Выбор параметров рычажно-гидравлических механизмов горных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 622.271.3

А.П. Комиссаров, Н.М. Суслов

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РЫЧАЖНОГИДРАВЛИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ГОРНЫХ МАШИН

Рис. 3. Схема механизМа

© А.П. Комиссаров, НГМРСуеиОРЫ Условн

2002

Рис. 4. Схема к силової

Рис. 5. Алгоритм выбо

о изображены штрих-пунктирными линиями у анализу а параметров РГМ

ычажно-гидравлические механизмы (РГМ) находят широкое применение в горных машинах благодаря техническим преимуществам гидропривода по сравнению с другими типами приводов. РГМ представляет собой кинематическую цепь в виде рычажного механизма и гидроцилиндров. РГМ относятся к основным исполнительным механизмам экскаваторов, угледобывающих агрегатов и комплексов, бурильных установок и др. машин.

Принципы выбора и расчета параметров РГМ обусловливаются как закономерностями изменения энергосиловых характеристик рабочих процессов, так и свойствами самих РГМ.

В работе рассмотрены вопросы выбора параметров РГМ на примере механизма шагания шагающего экскаватора и рабочего оборудования гидравлического экскаватора.

Механизм шагания трехопорного типа (рис. 1) включает два гидроцилиндра подъема и два цилиндра перемещения. Звенья механизма соединяются одноподвижными и двухподвижной (экскаватор-грунт) кинематическими парами.

Р

Число степеней свободы механизма составляет W = 3-п-2-р1 - р2 = 3-5-2-6-1 = 2.

Следовательно, данный механизм шагания включает два независимых механизма - подъема и перемещения. Ввиду конструктивного разделения механизмов и последовательной схемы их работы упрощается управление процессом шагания, обеспечивается полное использование установленной мощности привода. Степень рациональности преобразования закона движения ведущих звеньев (штоков гидроцилиндров) зависит от соотношения между геометрическими параметрами звеньев и значений координат точек закрепления гидроцилиндров.

В работах [1, 2] сформулированы условия эффективного функционирования данного типа механизма шагания и обоснованы оптимальные значения геометрических параметров звеньев.

Показано, что существует оптимальное значение геометрических параметров механизма для заданной рабочей массы экскаватора, при котором достигается максимум скорости шагания (рис. 2). Наличие оптимума обусловливается сложной нелинейной зависимостью между геометрическими параметрами и энергетическими показателями механизма шагания: при увеличении размеров звеньев (длин гидроцилиндров) возрастает величина шага и одновременно растут энергозатраты на подъем и перемещение экскаватора.

На рис. 3 представлена схема рабочего оборудования гидравлического карьерного экскаватора с независимыми приводами стрелы, рукояти и ковша. Данная схема обеспечивает (при одновременной работе всех трех приводов) поступательное движение ковша при траектории вершины режущей кромки близкой к горизонтальной, что позволяет резко увеличить величину усилий на режущей кромке и, соответственно, увеличить вместимость ковша. Так, при равных массах гидравлического карьерного экскаватора (ЭГ) и мехлопаты (ЭКГ) вместимость ковша ЭГ ориентировочно в 2-3 раза больше вместимости ковша ЭКГ.

В результате исследований рычажно-гидравли-ческих механизмов [3] выявлены особенности функционирования механизмов, определены кинематические и динамические передаточные функции, являющиеся количественными характеристиками "

свойств механизма.

Кинематическая передаточная функция для гидроцилиндра (механизма) поворота рукояти имеет вид (при поступательном дви-

Рис. 2. Зависимость скорости передвижения от геометрических параметров механизма ша-

жении ковша)

Vw [AB•sin(фp-a)-AA1•sin(фp-a-a1)] •cos(P-y)

^цр :

Vк

AB^sin(P - a)

+ BB2 • sin(p + p2 - 9p) ^cos(a - y)

BC • sin(P - a) .

В общем виде

iVцр = f1 (li, Птр),

где li - линейные размеры (геометрические размеры звеньев механизма, координаты точек крепления гидроцилиндров, пяты стрелы и др.); Птр - параметры траектории вершины режущей кромки ковша.

Динамическая функция (рис. 4)

F^ [(Ув-Ук)•соs(y-X•smy)+(Xк—Хв) •(siny+Xcosy)]

^цр = +

F,ffl ВВ2^т(^ - P - P2)

+ Fор,

где X = (N/Fвн) - соотношение между нормальной N и касательной Fвн составляющими сопротивления внедрению ковша; F^ - силовой фактор (относи-тельно цилиндра рукояти).

[0,5Gp (XC-Xв)+Gк (XKl-Хв)+0,5Gц)•(Хв2-Хв)+0,5GцK■(ХD+Xвl-2Xв)]

Fор =

Рвн ^2^^ - P- P2) где Gp, Gк, G^, Gцк - соответственно силы тяжести рукояти, ковша и цилиндров рукояти и ковша.

В общем виде

^цр = f2 (1ъ Птр, Fop).

Аналогичные выражения получены для гидроцилиндров

стрелы и ковша, что позволило определить КПД механизма.

Мгновенный КПД механизма равен Лм = 1 / £ (^)дв = С! (1ъ Птр, Fo),

где Ц^дв = £(ь/ • iF)дв - суммарная передаточная функция мощности сил, действующих на штоках гидроцилиндров, которые работают в режиме двигателя.

Установлено, что одновременное (параллельное) функционирование нескольких рычажно-гидравли-ческих механизмов характеризуется следующими особенностями:

• ввиду обратимости гидравлических машин и наличия кинематических связей между ними (как звеньями механизма) гидроцилиндры могут работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора;

• режим работы гидроцилиндра определяется рядом факторов - структурной схемой РГМ, соотношениями между геометрическими параметрами звеньев и размерами рабочей зоны экскаватора и др.;

• существуют оптимальные значения геометрических параметров РГМ, при которых достигается максимум коэффициента полезного действия механизма.

Таким образом, выбор параметров механизма рабочего оборудования гидравлического экскаватора следует производить на основе результатов оптимизационных исследований.

На рис. 5 приведен примерный алгоритм выбора параметров РГМ.

Таким образом, выбор параметров рабочего оборудования гидравлического экскаватора представляет собой многовариантную технико-экономи-ческую задачу.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

+

1. Суслов Н.М. О рациональных параметрах подвески подъемных цилиндров трехопорных гидравлических механизмов шагания. / Реферативный сборник научноисследовательских работ Свердловского горного института им. В.В. Вахрушева, выполненных в 1945-1975 гг. - Свердловск: СГИ, 1975.

2. Суслов Н.М., Кубачек В.Р. Рациональная величина шага трехопорных гидравлических механизмов шагания. Межвузовский научный тематический сборник. Вып.1. Проблемы повышения эффективности производства в условиях горнообогатительных комбинатов черной металлургии. -Свердловск, 1977.

3. Комиссаров А.П. Особенности кинематики рычажно-гидравлических механизмов. / Теория машин металлургического и горного оборудования: Межвузовский сборник. - Екатеринбург: Изд. УГГУ, 2000. - с. 44-48.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Комиссаров А.П. - доцент, Уральская государственная горно-геологическая академия. Суслов Н.М. - доцент, Уральская государственная горно-геологическая академия.