WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

ЛЯЛИН КИРИЛЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕСНОГО

ДВИЖИТЕЛЯ ПЕРЕКАТЫВАЮЩЕГОСЯ ТИПА ДЛЯ ГОРНЫХ МАШИН

Специальность 05.05.06 – “Горные машины”

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Екатеринбург - 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент

Ляпцев Сергей Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Юдин Аркадий Васильевич;

кандидат технических наук, доцент

Таугер Виталий Михайлович

Ведущая организация - Институт горного дела УрО РАН (г. Екатеринбург)

Защита состоится «27» ноября 2008 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу:

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО "Уральский государственный горный университет".

Автореферат диссертации разослан «24» октября 2008 г.

Учёный секретарь диссертационного совета М.Л. Хазин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В конце XX века известные и доступные месторождения полезных ископаемых при интенсивных темпах добычи начали быстро исчерпываться. В соответствии с прогнозами, приведенными в различных источниках, при нынешних темпах развития промышленности мы можем столкнуться уже в ближайшем будущем с проблемой нехватки многих полезных ископаемых, добываемых в настоящее время. По приблизительным оценкам на сегодняшний день получен доступ пока лишь к 40 % всех имеющихся запасов нефти и всего к 25 % запасов газа.

Правительством РФ намечены основные области разработки месторождений – районы Полярного Урала, Западной и Восточной Сибири, Якутии и Дальнего Востока, где нефти, газа, угля, железа, бокситов, золота, материалов для строительной промышленности и т.п. по прогнозам специалистов хватит на несколько десятилетий. Однако освоение этих территорий сопряжено со значительными трудностями из-за суровых природно-климатических и тяжелых горно-технических условий. Так, опыт эксплуатации горных мобильных транспортно-технологических машин (МТТМ) при разработке месторождений полезных ископаемых в зонах с холодным климатом показывает, что в зимний пе­риод по сравнению с летним среднемесячная выработка машин сокращается в 2 - 3 раза, себестоимость перерабатываемой горной массы увеличивается в 2 - 2,5 раза. Этому в значительной мере способствует отсутствие развитой дорожной инфраструктуры и специальных горных МТТМ повышенной проходимости, предназначенных для эксплуатации в данных районах. Поэтому задача повышения проходимости горных МТТМ при эксплуатации их в северных и приравненных к ним районах в настоящее время актуальна.

Одним из приоритетных решений данной задачи является совершенствование конструкции движителя, обеспечивающего повышение проходимости горных МТТМ в трудных дорожных условиях.

Объект исследования – горные МТТМ с различными типами движителей, эксплуатируемые в местности с тяжелыми природно-климатическими условиями и низкой несущей способностью опорной поверхности дорог.

Предмет исследования - колесный движитель перекатывающегося типа (КДПТ) в реальных условиях эксплуатации.

Целью работы является создание методов расчета основных параметров движителя для реальных режимов нагружения горных МТТМ при эксплуатации их по различным опорным поверхностям движения, характерных для месторождений полезных ископаемых, разрабатываемых открытым способом в северных и приравненных к ним районах.

Идея работы заключается в применении нетрадиционного колесного движителя и адаптации его параметров для горных МТТМ при эксплуатации их в многообразных дорожно-грунтовых условиях горных предприятий.

Методы исследований включают: теоретические исследования с учетом основных положений динамики машин и математического анализа; экспериментальную оценку параметров системы “МТТМ - КДПТ - опорная поверхность” на натурном образце МТТМ в лабораторно-дорожных условиях с использованием современных средств и методов измерений.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Теоретическое обоснование механизма качения КДПТ, обеспечивающего повышенную проходимость горных МТТМ по местности с различной несущей способностью опорной поверхности.

2. Зависимость движущего момента, подводимого к колесам КДПТ, от геометрических параметров движителя и момента сопротивления качения в установившемся режиме.

3. Мощность, подведенная к КДПТ, и тяговый КПД являются критериями, характеризующими эффективность применения данного движителя в конкретных условиях эксплуатации.

4. Динамическая модель системы “МТТМ - КДПТ - опорная поверхность” при движении машины в установившемся режиме движения, учитывающая геометрические параметры и режим нагружения движителя, а также свойства опорной поверхности.

