Трансмиссии горных машин

Применение гидростатической трансмиссии в шахтных машинах

Споры о выгодах применения механической и гидростатической трансмиссий в технике, задействованной при работах в шахтах, понемногу стихают. Но некоторые производители не хотят переходить к выпуску новых прогрессивных моделей, продолжая создавать машины с классической трансмиссией. Хотя превосходство гидростатического привода уже доказано эксплуатационниками на разных горнодобывающих предприятиях, где руководство решилось на закупку продукции передовых машиностроительных компаний мира.

Читать в журнале

Главным достоинством гидростатической трансмиссии является возможность плавного изменения передаточного отношения в широком диапазоне частот вращения, что позволяет гораздо лучше использовать крутящий момент двигателя машины, по сравнению со ступенчатым приводом. Поскольку выходную частоту вращения можно довести до нуля, возможен плавный разгон машины с места без применения сцепления и пробуксовки. Малые скорости движения особенно нужны для различных строительных, промышленных и горных машин. Даже значительное изменение нагрузки не влияет на выходную частоту вращения, поскольку проскальзывание у данного типа трансмиссии отсутствует, в отличие от гидродинамической трансмиссии, где передача вращательного момента производится посредством жидкости в гидротрансформаторе.

Большим достоинством гидростатической трансмиссии является простота смены направления движения на ходу, без остановки, которое обеспечивается простым изменением наклона шайбы коаксиально-поршневого (плунжерного) гидронасоса или гидравлически — изменением потока рабочей жидкости. Это позволяет обеспечить исключительную манёвренность машины.

Тяговое усилие при использовании гидростатического привода зависит не только от частоты вращения двигателя, но и от наклона шайбы насоса. Ввиду этого гидростатическая трансмиссия отличается высокой производительностью при весомой топливной эффективности. Также экономится ресурс двигателя, поскольку при небольших нагрузках нет нужды повышать обороты двигателя, а ускорение достигается увеличением угла наклона шайбы гидронасоса.

Так как техника Hencon оборудуется гидростатической трансмиссией, пользователи отмечают возможность достигать высокой тяги и увеличение надёжности машин. Наши специалисты на протяжении десятков лет работают с данным видом привода, за это время он показал себя исключительно с лучшей стороны.

Машины с гидростатической трансмиссией в ходе долговременного использования показывают намного меньший расход топлива, чем машины с классической коробкой передач. Использование гидростатического привода позволяет проводить работу значительно интенсивнее. Расчётный ресурс плунжерного гидронасоса составляет 50 лет, он является необслуживаемым агрегатом и нуждается только в смене гидравлического масла один раз в 5-6 тысяч моточасов.

При этом техника с подобной трансмиссией не нуждается в высоком уровне знаний обслуживающего персонала.

В области малых передаточных отношений эффективность гидростатической трансмиссии выше, чем гидродинамической, но при передаточном отношении, близком к единице, она снижается. Поэтому гидростатическая трансмиссия чаще применяется в машинах, эксплуатируемых на малых скоростях и там, где требуется часто менять направление движения «вперед-назад».

Гидростатическая трансмиссия заменяет собой целый ряд агрегатов, например, коробку передач, сцепление, карданные валы с шарнирами, главную передачу, тормозные суппорты с колодками и т. п.

Снижение расхода топлива и массы машины, экономия на неиспользуемых агрегатах и их частом обслуживании, а также высокая надежность и долговечность гидростатической трансмиссии компенсирует достаточно высокую стоимость гидравлического оборудования. В первую очередь это относится к специальным транспортным и технологическим средствам. При этом отпадает необходимость использования классических тормозов во время работы. Двухпедальная система управления позволяет двигаться вперед или назад при нажатии соответствующей педали, а при отпускании обеих педалей машина автоматически останавливается. Вместо двух педалей можно использовать одну педаль хода и рычаг/джойстик с тремя положениями: вперед, назад и стоп.

