Повышение ресурса функциональных элементов гидростоек механизированных крепей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Набатникова, Татьяна Юрьевна

• Набатникова, Татьяна Юрьевна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Набатникова, Татьяна Юрьевна

Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Виды и причины повреждений деталей гидростоек

1.2. Требования к качеству изготовления деталей гидростойки

1.3. Уровень качества соединений деталей и сборочных единиц

1.4. Задачи исследования

Выводы

2. Точность изготовления деталей соединений и схемы нагружения гидростоек

2.1. Взаимосвязь точности изготовления деталей соединений и схем нагружения гидростойки. Критерий состояния критического нагружения

2.2. Моделирование состояний критического нагружения гидростойки на ПЭВМ

2.3. Посадки в соединениях гидростойки, исключающие возникновение состояний критического нагружения

2.4. Влияние точности изготовления деталей соединений гидростойки на вероятность возникновения состояний критического нагружения

2.5. Вероятность возникновения состояний критического нагружения при различных посадках в соединениях гидростойки

Выводы

Влияние точности изготовления, деформаций и износа поверхностей на величину нагрузок и вероятность возникновения состояний критического нагружения в гидростойке

• 3.1. Влияние точности изготовления деталей соединений на величину изгибающих моментов и запасов прочности гидростоек

3.2. Влияние упругой деформации гидроцилиндра на вероятность возникновения состояний критического нагружения

3.3. Влияние пластической деформации гидроцилиндра на вероятность возникновения состояний критического нагружения

3.4. Влияние износа в соединениях гидростойки на вероятность возникновения состояний критического нагружения.

Предельный износ

3.5. Влияние деформации цилиндра от контактного давления поршня на возникновение состояний критического нагружения

3.6. Экономическая эффективность от обоснования точности в соединениях гидростойки

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение ресурса функциональных элементов гидростоек механизированных крепей»

Актуальность работы. В состав современных механизированных комплексов для добычи угля входит значительное количество гидростоек. К гидростойкам как опорным элементам, создающим сопротивление опусканию кровли, предъявляются жесткие технические требования как по качеству их изготовления, так и по надежности эксплуатации. От работоспособности гидростоек зависят не только безопасность работы обслуживающего персонала и эксплуатационная производительность всего комплекса, но и существенные материальные и финансовые затраты, связанные с простоями дорогостоящего оборудования.

Точность изготовления функциональных поверхностей деталей гидростойки определяет их взаимное расположение и влияет на величину нагрузок, действующих на детали соединений; Эксплуатация гидростоек в условиях, когда фактическая схема нагружения деталей соединений не соответствует расчетной, приводит к их ускоренному износу и потере работоспособности. В настоящее время отсутствуют научно обоснованные методы назначения точности диаметральных размеров функциональных поверхностей деталей гидростоек. Точность этих размеров назначается исходя из предыдущих конструктивных решений и технических возможностей заводов-изготовителей гидростоек. При этом не проводится оценка возможности реализации таких схем нагружения, которые будут отличны от принятой расчетной. Кроме того, не рассчитываются предельные величины износа в соединениях, в рамках которых реализуется расчетная схема нагружения. В результате фактические нагрузки, действующие на детали соединений гидростойки, могут значительно превышать по величине расчетные значения, что соответствует возникновению в гидростойке состояний критического нагружения.

Необходимо отметить, что повышение точности изготовления деталей гидростойки с целью улучшения ее эксплуатационных характеристик не всегда оправдано. Помимо дополнительных материальных затрат это может привести к реализации таких схем нагружения узлов гидростойки, при которых ее эксплуатационные характеристики ухудшатся, а ресурс снизится. Поэтому установление зависимости точности изготовления функциональных поверхностей элементов гидростойки от расчетной схемы нагружения для назначения в соединениях рациональных посадок, позволяющих повысить ресурс и надежность эксплуатации механизированных крепей, является актуальной научной задачей.

Целью работы является установление зависимости точности изготовления функциональных поверхностей элементов гидростойки от расчетной схемы нагружения для назначения в соединениях рациональных посадок, что позволит повысить ресурс и надежность эксплуатации механизированных крепей.

Идея работы. Ресурс гидростоек механизированных крепей определяется точностью изготовления и сборки их функциональных элементов, схемой нагружения при эксплуатации, которая должна соответствовать расчетной при всех возможных значениях размеров деталей в заданных полях допусков.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:

-математическая модель взаимосвязи точности диаметральных размеров функциональных поверхностей элементов гидростойки и расчетной схемы нагружения, особенность которой состоит в том, что она учитывает вероятностный характер формирования размеров при изготовлении деталей и зазоров при их сборке;

-зависимость точности изготовления диаметральных размеров функциональных поверхностей элементов гидростойки от расчетной схемы нагружения учитывает, в отличие от известных, вероятностный характер расположения плунжера в заделке, деформацию цилиндра под воздействием давления рабочей жидкости и износ в соединениях.