5. Алгоритм расчета основных параметров КДПТ с учетом реальных режимов его нагружения при движении МТТМ по различным опорным поверхностям, наиболее часто встречающихся при разработке новых месторождений полезных ископаемых открытым способом в северных и приравненных к ним районах.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

1. Выполнен анализ кинематики и динамики качения КДПТ.

2. Выведена теоретическая формула для определения движущего момента, подводимого к колесам движителя, необходимого для перемещения МТТМ в заданных условиях эксплуатации.

3. Получены уравнения для расчета энергетических характеристик КДПТ, с помощью которых возможно проведение сравнительной оценки движителей с различными параметрами.

4. Разработана методика исследования параметров КДПТ в полевых условиях с учетом физико-механических свойств опорной поверхности.

5. Предложен метод расчета основных параметров КДПТ для горных МТТМ высокой проходимости.

Практическая ценность диссертации состоит в том, что разработана методика расчёта основных параметров КДПТ, которая позволит сократить сроки и затраты работ на стадии проектирования, испытаний и доводки опытных образцов с учетом конкретных условий эксплуатации горных МТТМ.

Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением корректных методов математического и физического моделирования, апробированными методами экспериментальных исследований и подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований. Максимальные относительные погрешности измерения величин при экспериментальных исследованиях лежат в пределах от 11,3 до 13,4 %, что вполне приемлемо по требованиям точности результатов эксперимента. Экспериментальные и теоретические данные связаны прямо пропорциональной зависимостью с корреляционным отношением 0,86…0,91. Правильность выбора регрессионной прямой зависимости движущего момента от угла поворота опорно-приводного вала для экспериментальных данных подтверждается высоким коэффициентом корреляции движущего момента и угла поворота, лежащим в пределах от 0,82 до 0,87. Адекватность уравнения регрессии подтверждается экспериментальным значением критерия Фишера, который во всех случаях больше табличного значения. Расхождение результатов расчетов с данными экспериментальных исследований по движущему моменту составляет 18 %, тяговому КПД движителя – 22 %.

Реализация результатов. Результаты работы использованы при проектировании мобильных транспортно-технологических машин в конструкторском бюро ОАО “Пневмостроймашина” и учебном процессе кафедры “Сервис и эксплуатация транспортных и технологических машин” Уральского государственного лесотехнического университета.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: “Научно-технический семинар по колесным и гусеничным машинам высокой проходимости”, (г. Москва, МАДИ (ГТУ), 2004 г.); “Проблемы и достижения автотранспортного комплекса”, (г. Екатеринбург, УГТУ-УПИ 2004 г.); “Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров”, (г. Москва, МГТУ “МАМИ”, 2005 г.); “Прогресс транспортных средств и систем – 2005”, (г. Волгоград, 2005 г.); "Урал промышленный – Урал полярный: социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса." (г. Екатеринбург, УГЛТУ, 2007 г.); "Математическое моделирование механических явлений", (г. Екатеринбург, УГГУ, 2007 г.).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в пяти работах, из них две в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы, включающего 148 наименований, и приложения. Работа содержит 110 страниц машинописного текста, 7 таблиц и 37 рисунков.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, определена ее цель и задачи, положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность.

В первой главе проанализированы существующие конструкции колёсных движителей, повышающие проходимость, а также состояние и перспективы исследования проходимости горных МТТМ, дано обоснование актуальности решения исследуемой проблемы, и определены задачи работы.

Исследованиями в области влияния конструктивных параметров колесного движителя на основные эксплуатационные свойства МТТМ при взаимодействии его с опорными поверхностями с различными физико-механическими свойствами в нашей стране занимались такие ученые, как: М.Н. Летошнев, В.П. Горячкин, Е.А. Чудаков, А.Ю. Ишлинский, В.Ф. Бабков, В.В. Кацыгин, Н.А. Ульянов, Ю.А Ечеистов, Р.В. Вирабов, А.Ф. Полетаев, А.Н. Евграфов, Я.С. Агейкин, И.И. Водяник, Д.А. Золотаревская, В.А. Скотников, И.П. Ксеневич, В.В. Гуськов, В.Г. Анопченко, В.И. Кнороз, Н.Ф. Бочаров, А.Л. Кемурджиан, М.П. Чистов, А.А. Кулешов, А.П. Куляшов, Н.Ф. Кошарный и многие другие, за рубежом - М.Г. Беккер, Дж. Вонг, В. Харрисон, Б. Ханомото, А. Рииса и др.

