НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

ЛЕЩУК РОМАН ЯРОСЛАВОВИЧ

УДК 621.867.42

ОБГРУНТУВАННЯ КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВИХ ПАРАМЕТРІВ СЕКЦІЙНИХ РОБОЧИХ ОРГАНІВ ГВИНТОВИХ ПЕРЕВАНТАЖУВАЛЬНИХ МЕХАНІЗМІВ

Спеціальність 05.02.02 – машинознавство

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Тернопільському державному технічному університеті

імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Гевко Богдан Матвійович,

Тернопільський державний технічний

університет імені Івана Пулюя,

завідувач кафедри “Технологія машинобудування”

Офіційні опоненти – доктор технічних наук, професор

Малащенко Володимир Олександрович,

Національний університет “Львівська політехніка”,

професор кафедри “Деталі машин”

кандидат технічних наук, доцент

Дубинець Олександр Іванович,

Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут",

завідувач кафедри “Технічна механіка”

Провідна установа – Одеський Національний політехнічний університет

Міністерства освіти і науки України,

кафедра “Теоретична механіка і машинознавство”,

м. Одеса

Захист відбудеться "  " лютого 2004 року о 1415 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.06 у Національному університеті “Львівська політехніка” за адресою: 79013, м. Львів-13, вул. С.Бандери, 12, гол. корпус, ауд.226.

З дисертацією можна ознайомитися у науково-технічній бібліотеці Національного університету “Львівська політехніка” за адресою: 79013, м. Львів-13, вул. Професорська, 1.

Автореферат розісланий "  " січня    2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Форнальчик Є.Ю.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одним із важливих питань машинобудування є підвищення надійності та довговічності приводів машин, їх вузлів і деталей. При цьому потрібно розв’язувати задачі зменшення сил тертя, які виникають між рухомими та нерухомими деталями. Це особливо важливим є для робочих органів гвинтових перевантажувальних механізмів (ПМ), які знаходяться в середині нерухомого кожуха, й призначені для перевантаження сипких матеріалів. Актуальним є створення нових конструкцій гнучких гвинтових робочих органів, довговічність та ресурс роботи яких підвищується за рахунок зменшення інтенсивності зношування елементів в контактних зонах. Тому тема роботи є актуальною і має важливе народногосподарське значення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація є частиною досліджень науково-дослідної роботи ДІ 97-02 "Механіко-технологічні основи проектування транспортно-технологічних систем коренезбиральних машин" (№ держ. реєстрації 0102U002302), яка виконується згідно з координаційним планом Державної науково-технічної програми Міністерства освіти і науки України за напрямком "Виробництво машин і технологічного обладнання для сільськогосподарської, харчової і переробної промисловостей". Автор дисертації є відповідальним виконавцем цієї науково-дослідної роботи.

Мета роботи і задачі дослідження. Мета роботи – підвищення експлуатаційних показників секційних робочих органів гвинтових перевантажувальних механізмів.

Для досягнення мети в роботі розв’язувались такі задачі:– 

аналіз та синтез конструкцій секційних робочих органів гвинтових перевантажувальних механізмів;– 

на основі теоретичних досліджень отримання аналітичних залежностей для визначення раціональних значень конструктивних параметрів секцій залежно від мінімального радіусу кривини магістралі;– 

розроблення математичних моделей секційних робочих органів з урахуванням варіантів навантаження і зменшення сил тертя під час роботи механізмів;– 

розроблення теоретичних передумов утворення необхідних профілів окремих секцій робочих органів за умови підвищення їх працездатності;– 

виконання комплексу експериментальних досліджень для встановлення основних конструктивно-силових та експлуатаційних показників синтезованих секційних робочих органів гвинтових перевантажувальних механізмів;– 

розроблення схем профілювання і відповідного технологічного оснащення для формоутворення профільних робочих органів гвинтових перевантажувальних механізмів;– 

розроблення інженерної методики розрахунку та практичних рекомендацій для впровадження у виробництво результатів дослідження секційних робочих органів гвинтових перевантажувальних механізмів з покращеними експлуатаційними характеристиками.

Об’єкт дослідження – секційні робочі органи гвинтових перевантажувальних механізмів.

Предмет дослідження – вплив секційних профільних гвинтових робочих органів на експлуатаційні показники роботи перевантажувальних механізмів.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження виконувались із використанням положень класичної механіки, основ теорії механізмів і машин, основ конструювання деталей машин, а також сучасних методів математичного моделювання.

