Обоснование и выбор конструктивных параметров заделки гидростойки механизированной крепи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Белянкина, Ольга Владимировна

• Белянкина, Ольга Владимировна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Белянкина, Ольга Владимировна

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Условия эксплуатации, применяемость и перспективы совершенствования гидростоек механизированных крепей.

1.2. Требования к качеству изготовления деталей гидростоек.

1.3. Виды и причины повреждений деталей гидростоек.

1.4. Схемы нагружения гидростоек и методы их расчета на статическую, циклическую и контактную прочность.

1.5. Задачи исследования.

Выводы.

2. Метод конечных элементов и программные средства его реализации на ПЭВМ.

2.1. Метод конечных элементов.

2.2. Программные средства для реализации метода конечных элементов на ЭВМ.

2.3. .Исходные параметры для моделирования контактного взаимодействия деталей стойки на ЭВМ.

2.4. Расчетные данные для анализа напряженного состояния гидростойки.

Выводы.

3. Результаты моделирования напряженного состояния гидростойки на ЭВМ.

3.1. Взаимосвязь напряженного состояния гидростойки и точности изготовления рабочих поверхностей элементов стойки.

3.2. Зависимость контактных напряжений от базы заделки.

3.3. Зависимость контактных напряжений от эксцентриситета приложения нагрузки.

3.4. Зависимость контактных напряжений от величины рабочего сопротивления стойки.

3.5. Зависимость контактных напряжений от внутреннего диаметра гидроцилиндра.

Выводы.

4. Обеспечение точности в соединениях гидростойки.

4.1. Методы обеспечения заданной точности в соединениях.

4.2. Определение параметров, обеспечивающих заданную точность соединений гидростойки.

4.3. Моделирование процессов изготовления деталей гидростойки и их сборки на ЭВМ. Определение объема незавершенного производства.

4.4. Формирование комплекта сборочных единиц гидростойки.

4.5. Оценка уровня качества соединений гидростойки.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование и выбор конструктивных параметров заделки гидростойки механизированной крепи»

Актуальность работы. В состав современных механизированных комплексов для добычи угля входит значительное количество гидростоек (стоек). К стойкам как опорным элементам, создающим сопротивление опусканию кровли, предъявляются жесткие технические требования как по качеству их изготовления, так и по надежности эксплуатации.

Стойка находится в сложном деформированном состоянии, подвергаясь внецентровому сжатию, поперечному и продольному изгибу.

Внутренняя поверхность гидроцилиндра и грундбуксы, а также наружные поверхности штока и поршня являются рабочими и их состояние оказывает решающее влияние на ресурс и работоспособность стойки. Из анализа повреждений деталей стоек следует, что деформации составляют около 36% от общего объема повреждений, около 20% приходится на износ, а около 28% повреждений составляют задиры и риски.

Основные причины повреждений — конструкционные и технологические. В первом случае конструктивные параметры не обеспечивают требуемой прочности и элементы стоек деформируются и разрушаются под действием внешних нагрузок, а во втором - техпроцессы изготовления деталей не обеспечивают требуемой износостойкости рабочих поверхностей.

Из-за наличия зазоров в соединениях и эксцентрично приложенной внешней нагрузки возникает перекос штока относительно цилиндра. Характер перекоса зависит от конструктивных параметров заделки гидростойки и зазоров в соединениях, а также от деформаций поверхностей под действием нагрузок. В результате в местах контакта поршня с цилиндром и штока с грундбуксой возникают значительные контактные напряжения. В настоящее время отсутствуют эффективные методы оценки влияния конструктивных параметров заделки гидростойки на ее напряженное состояние, в том числе в местах контакта рабочих поверхностей. Поэтому обоснование: и выбор конструктивных параметров заделки гидростойки механизированной крепи являются актуальной научной задачей.

Целью" работы* является установление зависимостей конструктивных параметров заделки* гидростойки; от контактного взаимодействия рабочих поверхностей для их обоснования и выбора, что позволит повысить ресурс.

