Методика экспериментального определения нагруженности корпусных деталей редукторов выемочных комбайнов

СрденлТрудиого Красного Знамени

ИНСТИТУТ

ГОРНОГО

ДЕЛА

ИМСИИ

Шкочинского

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЖЕННОСТИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ РЕДУКТОРОВ ВЫЕМОЧНЫХ КОМБАЙНОВ

Министерство угольно* промышленности СССР Академия наук СССР

Ордена Трудового Красного Знамени Институт горного дела нм. А.А.Скочияского

Утверждена

директором института проф.,докт.техн.наук

А. В. Докукиным 4 нюня 1872 г.

Проф.,докт.техн jiayк Ю. Д. КРАСН И КОВ, канд.техн.наук Ю.А.ЗИСЛИН, канд.техн.наук П.В.СЕМЕНЧА, ннж. Н.П.АНДРЕЕВ

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЖЕННОСТИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ РЕДУКТОРОВ ВЫЕМОЧНЫХ КОМБАЙНОВ

Москва 1872

Такая задача обычно режаотси теоретически или экспериментально о нрхыевеняем увеличенных пластмассовых моделей зубьев. Эпюра напряжений определяется пря действия на исследуемую модель зуба равномерно раса ре деленной нагрузи. Пря атом установлено, что максимальные напряжения действуют в середине зуба, а минимальные - но его краям, что обусловлено снижением жесткости зуба от оередин к край [l9, 2l].

В навей работе [16] , где исследовались натурные зубчатые колеса, было покаааво, что распределение напряжений непосредственно связано с нагибной выносливостью вубьев: при увеличении разности между максимальным я минимальным напряжениями предел выносливости вуба снижался.

Исследования при равномерном приложении нагрузки позволяют определить распределение напряжений, исходя только из податливости самого эуба, и не позволяют оценить фактический характер распределения напряжений в редукторе мамины.

Экспериментальные исследования проводятся на зубчатых колесах, установленных на гидропульсаторе (при отсутствии перекосов) и непосредственно в редукторе комбайна.

Регистрация напряжений черев усилитель ТА-5 и осциллограф H-I05 производится тензодатчикай сопротивления с базой 5-5 мм, наклеенными на переходных поверхностях ножки зуба исследуемого колеса (число датчиков 6-8 на одном зубе).

Величины напряжений определяются по контрольному сигналу усилителя (электротарировка) по следующим формулам, принятым в практике расоифровкн результатов тенгоизмерений:

напряжение, кг/мм^;

величина измеренной деформации в относительных единицах;

предел измерения (коэффициент усиления) усилителя; чувствительность датчика; амплитуда записи измеряемого процесса, мм; амплитуда записи контрольного сигнала, мм; модуль упругости стали, кг/мм^.

II

Нагружение эубьеи колеса на гидропульоаторе о суще от мнет он: равномерно распределенной нагрузкой, передаваемой П-образным пуайвовом;

сооредоточе иными нагрузками, последовательно прилов ниши но ширине зуба, о установкой между пуансоном н исследуемым зубом закаленной стальной пластннжм, мирила которой равна мирике датчика.

Эпюру распределении напряжеммй от равномерной нагрузки мокло получить или нагружением вуба непосредственно пуансоном, или сум* мированиом эшор от сосредоточенных (единичных) нагрузок; в последнем случае используетом принцип независимого дейотвим сил, согласно которому равномерно распределенная нагрузка нохет быть представлена как совокупность сосредоточенных нагрузок (прн равенстве их равнодействующих). Так, из рассмотрения эшор распределения напряжений по иярияе зубьев коло редуктора комбайна БК-52 ( /71 « 12 мм, £ ■ 19, & - 116 мм), представлениях на рис. 2 (суммарная нагрузка на зуб составляла 13 т) видно, что эпюра, нолученная суммированием единичных эпюр, я эпюра от распределенной нагрузки практически совпадают: расхождение не превышает 8%. Такой взаимный контроль ионучеиных данных поэволлт исключить погрешности эксперимента.

