Обоснование параметров трансмиссии геохода с волновой передачей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Тимофеев, Вадим Юрьевич

• Тимофеев, Вадим Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тимофеев, Вадим Юрьевич

СОДЕРЖАНИЕ

стр

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Конструкция и принцип работы геоходов и трансмиссии

1.2 Приводы и трансмиссии горной техники

1.3 Обзор волновых передач с промежуточными телами качения

1.4 Выводы 3

2 ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ТРАНСМИССИИ ГЕОХОДА 3

2.1 Особенности работы и разработка требований к трансмиссии reo- 38 хода

2.2 Определение необходимых усилий трансмиссии при непрерывном 41 перемещении двухсекционного геохода

2.3 Определение влияния размеров геохода на силовые параметры его 55 трансмиссии

2.4 Выводы

3 СИНТЕЗ КОНСТУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ТРАНСМИССИИ 61 ГЕОХОДА С ВОЛНОВОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ТЕЛАМИ КАЧЕНИЯ

3.1 Разработка компоновочного решения волновой передачи с про- 61 межуточными телами качения

3.2 Разработка компоновки волновой передачи с промежуточными 62 телами качения в трансмиссии геохода

3.3 Разработка схемного решения привода геохода с волновой пере- 67 дачей с промежуточными телами качения

3.4 Синтез конструктивных решений трансмиссии геохода с волновой 72 передачей с промежуточными телами качения

3.5 Принцип работы трансмиссии геохода с волновой передачей с 82 промежуточными телами качения

3.6 Выводы

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ТРАНСМИССИИ ГЕОХОДА

85

С ВОЛНОВОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ТЕЛАМИ

КАЧЕНИЯ

4.1 Силовое распределение в элементах волновой передачи с проме- 85 жуточными телами качения

4.2 Определение основных геометрических параметров роликов вол- 91 новой передачи с промежуточными телами качения

4.3 Исследование напряженно-деформированного (НДС) состояния 98 элементов волновой передачей с промежуточными телами качения методом конечных элементов

4.4 Определение основных взаимосвязей геометрических параметров 103 волновой передачи с промежуточными телами качения

4.5 Определение влияния внешних силовых факторов на геометриче- 106 ские параметры волновой передачи с промежуточными телами качения

в трансмиссии геохода

4.6 Разработка методики расчета параметров трансмиссии геохода с 113 волновой передачей с промежуточными телами качения

4.7 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

125

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

127

ПРИЛОЖЕНИЯ

134

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров трансмиссии геохода с волновой передачей»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

В настоящее время на шахтах Кузбасса на один миллион тонн добытого угля приходится около 4,7 километров подземных горных выработок, проводимых с использованием проходческих комбайнов. Объем проведенных горных выработок в Кузбассе за 2011 год составляет около 400 км. В соответствии с Долгосрочной Программой развития угольной промышленности России на период до 2030 года намечено увеличение объемов добычи угля подземным способом в 1,3 раза. Ожидаемый объем проведения горных выработок к 2030 году может составить 500...550 км в год.

За всю историю метрополитена России сооружено 480 км линий метро. В рамках развития строительства подземных линий метро в ближайшие 15 лет планируется проложить еще 160 км.

Существующее горнопроходческое оборудование (проходческие комбайны и щиты) накопило в своем развитии ряд существенных недостатков: создание тяговых и напорных усилий происходит за счет массы проходческого оборудования; большая металлоемкость оборудования; ограниченность применения по углам наклона проводимой выработки; низкие скорости проходки.

Одним из перспективных направлений в решении проблемы проведения горизонтальных и наклонных выработок является геовинчестерная технология, базовым элементом которой, является геоход - аппарат, движущийся в подземном пространстве с использованием геосреды. Одной из основных систем геохода, определяющей его работоспособность, является трансмиссия.

В последнее время получают распространение (в том числе и в трансмиссиях горных машин) механизмы с относительно новой механической передачей - волновой передачей с промежуточными телами качения (ВППТК). Данная передача обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с передачами, традиционно используемыми в трансмиссиях горных машин: большие предаваемые вращающие моменты, большие передаточные числа, меньшая металлоемкость.

Отсутствие технически и научно обоснованных решений трансмиссии геохода с волновой передачей и методик определения ее параметров сдерживает работы по созданию геоходов нового поколения. Поэтому исследования, направленные на обоснование параметров трансмиссии геоходов с волновой передачей, являются актуальными.

Цель работы - разработать схемные, конструктивные решения и обосновать геометрические и силовые параметры трансмиссии геохода с волновой передачей.

Идея работы заключается в использовании волновой передачи с промежуточными телами качения в трансмиссии геохода.

Задачи работы:

1. Разработать схемные и конструктивные решения трансмиссии геохода.

2. Разработать математическую модель взаимодействия элементов волновой передачи с промежуточными телами качения в трансмиссии геохода.

3. Определить влияние внешних силовых факторов на геометрические параметры волновой передачи с промежуточными телами качения в трансмиссии геохода.

Методы выполнения исследований:

- метод системного анализа и синтеза технических систем;

- метод математического моделирования взаимодействия геохода с геосредой и взаимодействия элементов трансмиссии геохода;

- аналитические методы расчетов технической механики;

- методы компьютерного моделирования с использованием программных средств SolidWorks 2010;

- метод конечных элементов (МКЭ) с использованием программных средств SolidWorks Simulation 2010.

Научные положения, выносимые на защиту:

- конструктивное решение трансмиссии геохода на основе роликовой ВППТК с неподвижным сепаратором обеспечивает непрерывное вращение движителя геохода с необходимым вращающим моментом;

- размеры ролика и сепаратора передачи являются взаимовлияющими и определяют основные параметры ВППТК. Диаметр и длина ролика прямо пропор-

5

циональны передаваемому вращающему моменту и обратно пропорциональны квадрату среднего радиуса сепаратора;

- в центральной части геохода размер свободного пространства, достаточного для размещения транспортного оборудования и обслуживания исполнительного органа, обеспечивается использованием в трансмиссии ВППТК с полым валом, и однозначно определяется разработанной математической моделью взаимодействия элементов трансмиссии.