Обоснованность и достоверность научных положений обеспечены представительными объемами экспериментальных данных, полученных на производстве гидростоек, хорошей их сходимостью (Р=0,95) с результатами математического моделирования на ПЭВМ.

Научное значение работы заключается в разработке математической модели и в установлении на ее основе зависимости точности изготовления диаметральных размеров функциональных поверхностей элементов гидростойки от расчетной схемы нагружения для назначения в соединениях рациональных посадок, что позволяет повысить ресурс и надежность эксплуатации механизированных крепей.

Практическое значение работы состоит в разработке: методических рекомендаций по назначению рациональных посадок в соединениях функциональных поверхностей элементов гидростойки при конструировании, производстве и ремонте механизированных крепей; программного обеспечения моделирования в заделке гидростойки состояний критического нагружения на ПЭВМ.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Методические рекомендации по назначению рациональных посадок в соединениях гидростойки предложены к использованию при расчете и конструировании механизированных крепей в институте «Гипроуглемаш» и при производстве гидростоек на Малаховском экспериментальном заводе, а также в учебном процессе при подготовке студентов по специальности 170100 «Горные машины».

Апробация работы. Основные положения и содержание работы были доложены на Малаховском экспериментальном заводе в 2003 году и на международных семинарах «Неделя Горняка» в МГГУ в 2000, 2001, 2002 и 2003 г.4

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь статей.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и приложения, содержит 21 рисунок, 15 таблиц, список использованной литературы из 48 наименований.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Набатникова, Татьяна Юрьевна

Выводы:

1. Принятая в практике конструирования и изготовления величина зазоров в соединениях рабочих поверхностей гидростоек не оказывает существенного влияния на запасы прочности гидроцилиндров и штоков, рассчитанные в соответствии с ОСТ 12.44.245-83.

2. Зазоры в соединениях функциональных поверхностей гидростойки, а, следовательно, и точность их обработки, нельзя определять по отраслевому стандарту, задавшись величиной запаса прочности. Получаемый результат в этом случае неприемлем для практического использования. С использованием отраслевого стандарта можно определять допустимый износ в соединениях, при котором обеспечивается заданный запас прочности.

3. Величина упругой диаметральной деформации рабочей поверхности гидроцилиндра от давления рабочей жидкости сопоставима по величине со средним конструктивным зазором в соединении «цилиндр-поршень», и ее необходимо учитывать при определении положения плунжера в заделке гидростойки и прочностных расчетах.

4. При давлении рабочей жидкости Р=30-60МПа соответственно в 6-ти и 50-ти случаях из 100 возникают состояния критического нагружения из-за упругой деформации цилиндра, и минимум в два раза увеличиваются нагрузки в местах контактного взаимодействия деталей.

5. Для исключения влияния упругой деформации цилиндра на положение плунжера в заделке гидростойки необходимо производить подбор посадок в соединениях с использованием программы моделирования на ПЭВМ. Это позволяет свести практически к нулю вероятность возникновения предельных состояний критического нагружения в широком диапазоне давлений (Р=20-ЮОМПа).

6. В условиях накопления гидроцилиндром остаточных деформаций допускаемый ресурс его эксплуатации необходимо определять, исходя из минимальной вероятности возникновения состояний критического нагружения.

7. Гидроцилиндры должны эксплуатироваться в условиях отсутствия пластических деформаций. В противном случае уже после 20-30 циклов нагружения величина остаточной деформации такова, что в 50-ти и более случаях из 100 нагрузка в месте контакта грундбуксы со штоком минимум в два раза превышает расчетную.

8. Вероятность возникновения состояний критического нагружения существенно зависит от величины износа в соединениях гидростойки. Для определения предельного износа в соединениях гидростойки необходимо использовать метод моделирования состояний критического нагружения на ПЭВМ.

9. Изменение величины зазора в соединении «цилиндр-поршень» не оказывает существенного влияния на диаметральную деформацию цилиндра от контактного давления поршня. Так увеличение зазора в этом соединении в 50 раз приводит к увеличению деформации цилиндра всего на 20 мкм. Поэтому точность деталей соединений не может быть определена с использованием методики расчета стоек и домкратов на контактную прочность.