Рис. 2. Эпюры распределения напряжений зубчатого жодеса, установленного на гидропульсаторе:

1-7 - от сосрвдоточожшог мгруоож: в - отммраая: 9-от рАМОиерво! ж*груша

Dpi установке в редуктора к эубу исследуемого колеса последовательно прикладывается нагруахн за снег закручивания трансмиссии; при какдои значении нагрузки фиксируется соответствующая эшвре напряжении по киряне зуба. На рис. 3 приведены подученные зпюри напряжении для губчатого колеса, смонтированного на раздаточном валу комбайна БК-52 (кривые а-д соответствуют значениям момента М^_к на валу колеса 335, 710, 1095,    1450    м    1770    кГм).

Иэ аиадяаа полученных эпюр следует, что с увеличением нагрузки на зуб характер распределения напряхеняИ изменяется: максимум напряжении опекается от середины яуба к торцу, а при величине нагрузки на вуб, равной около 15 т, максимум смещается на расстояние 0,3 кярины зуба от торца.

Рис. 3. Эпюры распределения напряжений зубчатого колеса, смонтированного на раздаточном валу комбайна БК-52

При проведении этих экспериментов следует иметь в виду, что корпус комбайна испытывает деформации не только от реакций подшипников, но и (главным образом) от усилий, возникающих в опорах комбайна при его работе.

Для оценки влияния деформаций корпуса от внешних сил на характер распределения напряжений в зубчатом колесе одновременно закручиванием трансмиссия производится нагружение корпуса крутящим моментом (схема нагружения приведена на рис. I).

Полученные при таких исследованиях эпюры напряжений для зубчатого колеса редуктора комбайна IKI0I представлены на рис. 4.

13

Параметры губчатого колеса т. * 12 мм, Z • ll_t & = 118 мм. Эпюры представлены для усилий кручей я корпуса, равных 0, 10 0о, 3000 и 500и кГ (кривые а, б, в, г на рио.4)* пря величине крутящего момента на валу адектродвягателя М _Kp.tf = 60 кГм, что соответствует моменту на ясслодуемом колеое ^мкр.^.к ~ ⁵⁰⁰

Рве. 4. Эпюры распределения напряжений вал-иостерни в редукторе комбайна 1KI0I при различных усилиях кручения корпуса

Анализ эпюр показывает, что пря кручении корпуса наблюдается такая же закономерность в изменения распределения напряжений,как и при закручивания трансмиссия: пря увалячевия усилия кручения пик эпюры смещается к торцу колеса, причем в зацеплении участвует лишь часть иирины зуба.Сопоставляя значения деформаций (или углов перекоса) сечений корпуса с показателями распределения напряжений (коэффициент неравномерности), можно получить зависимости между этими величинами.

Замеры усилий..^ействдюд.щь.на Абл.

при работе зубчатой пары

Постановка таких исследований в общем машиностроении вызывается необходимостью оценки динамики, возникающей прщ работе зубчатых колес, и погрежностей изготовления (ошибки основного мага, профиля зубьев и т.д.). В соответствии о накопленным опытом при расчетах на прочность зубчатых передач по нормали Гилроуглемаюа [15] вводится динамический момент, зависящий от точности изготовления и окружной скорости передачи.

14

цель настояли экспериментальных исследование - оценка влияния на динамику работы передачи только напряженного оостояния корпуса.

В качестве объекта исследования применяются губчатые колеса, па которых научался характер распределения напряжений по вирине эуба. Прм этом следует учитывать, что поскольку наклеенные на галтели губа датчики должны быть размещены в нерабочей зоне зацепления, целесообразно применять малогабаритные тензометры типа Ш1Б, причем, как показывает опыт таких исследований, необходимое соотношение между бааой датчика и модулем колеса а =£0,25/7*.

Для снятия ажектросигнала с испытываемого зубчатого колеса применяется серийный токосъемник типа РАТ-2 (ртутный амальгиро-ванный токосъемник), который имеет 12 контактных колец, что обеспечивает возможность регистрации сигналов от шести тензомостов на зубе.

