Конструкция исполнительного органа комбайна. Часть 2

Страницы 1 2 3 4

---

1.   Специальная часть

1.1   Технические характеристики и основные узлы комбайн MH-620 (AM-105).

 

Основные геометрические размеры проходческого комбайна, силовые и энергетические характеристики приводятся в таблице 1.1[13]

 

Таблица 1.1 – Технические характеристики проходческого комбайна MH-620.

 

1.2       Конструкция исполнительного органа комбайна.

 

Система резания комбайна характеризуется наличием 300-киловаттного двигателя режущего органа, разработанного и выпущенного с целью обеспечения производительной и надежной работы. Узел режущего органа включает в себя цоколь телескопической стрелы режущего органа, двигатель резки, редуктор режущего органа и головку (зарубной бар). Основная стальная конструкция стрелы рабочего органа – это цоколь, прикрепленный к турели. Цоколь стрелы выполняет функцию поддержки рамы мотора с двигателем режущего органа и редуктора резания и связывает шарнирные цилиндры вертикального подъема.

Редуктор является комбинацией конической и цилиндрической шестереночной планетарной передачи. Также в качестве опции, при орошении «под зубок» через редуктор проходит водопровод высокого давления. Заглубление максимально с места – 650 мм.

Особенности данного проходческого комбайна:

• телескопическая конструкция стрелы;
• два поддерживающих цилиндра;
• заглубление при резании с места составляет до упора 650 мм, до достижения глубины зарубания не требуется приводить в комбайн в движение;
  улучшены условия рубки, поскольку комбайн стоит на выставленных опорах во время операции заглубления;
• выборочная рубка при подаче рабочего органа на плоской груди забоя.

Рисунок 2.2 – Узел стрелы рабочего органа.

 

2.2.1. Режущий барабан 75/105-G44.

 

Вращающийся режущий барабан с тангенциальными резцами находится в непосредственном контакте с грудью забоя и его вращение обеспечивает заданные показатели по отбойке горной массы. В таблице 2.2 приведены его основные геометрические параметры, количество резцов и скоростные характеристики. На рисунке 2.3 показано изометрическое изображение режущего барабана.

Таблица 2.2 — Технические характеристики головки режущего органа 75/105-G44

 

Рисунок 2.3 – Головка режущего органа 105/G44

 

2.2.2  Редуктор режущего органа SG400.

Редуктор состоит из одной цилиндрической (6), одной конической и двух планетарных передач (2) с обеих сторон. Для увеличения момента на выходных валах имеется добавочная планетарная передача (5). Все сопряженные поверхности уплотнены (1) для предотвращения утечки масла. Опора приводного вала уплотнена сальником (8), подшипник ведомого вала уплотнен вращающимися торцевыми уплотнениями. Для смазки с входным валом сопряжен масляный насос (3).

Рисунок 2.4 – Редуктор режущего органа SG400

2.3.3 Классификация муфт. Муфта входного вала комбайна МН-620

 

Муфты приводов для соединения валов – это ответственные узлы, которые определяют надежность и долговечность машины. Основная цель использования – передача вращения и крутящих моментов без изменения величины и направления с одного вала на другой. Также муфты могут включать и выключать исполнительные узлы машин (управляемые муфты), компенсировать вредное влияние несоосности и перекоса валов (компенсирующие муфты), уменьшать динамические нагрузки – демпфирование колебаний, амортизация толчков и колебаний (предохранительная муфта). Наиболее часто употребимая  схема в приводе машин – это двигатель-муфта-редуктор-муфта-исполнительный механизм. На рисунке 2.6 изображена классификация муфт МГТУ им. Баумана:

Рисунок 2.6 – Классификация муфт для машиностроения (МГТУ им. Н.Э. Баумана)[14]

Муфту, применяемую для соединения электродвигателя и редуктора исполнительного органа взятого комбайна можно отнести к муфтам механического действия, самоуправляемым автоматическим предохранительным с разрушающим элементом (т.е. самоуправляемым по значению момента). На рисунке 2.7 изображен узел соединения электродвигателя и редуктора исполнительного органа.

