Снижение потерь энергии в приводах горных машин за счет применения блокируемой гидродинамической муфты Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

-------------------------------------- © А.В. Мурин, А.В. Коперчук,

2011

УДК 621.22

А.В. Мурин, А.В. Коперчук

СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В ПРИВОДАХ ГОРНЫХ МАШИН ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ БЛОКИРУЕМОЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ МУФТЫ

Рассмотрена конструкция гидродинамической предохранительной муфты с блокирующим механизмом, представляющим собой центробежную муфту с дробью и гофрированным диском. Представлена зависимость для определения максимального момента блокирующего устройства и результаты ее экспериментальной проверки.

Ключевые слова: привод горных машин, гидродинамическая предохранительная блокируемая муфта, максимальный момент блокирующего механизма.

Для комплексной механизации в горной промышленности необходимо создание надежного и экономичного привода, как основы горной машины, работающей в сложных условиях. Большую перспективу в совершенствовании приводов горных машин, отвечающих требованиям взрывобезопасности, открывают различные гидравлические устройства (гидротрансформаторы, гидромуфты и др.).

Гидродинамические муфты (гидромуфты) достаточно широко используются в приводах ленточных, цепных, скребковых и пластинчатых конвейеров, дробилок и мельниц различных типов.

Применение в приводе муфт такого типа обеспечивает плавный разгон ведомого звена под нагрузкой, защищает приводной двигатель при возникновении перегрузок, позволяет осуществить разгон больших маховых масс, поглощает вибрации и демпфирует ударные нагрузки. Однако серьезным недостатком гидромуфт является потеря энергии на установившемся режиме из-за наличия проскальзывания.

Повысить коэффициент полезного действия муфты можно с помощью механизма блокировки, который сохранил бы пусковые и предохранительные свойства обычной гидромуфты и устранил скольжение на установившемся режиме, не создавая жесткой связи между ведущим и ведомым элементом.

Рис. 1 Рис. 2. Блокируемая гидромуфта Tur- Рис. 3. Блокируемая гидромуфта «Jolly»

boSyn-Flim фирмы «Voith» фирмы Stromag

43

Рис. 4. Блокируемая гидромуфта с зубчатьш замыкателем привода ВНИИ Стройдормаш

Такие конструкции существуют и получили название блокируемых гидромуфт.

В основном механизм блокировки представляет собой фрикционный (рис. 1, 2), центробежный (рис. 3), зубчатый (рис.4) или кулачковый механизм, жестко замыкающий ведущий и ведомый валы после достижения ведомым валом определенной угловой скорости [1], [2], [3].

Основными недостатками существующих механизмов блокировки можно считать:

- сложность конструкции;

- наличие системы управления;

- значительные габариты, увеличивающие размеры муфты;

- высокую стоимость блокирующего механизма;

- снижение предохранительных свойств гидромуфты.

На кафедре теоретической и прикладной механики Томского политехнического университета была разработана и запатентована [4] гидродинамическая предохранительная блокируемая муфта с блокирующим механизмом, представляющим собой центробежную муфту с дробью и гофрированным диском (рис. 5, 6).

Рис. 5. Гидродинамическая Рис. 6. Конструкция гидродинамической

предохранительная блоки- предохранительной блокируемой муф-

руемая муфта ты

Муфта содержит насосное колесо 1, турбинное колесо 2, блокирующее устройство 3 в виде центробежной муфты с дробью и гофрированным диском 4, жестко соединенным с выходным валом.

Настоящая муфта работает следующим образом. При разгоне насосного колеса 1 после достижения им частоты вращения близкой к номинальной под действием в основном только гидравлического момента, передаваемого от него турбинному колесу 2, последнее также начинает вращаться после того, как приложенный к нему момент станет превышать момент сил сопротивления. Стальная дробь, размещенная в корпусе блокирующего механизма 3, под действием центробежных сил при вращении ведущего вала, соединенного с насосным колесом, отбрасывается к периферии корпуса и соединяет его с гофрированным диском 4. После разгона ведомого вала момент трения в блокирующем механизме становится больше момента сопротивления и дальнейшая передача мощности происходит только за счет центробежной дробовой муфты без проскальзывания. Таким образом, разгон ведомого вала осуществляется совместным влиянием гидравлической и дробовой частей муфты, что снижает время разгона, но несколько увеличивает нагрузку на двигатель.

Достоинствами примененного блокирующего механизма являются:

- конструктивная простота;

- технологичность деталей;

- автоматическое восстановление работоспособности;

- компактные размеры, позволяющие разместить его внутри гидравлической части гидромуфты, не увеличивая ее габариты.

