Моделирование особенностей кинематики геохода Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

вуют предъявляемым к ИО геоходов требованиям, что обуславливает необходимость разработки принципиально новых компоновочных и технических решений ИО геохода.

При разработке новых решений ножевых ИО геоходов воспользуемся уже апробированным, при разработке общих компоновочных решений по новому классу горнопроходческого оборудования, подходом.

Для синтеза новых технических и компоновочных решений по ИО геохода, рассмотрим технологическую операцию отделения горной массы.

В структурном портрете геохода под операцию отделения выделен соответствующий сектор, фрагмент структурного портрета, с набором функциональных устройств и функционально-конструктивных элементов (рис. 4). Для полного и наглядного представления

структуры ИО выделим и введем символьное обозначение конструктивных элементов последнего.

В структуре ножевого ИО геохода выделены следующие признаки классификации:

- по количеству радиальных

ножей;

- по геометрии расположения радиальных ножей относительно оси геохода;

- по наличию или отсутствию привода: активный или

пассивный;

- по количеству винторезов;

- по количеству лезвий.

На основе сформированных фрагментов структурного портрета, основанных на интеграционном подходе, были разработаны компоновочные и технические решения ножевого ИО геохода, некоторые из которых представлены в табл. 1.

Следует отметить, что благодаря использованию интеграционного подхода, наработано около 280 конструктивных схем ножевого ИО геохода.

В настоящее время разработана концепция инвестиционного проекта «Геоходостроение -создание наукоемкой отрасли машиностроения в России». Одним из направлений этого проекта является разработка опытных образцов геоходов.

Выводы

1. Анализ работы геохода позволил:

- выделить особенности функционирования ножевого

ИО геохода;

- выработать основные требования к ножевым ИО геохода.

2. Использование функционально-конструктивного подхода позволило:

- создать инструмент для синтеза новых технических решений ИО геохода и апробировать его при разработке технических решений ножевых ИО.

- наработать более 280 вариантов конструктивных решений ИО геохода;

- выявить большое поле деятельности и широкие возможности в направлении создание ИО геохода ножевого типа.

3. Исходя из программы

создания опытных образцов геоходов, основополагающей

стратегической линией которой является путь «от простого к сложному», определен порядок дальнейшей проработки аналитических и конструктивных вариантов ножевых ИО геохода:

- без собственного привода (пассивный ИО);

- ножевой с резцами (пассивный ИО);

- шнековый (активный ИО);

- барабанно-фрезерный (активный ИО).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Винтоповоротные проходческие агрегаты / А.Ф. Эллер, В.Ф. Горбунов, В.В. Аксенов. - Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1992. - 192 с.

2. Аксенов В.В. Научные основы геовинчестерной технологии проведения горных выработок и создания винтоповоротных агрегатов: Дис. на соискание уч. спеп. док. техн. наук. - Кемерово, 2004, 307 с.

□ Автор статьи:

Аксенов Владимир Валерьевич

- докт. техн. наук, старший научный сотрудник ИУУ сО РАН

Садовец Владимир Юрьевич

- соискатель каф. стационарных и транспортных машин

УДК 622.232

В.В. Аксенов, В.Ю. Садовец МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ КИНЕМАТИКИ ГЕОХОДА

Привод геохода содержит к силовых домкратов, каждый из которых обеспечивает поворот агрегата на угол у/=2ж/к , создавая среднюю угловую скорость О=2п/Т . Неуравнове-

шенность привода и наличие кинематических особенностей (для краткости именуемых дефектами) приводит к формированию в спектре колебаний с высшими частотами шО и пО.

Пусть для определенности ш <п ; ш,п=2,3,... Диагностика особенностей режимов и распознавание моделей нагружения агрегата возможны, если дополнительные колебания имеют

38

В.В. Аксенов, В.Ю. Садовец

m = 2. п = 3

-0 05

|

0.05

О

-0.05

m = 3. п = 5

-0.02

Рис. 1. Модели изменения окружной скорости на выходе основной динамической системы устойчивый гармонический ха- Лапласу содержат простые по-

рактер и их изображения по люса э=±шО и э=±пО .

Существует конечное число моделей систем, передаточные функции которых удовлетворяют этому условию [1]. При ква-зистатическом воздействии силового домкрата V = V0 • 1(t), где l(t)- ступенчатая функция Хэвисайда; подобных моделей существует всего 11 и проблема моделирования сводится к перебору различимых особенностей или видов состояния систем привода и выбору в качестве расчетного худшего из вариантов.

