Возможность применения генераторов импульсов для формирования вынужденных колебаний в приводе шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна.

Первый опыт эксплуатации 2-х комбайнов MTS 250 фирмы Man Takraf (Германия) на участке «Ташкура» Джерой-Сардаринского месторождения фосфоритов (Узбекистан), показал недостаточно высокую производительность при выемке рудных фосфопластов различной мощности дискретными порциями. Это объясняется тем, что техническая производительность карьерного комбайна при заданных его конструктивных и энергетических параметрах зависит не только от технологических, но и от виброреологических параметров, а также от приемов работы машиниста-оператора при фрезеровании слоя породы.

До настоящего времени практически отсутствуют основы расчета и выбора частотных и энергетических параметров гидроимпульсного привода рабочего органа карьерного комбайна, которые бы учитывали:

- гидромеханические процессы в регулируемом по скорости гидравлическом контуре «насос – гидромотор»;

- виброреологические процессы взаимодействия стальной цилиндрической оболочки шнеко-фрезерного рабочего органа с породой, в процессе ее фрезерования.

Для интенсификации виброреологического эффекта необходимо оснастить гидравлическую систему привода шнекофрезерного рабочего органа генератором импульсов движущего момента.

Таким образом, задача о взаимодействии источника возбуждения с механической колебательной системой привода рабочего органа карьерного комбайна состоит в определении движения устройства (источника возбуждения), создающего переменные во времени механические силы, в определении этих сил и вызываемых ими колебаний механической системы, связанной с источником возбуждения.

Если создаваемые источником возбуждения силы можно считать не зависящими от возбуждаемых ими колебаний, то эта задача сводится к обычной задаче о вынужденных колебаниях, дополненной предварительным определением вынуждающих сил.

Задачи о взаимодействии источника возбуждения с колебательной системой (их называют еще задачами о колебаниях систем с ограниченным возбуждением и задачами о возбуждении вибраций) выделились в настоящее время в специальный раздел теории колебаний, который далеко еще не завершен.

Источники возбуждения колебаний и, следовательно, задачи настоящей теории можно классифицировать по характеру физических процессов, вследствие которых возникают силы, вызывающие вынужденные колебания.

071 1

Рис. 1 Конструктивные схемы гидроимпульсаторных генераторов с вертикальными (а) и с горизонтальными (б) цилиндрами

Сегодня, в технической литературе [1–2] исследователи выделяют следующие основные типы возбудителей: электромеханический, электромагнитный, электродинамический, электростатический, магнитострикционный, электрострикционный, гидравлический и пневматический.

В настоящем исследовании интерес представляет исключительно гидравлический возбудитель – генератор импульсов вынужденных колебаний. В котором, переменные во времени силы, создаются за счет изменяющегося во времени давления рабочей жидкости. Импульсы давления действует на гидромотор, связанный с механической колебательной системой. В результате при колебаниях происходит динамическое взаимодействие гидравлического привода с механической колебательной системой.

Для оптимального выбора конструкции генератора импульсов давления (расхода) рабочей жидкости и места его установки в гидравлической системе привода шнеко-фрезерного рабочего органа рассмотрим известные в практике гидравлические вибровозбудители пульсационного действия.

Сегодня, наибольшее распространение находят гидравлические вибровозбудители пульсационного действия [3–4]. Привод вибровозбудителя этого типа состоит из пульсатора, приводного двигателя, соединенного с валом пульсатора муфтой, подпиточного насоса и масляного бака. Работа подпиточного насоса для упрощения конструкции привода осуществляется от основного двигателя. Для большей компактности привода сливной бак и опорная рама конструктивно совмещены.

Гидроимпульсатор (рис. 1а) с вертикальным расположением цилиндров состоит из корпуса (1), в котором расположен вал с двумя эксцентриками (2); блока цилиндров с размещенными в нем толкателями (3) и поршнями (4) клапанной коробки (5), в которой монтируются отсечной клапан (6) с винтовым штурвалом (7) и предохранительные клапаны. Конструкция гидроимпульсатора предусматривает плавное регулирование нагрузки на приводной двигатель (без перегрузок во время пуска) путем сообщения рабочих пространств поршней соединительным каналом, который во время установившегося режима работы частично или полностью перекрыт отсечным клапаном.

Гидроимпульсаторный привод с горизонтальным расположением цилиндров показан на (рис. 1б). Привод имеет корпус (1), в котором на подшипниках (2) установлены эксцентриковый вал (3) с подшипниками (4) и (5) и четыре поршня (6–9). Он представляет собой сдвоенный поршневой насос, секции которого работают в противофазе. Это устройство, как и устройство с вертикальным расположением цилиндров (рис. 1а), также позволяет осуществлять плавный пуск в работу приводного электродвигателя.