Рисунок 2.7 – Муфта входного вала и соединения комбайна MH-620. (1 – полумуфты, 2 — шестигранный болт, 3 – шайба)

Муфта состоит из двух дисковых полумуфт со стальными штифтами, которые заключены в пластмассовые втулки. Плюсы конструкции – простота конструкции и небольшие габариты, высокая точность срабатывания. Минусы – снижения прочности штифта и пластмассовой втулки вследствие усталостных напряжений; необходимость замены втулок после срабатывания; необходима строгая центровка.

1.3Модернизация предохранительной муфты исполнительного органа.

 

Во время прохождения практики бросилась в глаза проблема, что при поломке предохранительной муфты исполнительного органа приходилось полностью разбирать узел исполнительного органа: сначала снималась левая и правая части режущего барабана, после редуктор исполнительного органа и только после этого заменялась дефектная часть или полностью фланцевое соединение между электродвигателем и редуктором. Для того, чтобы сделать так, чтобы такие поломки встречались реже и сократить трудовые и временные затраты на такого рода ремонты, в данной квалификационной работе специалиста предлагается модернизированная конструкция соединения электродвигателя и редуктора.

Максимальные нагрузки в элементах привода происходят чаще всего из-за встречи коронки с телом забоя и характеризуются малым временным промежутком.

Рисунок 2.8 – График пикового момента в трансмиссии привода исполнительного органа

Для улучшения характеристик работы привода предлагается применить комбинированную кулачково-фрикционную муфту с разрушающимся элементом – пластмассовым зубчатым диском.  Это проектируемый аналог муфты «Ruflex with Rotex», позволяющий сочетать преимущества фрикционной муфты предельного  момента и самоуправляемой упругой муфты с разрушающимся элементом.

Рисунок 2.9 – Элементы проектируемой муфты типа «Ruflex with Rotex».

Фрикционная часть передает вращающий момент за счет сил трения на рабочих поверхностях контакта фрикционных элементов. Вво время начала работы момент вращения на ведомом валу увеливается пропорционально силе прижатия поверхностей трения, что позволяет соединять валы под нагрузками и с большой разницей в угловых скоростях. Во время включения муфта проворачивается, разгон ведомой части муфты происходит постепенно, без ударов. После начала постоянного режима работы муфты скольжение фрикционных частей не происходит, но при превышении заданного момента возможен проворот ведущей части – ограничивают пиковые значения момента. Фрикционная часть будет исполнять функции предохранительного механизма при перегрузках привода при встрече с твердыми включениями породы, внезапных торможениях электродвигателя и т.п. При срабатывании эта часть муфты будет поглощать механическую энергию, преобразовывая ее в тепловую. [15]

По форме контактирующих поверхностей муфта будет относиться к дисково-цилиндрическим, т.е рабочими поверхностями буду являться плоские поверхности дисков, а цилиндрическая втулка из фрикционного материала будет предохранять от трения основные поверхности муфты. Предлагаемая муфта по режиму работы нормально замкнута – во включенном состоянии, с сухими трущимися поверхностями с механическим управлением (сила прижатия дисков регулируется моментом затяжки болтов тарельчатых пружин).  Аналог части муфты «Rotex» будет представлять собой кулачковое зацепление с ведущей и ведомой части с разрушающимся элементом – пластмассовой эвольвентной звездочкой для лучшего распределения нагрузок. Этот самоуправляемый элемент позволит вести такую же простую сборку узла, как и первоначально используемая втулочная муфта, а также позволит компенсировать неточности сборки.

Проектирование фрикционной части[16]:

Выбор геометрических параметров муфты производят по двум значениям: диаметру ступени шлицевого и шпоночного вала, где будет монтироваться муфта и расчетному передаваемому моменту. Схема для расчета показана на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 – Схема муфт с плоскими поверхностями трения.

• Принимаем решение сконструировать двухстороннюю фрикционную муфту оригинальной конструкции. По таблице 2.6 выбираем материал трущихся пар « порошковые металлические обкладки — закаленная сталь» без смазки.