Нагрузки в трансмиссии горных машин

Ознакомление с условиями работы трансмиссий горных машин. Проведение стендовых программных испытаний для оценки влияния кратковременных максимальных нагрузок на работу трансмиссий очистных комбайнов. Причины развития усталостных повреждений зубьев.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: Нагрузки в трансмиссии горных машин

Условия работы трансмиссий горных машин

Наиболее напряженная часть горной машины — трансмиссия. Особенно тяжелонагруженными ее деталями являются зубчатые колеса, от работоспособности которых в значительной степени зависит надежность и долговечность машины в целом, а также ее габариты и масса.

Зубчатые передачи забойных машин являются относительно тихоходными, работающими с окружными скоростями до 12 м/сек (выходные ступени до 2 м/сек). Нагруженность зубчатых колес достигает 1500…2000 кгс/см у передач очистных комбайнов и 400…800 кгс/см у передач забойных конвейеров.

Следует отметить особо тяжелые условия работы передач очистных комбайнов, где перекосы парных осей достигают 0,005 рад за счет упругих деформаций корпусных деталей, воспринимающих помимо усилий на опорах валов также значительные нагрузки от рабочего органа машин.

Указанные условия работы определяют выбор геометрии зацепления, материала зубчатых пар и процессов их химико-термической обработки. Это, как правило, прямозубые передачи средних (m=5…8 мм), а на выходных ступенях крупных (m=14…20 мм) модулей, проектируемые со значительным смещением исходного контура (), имеющие относительно небольшое число зубьев (11…17 на шестерне, 25…40 на колесе) и ширину венца, равную 8…12 модулей. Крутящий момент на колесо передается через цементируемые закаленные шлицы. Ввиду ограниченности поперечных габаритов зубчатые колеса комбайнов имеют ажурную конфигурацию. Часто применяются длинные вал-шестерни (600-1000мм) со значительным смещением зубчатого венца к одному из торцов.

У передач конвейеров материал зубчатой пары: шестерни — цементируемые стали 18ХГТ, 12ХНЗА и 20Х2Н4А, колеса — стали, закаливаемые ТВЧ, 40Х и 40ХН; у передач комбайнов оба элемента пары изготавливают из цементируемых сталей 18ХГТ, 25ХГТ, 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА, 20Х2НЧА, 20ХГН2МБФ.

Удовлетворительной надежности работы таких передач удается достичь применением ресерсосберегающих упрочняющих технологией: закалки ТВЧ, цементации с закалкой. Однако такие процессы из-за неизбежных деформаций при термической обработке деталей снижают точность на 1 степень при ТВЧ и на 2-3 степени при цементации и закалке, что резко сокращает ресурс работы зубчатой пары.

Факторы, влияющие на нагрузочную способность зубчатых колес

В результате неизбежных погрешностей профиля и направления зуба, непараллельности осей и т. п. возникают колебания передаточного отношения и дополнительные нагрузки в зацеплении, а также вибрации и повышенный шум. Дополнительные динамические нагрузки пропорциональны окружной скорости и параметрам, характеризующим погрешности шагов. Более высокие степени точности передач обеспечивают снижение динамических нагрузок, массы, габаритов передачи и повышения ее ресурсов.

Одним из основных направлений в решении задачи повышения прочности и ресурса зубчатых передач забойных машин следует считать доведение колес до 7-8 степени точности, что достигается применением шлифования, притирки и доводки.

При назначении степени точности для силовых передач следует руководствоваться указаниями, приведенными в табл. 1.

Обзор трансмиссий горной техники Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Аксенов В. В., Ефременков А. Б., Блащук М. Ю., Тимофеев В. Ю.

Приведен обзор и рассмотрены особенности построения трансмиссий исполнительных органов и систем подачи очистных и проходческих комбайнов .

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Аксенов В. В., Ефременков А. Б., Блащук М. Ю., Тимофеев В. Ю.

Текст научной работы на тему «Обзор трансмиссий горной техники»

В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук,

В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев,

ОБЗОР ТРАНСМИССИЙ ГОРНОЙ ТЕХНИКИ

Приведен обзор и рассмотрены особенности построения трансмиссий исполнительных органов и систем подачи очистных и проходческих комбайнов. Ключевые слова: геоход, трансмиссия, привод, кинематическая схема, очистные комбайны, проходческие комбайны.

