Метод создания сжимающих усилий с помощью гироскопического пресса Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

В заключение из многих других технических мероприятий снижающих энергоемкость транспортирования следует перечислить:

• контроль за прямолинейностью и чистотой конвейерного става,

• удлинение конвейеров,

• правильное конструктивное исполнение перегрузочных пунктов и снижение их количества,

• применение специальных конструкций роли-коопор и оптимизация расстояний между ними,

• создание лент с различными обкладками -рабочей, устойчивой к абразивному износу и ниж-

неи с малым сопротивлением от вдавливания роликов,

• более широкое применение приводов, управляемых токовыми преобразователями частоты, позволяющими регулировать скорость ленты и рекуперировать энергию, на бремсберговых конвеИерах.

Представленные примеры технических реализации обеспечивающих энергоемкую доставку добычи и повышение прочности ленточных конвеИеров все шире адаптируются в условиях польских каменноугольных шахт.

СПИСОК ЛИTEРATУРЫ

1. Антоняк Е. Расчеты ленточных конвейеров. Вузовские издания □ 1683, Силез. Пол. Гливице 1992.

2. Антоняк Е: Перспективы

развития горных восстающих ленточных конвейеров. Подъемно-транспортное оборудование, № 2, 2001.

3. Belt Conveyors for Bulk Materials. Fifth Edition Conveyor Equipment

Manufacturers Association (CEMA), USA 1997.

4. Goodyear Supplier News. Engineering and Mining Journal, July 1999.

5. Greune A.: Energiesparende Auslegung von Gurtfurderanlagen. Dissertation, University of Hanover, Germany 1989.

6. Spaans C.: Calculation of the Main Resistance of Belt Conveyors, Bulk, Solids, Handling, nr 4, 1991.

7. Stetigfurderer-Gurtfurderer fbr Schbttgbter - Grundlagen fbr Berechnung und Auslegung. Deutsches Institut fbr Normung DIN 22101 e.V. Febr. 1982.

КОРОТКО ОБ ABTОРAХ

Ежи Антоняк -профессор, доктор технических наук, СилезскиИ технический университет, Гливицы, Польша.

© B.A. Бобин, A.H. Ланюк, 2003

УАК 622.17

B.A. Бобин, A.H. Ланюк

МЕТОА СОЗ.AAHИЯ CЖИМAЮШИХ УСИЛИЙ С ПОМОЩЬЮ ГИРОСКОПИЧЕСКОГО ПРЕ—A*

Широко известен метод создания сжимающих усилий для испытания образцов на сжатие, растяжение и изгиб при помощи гидравлических прессов [1]. Типичные гидравлические пресса, создающие нагрузку 100 кН, имеют следующие характеристики: масса - 300-400 кг, потребляемая мощность трехфазного тока - 2-3 кВт, габариты (вместе со вспомогательным оборудованием и персональным компьютером) - 1500х1500х1500 мм.

Наличие гидравлической системы со шлангами высокого давления, высокий уровень потребления электроэнергии, значительные габариты и стацио-

нарные условия их размещения ограничивают область их применения только стационарными лабораториями. В то же время возникает производственная и технологическая необходимость в мобильных прессовых установках, не имеющих отмеченных выше ограничений.

Исследования были направлены на разработку нового принципа создания сжимающих вида усилий, который может быть использован для реализации мобильных прессовых установок, позволяющих значительно уменьшить их массу, энергопотребление, а также полностью отказаться от использования гидравлики.

Таким условиям отвечает гироскопический принцип создания силы, использующий энергию раскрученного маховика. Этот принцип был реализован с помощью экспериментальной лабораторной установки ГП-1 (гироскопический пресс-1), использующей двухстепенной гироскоп.

*Работа выполнена при содействии РФФИ (грант № 03-05-65824)

Схема установки ГП-1 изображена на рис. 1, она содержит основной электродвигатель 1, грузовую площадку 2, рабочий нажимной элемент 3, оказывающий силовое воздействие на испытываемый образец горной породы 4, шарнирную опору 5. На шарнирной опоре 5 с шарниром 8 установлен двигатель электродвигатель 6 гироскопа, на валу которого установлен маховик 7. Электродвигатели 1 и 6 приводятся в действие независимыми источниками питания, которые на рисунке не показаны.

Установка ГП-1 работает следующим образом: основной электродвигатель 1 раскручивает грузовую площадку 2, плоскость которой параллельна горизонту, до угловой скорости О = 2пИ 1/с. Электродвигатель гироскопа 6 раскручивает маховик 7 до угловой скорости ю = 2пп 1/с. При этом на маховик гироскопа действует в системе координат, связанной с вращающейся грузовой площадкой 2, внутренняя гироскопическая сила, модуль которой определяется выражение:

1Рг I = их юхОхвта/^ (1)

где 3 - момент инерции маховика 7 (для дискообразного маховика 3 = шх^/2, где т и R соответственно масса и радиус маховика), а - угол между векторами ю и О, а 11 - расстояние между шарниром 6 и центром масс маховика. Направление этой силы определяется знаком тригонометрической функции.

Сила воздействия рабочего нажимного элемента на испытываемый образец горной породы, определяется по формуле:

IFn I = ljx (mxR2x roxQxsina/2x Ц - mg)/ l2 (2)

где g - ускорение свободного падения, а l2 - расстояние от шарнира до центра давления рабочего органа на образец. Измерение силы воздействия рабочего нажимного элемента на испытываемый образец осуществлялось с помощью пружинных весов, устанавливаемых на место испытываемого образца.

Таким образом, величина Fд определяется геометрическими параметрами созданного устройства, моментом инерции маховика, углом между векторами ю и Q и произведением модулей ю и Q. Конструктивно устройство создано так, что каждая из величин ю, Q и a, а также геометрические параметры устройства могут изменяться независимо друг от друга в широком диапазоне. Для ГП-1 эти величины имели следующие значения: m (масса маховика 7) = 0,25 кг; R (радиус маховика 7) = 0,04 м; sin a = 0 - 1; Q = 2пх( 1- 10 ) 1/с: ю = 2п( 0 - 125) 1/c; l1 = 0,03 м; l2 = 0,06 м .

Габаритные размеры установки ГП-1 были: диаметр грузовой площадки - 0,2 м, высота - 0,3 м, масса - 1 кг.

В результате экспериментальных исследований на установке ГП-1 получены следующие результаты, которые приведены в таблице

№ ш, 1/с Q, 1/с F„ , Н Р, Вт

1 2пх12З 2пх1 12 0,З

2 2пх12З 2пхЗ УВ 2,З

3 2пх12З 2пх10 1З4 З

Расчеты силовых, энергетических и габаритных размеров и веса перспективной полупромышленной прессовой установки, спроектированной на усилие сжатия в 100 кН, показали, что для достижения расчетных параметров установка должна иметь массу порядка 40-50 кг, габаритные размеры -500х500х600 мм и будет потреблять мощность порядка 100 Вт.

Таким образом, в ходе исследований удалось доказать экспериментально возможность реализации метода сжимающих усилий с помощью гироскопических сил при незначительном потреблении электрической энергии и габаритах, что позволяет реализовать идею мобильных прессовых установок и разработать технологию их изготовления.

------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каталог НИКЦИМ Точмашприбор. Армавир., изд-во НИКЦИМ, 24 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------------------------------------

Бобин Вячеслав Александрович - доктор технических наук, зав. отделом, ИПКОН РАН.

Ланюк А,лександр Николаевич - кандидат физико-математических наук, ст. научный сотрудник, ИПКОН РАН.