Научная новизна:

- получены аналитические выражения для определения необходимого вращающего момента трансмиссии геохода с учетом его непрерывного движения в геосреде;

- впервые разработаны конструктивные решения трансмиссии геохода с ВППТК с полым валом, реализующие необходимый вращающий момент, и обеспечивающие свободное пространство в центральной части геохода;

- разработана математическая модель взаимодействия элементов ВППТК в трансмиссии геохода, позволяющая определять ее основные параметры, в зависимости от размеров геохода, значений необходимого вращающего момента, и требуемого габарита внутреннего пространства;

- определено влияние внешних силовых факторов на геометрические параметры трансмиссии геохода с ВППТК.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертационной работе, обеспечиваются применением апробированной исходной математической модели взаимодействия геохода с геосредой, экспериментально проверенной на натурном образце геохода, корректностью допущений при усовершенствовании математической модели для определения усилий, необходимых для перемещения геохода; результаты работы получены с помощью апробированных современных методов расчета, компьютерного моделирования и гарантируются использованием фундаментальных положений механики, прикладной математики, динамики машин.

Личный вклад автора:

- усовершенствована математическая модель взаимодействия геохода с геосредой в совмещенном режиме его перемещения;

- разработаны схемные и конструктивные решения трансмиссии геохода с ВППТК с полым валом;

- разработана математическая модель взаимодействия элементов ВППТК в трансмиссии геохода;

- разработана методика расчета силовых параметров трансмиссии геохода с ВППТК;

- получены зависимости конструктивных параметров трансмиссии геохода с ВППТК от внешних воздействующих факторов.

Практическая ценность работы.

Предложенные конструктивные решения трансмиссии геохода с ВППТК и разработанная методика определения параметров трансмиссии, учитывающая многообразие возможных компоновок ВППТК в трансмиссии геохода, могут быть использованы проектировщиками при создании новых образцов горнопроходческой техники.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Результаты работы были использованы при выполнении НИОКР в рамках государственных контрактов №78-ОПН-07п от 10 августа 2007 г. и №26-ОП-08 от 04 февраля 2008 г. «Разработка специальной технологии проходки аварийно-спасательных выработок в завалах при ликвидации техногенных катастроф».

Методика определения параметров трансмиссии горной техники использована при проектировании горнопроходческой техники в Особом Конструкторском Бюро ООО «Юргинский машзавод».

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-практических конференциях: «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» (Юрга, 2008-2011), «Машиностроение - традиции и инновации» (Юрга, 2011), «Энергетическая безопасность России» (Кемерово, 2008-2010), «Перспективы развития Восточного Донбасса» (Но-

7

вочеркасск, 2008, 2010), «Новые технологии в угольной отрасли» (Белово, 2009), на международном научно-методическом семинаре «Современные проблемы техносферы и подготовки инженерных кадров» (Сусс, Тунис, 2009), на «Форуме горняков» (Днепропетровск, Украина, 2010, 2011).

Публикации.

По теме диссертации всего опубликовано 40 печатных работ, основные результаты работы опубликованы в 18 печатных работах, в том числе 14 статей в изданиях, рекомендованных ВАК России, получен 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 145 страницах текста, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы из 73 наименований, содержит 53 рисунка, 13 таблиц и 2 приложения.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Тимофеев, Вадим Юрьевич

4.7 Выводы

1. Получены аналитические зависимости для определения развиваемого трансмиссией вращающего момента, параметров силового распределения в элементах ВППТК, а также зависимостей для определения минимальных длины и диаметра ролика.

2. Установленные параметры силового распределения в элементах ВППТК показывают наличие максимальных реактивных усилий, что определяет необходимость введения коэффициента неравномерности нагрузки КНн {Кнн~16 для геохода диаметром 3,7 м).

3. Разработана математическая модель взаимодействия элементов ВППТК трансмиссии двухсекционного геохода при непрерывном режиме его перемещения, которая определяет параметры силового распределения в передаче, а также кинематические и геометрические соотношения, с учетом их взаимного влияния, в зависимости от вращающего момента и заданных условий работы геохода.

4. Анализ зависимостей влияния нагрузок на перемещения в зубчатом венце, при различных значениях коэффициента толщины зубчатого венца Кв, показал что, на участке графика от 80 до 200 мм диаметра ролика, только при значенияхКв=3,1.2,7 обеспечиваются перемещения в пределах допустимых значений.

5. Получена аналитическая зависимость влияния диаметра ролика на величину свободного пространства в центральной части геохода. Анализ зависимости показал, что на участке от 80 до 200 мм диаметра ролика, для обеспечения значения коэффициента свободного пространства Кси^-0,65, значение коэффициента Кг изменяется в интервале от 5,5 до 1,3 соответственно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена актуальная задача обоснования параметров трансмиссии геохода с волновой передачей с промежуточными телами качения, что вносит существенный вклад в горное машиностроение и экономику страны. Основные результаты работы заключаются в следующем: 1 .Установлено, что конструктивные решения трансмиссий традиционных горных машин (проходческих комбайнов и щитов), напрямую неприменимы в трансмиссии геохода, в виду существенных функциональных и конструктивных различий, а также различий в принципе работы. Отсутствуют требования и научно обоснованный подход к созданию новых схемных и конструктивных решений трансмиссии геохода.

2. На основании выявленных особенностей работы геохода сформулированы требования к трансмиссии, основными их которых являются: трансмиссия должна обеспечивать непрерывное перемещение агрегата на забой; трансмиссия должна обеспечивать вращающий момент на внешнем движителе достаточный для продвижения головной и стабилизирующей секций геохода и создание напорного усилия; размеры и расположение трансмиссии и привода должны оставлять достаточное свободное пространство внутри агрегата.