1ГЛ ак и в любом движущемся агрегате, в геоходе для обес—»%. печения требуемого усилия на внешнем движителе требуется устройство для преобразования энергии от силовой установки и передачи его на внешний движитель — трансмиссия. При создании первых экспериментальных образцов геохода в конце прошлого века группой ученых и инженеров были проведены научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, в ходе которых были разработаны некоторые положения методики расчета силовых параметров привода геохода, а также математическая модель, в первом приближении, описывающая взаимодействие геохода и его элементов с окружающей его геосредой [1]. Полученные расчетные зависимости и экспериментальные данные позволили оценить величину усилий и моментов, необходимых для перемещения геохода (рис. 1). Так, для геохода диаметром 3 м величина вращающего момента составит около 800 кНм. При этом

частота вращения головной секции составит пвр = ^ об/мин.

Для обеспечения необходимых параметров движения в экспериментальных образцах геоходов ЭЛАНГ в качестве трансмиссии использовались гидроцилиндры, расположенные по хордам окружности. Такое решение недостаточно совершенно и имеет ряд недостатков:

— сложность синхронизации действия всех гидроцилиндров;

Рис. 1. Зависимость усилий для перемещения геохода Рд и вращающего момента Мвр от радиуса геохода

— цикличность продвижения геохода;

— закрутка рукавов высокого давления в процессе вращения головной секции;

— возможность перекоса штока и поршня в цилиндре вследствие продвижения вперед головной секции.

Новизна конструкции геохода обуславливает необходимость разработки различных вариантов трансмиссии геохода для создания адаптивной конструкции способной передавать большие по величине вращательные моменты и обеспечивать непрерывность движения самого геохода.

На основе анализа особенностей работы геохода, ранее проведенных исследований [1, 2], а также, полученных технических параметров были сформулированы основные требования к трансмиссии геохода для реализации главного — вращательного движения головной (поворотной) секции [3]. На основании выдвинутых требований можно выделить главные черты будущей трансмиссии:

— трансмиссия должна передавать значительный по величине вращающий момент (800 кН-м и более);

— трансмиссия должна обеспечивать непрерывное перемещение агрегата на забой с очень низкой частотой вращения пвр = ^ об/мин и менее;

— трансмиссия должна не загромождать пространство внутри геохода для передачи отбитой горной массы, передачи движения исполнительным органам, а также для размещения других систем.

Большие вращающие моменты и низкие частоты вращения потребуют реализации больших передаточных чисел в трансмиссии, а, следовательно, и габаритных размеров самих передач.

Для разработки компоновочных и конструктивных решений трансмиссии геохода рационально рассмотреть проверенные практикой известные конструктивные решения трансмиссий горной техники предназначенной, преимущественно, для механизации различных операций при подземных работах. В первую очередь это трансмиссии исполнительных органов и механизмов подач очистных и проходческих комбайнов, а также проходческих щитов.

Трансмиссия горных машин является неотъемлемой составной частью привода, а вид и характеристики трансмиссии определяются общим назначением привода горной машины. Привод горных машин в общем случае включает в себя двигатель, трансмиссию, соединяющую двигатель с рабочим органом и обеспечивающую передачу мощности на него, устройства для подвода энергии и управления приводом.

По виду выполняемого рабочего движения привод может быть вращательного или поступательного типа.

Привод вращательного действия используется в исполнительных органах, в системах погрузки и перемещения и пр.

Привод с поступательным характером перемещения широко используется в механизированных крепях, проходческих комбайнах для управления поворотом стрелового исполнительного органа, в шагающих системах подачи, натяжных устройствах и т.п.

В некоторых конструкциях привод с поступательным характером перемещений используется в исполнительном органе, что дает возможность при относительно небольших значениях рабочих скоростей получать большие нагрузки на рабочем инструменте и разрушать забой со значительными сечениями стружки (например,

привод исполнительного органа агрегата АФГ конструкции ПНИ-УИ).