Идея; работы: Конструктивные параметры заделки гидростойки выбираются- и обосновываются по напряжениям, возникающим от контакта поршня с цилиндром и штока с.грундбуксой.

Научные положения; разработанные лично соискателем; и новизна: зависимости напряженного:■• состояния гидростойки механизированной крепи- от величины; базы, заделки отличаются.тем,. что они учитывают контакт поршня с цилиндром-и штока с грундбуксой; зависимости контактных напряжений от величины зазоров; в соединениях рабочих поверхностей: заделки гидростойки механизированной: крепи; учитывающие перекос штока относительно* цилиндра;: взаимосвязь параметров соединений и, сборки, особенность которой' состоит в том, что она обеспечивает зазоры^соединениях гидростойки механизированной крепи по 8-му квалитету при точности изготовления сопрягаемых поверхностей по 10-11.

Обоснованность и достоверность» результатов исследований подтверждаются представительным: объемом? данных по серийно выпускаемым гидростойкам механизированных, крепей; Расхождение5 расчетных параметров заделки со значениями, принятыми; в практике: конструирования гидростоек, не превышает 10%:.

Научное; значение: работы заключается? в установлении зависимостей контактных напряжений, возникающих из-за перекоса штока; относительно * цилиндра, от конструктивных параметров заделки гидростойки, что является уточнениемтеории.расчета гидростоек на прочность.

Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по обоснованию и выбору конструктивных параметров заделки гидростойки с учетом контактного взаимодействия рабочих поверхностей и зазоров в соединениях и методических указаний по назначению посадок в соединениях гидростоек, чтобы на стадии конструирования обеспечить наименьшие контактные напряжения.

Реализация результатов работы.

Рекомендации по обоснованию и выбору конструктивных параметров заделки гидростойки с учетом контактного взаимодействия рабочих поверхностей и зазоров в соединениях приняты для использования в ОАО «Объединенные машиностроительные технологии» при проектировании гидростоек механизированных крепей.

Методические указания по назначению посадок в соединениях гидростоек при конструировании используются в учебном процессе в МГГУ при подготовке студентов по специальностям 151001 «Технология машиностроения» и 150402 «Горные машины и оборудование».

Апробация работы. Основные положения и содержание работы были

-t доложены на международных научно-технических конференциях «Неделя горняка - 2008» в МГГУ, «Производство. Технология. Экология. - 2008» в МГТУ «СТАНКИН», «Трибология - машиностроению - 2008» в Институте машиноведения РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть статей.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, содержит 40 рисунков, 12 таблиц, список использованной литературы из 75 наименований.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Белянкина, Ольга Владимировна

Выводы

1. При отсутствии технологий, обеспечивающих точность рабочих поверхностей стойки по 8 квалитету, необходимо проводить селективную сборку соединений* с использованием метода минимизирующего объем незавершенного производства.

2. Селективная сборка соединений стойки многовариантна. При выборе варианта сборки предпочтение следует отдавать такому, который обеспечивает большее количество групп валов, комплектующих определенную размерную группу отверстий.

3. Простого аналитического решения задачи определения объема незавершенного производства при селективной сборке не существует. Эта задача должна решаться методом математического моделирования на ЭВМ с учетом производственной программы и законов распределения действительных размеров отверстий и валов.

4. Определены параметры сборки, обеспечивающие точность соединений по 8 квалитету при точности сопрягаемых поверхностей по 10-11 или по 9-10 и объем незавершенного производства близкий к нулю. Определен порядок формирования сборочных комплектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований в диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи, состоящей в обосновании и выборе конструктивных параметров заделки гидростойки механизированной крепи, что позволит повысить ресурс.

Выполненные исследования позволили получить следующие результаты и сделать выводы:

1. Объем пластически деформированных деталей стоек, поступающих в ремонт, составляет около 40% от общего количества поврежденных, что в значительной мере объясняется несовершенством методических рекомендаций по расчету прочности, не учитывающего контактное взаимодействие рабочих поверхностей.