Усовершенствованная математическая модель взаимодействия двухсекционного геохода с геосредой, учитывает непрерывное вращательно-поступательное перемещение геохода. Установлено, что необходимый вращающий момент для геохода диаметром 3,7 м равен 1,75-106 Н-м. Анализ зависимости изменения необходимого вращающего момента показывает, что, угол наклона выработки существенно не влияет на вращающий момент, т.к. относительная разница момента при изменении угла наклона выработки от +30° до -30° составляет не более 10%. Существенное влияние оказывает диаметр выработки (геохода): при изменении диаметра геохода от 3 до 5 м происходит рост вращающего момента в 6,9 раза.

3. Разработаны конструктивные решения трансмиссии геохода с ВППТК с полым валом, соответствующие требованиям, предъявляемым к трансмиссиям геоходов нового поколения.

Получены аналитические зависимости для определения развиваемого трансмиссией вращающего момента, параметров силового распределения в элементах ВППТК, а также зависимостей для определения минимальных длины и диаметра ролика. Установленные параметры силового распределения в элементах ВППТК показывают наличие максимальных реактивных усилий, что определяет необходимость введения коэффициента неравномерности нагрузки Кнн (Кнн~16 для геохода диаметром 3,7 м).

Разработана математическая модель взаимодействия элементов ВППТК трансмиссии двухсекционного геохода при непрерывном режиме его перемещения, которая определяет параметры силового распределения в передаче, а также кинематические и геометрические соотношения, с учетом их взаимного влияния, в зависимости от вращающего момента и заданных условий работы геохода.

4. Анализ зависимостей влияния нагрузок на перемещения в зубчатом венце, при различных значениях коэффициента толщины зубчатого венца Кв, показал что, на участке графика от 80 до 200 мм диаметра ролика, только при значениях Кв=3,1.2,7 обеспечиваются перемещения в пределах допустимых значений. Получена аналитическая зависимость влияния диаметра ролика на величину свободного пространства в центральной части геохода. Анализ зависимости показал, что на участке от 80 до 200 мм диаметра ролика, для обеспечения значения коэффициента свободного пространства КСп^0,65, значение коэффициента Кг изменяется в интервале от 5,5 до 1,3 соответственно.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тимофеев, Вадим Юрьевич, 2012 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Эллер, А.Ф., Горбунов В.Ф., Аксенов В.В. Винтоповоротные проходческие агрегаты. - Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1992. -192 е., ил.

2. Аксенов, В.В. Научные основы геовинчестерной технологии проведения горных выработок и создания винтоповоротных агрегатов: дис. док. техн. наук. -Кемерово: ИУУ СО РАН, 2005. - 307 с.

3. К вопросу о создании новой технологии аварийно-спасательных выработок при ликвидации техногенных катастроф /В.В. Аксенов, В.Ю. Тимофеев, A.B. Сапожкова, В.Ф. Горбунов // Горный информационный аналитический бюллетень. Промышленная безопасность и охрана труда на предприятиях топливно-энергетического комплекса / Москва, МГГУ, 2011 - OB №9. С. 60-68.

4. Аксенов, В.В. Геовинчестерная технология проведения горных выработок. - Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2004. - 264 е., ил.

5. Горбунов В.Ф., Аксенов В.В., Эллер, А.Ф. Проектирование и расчет проходческих комплексов. - Новосибирск: Наука, 1987. - 191 е., ил.

6. А.С.1229354 СССР, МКИ E21D9/06. Проходческий щитовой агрегат / В.Ф.Горбунов, А.Ф. Эллер, В.В. Аксенов, В.Д. Нагорный, В.М. Скоморохов. - № 3999455/22-03; заявл. 23.10.85; Опубл. 07.08.87.

7. A.C.1328531 СССР, МКИ E21D9/06. Проходческий щитовой агрегат / А.Ф. Эллер, В.В. Аксенов, В.Д. Нагорный, В.Ф.Горбунов. - № 3734045/22-03; заявл. 24.04.84; Опубл. 07.05.86.

8. A.C. 1668678 СССР, МКИ E21D9/06. Проходческий щитовой агрегат / А.Ф. Эллер, В.Ф.Горбунов, В.В. Аксенов, Н.Б. Пушкина, Л. А. Сару ев, П.Я Крауинып. -№ 4726630/03; заявл. 02.08.89; Опубл. 07.08.91.

9. A.C.1719642 СССР, МКИ E21D9/06. Проходческий щитовой агрегат / А.Ф. Эллер, В.Ф.Горбунов, В.В. Аксенов, Н.Б. Пушкина, Л.А. Саруев, П.Я Крауинып. -№ 4257949/03; заявл. 04.05.87; Опубл. 15.03.92.

10. A.C. 2066762 СССР, МКИ E21D9/06. Проходческий щитовой агрегат /

A.Ф. Эллер, В.В. Аксенов, Н.Б. Пушкина. - № 93027076/03; заявл. 11.05.93 Опубл. 20.09.96.

11. A.C. 94038745 СССР, МКИ E21D9/06. Проходческий щит / В.Д. Нагорный, Н.Б. Пушкина. - № 94038745/03; заявл. 12.10.94 Опубл. 10.09.96.

12. Обоснование необходимости разработки трансмиссии геоходов /

B.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев // Вестник Куз-ГТУ / Кемерово, 2009- № 3. С. 24-27.

13. Солод В.И. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. Учебник для вузов / Гетопанов В.Н., Рачек В.М. - М. Недра, 1982 - 350 с.

14. Топчиев A.B. Горные машины и комплексы / Ведерников В.И., Коленцев М.Т., Астахов A.B., Семенча П.В. - М. Недра, 1971 г. - 560 с.