 

 

Таблица 2.6 — Ориентировочные значения допустимых давлений, коэффициентов трения и температур фрикционных пар. [1]

 

• Найдем размеры поверхностей трения дисков для муфт сухого трения с монтажом внутренних дисков на специальной втулке.

Внутренний диаметр поверхностей трения:

где       – диаметр ведущего вала, мм;

По формуле (1):

Применяя отношение, определяем наружный диаметр дисков.

По формуле (2):

Определяем рабочую ширину дисков:

Рабочая ширина дисков по формуле (3):

По ГОСТ 6636 ширину принимаем  58 мм.

Определяем средний диаметр дисков:

По формуле (4) найдем искомое значение:

Проверочный расчет геометрических параметров муфты:

где     – коэффициент соотношения толщины и диаметра фрикционного диска, мм;

Подставим расчетные значения в формулу (5):

Поскольку соотношение соответствует рекомендации, то геометрические параметры трущихся пар выбраны верно.

Проверим, следует ли понижать допустимое давление на фрикционные диски с учетом скорости вращения полумуфт:

где    – паспортная частота вращения вала электродвигателя, об/мин, n=1475 об/мин;

Скорость вращения по формуле (6) равна:

Исходя из этих расчетов, допустимое давление рекомендуется понизить на 35% и оно принимается [p]=0,65.

• Определим расчетный крутящий момент.

где   – расчетный момент, Н*м;
– номинальный момент сопротивления, развиваемый электродвигателем исполнительного органа, Н*м; по паспортным данным комбайна принимаем ;
– коэффициент запаса сцепления, зависящий от вида машины. Принимаем

Найдем значение (7):

• Рассчитаем число пар поверхностей трения:

где   Z – число пар поверхностей трения;
– коэффициент трения, выбираем из табл. 2.6 для пары «порошковые металлические обкладки — закаленная сталь»;
– допустимое давление на поверхность трения, выбирается по табл. 2.6, МПа;
– коэффициент влияния числа дисков, принимаем .

По формуле (8):

• Определим действительное давление на поверхностях трения:

Расчет производим по формуле (9):

• Вычислим общую силу прижатия дисков муфты.

Вычислим значение по формуле (10):

Расчет разрушаемого упругого элемента. Проектирование эвольвентной звездочки из полимерного материала для кулачкового зацепления[17].

 

Таблица 2.7 – Исходные данные для проектирования звездочки.

 

Проектирование ведется под нормализованный ряд муфт типа «Rotex», где величина максимального диаметра цилиндров зацепления D_H=255 мм.

Геометрические параметры звездочки:

• Высота ножки зуба находится по формуле:

Вычислим по формуле (11):

• Высота головки зуба:

По формуле (12):

• Диаметр делительной окружности:

По формуле (13) найдем делительный диаметр:

• Диаметр окружности впадин:

По формуле (14) диаметр окружности впадин равен:

Для построения эвольвентного профиля также потребуется диаметр основной окружностиd_a и толщина зубапо делительной окружности s.

По формуле (15), диаметр основной окружности равен:

По формуле (16), толщина зуба по делительной окружности равна:

Центрирование соединения зубчатой звездочки и кулачков полумуфт будет осуществляться по наружному диаметру как у эвольвентного шлицевого соединения. Принимаем композиционный материал на основе полиамида 6 и стекловолокна (ПА 6 +30%СВ) с

Проверочный расчет зубьев звездочки на смятие:

где   – напряжение боковых поверхностей зубьев на смятие, МПа;
– коэффициент запаса прочности, принимаем K=5;
– расчетная площадь смятия, мм²;
– средний радиус зацепления кулачков и звездочки, мм;
– допустимое давление на боковую поверхность, исходя из прочности материала,  МПа;

где     – длина ступицы, иначе толщина звездочки, мм. Примем  ;

По формуле (18) площадь равна:

где    –диаметр окружности вершин кулачков, мм;

По формуле (20) найдем искомое значение:

Подставим значение из (20) в (19):

Подставим получившиеся значения из (18) и (19) в формулу (17).

