Исследование привода адаптивной машины «Убг-1а» Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© М.А. Лсмсшко, А.В. Трифонов, 2013

УДК 622.24(06)

М.А. Пемешко, А.В. Трифонов

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИВОДА АДАПТИВНОЙ МАШИНЫ «УБГ-1А»

Описано исследование привода адаптивной машины «УБГ-1А», взаимодействие резца с забоем при вращательном бурении. Приведены результаты моделирования работы адаптивной машины. Кратко сформулированы задачи выполняемых исследований.

Ключевые слова: Адаптивная бурильная машина, исследование адаптивного бурения, исследовательский стенд, моделирование бурения.

Адаптивное управление технологическими машинами является новым и актуальным направлением в развитии техники. Создание машин обладающими адаптивными качествами базируется на научных и экспериментальных исследованиях. Для разработки адаптивного привода бурильных машин вращательного действия необходимо решить ряд исследовательских задач по поддержанию режимов работы адаптивной машины близких к оптимальным [1].

Цели адаптации, в общем случае, могут быть различными. Выполненный обзор средств автоматизации процесса вращательного бурения позволил разработать систематизацию целей адаптации (см. рис. 1).

Приведенная систематизация относится к горным машинам и отражает специфику их эксплуатации в тяжелых условиях, в постоянно и непредсказуемо изменяющихся внешних воздействиях на исполнительный орган и режущий инструмент машины.

На кафедре ТМО ЮРГТУ (НПИ) проводятся научные исследования адаптивного привода бурильных машин вращательного действия. При этом разработан и изготовлен экспе-202

риментальный стенд на базе серийной бурильной машины «УБГ.00» (производитель АО «Агрегатный завод»).

Принципиальная схема разработанного стенда (адаптивная бурильная машина «УБГ-1А» с системой измерительных датчиков), представлена на рис. 2, а общий вид стенда представлен на рис. 3.

Машина снабжена гидронасосом — ГН, который создает рабочее давление в сети; гидродвигателем — ГД, вал которого непосредственно передает крутящий момент штанге с режущим инструментом. Параллельно цепи гидродвигателя ГД в гидросистему, запитанную от гидронасоса ГН, включена цепь регулятора режимов ДР2 , причем гидросопротивление этого дросселя, во время установившейся работы системы, больше гидросопротивления гидродвигателя ГД на величину, необходимую и достаточную для создания на рабочем органе определенного момента вращения при заданном режиме, например, при снятии определенной толщины стружки.

К сливной линии гидродвигателя ГД, перед другим регулятором режимов, дросселем — ДР3, включены гид-

Рис. 1. Цели адаптации

Рис. 2. Схема исследовательского стенда на базе разработанной адаптивной машины: ГН — гидронасос, ГД — гидродвигатель, ГЦ — гтдроцилиндр, ДР1,ДР2,ДР3 — дроссели настройки на рабочие режимы, ДР3 — управляющий элемент внешних обратных связей, ДД1,ДД2,ДД3 — датчик давления, ДС — датчик частоты вращения, ДП — датчик скорости подачи,, Ш — штанга с коронкой

Рис. 3. Вид стенда

Техническая характеристика бурильной установки УБГ

Наименование параметра Данные

Вид привода Гидравлический

Режим работы Вращательный

Диаметр шпура, мм 28...4Б

Рабочее давление (тах), МПа 20

Крутящий момент на шпинделе при перепаде давления масла на 1Б4

гидромоторе 16 МПа, не менее, Нм

Диапазон регулирования частоты вращения шпинделя, об/мин 100...575

Максимальный расход, л/мин Б0

Максимальный ход подачи, не менее, мм 1360

Максимальное усилие подачи, не менее, Н 5000

Габаритные размеры, не более, мм:

Высота 1280

Ширина 700

Длина 890

Масса, не более, кг 80

80 %-ный полный ресурс, час 1000

равлический дифференциальный цилиндр — ГЦ — в бесштоковую полость; а его штоковая полость, соединена с линией регулятора режима — дросселем — ДР1. Поршень рабочего цилиндра своим штоком связан с подающей кареткой, которая с возможностью перехвата обеспечивает подачу штанги — Ш на забой.

Гидравлический двухдифференци-альный адаптивный привод работает следующим образом. При включении в работу гидронасоса ГН постоянной производительности по гидросистеме к напорным линиям регулятора режимов ДР1 и гидромотора ГМ подается рабочая жидкость. В зависимости от необходимого режима работы бурения, гидросопротивление ДР1 устанавливают больше гидросопротивления гидромотора ГМ на величину, необходимую и достаточную для создания на режущем инструменте соответствующего момента вращения.

Момент, развиваемый гидродвигателем ГД, равен моменту сопротивления холостого хода, следовательно, гидросопротивление гидродвигателя ГД будет меньше гидросопротивления регулятора режимов ДР1. Это приведет к тому, что расход масла через гидродвигатель ГД будет много больше расхода через регулятор режимов ДР1.

