Разработка цифровой модели постамента дискового тормоза подъемной машины Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© В.В. Зотов, И.М. Рыжов 2014

УДК 622.012; 622.61/67

В.В. Зотов, И.М. Рыжов

РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ ПОСТАМЕНТА ДИСКОВОГО ТОРМОЗА ПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ

Разработана цифровая модель постамента дискового тормоза шахтной подъемной установки. Рассмотрены основные этапы построения цифровой модели постамента. Получены прочностные, массовые и конструктивные характеристики построенных моделей.

Ключевые слова: подъемная установка, дисковый тормоз, цифровая модель, постамент дискового тормоза.

Тормозные устройства являются элементами управления подъемной машиной. От их надежной и безотказной работы зависит производительность подъемной установки и горного предприятия в целом.

Современные подъемные установки снабжаются дисковыми тормозными устройствами (рис. 1, а). Для обеспечения более эффективного торможения на приводных барабанах используют два тормозных диска, на каждый из которых тормозное усилие передается посредством тормозных колодок 2, смонтированных на постаментах 1 - по два на каждый диск (рис. 1, б). Количество тормозных колодок зависит от необходимого тормозного момента, который должен реализовать тормозной механизм.

По сравнению с колодочными тормозами, традиционно применяемыми на подъемных установках, дисковые тормоза имеют следующие преимущества:

• отсутствие силовой рычажной передачи;

• малая величина холостого хода;

• равномерное распределение давления на тормозную колодку (накладку);

• тепловое расширение диска в осевом направлении, не влияющее на величину зазора;

• компактность и малая масса.

Рис. 1. Общий вид дискового тормоза подъемной машины: 1

ной диск

- постамент; 2 - тормозные колодки; 3 - тормоз-

Вопросы безопасной эксплуатации современных подъемных установок на сегодняшний день рассматриваются в исследованиях [1, 2]. В работах [3, 4, 5, 6] было обосновано применение резинотросовых ленточных тяговых органов в качестве головных канатов рудничных подъемных установок. Это техническое решение позволяет существенно уменьшить габариты и массивность коренной части подъемных машин при сохранении существующих нагрузок на их элементы, в том числе и на тормозные устройства подъемных установок.

Для выбора наиболее рациональной конструкции постамента необходимо провести анализ, в том числе и силовой, элементов тормозных устройств. С этой целью выполнен обзор конструктивных исполнений постаментов дисковых тормозов [7, 8, 9], выпускающихся в основном за рубежом.

Для определения возможности применения существующих конструкций тормозных постаментов на подъемных установках с ленточными тяговыми органами была разработана их цифровая модель в пакете программ СоэшозШогкэ с использованием метода конечных элементов.

Пример цифровой модели постамента дискового тормоза приведен на рис. 2, а, б. При построении модели конструкции постамента были сделаны следующие допущения:

• деталь считается изготовленной в виде отливки;

• отверстия для крепления постамента к фундаменту и тормозных колодок к постаменту не оказывают влияния на распределение нагрузок в конструкции детали.

Для выполнения точного моделирования при экспорте детали в программу моделирования ей присваивались механические характеристики материала и прикладывались нагрузки, соответствующие условиям эксплуатации.

При реализации тормозного усилия на постамент воздействуют касательные и сжимающие усилия в точках крепления кронштейнов тормозных колодок. При этом касательные усилия были направлены как по часовой стрелке, так и против, в зависимости от направления вращения приводного барабана. Касательные и сжимающие усилия были представлены как распределенные по поверхности контакта постамента с кронштейнами тормозных колодок.

При расчете нагрузок предполагалось, что тормозное усилие прикладывается статически без нарастания или убывания. Усилие от крутящего момента приводного барабана также принималось постоянным.

а)

б)

Рис. 2. Модель постамента дискового тормоза с приложенными усилиями при вращении приводного барабана: а) по часовой стрелке, б) против часовой стрелки

УОП М|565 (1\1ЛТ|Л2)

■ 66436348.0 51733688.0 . 47031032.0 . 42328376.0 . 37625720.0 . 32923064.0 28220408.0 23517750.0 !. 18815094.0 . 14112437.0

1 9409780,0 4707124.0 4467,4

Рис. 3. Напряженно-деформированное состояние тормозных постаментов при вращении приводного ба рабана: а) по часовой стрелке; б) против часовой стрелки

Затем на цифровую модель постамента наносилась сетка, которая делила деталь на конечные элементы (см. рис. 2). После этого запускался процесс моделирования, в результате чего было получено распределение напряжений в модели постамента дискового тормоза (рис. 3).