В горных машинах нашли применение электро-, гидро- и пневмопривод [4].

В электрическом приводе очистных и проходческих машин подавляющее распространение получили асинхронные короткозамкнутые двигатели. Основными достоинствами этих двигателей являются: простота и надежность конструкции, большой пусковой момент, хорошая перегрузочная способность, высокий кпд. Напротив, электродвигатели постоянного тока в горных машинах не получили широкого распространения, так как в отличие от асинхронных их трудно сделать взрывобезопасными. Основное достоинство электродвигателей постоянного тока: возможность плавного регулирования скорости вращения. Для питания этих электродвигателей необходимо иметь устройства, преобразующие переменный ток в постоянный. Двигатели постоянного тока использованы в приводах исполнительного органа и системы подачи очистного комбайна К128П.

Наряду с электрическим приводом в горных машинах широко применяется гидропривод. Его достоинства: простота получения практически любого вида механического перемещения с независимым расположением выходных элементов, что упрощает компоновку, кинематику и конструкцию машины; малые масса и объем, приходящиеся на единицу передаваемой мощности, что обеспечивает повышение энерговооруженности в заданных габаритах; возможность бесступенчатого регулирования выходной скорости в широком диапазоне; возможность создания низкооборотного высо-комоментного привода, что позволяет исключить большегабаритные механические передачи из конструкции машины; надежное ограничение в заданных пределах величин нагрузок и простота защиты машины от экстренных перегрузок; хорошие динамические свойства и высокое быстродействие.

К недостаткам гидропривода относятся: возможность загрязнения и утечка рабочей жидкости, что ухудшает характеристики гидропривода и уменьшает его надежность; высокие требования к точности изготовления и в связи с этим возникает относительная сложность монтажа и ремонта в условиях горного производства; взрыво- и пожароопасность в случае применения рабочих жидкостей с горючими свойствами.

Основой гидропривода является гидропередача, вид которой определяет вид гидропривода.

Гидропередача состоит из насоса, гидродвигателя (турбины) и соединительной магистральной линии. По энергетическому признаку гидропередачи разделяются на объемные и гидродинамические .

Объемный гидропривод вращательного действия получил распространение в гидравлических механизмах подачи очистных и проходческих комбайнов, предохранительных лебедках, насосных установках для мощных скребковых конвейеров, струговых установках и

Пневматический привод используется в очистных комбайнах, работающих на тонких крутых пластах, где применение электродвигателей запрещено по условиям безопасности (например, в комбайне А-70П использован пневмодвигатель 8ШК40М мощностью 35 кВт), в механизированном инструменте и в машинах ударного действия.

Пневмопривод состоит из компрессора, магистрального и раздаточных воздуховодов, устройств управления и пневмодвигателей.

Пневмопривод на базе шестеренных пневмодвигателей легко переносит перегрузки.

Общая структура и схема привода определяются прежде всего функциональным назначением машины или рабочего органа.

В горных машинах используются:

— групповой привод, когда все рабочие органы приводятся от одного привода с разветвленной трансмиссией (подавляющее большинство выемочных комбайнов для пластов малой и средней мощности);

— индивидуальный привод на каждый отдельный рабочий орган или систему, где применение одного привода с разветвленной трансмиссией вызвало бы усложнение машины в целом, увеличение ее габаритов, снижение надежности и ремонтопригодности.

Системы индивидуальных приводов широко применяются в проходческих комбайнах, например, приводы органа разрушения забоя, бермовых фрез, гусеничного хода, конвейера.

В выемочных комбайнах также возможно применение индивидуальных приводов на отдельные системы. Например, в комбайнах для мощных пластов (комбайн К128П) на отдельные органы разрушения имеются самостоятельные приводы.

При рассмотрении вопроса о групповом или индивидуальном приводе необходимо учитывать, что при групповом приводе мощность используемого двигателя или группы двигателей возрастает в соответствии с числом рабочих органов и систем, потребляющих мощность. Это, в свою очередь, может существенно повлиять на конструкцию машины, так как в случае внезапного стопорения одного из рабочих органов вся установленная мощность двигателей с учетом упругих и инерционных свойств системы может реализоваться в трансмиссии данного рабочего органа и вызвать его разрушение. В этом случае необходимо или предусматривать соответствующие предохранительные устройства в трансмиссиях рабочих органов, или выполнять их расчет в соответствии с возможными величинами нагрузок [4].