Сравнение удобно производить с ординарной системой с 2 степенями свободы, передаточная функция которой

Yi(s ) =

(2п)4_____________1

s2T2 + 4ж2ш2 s2T2 + 4ж2п2 При параллельном соединении элементарных звеньев (по определению, данному в [1]) получаем

1 1 --------------1------------=

sT - i • 2п m sT + i • 2п m

2s

э 2Т 2 +(2пш)2

(аналогично для п).

На этой основе вводятся следующие модели систем привода

¥2 (э) = (2п)4 х

2эТ_______________1 _

э2Т2 +(2пш)2 э2Т2 +(2пп)2 ’

Г3 (э) = (2п)2 х

(2sT )2

1

э 2Т 2 +(2пш)2 э 2Т 2 +(2пп)2 Простое параллельное соединение подсистем приводит к новым вариантам в зависимости от знака связи

Г4/ (э) = (2п)2 •

1

1

э 2Т 2 +(2пш)2 э 2Т 2 +(2пп)2 Вводя дополнительно такие же соединения звеньев в подсистемах, получаем две новые группы моделей

-о

-'О

7^\ / х\,-г і

\ /

Рис. 3. Примеры вариантов динамических процессов, формирующихся на оси геохода

Т% (?) = (2п)2

2?Т

$гТ2 + (2пт)2 52Г 2 + (2пп)

V С5) = (2п)2 х

/10

52Т 2 + (п да)2 52Т 2 + (п и )2

77/ (^)= (2п)2 • 2$Т х /11

52Т2 + (2пт)2 52Т2 + (2пи)2 _

Таким образом, наряду с ординарным решением (рис.1)

Уо

2 2 т п

1 -

22 п аозтО. г - т аояпО. г

22 п -т

Получаем для сравнения совокупность моделей, проиллюстрированную наиболее интересными примерами на рис.2 при гармониках 2О и 3О .

Изменение амплитудных значений окружной скорости в

зависимости от состояния приводов достигает трех порядков, что доказывает чрезвычайную важность рассмотрения всей совокупности альтернативных моделей. Понятно, что прочностной расчет должен гарантировать работу привода при модели №3 и, кроме того, значительный интерес представляют особенности состояния при моделях №6 и 7.

Напротив, при практическом анализе ряд моделей можно отфильтровать. Однако, чтобы избежать пропуска важных эффектов окончательное заключение делается по моделям проекций окружной скорости на координатные оси машины

Vх (?) = V ({ )со£ 0 ¥у () = V () ¿те 0I.

Здесь следует обратить внимание на то, что, по сути, происходит амплитудная модуляция, приводящая к изменению состава спектра - теперь он содержит

гармоники (т±1)С2 и (п±1)С2 . Этот факт оказывает существенное влияние на трактовку результатов при различных способах измерения колебаний машин. В качестве примера приведем уравнения координатных составляющих скорости колебаний при модели №3:

8п2У0

о

22 п - т

ао5(т - 1)О г + ао5(т + 1)О г -

- ао5(п - 1)О г - ао5(п + 1)О г

Узг (г ) =

8п2У0

~~2 2

п - т

$т(т -1)01 - $т(т +1)01 -

- 8т( -1)01 + $т(п +1)01

Чтобы подчеркнуть эффект изменения частотного состава иллюстрации на рис. 3 даны при т=3, п=5.

Представленный материал позволяет проиллюстрировать многообразие форм колебаний координатных составляющих скорости на оси машины. При наибольшей опасности модели №3 с позиций диагностики большой интерес могут представлять и другие особенности состояния привода.

Одно из основных утверждений заключается в том, что, используя полную группу моделей динамических систем, мы гарантируем представительность выбранных для последующих прочностных расчетов типов динамических процессов. Кроме того, разработанный способ позволяет заранее получить правила проведения и трактовки результатов вибродиагностики без поиска аналогий для оригинальной по конструкции машины.

1. Логов А.Б., Замараев Р.Ю. Новосибирск, СО РАН, 1999. - 228 с.

□ Авторы статьи:

Аксенов Владимир Валерьевич

- докт. техн. наук, старший на-

учный сотрудник ИУУ СО РАН

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Математические модели диагностики уникальных объектов.

Садовец Владимир Юрьевич ■ соискатель каф. стационарных и транспортных машин

х

х

X

1

1

1

1

X