15. Малеев В.Г. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. Учебник для вузов / Гуляев В.Г., Бойко Н.Г. - М. Недра, 1988 г. - 368с.

16. Тургель Д.К. Горные машины и оборудование подземных разработок: Учебное пособие. - Екатеринбург.: Изд-во УГГУ, 2007. - 301с.

17. Оборудование для очистных и проходческих работ. Каталог. - М. ЦНИЭИуголь, 1986. - 296 с.

18. Расчет и конструирование гидроприводов механизированных крепей / Ю.Ф. Пономаренко, A.A. Баландин, Н.Т. Богостырев и др. - М. Машиностроение, 1981 г.-326 с.

19. Малевич H.A. Горнопроходческие машины и комплексы: Учебник для вузов. - М. Недра, 1980 г. - 384 с.

20. Иванов В.Н. Детали машин: Учеб. Для студентов втузов / Под ред. Фи-ногенова В.А. - М.: Высш. шк. 2000. - 383 с.

21. Анализ возможных вариантов электропривода и механических передач в трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2010 - OB №3. С. 154-163.

22. К вопросу о применении редукторного привода в трансмиссии агрегата для проведения аварийно-спасательных выработок (геохода) / В.В. Аксенов, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев, В.Ф. Горбунов // Горный информационный аналитический бюллетень. Промышленная безопасность и охрана труда на предприятиях топливно-энергетического комплекса / Москва, МГГУ, 2011 - ОВ №9. С. 25-36.

23. Панкратов Э.Н. Проектирование механических систем автоматизированных комплексов для механообрабатывающего производства: Практикум лидера-проектировщика. - Томск: изд-во Том. Ун-та, 1998. - 295с.

24. Обзор волновых передач возможных к применению 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. 137-149.

25. Клорикьян В.Х., Ходош В.А. Проходческие щиты и комплексы. М., Недра, 1977.-326 с.

26. Обзор трансмиссий горной техники / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2010 - ОВ №3. С. 55-66.

27. Разработка и анализ возможных вариантов гидро- и электропривода в трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Вестник КузГТУ/ Кемерово, 2010 - № 3. С. 7-14.

28. 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.

29. Технологии будущего - сегодня. Редукторы с промежуточными телами качения [Электронный ресурс] - Электрон, дан. - [Томск?] - Режим доступа: http://www.redbear.ru/file/spo.pdf, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус.

30. US 1.689.285. Differential gear for propelled vehicles. H. Knab, 1928.,

31. US 1.738.662. Ball transmission. G.S. Morison, 1929.

32. Беляев А.Е., Механические передачи с промежуточными телами повышенной точности и долговечности. Учебное пособие - Томск: изд. ТПИ им. С.М, Кирова, 1986. - 60 с.

33. Отчет о НИР. Разработка методик расчета редуктора повышенной точности и долговечности. УДК621.833.1. Инв. номер гос. регистрации № 0188.0081983. 1988. С. 53.

34. Отчет о НИР. Разработка редуктора повышенной точности и долговечности на базе передач с промежуточными телами. УДК 621.833.1. Инв. номер гос. регистрации № 0187.0034075. 1987. С. 38.

35. SU 1716227 МКИ F16H1/00 Передача с промежуточными звеньями. С.И. Бакалов и др., 1992.

36. SU 1765578 МКИ F16H25/04 Передача с промежуточными звеньями Б.Г. Хохряков, С.И. Бакалов, А.Е. Брезгин,1990.,

37. RU 2029168 МКИ F16H1/00, F16H25/06 Передача с промежуточными звеньями А.Е. Брезгин, Э.Н. Панкратов, 1995.,

38. RU 2029167 МКИ F16H1/00, F16H25/06 Передача с промежуточными звеньями Э.Н. Панкратов, 1995.,

39. RU 2029172 МКИ F16H1/32 Передача с промежуточными звеньями С.И. Бакалов. Б.Г. Хохряков, А.И. Терещенко, 1995.,

40. RU 2124154 МКИ F16H1/00, F16H25/06 Передача с промежуточными звеньями Э.Н. Панкратов, 1998.

41. Ефременков Е.А. Разработка методов и средств повышения эффективности передач с промежуточными телами качения: дис. канд. техн. наук. - Томск: ТПУ, 2002. - 125 с.

42. Степанов, B.C. Методика проектирования привода на основе волновой передачи с телами качения: дис. канд. техн. наук. - Москва: МАИ, 2009. - 162 с.

43. SU 1477964 МКИ F16H1/32, F16D3/02 Планетарная передача. Е.А. Де-улин, С.Г. Демидов. 1989.

44. SU 1642144 МКИ F16H1/32. 25/04 Планетарная передача. С.Г. Демидов. 1991.

45. US 5.989.144 Oscillatory roller transmission. Chen Zhi. Chen Bo, Chen Shixian, 1999.

46. US 6.314.826 Nested speed converter bearing apparatus. Cunningham. Fo-lino, 2001.

47. DE 19722399 A1 МКИ F16H25/06, F16H1/32 Цилиндрическая ступенчатая планетарная передача. Rudolf Braren, 1998.

48. WO 01/11269. PCT/DE00/02674 Zykloidengetriebe. Rudolf Braren, 2001.

49. EPO168152 Transmission apparatus. Ando Shimon (JP), 1987., US 5.183.443 Speed reducer. Murakami et al. 1993.

50. US 5.183.443 Speed reducer. Murakami et al. 1993.

51. SU 1539431 Волновая передача. В.В. Петросов, СВ. Петросова, Г.В. Пет-росов, 1990.

52. US 5.989.145 In-line speed converter with low parts counts. Bursal, et al, 1999.

53. US 2.700.310 Power transmitting device. C.H. Viebrock et al. 1955.

54. RU 2094676 МКИ F16H1/32 Передаточный механизм с промежуточными звеньями. И.И. Лисицкий, О.С. Васильев, 1997.

55. Заявка на патент RU 99127942 МКИ F16H 25/08 Передача с промежуточными звеньями. Э.Н. Панкратов. Е.А. Ефременков, Ан И-Кан. 2001.

