CC BY
188
Рис. 1. Поперечное сечение двухпланетарного редуктора внутреннего циклоидального цевочного зацепления: 1 ©МИКЛВЖЛіОПг0гЗУ§Ч аПНЙ2 венеьусакеЛЛИ^ ^-^евка; 3- эксцентриковая шейка ведущего вала;
4 - цевочное (солнечное) колесо; 5 - корпус редуктора
М.В. Кропотов
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАНЕТАРНЫХ РЕДУКТ
настоящее время перед горным машиностроением очень остро стоит задача повышения качества и надежности горных машин. В свою очередь надежность любой машины в большой степени определяется надежностью и качеством работы ее редукторов. В то же время одним из значительных и весьма трудно устранимых недостатков редукторов современных горных машин является низкая долговечность и износостойкость основных элементов кинематической цепи, приводящая к частым отказам редукторов. Вследствие этого редукторы различных горных машин быстро достигают предельного состояния и потому нуждаются в частых ремонтах. Между тем, как известно из мировой практики, ремонт оборудования обходится в 3-10 раз ороже, чем стоимость изготовле-того оборудования. Для гор-ехники ремонт единицы оборудования или машины в среднем обходится в 10 раз дороже ее изготовления. В связи с этим на ремонт и восстановление горных машин приходится затрачивать колоссальные средства. Отсюда становится понятным, что повышение износостойкости и надежности горных машин (и их редукторов, в частности) может послужить источником огромного экономического эффекта.
В последнее время, многие исследователи указывают на рациональность применения в приводах горных машин планетарных передач [1, 2]. Это связано с тем, что планетарные передачи обладают многими преимуществами по сравнению с обычными (рядовыми) передачами. Это, в частности, компактность, небольшая масса, соосность ведущего и ведомого валов, возможность получения больших передаточных отношений, небольшая инерционность
О
планетарных передач и т.д. Существенным достоинством планетарных передач является также возможность передачи нескольких потоков мощности, что особенно необходимо в условиях высокой нагру-женности и энерговооруженности современных горных машин. Мощность, передаваемая к исполнительным органам, может распределяться на несколько потоков либо через отдельные кинематические звенья (для планетарных передач в многосателлитном исполнении), либо через отдельные компактные встроенные в привод планетарные передачи.
Однако необходимо отметить, что планетарные передачи имеют и определенные недостатки. Это, в частности, повышенная чувствительность планетарных передач к качеству изготовления основных элементов кинематической цепи, например, зубчатых колес, и к качеству сборки (монтажа) передачи. Несмотря на то что в условиях высокого уровня развития современной технологии машиностроения эти недостатки в принципе могут быть легко преодолены, тем не менее существуют и другие препятствия (например, недостатки, органически присущие кинематике эвольвентного зацепления) [3, 4].
В связи с этим нам представляется, что наиболее оптимальным вариантом для применения в приводах горных машин могут являться планетарные передачи не с эвольвентным, а с циклоидально-цевочным зацеплением, относящиеся к схеме 2К-Н, по классификации проф. В.Н. Кудрявцева [5]. Это, в частности, могут быть конструкции на базе планетарного редуктора внутреннего циклоидально-цевочного зацепления с
двумя параллельными планетарными рядами, разработанного фирмой АНКОН (АОЗТ А/О АНКОН, Москва) [6]. Данный редуктор имеет весьма высокие технические характеристики (компактную конструкцию, малые габариты и вес, высокий КПД, высокую кинематическую точность, низкие уровни шума и вибраций при работе и т.д.). На рис. 1, представлено поперечное сечение одного из планетарных рядов такого редуктора, показывающее находящиеся в зацеплении циклоидальный зубчатый венец колеса сателлита 1 и цевки 2, цевочного (солнечного) колеса 4. Более подробно особенности конструкции указанного редуктора и его достоинства описаны в источниках [3, 4].
Стоит, однако, отметить, что хотя циклоидально-цевочное зацепление лишено основных недостатков, присущих эвольвент-ному зацеплению, работоспособность указанного редуктора также во многом зависит от качества изготовления элементов кинематической цепи и сборки. Так, например, высокие требования предъявляются к точности нарезания циклоидальных зубчатых венцов колес сателлитов, точности расположения цевок на делительной окружности солнечного (цевочного) колеса и т.д. Надо сказать, что эти требования вполне могут быть удовлетворены современными технологическими методами изготовления и сборки и современным станочным оборудованием.
Тем не менее остается один важный аспект, от которого, на наш взгляд, во многом будет зависеть качество и надежность работы планетарных циклоидальноцевочных передач. Это контроль точности изготовления и сборки, а также контроль параметров технического состояния передачи во время ее эксплуатации. Такой контроль (или, вернее, диагностика) позволит своевременно выявлять погрешности изготовления и сборки тех или иных звеньев кинематической цепи, а также прогнозировать выход из строя элементов передачи во время эксплуатации и своевременно производить их замену. Все эти меры помогут значительно продлить срок службы и качество работы планетарных циклои-дально-цевоч-ных передач и редукторов на их основе.