Как показывает моделирование, распределение напряжений в конструкции постаментов дискового тормоза осуществляется по-разному в зависимости от направления вращения приводного барабана. При этом наиболее опасным является место контакта задней поверхности тормозного постамента с его опорной частью.

Моделированию подвергались 5 различных конструкций постаментов дискового тормоза. В результате исследования цифровых моделей получены данные для расчетов постаментов и обоснование их рациональных конструктивных параметров и, в частности, применительно к подъемным установкам с резинотросовыми ленточными тяговыми органами.

Выводы

• Применение пакета программ CosmosWorks для построения цифровых моделей различных конструкций позволяет значительно уточнить расчет конструкций со сложной геометрией, каковым является постамент дискового тормоза подъемной машины.

• Цифровые модели показывают напряженно-деформированное состояние постаментов дискового тормоза, что необходимо для обоснования их рациональных конструктивных параметров.

• Проведенный расчет постамента дискового тормоза с помощью цифровой модели, выполненной в пакете программ CosmosWorks, позволил выявить наиболее напряженные участки в его конструкции.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Попов Ю.В. Определение остаточного ресурса шахтных подъемных машин, работающих с превышением нормативного срока эксплуата-ции//Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2009. Т. 16. № 12. С. 323-327.

2. Трифанов Г.Д., Князев A.A., Трифанов М.Г., Стрелков М.А. Опыт эксплуатации шахтных подъемных установок, оснащенных регистратором параметров/горное оборудование и электромеханика. 2011. № 12. С. 6-11.

3. Зотов В.В. Сравнительная оценка канатного и резинотросового тяговых органов подъёмных установок//Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2006. № 10. С. 287293.

4. Зотов В.В. Определение области использования подъемных установок с ленточным тяговым органом//ГИАБ №10, 2005. С. 276-280.

5. Картавый Н.Г., Зотов В.В. Применение резинотросовых тяговых лент на подъёмных установках//Горный журнал №1, 2009. С. 75-78.

6. Блохин С.Е., Колосов Д.Л., Матысина Н.В., Шидо Н.Н. Напряженно-деформированное состояние плоского резинотросового тягового органа в прицепном устройстве//ГИАБ №3, 2013. С. 256-261.

7. Гоудек Я., Ярош А. Модернизация подъемных машин производства новокраматорского машиностроительного завода//Рудник будущего №2, 2011. С. 106-109.

8. Шахтные подъемные системы от Б1етад//Уголь №4, 2005. С. 21-22.

9. Каталоги компании НПФ МИДИЭЛ ГТТШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Зотов Василий Владимирович, кандидат технических наук, доцент, Рыжов Игорь Михайлович, аспирант, МГИ НИТУ МИСиС

Rijov I.M., Moscow mining Institute National University of Science and Technology "MISIS"

Zotov V.V., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor

Moscow mining Institute National University of Science and Technology "MISIS"

REFERENCES

1. Popov Yu.V. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten' (nauchno-tekhnicheskii zhurnal), 2009, V. 16. No 12, pp. 323-327.

2. Trifanov G.D., Knyazev A.A., Trifanov M.G., Strelkov M.A. Opyt ekspluatatsii shakhtnykh pod"emnykh ustanovok, osnashchennykh registratorom pa-rametrov//Gornoe oborudovanie i elektromekhanika, 2011, No 12, pp. 6-11.

3. Zotov V.V., Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten' (nauchno-tekhnicheskii zhurnal), 2006, No 10, pp. 287-293.

4. Zotov V.V. Opredelenie oblasti ispol'zovaniya pod"emnykh ustano-vok s lentochnym tyagovym organom//GIAB,No10, 2005, pp. 276-280.

5. Kartavyi N.G., Zotov V.V. Primenenie rezinotrosovykh tyagovykh lent na pod"emnykh ustanovkakh, Gornyi zhurnal, No1, 2009, pp. 75-78.

6. Blokhin S.E., Kolosov D.L., Matysina N.V., Shido N.N. Napryazhen-no-deformirovannoe sostoyanie ploskogo rezinotrosovogo tyagovogo organa v pritsepnom us-troistve, GIAB, No3, 2013, pp. 256-261.

7. Goudek Ya., Yarosh A. Modernizatsiya pod"emnykh mashin proizvodstva novok-ramatorskogo mashinostroitel'nogo zavoda, Rudnik budushchego, No2, 2011, pp. 106109.

8. Shakhtnye pod"emnye sistemy ot Siemag, Ugol' Mo4, 2005, pp. 21-22.

9. Katalogi kompanii NPF MIDIEL.