При экспериментах нагружение трансмиссии комбайна осуществляется со стороны исполнительного органа. Выходной вал редуктора комбайна соединяется посредством муфты с цилиндрическим ускоря-ощпа редуктором РМ-500. На выходном валу редуктора установлен колодочный торыов, соединенный цепной муфтой с гидрозагрукатодом, подающим на юсод системы постоянно действующую нагрузку. Регулирование нагрузки осуществляется в широки диапазоне с помощью вентилей. После включения двигателя система разгоняется до номинального числа оборотов. Затем колодочным тормозом на входе системы создаются импульсные нагрузки.

Мсследоваиия проводятся при различных значениях М _{кр коо/х} . Анализ получонных осциллограмм нагрузки на зуб позволит оценить мшяаме деформаций корпуса на качество и динамику зацепления зубчатых перодач.

fo-черы деформаций подшипниковых опор

С целью установления характера изменения величины и направляя реакций в подшипниковых узлах при деформациях корпуса в _Асточке монтируется специальный тензометрический стакан, в котом «? встраиваются четыре датчика, расположенных через 90°. Схема соединения, которая несколько видоизменена по сравнению с предлагаемой Я.И.Альшмцем [х], представлена на рис. 5.

15

УПК 622.232.72

Настоящая методика разработана в лаборатории динамики горных мамин и импульсной техники (научные руководители темы - проф.,докт.техн.наук Ю.Д.Красников и канд.техн.науж П. В* Семенча, ответственные исполнители - канд.техн.наук Ю.А. Зисдин и инх. Н.П.Андреев).

Методика позволяет комплеконо подойти к иооледованиям нагрухеннооти корпусов я ее влиянию на динамичеокяе и прочностные характеристики отдельных элементов и воей трансмиссии выемочного комбайна и мохет быть полезна при исследованиях других горных малин.

Юрий Дмитриевич Красников,

Юрий Абрамович Зисдин,

Павел Васильевич Семенча,

Николай Павлович Андреев

1ЕТ0ДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ НАГРУЖЕННОСТИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ РЕДУКТОРОВ ВЫЕМОЧНЫХ МАШИН

Редакторы Л.В.Труханова и Л.П.Петрамович

г”'™Т Тираж 6СС    Изд. К 6662    Заказ    £    tfSf

Т пография Института горного дела им.А.А.Скочинского 1,^с ..•* зд.л.    Подписано    к    печати    6/IX    1972    г.

ВВЕДЕНИЕ

Надежность работы выемочных коибайвов определяется, с одной стороны, величиной м характером действующих нагрувок, с другой -прочностью узлов н деталей. Процесс формирования нагруэок в трансмиссия комбайнов в настоящее время исследован в достаточной степени, однако влияние на нагрузки особенностей работы отдельных элементов научено недостаточно. Тан, например, корпуса редукторов в процессе аксплуатации комбайнов испытывают значительные деформации, при атом изменяются статические и динамические параметры и характер напряженного состояния деталей редукторов (распределение напряжений по мирине эубьев колес, величина и направление реакций подшипниковых опор, прогибы валов и т.д.).

Специфические требования, предъявляемые к конструкциям современных выемочных комбайнов, наличие нескольких исполнительных органов приводит к созданию разветвленных кинематических схем. Это, в свою очередь, обусловливает сложное конструктивное исполнение, в ряде случаев недостаточную жеоткость корпусов и, как следствие, недостаточную надежность в аксплуатации самих корпусов (трещины стенок, литейных сопряжений, деформация отверстий), а также нарувенее заданных условий и точности взаимного расположения узлов и деталей.

Предлагаемая методмка экспериментального определения напряженного состояния корпусов редукторов выемочных комбайнов позволяет комплексно подойтм к исследованиям нагруженное» корпусов и ее влиянию на динамические и прочностные характеристики отдельных элементов и трансмиссии в целом.

3

Постановка задач исследования

Иссдедованш) напряженного состояния корпусных деталей пашин посвящен ряд работ, выполненных в общем ■ угольном мажжностроения. Их анализ показывает, что эта исследования проводятоя в основном в трех направлениях:

-    теоретические исследования жесткости корпусов;

-    исследования на моделях из материалов с низким модулем упругостм;

-    исследования на натурных деталях.

Порвое направление требует привлечения веоьма громоздкого математического аппарата, причем сложная конструктивная форма корпусов не всегда может быть учтена, а делаемые при этом допущения в настоящее время пока исключают возможность создания достаточно достоверных, методов аналитического расчета деформаций корпусов.