В качестве методики для диагностирования параметров технического состояния указанных передач может быть использована методика измерения и исследования их вибродинамических параметров (т.е. методы вибромониторинга) [7]. Дело в том, что вибромониторинг имеет существенные преимущества по сравнению с другими известными в настоящее время методами технической диагностики:
• сравнительная простота и дешевизна вибромониторинга (не
требуется сложное и дорогостоящее оборудование);
• теоретические основы методов вибромониторинга и вибродиагностики в настоящее время являются достаточно хорошо разработанными;
• для анализа и обработки вибросигнала широко применяется современное компьютерное оборудование. Сравнительно недорогое программное обеспечение (пакеты анализа вибросигнала разного уровня) позволяет проводить сложный анализ вибродина-мических характеристик в кратчайшие сроки и получать достаточно точную и исчерпывающую информацию о техническом состоянии исследуемого объекта;
• проведение вибромониторинга, как правило, не требует наличия высокой квалификации у оператора.
Так, например, вибромониторинг планетарных редукторов с циклоидально-цевочным зацеплением может проводиться с использованием достаточно простого набора необходимого оборудования по схеме, приведенной на рис. 2. Вибросигнал, измеряемый в определенной (узловой) точке диагностируемого редуктора 1, снимается вибродатчиком (пьезоакселерометром) 2 и передается на вход виброизмерительного коллектора 3. Виброизмерительный коллектор
Рис. 2. Схема вибродиагностики (измерения вибродинамических параметров) двухпланетарного редуктора внутреннего циклоидально-цевочного зацепления: 1 - диагностируемый редуктор; 2 - вибродатчик (пьезоакселерометр); 3 - виброизмерительный коллектор; 4 - аналого-цифровой преобразователь; 5 - компьютер; 6 - программное обеспечение (пакет анализа и обработки сигнала)
Рис. 3. Примерный вид осциллограммы а) и спектрограммы б), вибрации двухпланетарного редуктора внутреннего циклоидально-цевочного зацепления.
осуществляет измерение различных характеристик полученного вибросигнала (виброскорости, виброускорения и виброперемещения), а также обеспечивает запись и хранение информации во встроенном блоке памяти. Затем с выхода виброизмерительного коллектора записанная информация через аналого-цифровой преобразователь 4,
передается в компьютер 5. В компьютере в среде специального программного обеспечения (пакета обработки сигнала) 6, производится дальнейший анализ вибросигнала. При этом на экран монитора автоматически выводятся графики осциллограммы и спектрограммы исследуемого сигнала (рис. 3). Спектральный анализ может производиться в различных частотных диапазонах по различным методикам, встроенным в программное обеспечение и выбираемым по усмотрению оператора. В результате такого анализа можно получить достаточно объективную и вполне исчерпывающую информацию о различных параметрах технического состояния редуктора.
Таким образом, применяя описанную выше методику, можно производить диагностику как только что изготовленного редуктора, так и редуктора, находящегося в эксплуатации. В результате этого можно выявить и оценить погрешности изготовления и сборки элементов его кинематической цепи (погрешнос-ти изготовления эксцентрикового вала, нарезания циклоидальных зубчатых венцов, погрешности расположения цевок
и т.д.), а также погрешности, возникшие в результате износа различных элементов редуктора в процессе его эксплуатации. Это в свою очередь позволит прогнозировать наиболее вероятные сроки выхода из строя изношенных деталей и производить их своевременную замену, тем самым предотвращая внезапные поломки и отказы редуктора.
В ближайшем будущем планируется применить указанную схему вибромониторинга для исследования динамических параметров опытного образца планетарного редуктора с циклоидальноцевочным зацеплением фирмы АНКОН. Запланированные исследования намечено осуществить в лаборатории кафедры «Технология машиностроения и ремонт
горных машин», Московского государственного горного университета.
Необходимо также отметить, что описанная схема и методика могут применяться для диагностики самых разнообразных редукторов, механизмов и узлов горных машин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Островский М.С. Триботехнические основы обеспечения качества функционирования горных машин. - М.: МГГУ, ч. 2, 1993. - 229 с.
2. Силовые зубчатые трансмиссии угольных комбайнов. Теория и проектирование./ П.Г. Сидоров, С.В. Козлов, В.А. Крюков, Л.П. Полосатов; Под общей редакцией П.Г. Сидорова. - М.: Машиностроение, 1995. - 296 с.
3. Кропотов М.В. Новые конструкции двухпланетарных редукторов цевочного и бесцевочного внутреннего циклоидального зацепления и возможные аспекты их применения в горных машинах и оборудовании//Горный информационно аналитический бюллетень, 1999, № 8, - С. 196- 199.
4. Кропотов М.В. Повышение качества и надежности приводов горных машин путем применения в них планетарных редукторов с внутренним циклоидальным цевочным зацеплением//Горные машины и автоматика. 2001, № 6, - С. 20 - 23.
5. Планетарные передачи: Справочник/Под ред. докторов техн. наук В.Н. Кудрявцева и Ю.Н. Кирдяшева. - Л.: Машиностроение, 1977. - 536 с.
6. Каталоги фирмы АОЗТ А/О АНКОН (Москва, Россия), 1995.
7. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. - М.: Машиностроение, 1987. - 288 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Кропотов М.В. - аспирант, Московский государственный горный университет.