2. Установлена взаимосвязь напряженного состояния и конструктивных параметров заделки гидростойки механизированной крепи, учитывающая контактное взаимодействие поршня с цилиндром и штока с грундбуксой. Погрешность вычислений параметров напряженного состояния не превышает 1%.

3. Значимыми конструктивными параметрами заделки стойки, влияющими на условия контакта и величину контактных напряжений, являются база заделки и величина зазоров в соединениях рабочих поверхностей. Установлено, что база заделки, должна быть больше внутреннего диаметра цилиндра не менее чем на 30%.

4. Выявлена взаимосвязь зазоров в соединениях рабочих поверхностей с величиной контактных напряжений. Зазоры в соединениях должны определяться посадками не ниже 8-го квалитета точности, что обеспечит повышение ресурса соединений на 60%.

5. Зависимости контактных напряжений от рабочего сопротивления гидростойки и эксцентриситета приложения нагрузки имеют линейный характер. Установлено, что максимальное рабочее сопротивление гидростойки не должно превышать расчетное более чем на 30%, а величина эксцентриситета приложения нагрузки должна составлять не более 10% от диаметра штока.

6. Установлены зависимости контактных напряжений от конструктивных параметров заделки гидростойки, позволяющие проводить их обоснование и выбор с учетом перекоса штока относительно цилиндра из-за наличия зазоров в соединениях рабочих поверхностей. Разработано информационное обеспечение и адаптирован программный комплекс для моделирования на ЭВМ.

7. Определены взаимосвязанные параметры соединений и сборки, позволяющие обеспечить зазоры по 8-му квалитету при точности изготовления сопрягаемых поверхностей по 10-11.

8. Рекомендации по обоснованию и выбору конструктивных параметров заделки гидростойки с учетом контактного взаимодействия рабочих поверхностей и зазоров в соединениях приняты для использования в ОАО «Объединенные машиностроительные технологии» при проектировании гидростоек механизированных крепей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Белянкина, Ольга Владимировна, 2009 год

1. Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Расчет допусков и размеров. — М.: Машиностроение, 1992. — 240 с.

2. Дунаев П. Ф. Размерные цепи. — М.: Машгиз, 1963. — 308 с.

3. Единая система допусков и посадок СЭВ в машиностроении и приборостроении. Справочник. — М.: Стандарты, 1989. Т1. — 263 с.

4. Радкевич Я. М., Лактионов Б. И. Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость. Книга 3. Взаимозаменяемость. Часть 1. М.: МГГУ, 2000.-240 с.

5. Радкевич Я. М., Лактионов Б. И. Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость. Книга 3. Взаимозаменяемость. Часть 2. — М.: МГГУ, 2000.-240 с.

6. Шубина Н. Б., Грязнов Б. П., Шахтин И. М., Морозов В. И., Березкин В. Г. Предупреждение разрушения деталей забойного оборудования. — М.: Недра, 1985.-215 с.

7. Скляров Н. С. Оценка и повышение качества капитально ремонтируемых механизированных крепей угледобывающих комплексов. Дисс. на соискание уч. степени к. т. н. М.: МГИ, 1982. — 261 с.

8. Хорин В. Н. Расчет и конструирование механизированных крепей. — М.: Недра, 1988.-25 с.

9. Пономаренко Ю. Ф., Баландин А. А., Богатырев Н. Т. и др. Расчет и конструирование гидроприводов механизированных крепей. — М.: Машиностроение, 1981. — 327 с.

10. ОСТ 12.44.245 83. Крепи механизированные. Стойки и домкраты. Расчет на прочность. Методика проверочного расчета на статическую прочность и устойчивость. — М.: Гипроуглемаш, 1984. - 76 с.

11. Технический документ. Крепи механизированные. Стойки и домкраты. Расчет цилиндров на циклическую и контактную прочность. Методика. —

12. Тула: Тульский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт, 1981. —46 с.

13. Кондаков Л. А., Голубев А. И. и др. Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник. — М.: Машиностроение, 1986. — 464 с.