56. Разработка требований к основным системам геохода / В.В. Аксенов,

A.Б. Ефременков, В.Ю. Бегляков, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев, А.В. Сапожкова // Горное оборудование и электромеханика / Москва, 2009- №5. С.3-7.

57. Формирование требований к основным системам геохода /В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Садовец, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук, В.Ю. Бегляков // Горный информационный аналитический бюллетень. Перспективы развития горно-транспортных машин и оборудования / Москва, МГГУ, 2009 - ОВ №10. С. 107-118.

58. Разработка требований к трансмиссии геоходов / А.Б. Ефременков,

B.В. Аксенов, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев // Известия вузов. Горный журнал / Екатеринбург, 2009-№ 8. С. 101-103.

59. Моделирование взаимодействия корпуса носителя геохода с геосредой /

B.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2010 - OB №3. С. 41-48.

60. Разработка математической модели взаимодействия геохода с геосредой / В.В. Аксенов, A.A. Хорешок, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2011 - OB №2. С. 79-91.

61. Садовец, В.Ю. Обоснование конструктивных и силовых параметров ножевых исполнительных органов геоходов: дис. канд. техн. наук. - Кемерово: Куз-ГТУ, 2007. - 153 с.

62. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы: в 2-х т.: Т.1. - Под. ред. Богданов О.С. - М.: Недра, 1982. - 367 с.

63. Тяжмаш. Сызранский завод тяжелого машиностроения. Мельницы мокрого полусамоизмельчения [Электронный ресурс] - Электрон, дан. - [Сызрань?] -Режим доступа: http://www.tyazhmash.com/008.html, свободный. - Загл. с экрана. -Яз. рус.

64. Синтез компоновочных решений трансмиссии геохода с волновой передачей с промежуточными телами качения /В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, Тимофеев В.Ю., A.B. Сапожкова // Перспективы развития Восточного Донбасса. Часть 1: сб. науч. тр. / Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2010. - 314 с. С. 102-107.

65. Синтез компоновочных решений трансмиссий геохода / Тимофеев В.Ю. // Матер1али м1жнародноТ конференцп "Форум прниюв - 2010". - Д.: Нацюнальний прничий ушверситет, 2010. - 278 с. С. 121-125.

66. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теория упругости. - М.: Наука, 1987. - 246 с.

67. Марочник Сталей и сплавов / Сорокин В.Г., Волосникова A.B., Вяткин

C.А. - М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.

68. Разработка и анализ возможных вариантов гидропривода в трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Гор-

ный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2010 - OB №3. С. 184-194.

69. Metso Minerals Russia [Электронный ресурс] - Электрон, дан. - [?] - Режим доступа: http://www.metsominerals.ru, свободный. - Загл. с экрана. -Яз. рус.

70. ABB [Электронный ресурс] - Электрон, дан. - [?] - Режим доступа: http://www.abb.ru/industries/db0003db002806/0b4087643bl7efldcl257475004eb57b. aspx?productLanguage=us&country=RU, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус.

71. Маршак С.А., Самойлов В.П. Строительство подземных сооружений с помощью проходческих щитов. - М., Недра, 1967. - 210 с.

72. Создание нового подхода к проблемам формирования подземного пространства с использованием нового проходческого оборудования / Тимофеев В.Ю., Б лащу к М.Ю., Бегляков В.Ю. // Проблемы геологии и освоения недр: Сборник научных трудов XIII Международный симпозиум имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященный 110-летию со дня рождения профессора, Лауреата государственной премии СССР К.В. Радугина; Томский политехнический университет. - Томск: 2009. - 993. С. 658-660.

73. Обсуждение возможности применения волновых передач для трансмиссии геохода / Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Тимофеев В.Ю., Блащук М.Ю. // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности. Труды международной XI международной научно-практической конференции - Кемерово: ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского, ИУУ СО РАН, КузГТУ, ЗАО КВК «ЭкспоСибирь» 2009 - 307 с. С. 288-290.

м -й «s m м m . ■■'.. ... ' _ ir: z it: ~ £ н

s) . .....——1Ш

Ш / "¿"Я |ï

Si" ::v; .....: hi

œ - ;î

ж и

ö il

ГА H

O s

НА iOOHI't Ii ник

fe ¡ i

5 js-, 2418950 H

6 н ЗК И

5 i г

6 ií

Is

2 ПРОХСЩЧКСК'ИЙ ЩИТОВОЙ АГРЕГАТ (ГЕОХОД) 5 *

m и

за и

м н

а и

й 11д-1ч,чпчн1Г|ла."с»тс-л1.{.1 и}: Государствен м m oópameanw iьиое i t

учреждение высшего приф еесшш альиот опракшаннн /«.»irww $ -

^ по.itottexHыческиtt унмерешпет (lili) г¥*

3

А|Ш1|.Чы): см. на обороте

3»:

2 ;Ь«р.к"».ч- 200913Ш2 н

g Приора?«.-! mt.<4>jfwu!ii 05 октября 2009 г. ц

Xí 'ídpci'Hv i Пчллфп м-лшм ¡Ä'ki |ir Î ?