По мере забуривания, и внедрения режущего инструмента в забой, им воспринимается всё более увеличивающееся сопротивления внедрению, момент вращения на штанге увеличивается до рабочего значения. При достижении момента сопротивления вращению величины, соответствующей заданной глубине резания, при которой гидросопротивление гидродвигатель ГД будет соответствовать установленному для данного режима

гидросопротивлению регулятора режимов ДР2, для поршня дифференциального цилиндра ГЦ наступит состояние динамического равновесия.

Выполнено моделирование процесса работы адаптивной машины в среде МаШСа<±

Программа расчетов и результаты приведена ниже.

Ширина пластинки гидродвигателя, см:В: 5.

Эксцентрицитет гидродвигате-ля,см: еэ: = 0,5.

Радиус статора гидродвигателя, см: Нс:=6.

Радиус ротора гидродвигателя, см: Гр:=5.

Число пластинок гидродвигателя, шт: 2:=6.

Общее давление рабочей жидкости гидродвигателя, кГ/см2: р:=80.

Контактная прочность породы, МПа: Рк:=0,3.

Радиус резца, мм: г:=43.

Радиус раствора, мм: гр: = 10.

Угол резания: 8:=45.

Подача резца за один оборот, мм/об: Б: = 1.

Коэффициент трения: ц1:=0,4.

Число перьев, шт: т:=2.

Крутящий момент на затупленном резце, Н*м:

О.О&Б-! г - 0(1

(8)4

■3 (8))-

зш(т + 5)-зт(т) _

Крутящий момент на остром резце, Н*м:

0.06Б-(г - Гр)-(з1п(б) + ц1-соб(б))'

= 0.8710 -г-Р,

0.082Е0 + -

8ш(т + б)з1п(х.

Сила подачи ЫП:=РБ Скорость бурения: Убур:=Бп. Нагружающая сила, кг: Р:=2ргрВ. Теоретический крутящий момент, кГ*см: Мт:=2рВНсеэк

Расход гидроматора см3/мин:

Рр(п) :=

3

0

Р

Ор.2

Ор.4

Ор.е V

«Р.!1 Ор.2

5.3

Ор.4

Ор.е

V

Зависимость расхода гидромотора от скорости вращения.

Зависимость расхода гидромотора от рабочего давления

°рЦМт) 8000

°р2К)

Орз(Мт) 6000

ОйК)

Ор5(Мт) 4000 0р6_(Мт) «р7(Мт) 2000

2000 2500 3000 3500 4000 4500

Мт

Зависимомть расхода гидромотора от крутящего момента.

М т(р)

Зависимость теоретического крутящего момента от рабочего давления в гидромотороте

0 0.! 0.2

0.4 0.5

Зависимость крутящего момента на затупленном и остром резе от контактной прочности

Зависимость скорости бурения от скорости вращения

Рис. 4. Примеры результатов моделирования

!.2 !0

1.5-10

V11

! !0

8 !0

! !0

6 !0

4 !0

5000

2 !0

Р

1 -10

Ор(М

2500

2000

1500

1000

500

0

Р

Мп 1Р

бур

Мр(Р

Нагружающая сила, кг: P:=2prpB Теоретический крутящий момент, кГ*см: Mi:=2pBRce3k.

Расход гидроматора см3/мин:

Qp(n) :=

2-ж-MT-n Р

Таким образом, предварительными исследованиями установлено, что адаптивное управление вращательным бурением решает задачу приближения процесса бурения к оптимальному режиму без средств электронной

автоматики. В структурную схему бурильной машины вместо регулирующих дросселей могут быть введены корректирующие звенья для несило-моментных обратных связей [2]. Например, для увеличения усилия подачи по мере затупления режущей части коронки. Выполняются исследования по изучению процесса бурения с различными вариантами корректирующих звеньев включая, силомоментные и несиломоментные обратные связи.

1. Лемешко М.А. Оптимизация параметров резания угля горной машиной / Новые технологии управления движением технических объектов: Материалы 3-й Международной научно-технической конференции./Том 1. — Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. С. 59—62.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Лемешко М.А. Адаптивный привод технологических машин/ М.А. Лемешко / Visink of the Volodimir Dal East Ukrainial National University № 2 (132) 2009 — с. 215— 219. EES

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Лемешко М.А. — кандидат технических наук, доцент, [email protected], Трифонов А.В. — аспирант, [email protected], Южно-Российский государственный технический университет (НПИ).

- РУКОПИСИ,

ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ВАРИАНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ КОРОТКИМИ ОЧИСТНЫМИ ЗАБОЯМИ

(№ 962/06-13 от 04.04.13, 22 с.)

Хуцишвили Гурам Алексеевич — аспирант, [email protected], Московский государственный горный университет.

RECOMMENDED VARIANTS OF THE TECHNOLOGY OF WORKING OFF OF COAL LAYERS SHORT TREATMENT SLAUGHTER

Khutsishvili Guram Alekseevich