Второе направление в последние годы приобретает все большое значение. Применительно к угольным комбайнам также работы проводятся институтами ВНИИПТуглемаш и Гппроуглемая.

Исследование жесткости корпусов на моделях ив оргстекла дает возможность с приемлемой степенью точности определить величины деформаций корпусов, отработать конструкции корпуса конкретного комбайна в сторону увеличения его жесткости и технологичности, а ?в:-хе получить некоторые конструктивные параметры зубчатых передач (величина бочкообразное?»! и др,).

Исследования на натурных деталях, хотя и нуждаются в больсом количестве тензометрической и измерительной &ппаратуры,поз£оля»т наиболее точно учесть схему нагружения корпуса и получить значения его деформаций без пересчета с недоли. В таких исследованиях аагружоняе корпуса комбайна осувествдяотся л условиях, приближенных к эксплуатационным, а замеры обычно производятся с помощью индикаторов, устанавливаемых в различных точках корпуса [$]. Получаемые при этом величины деформаций корпусе оказываются ка передо?: бодъае учитываемых обычно * расчетах деформаций валов и ПОДВИЛ Л КОСОВЫХ ОПОР [V] .

*Ч;с. • цокания нагруженности отдельных у слов и деталей трапе-мисси!*, горних машин при различных деформациях корпуса позволяют спрелолчшаыи обоазок оценить напряженное состояние корпусе и ого втиякго ла $С!»1фова:1ге и игр у; л в трансмиссии [1,5, 17). Тая, в •пае: побега [ifj экспериментти установлено, что уже при ста-тм‘л ~и Уа 'руявкии трансмиссий действие реальных факторов зацеп-

ления зубчатой передачи (перекосы валов, деформации корпусов, опор и т.д.) приводит к несимметричному характеру распределения напряжений по ширине зуба.

Работы,проводимые в области исследований корпусов и зубчатых: передач в общем машиностроении, представляют значительный методический интерес и при изучении горных машин. Отметим исследования нагрузок, действующих на зуб в процессе работы передачи, при помощи тензорезибторов на торцах зубьев [13], экспериментальное определение форм колебаний и напряженного состояния корпусов стандартных редукторов РМ-400 [б], монографию, налагающую современные методы расчета деформаций и определения напряженного состояния различных соединений машин о учетом реальных условий их нагружения, заэоров, деформаций и погрешностей изготовления [9]. Ряд ванных указаний по конструированию и расчету кориуоов редукторов приведен в справочном пособии [8].

Анализ указанных выше работ показывает, что они содержат весьма важные в практическом отношении результаты, однако не позволяют определить характер напряженного состояния корпуса комбайна при динамическом воздействии внешней нагрузки.

К настоящему времени выполнено значительное количество работ -------------- ------------—‘ирования нагрузок в трансмиссиях

уровня отраслевых стандартов |И и дрГ), но пока еще не дают возможности выделить из ряда факторов формирования нагрузок в трансмиссии влияние нагруженности корпусных деталей, что затрудняет проведение прочностных расче!ов отдельных элементов трансмиссии. Так,применительно к зубчатым передачам можно утверждать, что если по расчетам деформаций зубьев и тел зубчатых колес, про* гибов валов и деформаций подшипников имеется ряд данных в литературе, то по деформациям корпусов данных практически не имеется, за исключением рекомендации М. Б. Громана [2] оценивать эти деформации величиной, равной половине деформации подшипников качения, хотя в соответствии с результатами П.С.Зака [4] эта рекомендация нуждается в дальнейших уточнениях.

Следовательно, экспериментальные исследования нагруженности корпусных деталей выемочных комбайнов должны иметь своей конечной целью:

- получение фактической картины нагруженности корпуса и критериев его оценки в условиях, близких к реальному нагружению комбайна;

5

-    установление взаимосвязи между критериями нагруженное?! корпуса и деталей трансмиссия (зубчатых колес, валов, поданиников) ;

-    уточнение расчетов нагрузож и прочноотных расчетов деталей транемнооин с учетом деформаций корпусных деталей.

