CC BY
38
66
А.С. Князев, Л.Т. Дворников
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
УДК 622.28
А.С. Князев, Л.Т. Дворников
К ВОПРОСУ О КИНЕТОСТАТИЧЕСКОМ ИССЛЕДОВАНИИ МЕХАНИЗМОВ С ПОДВИЖНЫМИ ПРИВОДАМИ НА ПРИМЕРЕ СЕКЦИЙ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ
В настоящее время при угледобыче широкое применение имеют высокопроизводительные шнековые очистные комбайны, оснащенные специальными механизированными крепями, способными защищать рабочее пространство забоя от обрушения кровли выработки и обеспечивать продвижение всего очистного комплекса во фронт угольного пласта. Механизированный комплекс создается из отдельных секций, в состав которых входит минимальный комплект элементов крепи: гидродомкрат, поддерживающее звено и звено ограждения [1].
Секции механизированных крепей относят к высоконагруженным и ответственным элементам комплекса, от работоспособности и прочности которых зависит безопасность рабочего персонала и оборудования, находящегося в забое.
Ниже на примере трехопорной конструкции секции механизированной крепи (рис. 1а) показан метод её кинематического и силового анализа. Секция состоит из 5 подвижных звеньев: приводного гидроцилиндра 1, поршня со штоком 2, звена поддержки 3, первого коромысла 4 и второго коромысла 5 ограждения. Сверху на крепь действует нагрузка от разрушенной горной породы q.
При включении в работу гидроцилиндра 1, в поршневую полость подается под давлением жид-
кость - техническое масло, что обеспечивает движение поршня со штоком 2 относительно гидроцилиндра, при этом, вся механическая система крепи приходит в движение и удерживает кровлю и разрушенную породу. Гидроцилиндр с поршнем получают при этом два движения, некоторый поворот собственно гидроцилиндра 1 относительно неподвижной опоры и поступательное смещение поршня 2 со штоком относительно гидроцилиндра 1. В связи с наличием этого сложного движения, «прямым» методом - от звена 1 и далее решить вопрос кинематики невозможно. Воспользуемся «обратным» (ложным) методом [2], задавая движение выходному звену, а именно второму
коромыслу 5. Ложное смещение шарнира Е - Sр , перпендикулярно линии ЕН, соединяющей шарнир Е с опорой Н. Отложим это смещение на плане смещений (рис. lb) в произвольном масштабе. Имея в виду, что структура GDEH представляет собой шарнирный четырехзвенник, определим смещение шарнира D через систему уравнений
$D = SE + SDE,
SD = SG + $ DG->
c
a) b)
Рис. 1. План смещений и схема механизма с приложенными силами и определяемыми реакциями
Технология машиностроения
67
где $DE -L DE; Sq = 0 и Sdq _L DG . Решая
эту систему графически, находим смещение Sq . Далее, по смещениям шарниров Е и D звена 3 можно найти смещение шарнира С из пропорции
SCE
SDE
lCE . _> о 1СЕ о
ЬСЕ =-----bDE>
lDE
lDE
где Iqe и Ide длины звеньев СЕ и DE соответ-
ственно.
Найденное смещение шарнира С может быть
разложено на две составляющие - Sqa JL С А
(это смещение шарнира С в перпендикулярном к нему направлении относительно неподвижной
опоры А) и S21
СА (это фактическое заданное
движение в гидроцилиндре, которое возникает при подаче рабочей жидкости и принуждает к движению всю конструкцию в целом), такого построения становится возможным определить масштаб смещений и _ ^21 построенного плана. he
После нахождения смещений всех звеньев появляется возможность силового исследования секции. Необходимо учесть, что смещения в единицу времени малы, а, следовательно, и ускорения и силы инерции пренебрежимо малы, и ими можно пренебречь.
В случае, если исследуемая система получит движения, которые целесообразно оценивать со значительными изменениями скоростей, задача будет иметь решение и с учетом сил инерций.
Силовое исследование секции механизированной крепи начнем с выделения в составе механизма групп звеньев, обладающих нулевой подвижностью, т.е. статически определимых групп. Таковой статически определимой группой является группа звеньев 2, 3, 4 и 5. Эти 4 звена соединены между собой и с неподвижной опорой в 6 кинематических пар, в которых неизвестными являются величины сил и направлений реакций. Для каждого из звеньев цепи составим по 3 уравнения равновесия, что обеспечит возможность определения всех неизвестных реакций.
Для решения конкретной задачи: - из уравнений сумм моментов сил относительно точек G и Н звеньев 4 и 5 определяются тангенциальные составляющие реакций в шарнирах D и Е ( Rq , )
ХМ(С) = о=>лЬ, I.m(H) = o=>rze.
зв4 зв5
На продолжении линий звеньев 4 и 5 фиксируется точка S, которая для звена 3 является мгновенным центром поворота. Относительно точки S нормальные составляющие реакций в шарнирах D и Е не дают моментов, что позволяет найти тангенциальную составляющую реакции в шарнире С
£M(S) = 0=> RTC.
звЗ
Из уравнения векторной суммы сил, действующих на звено 2, могут быть найдены реакции
Rc н R 2i
=0 =>Rc и R2\-
зв 2
Далее составляя уравнения векторных сумм сил, действующих на звенья 3, 4 и 5, найдем неизвестные реакции Ер, Rg, Rq и Rff
^Ё = о=>ЩиЩ,
зв 3
£F = 0 =>Rg, ZF=0=>Rh.
зв4 зв2
Уравнение моментов сил относительно шарнира С для звена 2 позволяет определить плечо h
реакции Т?21 в поступательной паре В
XM(C) = 0=> h.
зв 2
Для поиска уравновешивающей силы Fu, действующей на звено 2, достаточно составить уравнение равновесия относительно оси штока А С
=0 =>Fn.
зв2 на АС
Что касается реакции в опоре А цилиндра 1, то она находится из условия равновесия звена 1
£F = 0 =>fa.
зв 1
Таким образом, известные методы теории механизмов и машин позволяют проводить полное кинематическое и силовое исследование секций механизированных крепей вне зависимости от их структурной сложности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ремизов, А.В. Горношахтное оборудование для добычи угля подземным способом / А.В. Ремизов, П.В. Егоров, А.И. Жаров и др. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2004. - 292 с.
2. Левитский, Н.И. Теория механизмов и машин. - М.: Наука, 1979. -576 с.
Авторы статьи
Князев Дворников
Антон Сергеевич Леонид Трофимович
ст. прей, каф/теории и основ кон- доктор техн/ наук, проф/, зав. каф.теории и струирования машин СибГИУ. основ конструирования машин СибГИУ.
Email: [email protected] Email: [email protected]