При наличии самостоятельных приводов на отдельные рабочие органы элементы конструкций рассчитываются на нагрузки, определяемые двигателем данного привода, что является несомненным достоинством.

В ряде случаев в приводе выемочных машин используются спаренные двигатели (например, в комбайнах 1ГШ68, КЮЗ), что дает увеличение мощности и моментных характеристик привода. Однако необходимо отметить, что в этом случае из-за различных моментных характеристик используемых двигателей может произойти недоиспользование суммарной мощности двигателей.

Существенной составной частью привода горной машины является ее трансмиссия, передающая движение и мощность от двигателя к рабочим органам. Как правило, трансмиссии исполнительных органов являются наиболее нагруженными. В соответствии с выполняемыми функциями трансмиссии горных машин могут иметь различные функции.

В настоящее время в горных машинах наибольшее распространение для передачи механической энергии от двигателя к исполнительному органу получили зубчатые механические передачи.

В приводах выемочных и проходческих машин механические передачи состоят из цилиндрических, конических и планетарных зубчатых передач. В связи с низким к. п. д. червячные передачи в современных выемочных машинах получили ограниченное распространение. В ряде случаев применяются цепные передачи, а в системах подачи цевочные передачи. Также, в настоящее время, в не-

которых машинах начали применяться волновые передачи с промежуточными телами качения.

Принятый в горной машине тип и параметры исполнительного органа обусловливают выбор кинематической схемы привода, определяют относительное положение осей двигателя и выходного вала редуктора, требуемое передаточное число и другие элементы. Так, например, в редукторы приводов шнековых, штанговых, барабанных и дисковых исполнительных органов очистных угольных машин обязательно входит коническая зубчатая передача (угольные комбайны 2К52, 1К101, БК52, МК67, 1ГШ68, КШЗМ, К120 и др.) (рис. 2), так как ось вала исполнительного органа расположена перпендикулярно оси приводного двигателя [4, 5, 6]. В этом случае коническую зубчатую пару располагают как можно ближе к входному валу, где передаваемый крутящий момент имеет меньшее значение, т.к. конические зубчатые пары в трансмиссии, в отличие от цилиндрических зубчатых обладают пониженной несущей способностью.

В проходческих комбайнах 4ПУ, ГПКС и погрузочных машинах 1ПНБ, 2ПНБ в приводе ходовой части электродвигатель (электродвигатели) расположен вдоль продольной оси комбайна перпендикулярно осям тяговых звездочек гусениц, поэтому их трансмиссия на первых ступенях также включает коническую зубчатую передачу (рис. 3). В трансмиссиях проходческих комбайнах ПК3Р, «Урал-38», К56МГ, 4ПП2М электродвигатель также расположен вдоль оси комбайна, а вместо конической зубчатой передачи применена червячная (рис. 4).

При параллельном расположении осей валов двигателя и рабочих органов (например, в комбайнах К103, КЦТГ, «Поиск-2» и др.) в трансмиссии имеются только цилиндрические зубчатые пары (рис. 5). В проходческих комбайнах «Урал-10КСА», «Урал-20КСА», 41II15 в приводе ходовой части применен гидродвигатель, имеющий меньшие габариты по сравнению

Рис. 2. Кинематическая схема редуктора исполнительного органа комбайна 2К-52

Рис. 3. Кинематическая схема трансмиссии ходовой части комбайна 4ПУ

Рис. 4. Кинематическая схема трансмиссии ходовой части комбайна «Урал-38»

Рис. 5. Кинематическая схема комбайна К103

Рис. 6. Кинематическая схема трансмиссии ходовой части комбайна «Урал-10КСА»

с электродвигателями, что позволило установить его параллельно оси тяговой звездочки гусеницы, таким образом, трансмиссия содержит только цилиндрические зубчатые передачи (рис. 6).