Настоящая методика экспериментальных исследований нагружен-ности корпусов редукторов комбайнов исоольаует имеющиеся методические решения [i, 3, 4, 5, 7, 13, 14, 17, 1в].

Ofa»» ПОДОУАЦД ^т.оддси

1.    Исследования проводятся на натурных образцах комбайнов. Комбайны устанавливается стационарно на жесткой раме и на ре-стачном ставе, который располагается на слое мелкого угля толщиной 30 мм в специальном лотке.

2.    Исследования проводятся при статическом и динамическом нагружении исполнительного органа, корпуса я всей трансмиссии комбайна.

3.    В процессе экспериментальных исследований определяются:

-    деформации корпусов;

-    характер раопределения напряжений по ширине зубьев зубчатых колес;

-    усилия, действующие на эуб при работе зубчатой пары;

-    деформации подшипниковых опор;

-    характеристики трансмиссий;

-    вибронагруженноеть корпуоов.

Замеры деформаций пощig£I_

Для проведения этих замеров комбейн устанавливается на трех опорах; нагружение осуществляется статическим цементом Ms р^ (рисЛ) со стороны электродвигателя при жестко закрепленном исполнительном органе, а также усилием натяжения цепи (усилием подачи). Указанная схема нагружения выполнена применительно к комбайн; Ш01 со спаренной передней опорой и может варьироваться для комбайнов о опорами других конструкций (например, для комбайна В£Ь2‘М [V] ). При этом сохраняются расчетные соотвояения между реакциям]: пор и нагрузкой на .спо.тшителъном органе. Статический tcuefit кручения создается при помощи домкрата или другого негру-304J. цо м* спссобдеыиа; нагрузка'устанавливается по показаниям

тензомоста, смонтированного на пуансоне, черев который ведется нагружение корпуса. Усилве натяжения цепи соадаетоя механизмом подачи комбайна, талью идя другим устройством и регистрируется ври помощи тензоввена. Динамичаокое нагружение осуществляется специальным вибратором со стороны исполнительного органа при жестко закрепленном роторе электродвигателя.

Комбайн условно раэбнваетоя на сечения (1-2 и др. на рис.1), расположение которых выбирается конкретно для каждого комбайна. По обеим сторонам комбайна в указанных сечениях устанавливаются индикаторы и датчик перемещений ДЛИТ (датчик перенооный индуктивный трансформаторный), замеряющие деформации корпуса в вертикальном направлении.

Индикаторами производятся вивуальные замеры перемещений отдельных точек корпуоа при его статическом нагружении; при помощи датчиков ДЛИГ проводится запись на ленту осциллографа как при статическом, так и динамическом нагружении комбайна.

Конструкция датчика ДЛИТ разработана ОКБ ИГД им.АД.Скочин-ского. Датчик представляет собой текстолитовый корпус с двумя

7

Волгины деформация (относительны! перемещений отдельных точен) корпуса определяются по формуле Щ:

/7 = (/7^ * flj " ( П% - П^_f ^ у

где /7/1 /7. - перемещения точек корпуоа, зафиксированные прибо-⁹    ром,    1    £-ом    и    гт    1-ом    сочоииях корпуса.

Значении углов поворота отдельных сечений корпуса определя-мтси по формуле

% “ ^/4

где мнрина /-го сечения корпуса.

Считая одно из сечений неподвижным (нулевым), получаем угол поворота любого сечения относительно нулевого:

Углы поворота , отнесенные к крутящему моменту, дают значения податливости корпуса в данном сечении

^ кр. кора.

Для определения абсолютных значений и направления напряжений в наиболее опасных и ответственных сечениях, выявленных предварительным расчетом и опытом эксплуатации, на корпусе наклеиваются тензометрические мосты в виде д - роветок, которые обычно применяются при неизвестных направлениях главных напряжений [12].

Датчики дельта-роветки (мин равноугоиьной) предварительно тарируются при помощи балочкя равного сопротивления; тарировкой уотанавливаетси зависимость между показанием осциллографа и деформацией в направлении каждого датчика ( в _{f f} 6^,    ).    Далее

определяется величины главных (нормальных) напряжений [12, 14]:

9