Расчет фланцевого соединения проектируемой муфты.

Для соединения будем использовать винты нормальной точности с цилиндрической головкой и шестигранным углублением под ключ класса точности А (по ГОСТ 11738). Центровка соединения кулачковой и фрикционных частей будет осуществляться с помощью центрирующего бурта. Для того чтобы не происходил взаимный сдвиг фланцев, момент предварительной затяжки болтов должен быть достаточен для передачи крутящего момента за счет сил трения между соединяемыми частями.Болты в таком случае работают только на растяжение.

Поскольку на муфту не действует осевая нагрузка, то усилие предварительной затяжки будет равно усилию на стыке фланцев. Найдем усилие на стыке фланцев из условия их несдвигания:

где    – усилие на стыке фланцев, Н;
– коэффициент запаса по сцеплению, принимаем ;
–максимальные и минимальные диаметры кольцевой поверхности контакта, мм;
– коэффициент трения между фланцами, ;
– заданное число болтов, ;

По формуле (21):

Выполним проектный расчет диаметра винта по критерию статической прочности при растяжении:

где   – расчетное значение напряжения;

где   – предел текучести материала болта (класс прочности 9.9,
– коэффициент запаса,

Расчетное значение напряжения по формуле (23) равно:

Подставляя значение из (23) в формулу (22) получим:

Принимает диаметр винта, равный .

 

2.    Технология машиностроения и ремонта

2.1     Анализ служебного назначения детали. Анализ условий эксплуатации.

 

Служебное назначение проектируемого узла фрикционно-сцепной муфты – передача крутящего момента от вала электродвигателя к редуктору режущего органа. Изделие эксплуатируется в шахтных условиях при имеющихся больших скачках значений крутящего момента: вызванных срезанием резцов и столкновением с забоем непосредственно корпусом исполнительного органа, наличием твердых включений и др. Эксплуатация ведется в условиях запыленности и при наличии абразивной среды. Муфта испытывает циклические нагрузки включения и выключения Сцепление представляется собой две кулачковые полумуфты, снабженные фланцевой частью. Кулачковое соединение используется для компенсации относительного и углового смещения осей, а также для более легкой установки муфты. Кулачки выполнены методом копирования по профилю зубчатого зацепления (промежуточный полимерный элемент между двумя муфтами выполнен в виде звездочки с m=20 и число зубьев Z=10). Ведомая кулачковая полумуфта не имеет связи с валом редуктора и фланцевым винтовым соединением, соединяется с фланцем фрикционной части, которая в свою очередь через фрикционные диски, располагающиеся по обеим сторонам от фланца, передают крутящий момент на втулку, закрепленную на ведомом валу редуктора.

Деталь, рассматриваемая в разделе «Технология машиностроения» — кулачковая полумуфта, закрепленная на валу электродвигателя. Помимо крутящего момента (вставить формулу), из-за чего деталь испытывает нагрузки на кручение, имеются ударные нагрузки и контактные напряжения на боковой поверхности эвольвентного профиля кулачков. Но поскольку сопряженный демпфирующий элемент выполнен из полимерного материала, дополнительное упрочнение в виде поверхностной закалки рабочих эвольвентных элементов не требуется[21].

Рисунок 3.1 – Рабочий чертеж спроектированной детали.

 

2.2    Анализ технических требований, предъявляемых к детали.

 

На рис 3.1 представлен рабочий чертеж детали проектируемой  муфты – полумуфты, соединяемой с валом электродвигателя. Кулачки, фрезеруемые на противоположном торце, предназначены для установки демпфирующего вкладыша. Анализ технических требований, предъявляемых к изготавливаемой детали, приведен в табл. 3.1.

Таблица 3.1 – Параметры детали и предварительный выбор технологических операций

 

2.3    Обоснование выбора материала для полумуфты и методов получения заготовки.

