Введение к работе
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:
Разработать схемные и конструктивные решения трансмиссии геохода.
Разработать математическую модель взаимодействия элементов волновой передачи с промежуточными телами качения в трансмиссии геохода.
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 пропорциональны 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 вра
щающего 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» (Новочеркасск, 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.