В приводе горных машин широко используются планетарные передачи, которые обеспечивают значительные передаточные числа. Такие передачи установлены в механизмах подачи (комбайн ПК-9р), приводах исполнительных органов проходческих комбайнов со стреловыми (например, комбайн 4ПУ), роторными (ПК8, ШБМ-2м) и планетарными (комбайны «Караганда-7/15», «Союз-19» и др.) исполнительными органами.

У очистных комбайнов для разработки пластов средней мощности и мощных планетарная передача может использоваться на выходных ступенях привода исполнительного органа, как это осуществлено в отечественных комбайнах К120, К500Ю.

В приводах подачи очистных комбайнов 1К101У, КА80, 2К52МУ, 1ГШ68, 2ГШ68Б, КШ3М ввиду необходимости регулирования скорости перемещения в широких пределах применяются гидравлические механизмы подачи, такие как Г405 и др.

1. Проведенный обзор трансмиссий и приводов очистных и проходческих комбайнов позволяет сделать заключение, что имеющиеся конструктивные решения малопригодны для непосредственного использования в трансмиссии геохода, ввиду существенных отличий по величинам передаваемого вращательного момента и частоты вращения, а также особенностей построения компоновок.

2. Очевидно, что трансмиссия геохода в связи со специфическими требованиями, предъявляемыми к ней, должна строиться на передачах, реализующих высокие передаточные числа. В данном случае могут быть использованы известные конструктивные решения червячных, планетарных и волновых передач, нашедших применение в традиционной горной технике.

3. Остается открытым вопрос о построении кинематической схемы трансмиссии геохода [7], т.е., например, один мощный двигатель — однопоточный редуктор — головная секция, или один мощный двигатель — многопоточный редуктор — суммирующий механизм — головная секция, или несколько — двигателей — однопоточные редукторы — суммирующий механизм — головная секция и т.п. Соответственно стоит вопрос и о выборе приводных двигате-

лей (электродвигатели, гидромоторы, гидроцилиндры, пневмодвигатели), и их количестве.

Проведенный обзор должен стать отправной точкой для проведения дальнейших исследований, результатами которых должны быть компоновочные схемы и конструктивные решения трансмиссий геохода, а также методики расчета.

1. Эллер А.Ф. Винтоповоротные проходческие агрегаты / А.Ф. Эллер, В.Ф. Горбунов, В.В. Аксенов. — Новосибирск: ВО «Наука». 1992. — 192 с.

2. Аксенов В.В. Геовинчестерная технология проведения горных выработок. — Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2004, 264 с., с ил.

3. Разработка требований к трансмиссии геоходов / В.В. Аксенов и др. // Инновационные технологии и экономика в машиностроении. Труды VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием — Томск: Изд-во ТПУ, 2008. 414-417

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

5. Горные машины и комплексы / А.В Топчиев и др. — М. Недра, 1971 г., 560

6. Оборудование для очистных и проходческих работ. Каталог. — М. ЦНИЭИ-уголь, 1986, 296 с.

7. Силовые зубчатые трансмиссии угольных комбайнов. Теория и проектирование / П.Г. Сидоров и др. — М. Машиностроение, 1995. — 296 с. нш=1

Аксенов В.В. — доктор технических наук, заместитель директора, Институт угля и углехимии СО РАН, г. Кемерово, профессор, Юргинский технологический институт ТПУ, г. Юрга,

Ефременков А.Б. — кандидат технических наук, доцент, директор, Блащук М.Ю. — старший преподаватель,

Тимофеев В.Ю. — ст. преподаватель, механик кафедры ГШО,

Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета, tv-ytitpui@rambler.ru

Источник http://www.hencon.ru/pressa-o-nas/106-primenenie-gidrostaticheskoj-transmissii-v-shakhtnykh-mashinakh

Источник https://knowledge.allbest.ru/transport/3c0b65625a3bc78a4c53a89521306d37_0.html

Источник https://cyberleninka.ru/article/n/obzor-transmissiy-gornoy-tehniki