. / A.M. Balabyshko, V.P. Ru-zhickij, K.M. Pervov. - M.: Izdatel'stvo Moskovskogo gosudarstvennogo gornogo universiteta, 2002. - 138 s.
3. Patent №2329381 Gidrodomkrat sekcii mehanizirovannoj krepi / Dvornikov L.T., Baklushin D.S., Knjazev A.S. (RF) - prioritet ot 22.01.2007, opubl. 20.07.2008, Bjul. №20.
Received 06.05.2015