 

При изготовлении полумуфты выбираем материал сталь 40Х. Сталь 40 Х – это конструкционная углеродистая легированная сталь. Химический состав: железо (Fe) – до 97%; кремний (Si) – от 0,17 до 0,37%; марганец (Mn) – от 0,5 до 0,8%; никель (Ni) – до 0,3%; сера (S) – до 0,035%; фосфор (P) – до 0,035%; хром (Cr) – от 0,8 до 1,1%; медь (Cu) – l до 0,3%.

Исходные данные по изготовляемой детали[19]:

Масса детали – 30,351 кг

Способ получения заготовки – прецезионная штамповка

Исходные данные для расчета:

Определим степень сложности заготовки:

Масса поковки:

где    – расчетная масса поковки, кг;
–  расчетный коэффициент, устанавливаемый в соответствии с приложением 3 (табл. 20) (ГОСТ-7505-89);
 — масса изготавливаемой детали, кг.

Значение массы поковки равно по формуле (1):

где    – объем цилиндрической фигуры, описывающий заготовку, мм³ ;
– диаметр заготовки, мм; принят по наибольшему диаметру детали, ;
H – наибольшая толщина детали, мм. Принимаем H = 169 мм;
– плотность стали, принимаем

Найденное значение соответствуют степени сложности С1.

1. Класс точности – T1 (см. приложение 3 ГОСТ 7505-89).
2. Группа стали — М2 (табл. 1 ГОСТ 7505-89)
3. Плоскость разъема штампа – плоская.
4. Исходный индекс (определяется по номограмме вышеприведенных данных) – 16.
5. Припуски и кузнечные напуски:
6. 2,4 – толщина 74 мм и чистота поверхности 12,5;
7. 2,8 – толщина 170 мм и чистота поверхности 12,5;
8. 2,2 – диаметр 90 мм и чистота поверхности 12,5;
9. 2,4 – диаметр 200 мм и чистота поверхности 12,5;
10. 2,6 – диаметр 255 мм и чистота поверхности 12,5;
11. Дополнительные припуски, учитывающие:

• смещение по поверхности разъема штампа – 0,8 мм (отклонения концентричности отверстия)
• отклонение от плоскостности – 0,7 мм.

Штамповочный уклон:

• на наружной поверхности – не более 10°, принимаем 10°;
• по внутренней поверхности – не более 7°, принимаем 7°;

Размеры поковки и их допускаемые отклонения (получившиеся размеры округляем с точностью до 0,5 мм).

диаметр 255+(2,6+0,7+0,8)*2=263,2 принимается 263

диаметры  принимается 83

диаметр  принимается 208

толщина  принимается 82

толщина  принимается 179

Радиус закругления внутренних и наружных углов – 5 мм.

Допускаемые отклонения размеров:

диаметр

Прочие отклонения.

Допускаемая величина остаточного облоя – 1 мм.

Допустимая величина высоты заусенца – 5 мм.

2.4     Разработка технологического маршрута детали. Обоснование выбора, оборудования и оснастки (табл.3.2).

 

Таблица 3.2 —  Технологический процесс изготовления деталих[20].

2.5   Расчет режимов резания.

 

При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояния заготовки, тип и состояния оборудования.

Для токарной обработки «Полумуфты» из стали марки 40Х ГОСТ 4517-71 выбираем Токарно-фрезерный обрабатывающий центр PL1600.

Растачивание отверстия, выдерживая размер диаметром 90H7.

Глубина резания.

t= 3,5мм.

Подача.

S = 0,7 – 1,2 мм/об

Принимаем S = 1 мм/об

Скорость резания

y = 0.43;

x = 0,15;

m = 0,20

Значения стойкости резца Т = 30мин.

• коэффициент, учитывающий влияния материала заготовки;

=1,92

• коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;
• коэффициент, учитывающий материал инструмента;

Частота вращения шпинделя.

Принимаем

5. Действительная скорость резания.
6. Технологическое (основное) время.

– длина хода резца, мм

– длина обработки, мм

— врезания резца, мм

— перебег резца, мм

---

Страницы 1 2 3 4