14. ГОСТ 15852-82. Крепи механизированные гидравлические поддерживающие для лав: основные параметры и размеры. — М.: Стандарты, 1985. 5 с.

15. ГОСТ 18585-82. Крепи механизированные гидравлические для лав: общие технические требования. М.: Стандарты, 1985: — 4 с.

16. ГОСТ 12445-80. Гидроприводы объемные. Ряды основных параметров. — М.: Стандарты, 1985. 24 с.

17. Балабышко A.M., Ружицкий В.П., Первов К.М. Гидропривод механизированных крепей. Учебное пособие. — М.: Горная книга, 2003. — 138 с.

18. Балабышко A.M. Методика расчета гидравлической стойких устройством для повышения несущей способности. — М.: МГГУ, 2000. 25 с.

19. Григорьев5С.М. «Обоснование и выбор параметров гидропривода подачи проходческих щитов для коллекторных тоннелей»/Дисс. на соискание уч. степени канд. техн. наук. — М., 1986. — 216 с.

20. Пастоев И. Л. Разработка систем передвижения автоматизированных угледобывающих агрегатов/Дисс. на соискание уч. степени док. техн. наук. М.: МГИ, 1987. - 345 с.

21. Солод Г. И. Основы квалиметрии. М.: МГИ, 1991. - 83 с.

22. Солод Г. И. Оценка качества горных машин: М.: МГИ, 1975. - 70 с.

23. Солод Г. И., Радкевич Я. М. Программирование качества горной техники.- М.: МГИ, 1987. 95 с.

24. Солод Г. И., Радкевич Я. М. Управление качеством горных машин. М.: МГИ, 1985.-94 с.

25. Солод Г. И., Морозов В. И., Русихин В. И. Технология машиностроения и ремонт горных машин. — М.: Недра, 1988. —421 с.

26. Козлов С. В. Основные тенденции развития и совершенствования горной техники для очистных работ на шахтах Российской Федерации/Горный информационно-аналитический бюллетень.— 2001.— №12. С. 184— 189.

27. Топчиев А. В., Гетопанов В. Н., Солод В. И., Шпильберг И. JI. Надежность горных машин и комплексов. — М.: Недра, 1968. — 88 с.

28. Островский М. С. Триботехнические основы обеспечения качества функционирования горных машин. Часть I. — М.: МГГУ, 1993. — 160 с.

29. Островский М. С. Триботехнические основы обеспечения качества функционирования горных машин. Часть II. — М.: Ml I У, 1993. — 229 с.

30. Солод В. И., Гетопанов В. Н., Рачек В. Н. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. — М.: Недра, 1982. — 351 с.

31. Хорин В. Н., Мамонтов С. В., Каштанова В. Я. Гидравлические системы механизированных крепей. М.: Недра, 1971. - 288 с.

32. Радкевич Я.М. Оценка качества изготовления деталей/Горное оборудование и электромеханика. — 2007. №1. - С. 26-29.

33. Светозарова Г. И., Мельников А. А., Козловский А. В. Практикум по программированию на языке бейсик. М.: Наука, 1988. - 368 с.

34. Набатникова Т. Ю. Влияние зазоров в соединениях на величину изгибающих моментов и запасов прочности гидростоек и домкратов/Горный информационно-аналитический бюллетень. 2000. -№4.-С. 115-118.

35. Набатникова Т. Ю. Влияние зазоров в соединениях на положение плунжера в заделке и силу, прижимающую поршень к цилиндру гидростойки/Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2003. — № 3. С. 189-195.

36. Набатникова Т. Ю., Набатников Ю. Ф. Влияние деформации цилиндра от давления рабочей жидкости на положение плунжера в заделке гидростойки/Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003. — №2.-С. 225-230.

37. Набатникова Т. Ю., Набатников Ю. Ф. Моделирование схем перекоса плунжера в заделке гидростойки/Горный информационно-аналитический бюллетен. -2001. -№12. С. 182-183.

