Определение неравномерности вращающего момента трансмиссии геохода с гидроцилиндрами в разных фазах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© В.В. Аксенов, М.Ю. Блащук, 2012

В.В. Аксенов, М.Ю. Блащук

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА ТРАНСМИССИИ ГЕОХОДА С ГИДРОЦИЛИНДРАМИ В РАЗНЫХ ФАЗАХ

Рассмотрены особенности возникновения неравномерности вращения в трансмиссии геохода с гидроцилиндрами в разных фазах. Описана методика определения неравномерности вращающего момента, а также определено влияние параметров трансмиссии на величину неравномерности. Ключевые слова: геоход, трансмиссия с гидроцилиндрами в разных фазах, неравномерность вращающего момента.

Трансмиссия является одной из основных систем геохода, обеспечивающих передачу усилия внешнему движителю, и формирование напорного усилия на исполнительном органе. Отсутствие конструктивных решений трансмиссии, а также методик определения их основных параметров затрудняют дальнейшее совершенствование и разработку геоходов нового поколения, что и определяет актуальность исследований в этом направлении.

В результате проведенных исследований были разработаны схемные решения трансмиссии геохода с гидроприводом на основе гидроцилиндров, работающих в разных фазах [1, 2]. Данные схемы в набольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к трансмиссии геохода и обеспечивают непрерывный режим его работы [2, 3].

Ранее были выведены основные зависимости развиваемого трансмиссией вращающего момента [4]. Момент, развиваемый каждым гидроцилиндром

где — D| — диаметр поршня гидроцилиндра, м; рйв — давление, подводимое в поршневую полость гидроцилиндра, Па; D6N0 0д — диаметр окружности вращения цапфы (установки

цапфы) штока на головной секции, м; D6N0Ю — диаметр

окружности установки цапфы корпуса гидроцилиндра на обечайке хвостовой секции, м (фиксированное значение, определяемое конструктивно); +5) — расстояние между осью цапфы корпуса гидроцилиндра и осью цапфы штока в произвольном положении, м; L0 — расстояние между цапфами корпуса и штока гидроцилиндра в сложенном состоянии (при минимальной раздвижности), м; 5 — текущая величина выдвижения штока гидроцилиндра, м.

Из выражения (1) следует, что по мере выдвижения штока гидроцилиндра расстояние L0 будет увеличиваться на величину 5, (Соответственно длина гидроцилиндра со штоком составит L0+ 5) а плечо hЮj силы, реализующей вращающий момент на головной секции, будет изменяться, а соответственно, будет изменяться и вращающий момент МАв . Величина изменения плеча силы hЮj, а, соответственно, и развиваемого момента МАв будет зависеть от геометрических параметров расстановки гидроцилиндров — D6NO0O, D6N0Ю , а также конструктивных размеров гидроцилиндров — L0, Lв.

В компоновочных схемах [2], где гидроцилиндры работают в разных фазах, в каждой момент времени штоки гидроцилиндров будут выдвинуты на различную величину, а результирующий момент будет представлять собой сумму моментов, развиваемых каждым гидроцилиндром в текущем положении

ПВАА .РВ ^ . D.. 2

МАв = ПРВ ^ р0в ' D6N0.00

I =1

8

1 -х

\2 / Л2 \2 Л

1 -

D

( L. Y ( D...... Л

l + l0 (' - 1) + 5, dono.ao

0 П-- -1 '

V_ oap _

2

ONO.0O I +

DONO.ÄÖ

L0 + -1) + 5' "oaq 1

(2)

где nдд — количество групп гидроцилиндров, находящихся в разных фазах выдвижения; n€AA g — число гидроцилиндров в группе, совершающих рабочий ход; nOAp — количество промежуточных положений штоков (фаз); i = 1, 2, ... nÖ —

порядковый номер гидроцилиндра в группе; 5, = 0...———

nOAp - 1

— текущее положение штока i - го гидроцилиндра.

Как видно из приведенных выражений величина изменения момента AM для заданных конструктивных размеров DONo0O , DONOö , Dj будет зависеть от величины выдвижения штока 5 в пределах изменения длины хода L0 . Подобное изменение момента наблюдается также в поршневых насосах и в роторно-поршневых гидромашинах (радиально- и аксиально поршневых насосах и гидромоторах) [5]. При циклической работе такое изменение момента принято называть неравномерностью (пульсацией) момента, а для ее оценки вводят коэффициент неравномерности вращающего момента AM . Без учета влияния сжатия и инерции рабочей жидкости, поступающей в гидроцилиндры коэффициент AM можно приближенно определить по выражениям A = M max - M min = 2 (M max - M min)

M Mm M max + M mjn ' ^

где M max и M min — максимальное и минимальное значение

■ 1 max min

M + M

вращающего момента MÄa , H-м; MK = ——— — среднее значение вращающего момента за ход штока L0 .