Заключение

В результате проведенных исследований в диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи, состоящей в установлении зависимости точности изготовления функциональных поверхностей элементов гидростойки от расчетной схемы нагружения для назначения в соединениях рациональных посадок, что позволяет повысить ресурс и надежность эксплуатации механизированных крепей. Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Одной из основных причин выхода из строя гидростоек (30%) является деформация их функциональных элементов, которая является следствием несоответствия фактической схемы нагружения стойки при ее эксплуатации расчетной схеме. По этой причине примерно 10% гидростоек механизированных крепей находится в состоянии критического нагружения.

2. Предложена математическая модель и установлены зависимости точности диаметральных размеров функциональных элементов гидростойки от схемы ее нагружения, деформации цилиндра под воздействием давления рабочей жидкости и износа поверхностей, позволяющие назначать посадки в соединениях с использованием методов математического моделирования состояний критического нагружения на ПЭВМ на базе разработанного программного обеспечения.

3. При давлении рабочей жидкости 40-60 МПа в гидростойках возникают состояния критического нагружения в 15-50% случаев, увеличиваются в два раза нагрузки в местах контакного взаимодействия деталей.

4. Использование предложенных методических рекомендаций по назначению посадок в соединениях функциональных поверхностей элементов гидростоек с применением ПЭВМ позволяет свести практически к нулю вероятность возникновения состояний критического нагружения в широком диапазоне давлений (Р=20-100 МПа).

После 20-30 циклов нагружения гидростойки критическим давлением величина остаточной деформации такова, что в 50% случаев нагрузка в местах контактного взаимодействия деталей в два раза превышает расчетную из-за уменьшения базы заделки, на которой воспринимается изгибающий момент.

Для первой ступени гидростойки крепи Ml38 предельный износ в соединениях «цилиндр - поршень» и «грундбуска - шток» не должен превышать 40% от первоначальной величины зазоров в соединениях. При этом вероятность возникновения состояний критического нагружения не превышает 1%, а при износе в 60% - не превышает 5%.

Методические рекомендации по назначению рациональных посадок в соединениях гидростойки и программное обеспечение для моделирования в заделке состояний критического нагружения на ПЭВМ предложены к использованию в ОАО «Малаховский экспериментальный завод» для обоснования точности при проектировании и изготовлении механизированных крепей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Набатникова, Татьяна Юрьевна, 2004 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. Понаморенко Ю. Ф., Баландин А. А., Багатырев 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 JI. 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. Солод В. И., Гетопанов В. Н., Шпильберг И. JI. Надежность горных машин и комплексов. М.: МГИ, 1972. - 198 с.

18. Топчиев А. В., Солод В. И. Расчет производительности выемочных комплексов и агрегатов. М.: Недра, 1966. - 100 с.

19. Гетопанов В. Н. Теоретические и экспериментальные исследования надежности выемочных еомплексов и агрегатов. Дисс. на соискание уч. степени докт. техн. наук. М.: МГИ, 1973. - 452 с.

20. Пастоев И. JI. 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. М.: Горный информационно-аналитический бюллетень №12. МГГУ, 2001, с. 184 - 189.

27. Топчиев А. В., Гетопанов В. Н., Солод В. И., Шпильберг И. Л. 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.: МГГУ, 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. Машиностроение. Энциклопедический справочник. Инженерные расчеты в машиностроении. Том 1. Книга вторая. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. 1947. - 456 с.

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. М.: Горный информационно-аналитический бюллетень №4. МГГУ, 2000, с. 115118.

35. Набатникова Т. Ю., Набатников Ю. Ф. Моделирование схем перекоса плунжера в заделке гидростойки. М.: Горный информационно-аналитический бюллетень №12. МГГУ, 2001, с. 182 - 183.

36. Набатникова Т. Ю., Набатников Ю. Ф. Обоснование вида посадок соединений деталей в заделках гидросоек. М.: Горный информационно-аналитический бюллетень №12. МГГУ, 2001, с. 178 - 181.

37. Набатников Ю. Ф., Набатникова Т. Ю. Моделирование предельного износа в соединениях гидростойки. М.: Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня №8. МГГУ, 2003, с. 3 - 9.

38. Набатников Ю. Ф., Набатникова Т. Ю. Влияние точности изготовления деталей соединений гидростойкина величину контактных деформаций. М.: Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня №8. МГГУ, 2003, с. 10-14.

39. Горячева И. Г., Добычин М. Н. Контактные задачи в трибологии. М.: Машиностроение, 1988. - 256 с.

40. Тимошенко С. П., Гузьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975. - 575 с.

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

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

43. Развитие теории контактных задач в СССР. М.: Наука, 1976. - 494 с.

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

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

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

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