® jWijtípci-iMHÍí 1 Wtviíú-.-i)?íi ri>«v<t'|íiiititH 20мая 2011.». I i

® I i ',1!,.к.уГн.п,жи п^п'лчл Híii'-a.i't 03 ткшб-ря 2Ü2U г. ^

« ' P H

fgfi 'ïgjlflPâflÉ^^ ; i's-::'. ::Ï; Vtaf

, . l'ifKiKt'fíbiití {J.- <fb'i upa it UHÙ г <í¡'P'ûi.i nu иигне.ун , >hwSi

tCÏ r , H

гг>ш:ш<:ю1ги:ти> timwwmv и ргшрчы y лнакам

L ./'/.; , }>Jl. Слш.-нт I]

« л*« ' - У

S ' ' ' gg

Й. $

■ase

¿y4 i%A ¿V* Ш

УГВЪРЖДЛЮ

"('скопческий- днреп ор , 0О< > ЛОп» «НСУЧ/* ч'ыдавод>>

- ^""Селиванов

о внедрении результат (»в кандкдакжтш диссертационной паоо гы Тимофеева Вадима Юрьевича

Комиссия в составе; председатель: С.И. Панин - главный конструктор • начальник ОКБ ООО «Юр( инекий мгшпзвод» члены комиссии:

В,Г. Каримов - начальник отдела КО - 4 ООО «Юргиисчпп маииаиол» П,И, Маховиков - начальник отдела КС) - I ООО «Юргинский маинавод»

сосгавнли настоящею справка о том. что результаты диссертационной шоо-Обоснование параметров (рансмиссии геохода с волновой передачей» в виде метод? ки определения параметров трансмиссии I орпой техники. Кч»неь руктквных: решений и методик расчета коллошх передач с промежуто'шы-1еда\1И качения применительно к 'фанемисаш горной техники иеполь-ю-в«ны пр;: проектировании ;орнопрохчичесхоп техники ь Особод Констр-д-:-'и^рском Ьиоро ОКЬ} ООО «Юрсинск'ий машзав«л>>.

! (редседат&гп» комиссии Члены комиссии:

'■>:'_____I Ш. Моховиков

и

; ___О II. Панин

..........И.Г. Каримов

УТВНРЖДЛ1С) Директор И У СО РАН д.т^ь чл.-к. РАН

L^liili........В.И. Клшшж

.....»,________2012 г

СПРАВКА

. о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы

Тимофеева Вадима Юрьевича

Результаты диссертационной работы «Обоснование параметров трансмиссии reo хода с волновой передачей» использовались при выполнении государсд венных контрактов № 78-ОПН-07н о г К) авг чета 2007 г. и Nb 2(i-011-08 от 04 февраля 2008 д. «Разработка специальной технологии проходки аварийно-спасательных выработок в чана шх при ликвидации 1 ехгюгенныч катастроф».

Ответственный испол нител ь,

к.т.н. . - Л. В. Кузнецова

Пример расчета трансмиссии геохода с ВППТК 1 Исходные данные.

1.1 Геоход двухсекционный; головная секция - вращающаяся с винтовой лопастью; стабилизирующая секция - не вращающаяся, с элементами противовра-щения (компоновка и параметры аналогичны ЭЛАНГ-4).

1.2 Диаметр выработки (равен диаметру геохода Dr и наружнему диаметру передачи DH)\ D=DH=Df=?>,l м.

1.3 Угол наклона выработки: сс=30°.

1.4 Угол трения между породой и сталью: q>"p = 31,383°.

1.5 Удельная сила резания для преодоления сопротивлений грунта передней гранью при угле резания 45°: тсв =0,31 -105 Па.

1.6 Коэффициент, характеризующий силу резания грунта в боковых частях прорези: ШбОК=0,09-105.

1.7 Коэффициент, характеризующий удельную силу среза одним из боковых

о

ребер ножа: тбОк.ср~0,7 4-10 Н/м.

о

1.8 Удельный вес породы: /пор=22000 Н/м .

1.9 Угол внутреннего трения породы: /7=31,383°.

о

1.10 Сила сопротивление породы упругопластическому сжатию: Р0=11-10

Н/м.

1.11 Силовой параметр, характеризующий сопротивление геосреды упруго-пластическому сжатию: =61,9-103 Н/м.

1.12 Линейный параметр, характеризующий сопротивление геосреды упругопластическому сжатию: hyc=0,639 Н/м.

1.13 Коэффициент трения стали по породе в условиях сухого трения: fmp=0,61.

1.14 Коэффициент, учитывающий влияние угла резания: (/7=0,59.

1.15 Коэффициент трения качения:/^=0,001.

1.16 Коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова: f= 1.

1.17 Коэффициент заполнения лопатки погрузочного органа: К3=0,4.

1.18 Коэффициент бокового давления породы: /1=0,333.

1.19 Постоянный эмпирический коэффициент: а/=0,3.

1.20 Коэффициент перегрузки погрузочного органа: пп=0,1.

1.21 Коэффициент, учитывающий назначение выработки: Кн= 1,2.

1.22 Коэффициент, учитывающий влияние способа проходки выработки: тв= 1,1.

1.23 Коэффициент условий работы породного массива: Кр= 1,3.

1.24 Вес головной секции, с учетом смонтированных на ней исполнительного органа, погрузочного устройства и другого оборудования: G/—40000 Н.

1.25 Суммарный вес стабилизирующей секции и оборудования, GyY=28000 Н.

1.26 Длина головной секции: lf= 2,33 м.

1.27 Длина стабилизирующей секции: 1,12 м.

1.28 Общая длина агрегата: 4=3,45 м.

1.29 Радиус по середине шариков останова, элемента сопряжения секций геохода, реализующей передачу усилия взаимодействия между секциями и трение качения между секциями: г0с= 1,6 м.

1.30 Расстояние от оси вращения до середины элементов противовращения:

гэгг=2,0 м.

1.31 Размер элемента противовращения в осевом направлении: Ь=0,9 м.

1.32 Ширина резания винторезом: bz=0,1 м.

1.33 Глубина резания винторезом: ¿=0,26 м.

1.34 Радиус стабилизирующей секции: гд=1,85 м.