38. Набатникова Т. Ю., Набатников Ю. Ф. Обоснование вида посадок соединений деталей в заделках гидростоек/Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2001. — №12. — С. 178-181.

39. Набатников Ю. Ф., Набатникова Т. Ю. Моделирование предельного износа в соединениях гидростойки/Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня. — 2003. №8. — С. 3-9.

40. Набатников Ю. Ф., Набатникова Т. Ю. Влияние точности изготовления деталей соединений гидростойкина величину контактных деформаций/ Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня. — 2003.-№8.-С. 10-14.

41. Горячева И. Г., Добычин М. Н. Контактные задачи в трибологии. — М.: Машиногстроение, 1988. -256 с.

42. Тимошенко С. П., Гузьер Дж. Теория упругости. — М.: Наука, 1975. — 575с.

43. Беляев Н. М. Труды по теории упругости и пластичности. — М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1957. — 632 с.

44. Беляев Н. М. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1976. - 608 с.

45. Развитие теории контактных задач в СССР. — М.: Наука, 1976. 494 с.

46. Демкин Н. Б., Рыжов Э. В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М.: Машиностроение, 1981. — 24 с.

47. Левина 3. М., Решетов Д. Н. Контактная жесткость машин. — М.: Машиностроение, 1971. 264 с.

48. Федосьев В. И. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1979. - 560 с.

49. Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов В. С. Основы расчетов на трение и износ. — М.: Машиностроение, 1977. — 526 с.

50. Белянкина О.В., Набатников Ю.Ф. Определение параметров контактного взаимодействия рабочих поверхностей гидростойки механизированной крепи/Горное оборудование и электромеханика. — 2008. — №10. — С. 43-46.

51. Белянкина О.В. Оценка напряженного состояния стойки методом конечных элементов/Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. - № 10. - С. 218-223.

52. Белянкина О.В. Влияние перекоса штока в цилиндре на напряженное состояние гидростойки механизированной крепи/Юбразование, наука, производство и управление/Сборник трудов научно-практической конференции: СТИ МИСиС. Том 5. 2008. - С. 20-27.

53. Набатников Ю.Ф., Зозулева Л.А. Оценка уровня качества гидростойки/Горные машины и автоматика. 2004. — №6.

54. Набатников Ю.Ф., Сизова Е.И. Моделирование процесса сборки соединений машин на ЭВМ/Горное оборудование и электромеханика. — 2008. -№3.- С. 17-19.

55. Набатников Ю.Ф., Моделирование селективной сборки на ЭВМ и определение объема незавершенного производств//Техника и технология сборки машин /Сборник трудов VI международной конференции. — Польша: Жешовская политехника. — 2008. — С. 37-40.

56. Набатников Ю.Ф. Расчет объема незавершенного производства при селективной сборке//Наука и молодежь в начале нового столетия/Труды международной научной конференции. Губкин: Филиал НБГТУ им. Шухова. - 2008.

57. Набатникова Т. Ю. Повышение ресурса функциональных элементов гидростоек механизированных крепей/Дисс. на соискание уч. степени к.т.н.-М.:МГГУ, 2004.

58. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. М.: Мир, 1984. -428с., ил.65.http://www.ispu.ru/library/lessons/Maslov/index.html. Лекция 2. Основные понятия и концепция МКЭ.

59. Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. -М.: Машиностроение, 1975. -471с., ил.

60. Булатов В.П. и др. Расчет точности машин и приборов. -С-Пб.: Политехника, 1993.-495 е., ил.

61. Радкевич Я.М., Схиртладзе А.Г., Лактионов Б.И., Коротков И.А. Стандартизация. Учебное пособие. — М.: Славянская школа, 2002. — 363 с.

62. Пугачев B.C. Теория вероятностей и математическая статистика. 2-е изд., испр. и доп. М.: Физматлит, 2002. - 496с.

63. Холодкова А.Г., Князев Д.В. Сборка цилиндрических соединений с натягом методом поперечного прессования с применением анаэробных адгезивов/Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2003. — №3. — С. 19-23.