Основное достоинство пульсаторных вибровозбудителей (рис. 1а), с насосами-пульсаторами это четкая реализация заданной амплитуды и частоты поршней исполнительных гидроцилиндров. Однако эти конструкции пульсаторов требуют для оперативного регулирования частоты импульсов давления (расхода) иметь регулируемый по частоте вращения привод мощностью равной мощности системы привода шнеко-фрезерного рабочего органа и не могут быть задействованы в не совмещенных с вращением шнека режимах работы силовой установки комбайна (например, при его быстром передвижении). Но основным недостатком, рассмотренных конструкций насосов-импульсаторов, является невозможность оперативно регулировать амплитуду синусоидального импульса давления (расхода).

Таким образом, для эффективной выемки породы шнекофрезерным рабочим органом, следует применить гидроимпульсный привод. То есть привод, оснащенный импульсатором давления (расхода).

Рассмотрим условия выемки слоев породы различной прочности σ1 и σ2, при σ1 < σ2, для равной производительности комбайнов, с базовой конструкцией привода (индекс «1») и с гидроимпульсным приводом шнеко-фрезерного рабочего органа (индекс «2»):

071 f1 (1)

где: ПT1 – производительность комбайна с базовой конструкцией привода, м3/час; ПT2 – производительность комбайна с гидроимпульсным приводом шнеко-фрезерного рабочего органа, м3/час.

Для одной и той же высоты слоя породы (h1 < h2), различной прочности σ1 и σ2, с учетом, что:

071 f1 1

где: W– скорость подачи шнека, м/с; ω – скорость вращения шнека, рад/с; D – диаметр шнека (м) при равных КПД механизмов хода и вращения шнека комбайна ηх  ηш, после соответствующих преобразований, равенство (1) решенное относительно fэ1 к fэ2 можно записать следующим образом:

071 f2(2)

И, уравнение (2) с учетом результата:

071 f2 2

окончательно принимает вид:

071 3(3)

Графическая интерпретация зависимости (3) с учетом результата эксперимента [6]:

071 4(4)

при θ= 0,0563 и Ψ= 0,3; λ(ϕ0, Ψ)–var; 36,9° (h= 0,16)ϕ079,2° (h= 0,65) приведена на (рис. 2).071 2

Анализ зависимости свидетельствует, что:

- требуемая относительная скорость пульсации движущего момента не линейно возрастает с увеличением прочности слоя породы;

- максимальный диапазон регулирования относительной скорости пульсации движущего момента привода шнекофрезерного рабочего органа соответствует минимальной высоте фрезеруемого слоя породы (h= 0,16 м) и составляет:

071 5(5)

Таким образом, карьерный комбайн должен быть оснащен гидроимпульсным приводом с оперативно регулируемыми частотой и амплитудой импульса. Это даст возможность (при одной и той же установленной мощности силовой установки карьерного комбайна) осуществить выемку слоя породы с более высокой прочностью или существенно увеличить ресурс элементов гидропривода рабочего органа без снижения его производительности.


 

ЛИТЕРАТУРА:

1. Глухарев К.К., Фролов К.В., Взаимодействия колебательной системы с двумя источниками энергии. – «Известия АН СССР. Сер. МТТ», 1971, №4, с. 65–71.

2. Алифов А.А. Об автоколебательной системе, взаимодействующей с источником энергии. «Известия АН СССР. Сер. МТТ», 1977, №1, с. 36–42.

3. Гончаревич И.Ф., Докукин А.В. Динамика горных машин с упругими связями. М.: «Наука», 1975. 212 с.

4. Баранов В.Н., Захаров Ю.Е. Электрогидравлические и гидравлические вибрационные механизмы. М.: «Машиностроение», 1977. 325с.

5. Кузиев Д.А. Обоснование и выбор параметров гидроимпульсного привода шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна Автореферат канд. дисс. -М.: МГГУ, 2007, 24 с.

6. Замышляев В.Ф., Грабский А.А., Кузиев Д.А., Абдуазизов Н.А. Сравнительный анализ результатов аналитических и экспериментальных исследований момента сопротивления вращению шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна. // Горный информационно-аналитический бюллетень, №10. -М.: Изд-во МГГУ, 2007, c. 15–23.

Журнал "Горная Промышленность" №5 2012, стр.71