1.35 Радиус центрального патрубка исполнительного органа геохода: г0=0,2

м.

1.36 Высота винтовой лопасти: hjf=0,245 м.

1.37 Угол подъема винтовой лопасти: /?=3°.

1.38 Количество ножей на ИО геохода: п=6.

1.39 Количество загруженных лопаток: пл=4.

138

1.40 Угол наклона радиального ножа к плоскости, перпендикулярной оси вращения геохода: у=6°.

1.41 Средний угол между плоскостью перекрытия исполнительного органа и плоскостью, перпендикулярной оси вращения: (9=6°.

1.42 Угол резания: 8=25°.

1.43 Угол резания при изношенном резце: 8f= 10°.

1.44 Шаг винтовой лопасти: he=Q,615 м.

1.45 Длина погрузочной лопатки: Ъл=0,7 м.

1.46 Высота погрузочной лопатки: hm--0,35 м.

1.47 Среднее расстояние между лопатками: га=0,7 м.

1.48 Расстояния от центральной вертикальной оси до линии действия веса горной массы в лопатке 0Л: dj=0,32 м, d2=0,88 м, df= 1,30 м.

1.49 Глубина внедрения элементов противовращения в массив в радиальном направлении: hBH=0,3 м.

1.50 Угловая скорость вращения геохода: <27=0,014 рад/с.

1.51 Марка материала.

1.51.1 Ролик: ШХ15СГ, ГОСТ 801-78.

1.51.2 Рабочие поверхности генератора волн, сепаратора, зубчатого венца: 25Х2ГНТ, ТУ 14-1-3238-81.

1.52 Термообработка материала.

1.52.1 Ролик: отжиг 790...810 °С, охлаждение печь, 15 °С /ч, HRC3 58...62.

1.52.2 Рабочие поверхности генератора волн, сепаратора, зубчатого венца: закалка 860 °С, масло, отпуск 200...230 °С, 2...3 ч, HRC3 58...61.

1.53 Наличие химико-термической обработки и поверхностного упрочнения.

1.53.1 Рабочие поверхности генератора волн, сепаратора, зубчатого венца:

ионная имплантация рабочих поверхностей Ti-Cr-N, для улучшения износостойкости.

1.54 Временное сопротивление разрыву материала.

1.54.1 Материал ролика: [сг5]=590...73 0-106 Па.

1.54.2 Материал сепаратора, зубчатого венца, генератора волн: [сг5]=1050-106

Па.

1.55 Предел текучести материала.

1.55.1 Материал ролика: [от]=370...410-Ю6 Па.

1.55.2 Материал сепаратора, зубчатого венца, генератора волн: [<тг]=1250-106

Па.

1.56 Допускаемое контактное напряжение.

1.56.1 Материал ролика: М=Ю00-106Па.

1.56.2 Материал рабочих частей сепаратора, зубчатого венца, генератора волн: М=Ю50-106 Па.

1.57 Допускаемые касательные напряжения при циклическом нагружении.

1.57.1 Материал ролика: [т]=294-106 Па.

1.57.2 Материал рабочих частей сепаратора, зубчатого венца, генератора волн: [т]=250-106 Па.

1.58 Модуль упругости материала: £=2,1-10п Па.

1.59 Коэффициент Пуассона: //=0,25.

2 Определение необходимого вращающего момента, тягового усилия и усилие взаимодействия головной и стабилизирующей секции.

По формулам (2.26)-(2.44) определены величины.

2.1 Проекции полной силы сопротивления вмещающей породы резанию на ось вращения: Р<э=231970 Н.

2.2 Проекция составляющей силы сопротивления грунта резанию передней гранью ножа: Р0.Св~38911 Н.

2.3 Сила для преодоления сопротивления грунта разрушению в боковых расширениях прорези ножа: Р0.бок= -250 Н.

2.4 Угол, на который поворачивается точка ножа, расположенная на периферии: Д=3,03°.

2.5 Угол, на который поворачивается точка ножа, расположенная ближе к оси вращения геохода: /?2=26,07°.

2.6 Вес отбитой горной массы, находящейся внутри агрегата: 67^=6030 Н.

2.7 Суммарная сила трения головной оболочки по вмещающей породе: 7>.о^=135357Н.

2.8 Общий коэффициент нагрузки погрузочного органа: £05= 1,2.

2.9 Сила трения исполнительного органа по вмещающей породе: Тио=\88693

Н.

2.10 Усилие внедрения винтовой лопасти в приконтурный массив при движении агрегата: РВВл=78 Н.

2.11 Вращающий момент, необходимый для перемещения разрушенной породы из нижней части геохода вверх: МГм=4884 Н-м.

2.12 Вращающий момент сопротивления резанию на исполнительном органе: МИ0=Ъ1221 Н-м.

2.13 Момент от силы блокированного резания породы зависящей от ширины ножа: Мшос=5838 Н-м.

2.14 Момент от силы блокированного резания породы, не зависящей от ширины ножа: Ми.о бок=366 Н-м.

2.15 Вращающий момент сопротивления, создаваемый трением исполнительного органа по породе: МТио~232722 Н-м.

2.16 Суммарная сила трения качения останова: Тос=565 Н.

2.17 Суммарное усилие внедрения элементов противовращения в породу: Рвн=6994Н.

2.18 Суммарная сила трения стабилизирующей секции: 7^0^=69371 Н. Силовые параметры трансмиссии и реактивные усилия на элементах геохода

определяются по выражениям (2.13)-(2.16), (2.18), (2.21), (2.23), (2.25):

2.19 Реакция пород контура выработки на винтовую лопасть: ^#^=936487 Н.

2.20 Суммарная сила трения элементов противовращения о породу: ГЭ77=533144 Н.

2.21 Сила трения винтовой лопасти по вмещающей породе: ТНАВ=51\251 Н.

