Технические науки/2. Механика

Булатбаев Ф.Н.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Математическое моделирование элементов рычажно-шарнирного механизма тормоза шахтных подъемных машин

Проведенные обследования и анализ состояния тормозных устройств на действующих подъемных машинах угольных шахт Карагандинского и Экибастузского регионов показали, что свыше 70% обследованных шарнирных соединений исполнительного органа тормоза находятся в эксплуатации с зазорами, превышающими максимально допустимые величины. Это отрицательно сказывается на рабочих параметрах тормоза. Кроме этого установлены факты заедания сопрягаемых деталей шарнира «Втулка-палец» и неудовлетворительная смазка трущихся поверхностей шарнира. Все это может привести к нарушению кинематической точности работы рычажно-шарнирного механизма и недопустимому перераспределению нагрузки между элементами тормозного устройства, что является причиной разрывов тормозных тяг. При этом необходимо учитывать, что из-за заедания шарнира возможно появление зон предельных напряжений, приводящих к образованию и росту усталостных трещин в элементах кинематической цепочки тормоза.

Шахтную подъемную установку необходимо представлять как единую совокупность взаимосвязанных элементов. Все процессы, происходящие в тормозном устройстве, необходимо рассматривать с позиции системного подхода и только в этом случае результаты исследований будут иметь полноту и достоверность.

Для понимания процессов работы рычажно-шарнирного механизма тормоза и подготовки рекомендаций по повышению надежности и снижению износа, необходимо на первом этапе начать построение математической модели механической части тормозной системы. Представим уравнение в общем виде [1].

(1)

где n – количество дискретных массивных элементов шарнирных соединений исполнительного органа тормоза;

J_K – момент инерции массивных элементов шарнирных соединений исполнительного органа тормоза;

φ_K – угол поворота каждого массивного элемента тормоза;

Ci – жесткость каждого шарнирного соединения;

M_K – момент инерции внешних сил действующих на элементы тормоза.

На втором этапе исследования, построим математическую модель движения балки тормозной системы при повороте опорной стойки в шарнире О и О₁ (рисунок 1).

(2)

где – момент инерции балки, относительно оси О;

– масса балки тормозной системы;

– расстояние от центра массы балки до оси О;

– момент инерции стойки балки, относительно оси О;

– угол отклонения от равновесного положения;

– приведенная жесткость колодок;

– расстояние от О до О₁.

Анализ уравнений 1 и 2 позволяет сделать вывод, что жесткость C каждого шарнирного соединения напрямую зависит, от степени износа и величины зазора в паре «Втулка-палец» и соответственно влияет на рабочие параметры всего механизма тормоза.

Математическое моделирование элементов рычажно-шарнирного механизма тормоза позволяет при проектировании установить направление поиска рациональных конструктивных решений. Улучшение работы шарнирных соединений тормозного устройства дает возможность увеличить межремонтный период и обеспечить необходимую надежность шахтных подъемных машин.

Рисунок 1 – Расчетная схема поворота балки

Литература:

1.Мехтиев А.Д. Математическая модель балки тормозного устройства шахтной подъемной установки // V Международная научно-практическая конференция «STRATEGICZNE PYTANIA SWIATOWEJ NAUKI – 2009». ––Prezemyśl: Nauka i studia, 2009. - С. 8–11.