На основе проведенного анализа существующих типов колесных движителей и многообразия их модификаций в настоящее время наибольшее распространение на подавляющем большинстве горных МТТМ высокой проходимости получил традиционный колесный движитель. Как показывает опыт эксплуатации на опорных поверхностях с различными физико-механическими свойствами, наиболее эффективными для горных МТТМ являются движители колесного типа. Однако колесный движитель имеет существенный недостаток – низкую проходимость.

Для повышения проходимости горных МТТМ взамен колесного движителя предлагается использовать КДПТ. МТТМ, оборудованные таким движителем, способны передвигаться по любым типам опорных поверхностей.

Основные достоинства КДПТ по сравнению с другими типами колесных движителей:

- автоматически изменяет дорожный просвет при увеличении сопротивления движению, что значительно повышает профильную проходимость МТТМ за счет снижения “бульдозерного” эффекта от остова машины;

- автоматически изменяет движущий момент, необходимый для преодоления момента сопротивления качению со стороны фона опорной поверхности без дополнительных следящих и управляющих систем;

- при движении МТТМ с КДПТ движущий момент изменяется плавно, что снижает его буксование, тем самым уменьшается глубина колеи и сила сопротивления качению;

- относительная простота конструкции и как следствие низкая стоимость изготовления по сравнению с другими альтернативными движителями колесного типа.

На рис. 1, а представлена схема сил и моментов, действующих на единичное колесо движителя при качении по твердой опорной поверхности при незначительной величине силы сопротивления. В момент начала движения машины опорно-приводной вал 2 находится в положении устойчивого равновесия (точка локального минимума потенциальной энергии системы).

При подводе движущего момента МКРn к валу 2 происходит его вращение с угловой скоростью 2n и перемещение с помощью касательной силы

а б

в

Рис. 1. Схема сил и моментов, действующих на единичное колесо КДПТ:

при качении по твердой (а) и деформируемой поверхности (б) в установившемся режиме; в – схема сил, действующая на полое колесо и опорно-приводной вал при установившемся движении: n – порядковый номер колеса; hkn – высота деформируемого слоя опорной поверхности; - горизонтальная реакция опорной поверхности; Pn – мгновенный центр скоростей- вес полого колеса;- вес опорно-приводного вала; - нормальная реакция внутренней поверхности полого колеса; и - проекции на оси и реактивной силы, представляющей собой сопротивление, оказываемое остовом МТТМ толкающему его единичному колесу КДПТ

тяги РК2n центра масс вперед – вверх по внутренней поверхности полого цилиндрического колеса 1. Так как опорно-приводной вал 2 расположен в остове машины, то при перемещении его по внутренней поверхности полого колеса происходит также перемещение МТТМ вдоль опорной поверхности.

Вращаясь вокруг своей оси, вал 2 перемещается по внутренней поверхности колеса 1 на определенную высоту относительно положения устойчивого равновесия, достаточную для преодоления силы сопротивления со стороны опоры, обеспечивая в последующем движение МТТМ c скоростью.

На деформируемой опорной поверхности (рис. 1, б) при моменте сопротивления качению процесс движения отличается лишь характером формирования опорной поверхности и величиной МКРn, необходимой для преодоления момента сопротивления качению. При использовании на МТТМ бесступенчатой трансмиссии (электромеханической или гидрообъемной) к каждому колесу движителя будет подводиться необходимый движущий момент без дополнительных специальных следящих и управляющих систем.

Важнейшими конструктивными параметрами КДПТ являются радиус внутренней поверхности полого колеса, радиус опорно-приводного вала и толщина обода.

Анализ литературных источников по конструкции колесных движителей показал, что в настоящее время отсутствуют работы, посвященные теоретическому и экспериментальному исследованию КДПТ. Отсутствуют методы выбора его основных параметров на стадии проектирования в зависимости от технико-эксплуатационных показателей горных МТТМ и физико-механических характеристик опорной поверхности.

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»