Отечественные методики расчета нагрузочной способности устройств блокировки такого типа, приведенные в [5] - [7] и др., имеют ряд недостатков и использование их для практических расчетов затруднено или невозможно. Это обусловлено либо отсутствием необходимых пояснений, обоснованных рекомендаций по принимаемым параметрам и величинам, либо их усложненностью.

Нашим коллективом была получена достаточно простая и удобная для практического применения зависимость, позволяющая определить максимальный момент М (нм), передаваемый блокирующим элементом.

М = п/укг®1 {р [^ (г1 - г2) + 4г1р(2г12 - г02) + Пр2(Ц2 - г02) +

где / - коэффициент трения; у - плотность материала сыпучего тела,

свободной поверхности сыпучего тела, м; г1 99- наибольший радиус плоской внутренней поверхности корпуса, м.

Максимальный момент блокирующего механизма можно несколько увеличить, применив несколько рабочих полостей с соответствующим количеством гофрированных дисков при неизменных размерах дробовой части (рис. 7).

Экспериментальная проверка расчетной зависимости (1) проводилась на испытательном стенде кафедры теоретической и прикладной механики ТПУ [8]. Основные геометрические параметры блокирующего механизма с гофрированным диском (рис. 8): Я = 90 мм; Н = 2р =40 мм (здесь р - радиус кривизны торовой части рабочей полости); диаметр стальных шариков - 3,1 мм; коэффициент трения принимался равным 0,1.

(1)

кг/м3; ку - коэффициент пористости сыпучего материала; ^ - угловая скорость корпуса муфты, с-1; р - радиус полутора, м; г0 - радиус

Рис. 7. Гидродинамическая блокируемая муфта с двухторовым блокирующим механизмом

Ммп, та,і

0„ЕГ

Рис. 9. О. - масса дроби, кг; Мрасч. - максимальный момент блокирующего механизма, определенный по зависимости (1); Мэксп. - максимальный момент блокирующего механизма, определенный экспериментально; Мпуск. - пусковой момент блокирующего механизма

43

На рис. 9 приведено сравнение данных, полученных теоретическим и экспериментальным путем при заполнении муфты 1,5; 2; 2,5 кг. Из графика видно, что теоретические результаты достаточно хорошо подтверждаются данными эксперимента, особенно при заполнении муфты, близком к рабочему.

Таким образом, особенности конструкции рассмотренной блокируемой гидродинамической муфты позволяют повысить коэффициент полезного действия привода, обеспечивают в сравнении с аналогами либо меньшие массу, размеры, либо стоимость муфты без снижения пусковых и предохранительных свойств.

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

1. Докукин А.В., Берман ВМ. Центробежные и объемные гидропередачи и перспективы их применения в горной промышленности.- М.: Недра, 1964.- 370 с.

2. Гавриленко Б.А., Семичастнов И.Ф. Гидродинамические муфты и трансформаторы.- М.: Машиностроение, 1969.-392 с.

3. Атлас конструкций гидромашин и гидропередач / Б.М. Бим-бад, М.Г. Кабаков и др.-М.: Машиностроение, 1990.-136 с.

4. А.с. 1075027А СССР. МКИ4 F16D39/00. Гидродинамическая предохранительная блокируемая муфта/ А.В. Мурин, В.А. Осипов (СССР).- №3390034/25-27; Заявлено 05.02.82; Опубл. 23.02.84, Бюл. №7.- 4 с.

5. Поляков В.С., Барбаш И.Д. Муфты. Конструкции и расчет.- М.: Машгиз,

1960.

6. Марголин И.И. К расчету порошковых и дробовых муфт.- «Известия Вузов. Горный журнал», 1960, № 10.

7. Менькова Н.М. Расчет конструктивных параметров дробемуфт с ведущим кожухом. Научные сообщения Института горного дела им. Скочинского. Вып. XVIII.- М.: Госгортехиздат, 1963.

8. Коперчук А.В., Мурин А.В., Осипов В.А. Экспериментальная проверка расчетной модели торовой дробовой центробежной муфты./ Современные техника и технологии: Труды VIII международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.- Томск: Изд. ТПУ, 2002.-Т1.- 225 с. с.168. и'.ш

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

Мурин Алексей Викентьевич - кандидат технических наук, доцент кафедры теоретической и прикладной механики ГОУ ВПО Национальный исследовательский Томский политехнический университет, тел. (3822) 56-45-88

Коперчук Александр Викторович - старший преподаватель кафедры механики и инженерной графики ГОУ ВПО Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета,е-таД: Avkop@mail.ru