Раздел 2
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА С
АКСИАЛЬНОЙ КОРОНКОЙ
2.1. Обоснование структурной схемы проходческого комбайна и принятых допущений
Система подвески исполнительного органа является частью динамической системы
проходческого комбайна, поэтому модельное исследование системы подвески должно
выполняться с учетом закономерностей формирования рабочих режимов других
силовых систем комбайна. Так как наибольшие нагрузки в системе подвески
формируются при разрушении забоя исполнительным органом, следует учитывать те
силовые системы, которые участвуют в этом процессе – системы привода, подвески
и перемещения (гидропривод) исполнительного органа. Корпусные детали
проходческого комбайна представляют собой пространственную динамическую
систему. Инерционные элементы этой системы, как показали предварительные
расчеты специалистами института «Донгипроуглемаш», могут рассматриваться как
абсолютно жесткие, а следовательно, описываться при моделировании как
пространственно перемещающиеся массы (ППМ) [10].
В конструкциях шарниров подвески и направляющих выдвижения исполнительного
органа предусмотрены зазоры, величина которых составляет от 0,2 до 1 мм для
шарнирных соединений и от 1 до 5 мм для направляющих. Большие значения
соответствуют максимально изношенной машине. Эти зазоры приводят к
дополнительным неупругим перемещениям исполнительного органа под нагрузкой (в
дальнейшем – «суммарный люфт»), что может повлиять на процесс
стружкообразования и формирование нагрузок в силовых системах комбайна. Поэтому
необходима оценка удельного веса суммарного люфта в перемещениях
исполнительного органа под нагрузкой, обусловленных как выборкой зазоров в
шарнирах и направляющих с учетом кинематики системы подвески исполнительного
органа, так и упругими деформациями гидроцилиндров под нагрузкой.
При получении зависимостей для оценки суммарного люфта и результирующих
перемещений коронок была разработана расчетная схема (см. рис. 2.1) и приняты
следующие допущения:
все зазоры до приложения нагрузки выбраны наполовину. Это позволяет исключить
анализ реального положения сопрягаемых поверхностей под действием собственного
веса элементов конструкции до приложения нагрузки. В результате под нагрузкой
будут получены одинаковые люфты при противоположных приложениях нагрузки, сумма
которых равна сумме реальных люфтов, а, следовательно, может быть использована
для их оценки;
под нагрузкой в системе происходят малые перемещения (перемещения на порядок
меньше геометрических размеров смещающихся элементов конструкции). Это упрощает
расчетные зависимости;
перемещение коронок от наклона корпуса комбайна под горизонтальной нагрузкой
незначительно;
комбайн не теряет устойчивость. Это приводит к тому, что соединения
гидроцилиндров опорной системы комбайна могут рассматриваться как беззазорные
(зазор есть, но его перекладка не происходит);
деформациями металлоконструкций можно пренебречь;
деформациями гидропатронов зажима редуктора исполнительного органа можно
пренебречь.
С учетом указанных допущений были получены зависимости, позволяющие определить
вертикальные перемещения коронок, вызванные:
выборкой зазора в направляющих, фиксирующих редуктор в раме ИО:
где - вертикальная проекция зазора в направляющих, фиксирующих редуктор в раме
ИО;
- расстояние от оси коронок до начала опорной поверхности;
- длина опорной поверхности (база);
выборкой зазора в креплениях гидроцилиндров подъема:
где - суммарный зазор в креплениях гидроцилиндра подъема;
- расстояние от оси коронок до оси шарнира подъема ИО;
- плечо гидроцилиндра подъема ИО;
упругой деформацией гидроцилиндров подъема:
где P - сила, приложенная к ИО;
- суммарная жесткость гидроцилиндров подъема ИО;
выборкой зазора в шарнирных соединениях турели и корпуса комбайна:
где - зазор в шарнирах поворота ИО;
- расстояние от оси коронок до оси шарнира поворота ИО;
- расстояние между шарнирами поворота ИО (база);
упругой деформацией гидроцилиндров опорной системы комбайна:
где - длина опорной базы комбайна;
- расстояние от оси поворота ИО до аутриггеров;
- расстояние по-горизонтали от носка питателя до оси его крепления на корпусе;
- суммарная жесткость гидроцилиндров подъема питателя;
- суммарная жесткость аутриггеров;
- плечо гидроцилиндров подъема питателя;
Результирующее (суммарное) вертикальное перемещение:
Суммарный люфт в вертикальном направлении:
Зависимости, позволяющие определить горизонтальные перемещения коронок,
вызванные:
выборкой зазора в направляющих, фиксирующих редуктор в раме ИО:
где - горизонтальная проекция зазора в направляющих, фиксирующих редуктор в
раме ИО;
выборкой зазора в шарнирных соединениях рамы исполнительного органа и турели:
где - зазор в шарнирных соединениях рамы исполнительного органа и турели;
- расстояние между шарнирами поворота ИО (база);
выборкой зазора в креплениях гидроцилиндров поворота:
- - суммарный зазор в креплениях гидроцилиндра поворота;
- плечо гидроцилиндров поворота ИО;
упругой деформацией гидроцилиндров поворота:
где - суммарная жесткость гидроцилиндров поворота ИО;
Результирующее (суммарное) горизонтальное перемещение:
Суммарный люфт в горизонтальном направлении:
Из приведенных выше зависимостей очевидно, что на величину суммарного люфта
оказывает влияние не только величина зазора, но и кинематика системы подвески
исполнительного органа (плечи цилиндров, базы установки шарниров, длина
стрелы). Увеличением плеч и баз и уменьшением длины стрелы можно обеспечить
снижение суммарного люфта.