2.22 Усилие взаимодействия головной и стабилизирующей секции при движении геохода: Р5з=623509 Н.

2.23 Тяговое усилие винтового движителя: /)т=935203 Н.

2.24 Необходимый вращающий момент: МВр=1747884 Н-м.

141

3 Определение геометрических параметров ВППТК, жесткости элементов передачи, проверка на соответствие требованиям к элементам трансмиссии.

По зависимостям (4.49) и (4.50) определяют с1Р и Ьс.

3.1 Длина ролика в передаче: Ьс=1Ъ мм.

3.2 Диаметр ролика: расчетное значение с1Р=11 мм, принятое с!Р=&0 мм.

По зависимостям (4.41)-(4.71) определяют геометрические параметры ВППТК.

3.3 Передаточное отношение: q=64.

3.4 Число роликов в передаче: 7=63.

3.5 Средний радиус сепаратора: Ясср^1,640 м.

3.6 Толщина сепаратора: Нс=40 мм.

3.7 Наружний радиус сепаратора: ^„=1,660 м.

3.8 Внутренний радиус сепаратора: Ясвн=1,620 м.

3.9 Эксцентриситет передачи: е=20 мм.

3.10 Верхний и нижний зазор сепаратора: А=8 мм.

3.11 Радиус генератора волн: 7?/^=1,592 м.

3.12 Внутренний радиус окружности по впадинам венца: Явн= 1,668 м.

3.13 Наружный радиус окружности по впадинам венца: Яд=1,708 м.

3.14 Ход ролика в сепараторе: кр=40 мм.

3.15 Радиус впадины зубчатого венца: ^/7=101 мм.

3.16 Толщина зубчатого венца: Нв=250 мм.

3.17 Толщина генератора волн: Нг=280 мм.

3.18 Наружний диаметр передачи: £>д=3,7 м.

3.19 Диаметр свободного пространства: £>07=2,57 м.

3.20 Угол начала зацепления: (р0=2,922°.

3.21 Теоретическое число роликов, одновременно находящихся в зацепле-

Т

нш:2рз=31.

3.22 Угол охвата роликов находящихся в зацеплении: ^*=177°.

По полученным геометрическим параметрам строится схема зацепления роликов в передаче. Определяются параметры силового распределения в элементах ВППТК по зависимостям (4.9), (4.10), (4.15), (4.20).

3.23 Угол передачи движения: «£=2,29...38,8°.

3.24 Угол давления на ролик: у/г=0,5.. .1,49°.

3.25 Крутящий момент на сепараторе: Мс=Т720573 Н-м.

3.26 Вращающий момент на генераторе волн: М/=27310 Н-м.

3.27 Усилие на перемычке сепаратора: ^^=40274 Н.

3.28 Усилие на зубчатом венце.

- максимальное ЕВтах=1,9вЛ О5 Н;

- среднее 7^=0,49-105 Н.

3.29 Усилие на генераторе волн:

- максимальное РВтах=7,96-105 Н;

- среднее ,Р5ф=0,49-105 Н.

3.30 Проверяется условие прочности по контактным напряжениям (4.22).

По формулам (4.33)-(4.35) определяются контактные напряжения в контактных парах ВППТК:

- «зубчатый венец - ролик» овнр = 766,6 МПа;

- «генератор волн - ролик» сг'н~Р = 882,0 МПа;

- «перемычка сепаратора - ролик» = 157,4 МПа;

Допускаемые контактные напряжения материала сепаратора, генератора волн и зубчатого венца составляет 2200 МПа.

Условие (4.22) выполняется. Запас прочности по контактным напряжениям составляет:

- для зубчатого венца 2,86;

- для генератора волн 2,49;

- для перемычки сепаратора 13,9.

3.31 Проверка условия достаточной прочности перемычек сепаратора по касательным напряжениям (4.23).

По формуле (4.47) определяются касательные напряжения в перемычке сепаратора ВППТК: т=15,4 МПа.

Допускаемое касательное напряжения материала сепаратора составляет 250 МПа.

Условие (4.23) выполняется. Запас прочности по касательным напряжениям составляет 16,4.

3.32 Проверка условия жесткости перемычки сепаратора, условие (4.24). По полученным параметрам силового распределения в ВППТК и геометрическим параметрам, создается параметрическая трехмерная модель сепаратора в программной среде SolidWorks 2010. С использованием SolidWorks Simulation 2010 реализуется МКЭ. Для этого создается модель нагружения сепаратора, прилагаемые нагрузки определены в соответствии с математической моделью взаимодействия.

На построенной модели определяются оптимальные параметры сетки конечных элементов (рисунок 4.6). К модели применяются граничные условия и прилагаются нагрузки (рисунок 4.7).

Строятся эпюры эквивалентных перемещений в перемычке сепаратора (рисунок 4.9).

Результирующие перемещения в перемычке сепаратора под нагрузкой составляют: //£=0,0038 мм. Допускаемое перемещение равно 0,004 мм, условие жесткости выполняется.

3.33 Проверка условия достаточной жесткости зубчатого венца, условие (4.25). По полученным параметрам силового распределения в ВППТК и геометрическим параметрам, создается параметрическая трехмерная модель зубчатого венца в программной среде SolidWorks 2010. С использованием SolidWorks Simulation 2010 реализуется МКЭ. Для этого создается модель нагружения зубчатого венца, прилагаемые нагрузки определены в соответствии с математической моделью взаимодействия.

На построенной модели определяются оптимальные параметры сетки конечных элементов (рисунок 4.12). К модели применяются граничные условия и прилагаются нагрузки.

Строятся эпюры эквивалентных перемещений в перемычке сепаратора и зубчатом венце (рисунок 4.13). Эквивалентные перемещения в зубчатом венце под нагрузкой составляют: [лв=0,14 мм. Допускаемое перемещение равно 0,2 мм, условие жесткости выполняется.