X

В зависимости от взаимного расположения опор гидроцилиндров, а именно от соотношения конструктивных размеров D6NO0O, D6N0Ю минимальные Мт,п и максимальные

М тах значения моментов могут реализовываться при различных положениях штока гидроцилиндра (рис. 1). Наибольший момент реализуется при равноудаленности опор гидроцилиндра от продольной оси секции, т. е. при равенстве диаметров установки опор — D6NO0O = D6N0Ю . С увеличением

разности в диаметрах установки опор развиваемый момент будет снижаться. Соотношение диаметров расстановки опор будет влиять на изменение момента по мере выдвижения штоков. При разности диаметров до 15 % максимальный момент реализуется в начале хода, а минимальный — в конце хода штока. При разности диаметров от 15 до 25 % будет наблюдаться пик развиваемого момента, который будет смещаться от начала к концу хода штока. При увеличении свыше 25 % — максимальный момент будет реализовывать-ся в конце хода штока гидроцилиндра.

Отношение размеров установки опор гидроцилиндров D6N0 0О / D6N0Ю , а также их количество пю будет оказывать

влияние на величину неравномерности момента (рис. 2).

С увеличением количества гидроцилиндров от 5 до 14 соотношение диаметров установки опор, когда коэффициент неравномерности меняется незначительно (в пределах 5 %), уменьшается с 30 до 6 %, что связано с уменьшением расстояния между опорами.

О 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 ОАО OAS 0,50 0,55 8 Рис. 1. Зависимость развиваемого трансмиссией вращающего момента M Ав от взаимного расположения опор гидроцилиндра

DONd.0d, DdNd.Ao

// —т—'

//

1, Ш

А- —*—ч- -Д-, -М--_. Уу

'С ж

С 6 10 15 га 25 ОусгипЮюглг *

Рис. 2. Зависимость неравномерности момента &, от взаимного расположения опор гидроцилиндра D6NO0O и D6N016

Для трансмиссии геохода с гидроцилиндрами в разных фазах коэффициент неравномерности момента Дм определяется выражением:

"ЬЛА "ЬЛА

ЕК - V К

тах I / . п

Дм = 2 •

I=1

I=1

' УЧА ' ЬЛА

ЦК тах I

(4)

I =1

I =1

где К тах, — соответствует началу движения штока в фазе

К„

= 1 -

Л2 ' 2 '

+ П^-Г •(-1)

. "олд '_

V Г D...... ^

^амо.АО

(

D,

СМЭ.00

"о +

и

поАд 1

• (' -1)

,(5)

а К I — концу движения штока в фазе

Рис. 3. Зависимость неравномерности момента Дм от количества гидроцилиндров пм

2

2

к

= 1 -

и- '

2

Ц> +

V

П- - 1

"олд '

• /

(п.-.... \

'-'ОМО .АО

2 \

п

0М0 .00

^ +

о п -1

"олд 1

;(б)

По полученным выражениям были построены зависимости коэффициента неравномерности развиваемого трансмиссией вращающего момента (рис. 3).

Зависимости неравномерности момента для синхронно выдвигающихся гидроцилиндров и гидроцилиндров в разных фазах показывают, что увеличение количества гидроцилиндров в разных фазах с 4 до 14, способствует уменьшению коэффициента неравномерности развиваемого вращающего момента с 8 % до 0,1 %. При этом коэффициент неравномерности момента уменьшается в 2,5...13,4 раза по сравнению с синхронным движением штоков.

Необходимо отметить, что помимо неравномерности момента будут наблюдаться колебания угловой скорости вращения головной секции, причем величина неравномерности угловой скорости будет определяться по аналогичным выражениям как и для неравномерности вращающего момента. - СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2

2

L

2

1. Разработка и анализ возможных вариантов гидропривода в трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2010 — ОВ № 3. С. 184-193.

2. Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Блащук М.Ю. Особенности трансмиссии геохода с гидроцилиндрами в разных фазах выдвижения / Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) Перспективы развития горно-транспортного оборудования / Москва, МГГУ, — 2012, Вып. ОВ2 — С. 37-42.

3. Разработка требований к трансмиссии геоходов / А.Б. Ефременков, В.В. Аксенов, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев // Известия вузов. Горный журнал / Екатеринбург, 2009-№ 8. С. 101-103.

4. Аксенов В.В., Хорешок А.А., Нестеров В.И., Блащук М.Ю. Силовые параметры трансмиссии геохода с гидроприводом / Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2012 — № . 4 — С. 21-24.

5. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. Учебник для ВУЗов. М.: Машиностроение, 1974, С. 606 ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Аксенов Владимир Валерьевич — доктор технических наук, профессор Юр-гинского технологического института (филиала) ТПУ, зав. лабораторией угольной геотехники Института угля СО РАН, [email protected], Блащук Михаил Юрьевич — кандидат технических наук, старший преподаватель Юргинского технологического института (филиала) ТПУ, [email protected].