Наукова новизна отриманих результатів:

–

–

–

–

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що на основі теоретичних передумов виконано комплекс експериментальних досліджень нових типів робочих органів, процесів профілювання окремих секцій й випробування гвинтових ПМ з покращеними техніко-економічними показниками та впроваджено їх на ВАТ “Тернопільський комбайновий завод”. Створено інженерну методику для розрахунку параметрів гнучких гвинтових робочих органів ПМ, способів профілювання, інструментів вимірювання геометричних розмірів гвинтових робочих органів. Розроблено і виготовлено оснащення для формоутворення прогресивних конструкцій гвинтових робочих органів ПМ, які захищені 3 деклараційними патентами України на винаходи. Основні результати роботи впроваджено у навчальний процес підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр з напрямку 6.09.02 “Інженерна механіка” і використовуються при викладанні дисциплін “Технологічні методи виробництва заготовок деталей машин”, “Обладнання та транспортні засоби механообробних цехів”.

Особистий внесок здобувача. Викладені у дисертації теоретичні та експериментальні положення сформульовано та розроблено самостійно. У публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачу належить: [2] – проведено експериментальні дослідження енергосилових та експлуатаційних параметрів секційного робочого органу ПМ; [3] – проведено конструктивний розрахунок секційних робочих органів гвинтових ПМ за умови мінімального радіусу кривини магістралі; [4,5] – визначено основні конструктивні параметри і силові характеристики профілювання гвинтової заготовки; [6] – запропоновано функції обмеження для визначення конструктивних параметрів секційних робочих органів; [7] – визначено умови процесу профілювання гвинтових заготовок; [14] – проведено розмірний аналіз шарнірного з’єднання секційних робочих органів гвинтових ПМ. За матеріалами роботи отримано 3 деклараційні патенти України на винаходи, в яких дольова участь співавторів є однаковою.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на IV–VII наукових конференціях Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя (м.Тернопіль, 2000-2003рр.); ІІІ Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (м.Миколаїв, 2002р.); ІІ Міжнародній молодіжній науково-технічній конференції “Машинобудування України очима молодих” (м. Суми, 2002р.);
ІV Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (м. Харків, 2003р.). Повний зміст дисертаційної роботи було заслухано в ТДТУ ім. І.Пулюя на засіданні науково-технічного семінару № 4 “Технологічні процеси та конструювання обладнання, машин і механізмів” (м. Тернопіль, 2003р.) та на розширеному засіданні кафедри деталей машин НУ ”Львівська політехніка” (Львів, 2003р.).

Публікації. Результати наукових досліджень викладені у 14 наукових працях, з них 4 самостійних, в тому числі 7 публікацій – у фахових виданнях, а нові технічні розробки захищені 3 деклараційними патентами України на винаходи.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація містить вступ, чотири розділи, загальні висновки, список використаної літератури із 127 найменувань та додатки. Основний текст роботи викладений на 155 сторінках, містить 57 рисунків, 9 таблиць. Загальний обсяг роботи -185 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету та задачі дослідження, визначено об’єкт і предмет дослідження, а також висвітлено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів. Наведено інформацію про апробацію результатів досліджень та публікації, що висвітлюють основні положення дисертаційної роботи.

У першому розділі проаналізовано конструкції секційних робочих органів перевантажувальних механізмів для переміщення сипких матеріалів та галузь їх застосування, розглянуто основні патентні рішення з точки зору підвищення довговічності та ресурсу роботи гвинтових робочих органів ПМ, висунуто основні вимоги до секційних робочих органів ПМ, виходячи за умови розширення функціональних можливостей та підвищення їх експлуатаційних показників.

Розробкою теоретичних основ перевантаження матеріалів гвинтовими перевантажувальними механізмами і визначенням їх конструктивних, кінематичних, динамічних, функціональних і експлуатаційних параметрів займались ряд вчених: П.М. Василенко, О.О. Омельченко, Х. Герман, А.М. Григор’єв, Р.Л. Зенков, Г.В. Корнєєв, Л.М. Куцин, Б.М. Гевко, О.О. Труфанов, К.Д. Ващагін, І.Е. Груздєв, П.А. Преображенський, С.М. Михайлов, Р.М. Рогатинський, М.І. Пилипець,
А.О. Вітровий, А.І. Пік та інші.

Пошук оптимальної конструкції робочого органу ПМ для перевантаження сипких матеріалів по криволінійних трасах привів до створення цілої низки гвинтових робочих органів, котрі відрізняються як конструктивною різноманітністю, так і функціональним призначенням. Однак, питання стабільності перевантаження та надійності гнучких гвинтових робочих органів в процесі експлуатації на криволінійних трасах, а також вибір їх оптимальних конструктивних та силових параметрів за умови підвищення довговічності та ресурсу роботи на даний час вивчені недостатньо. Сформульовано мету та задачі досліджень.

У другому розділі проведено розрахунок конструктивних параметрів секційних гвинтових робочих органів за критерієм підвищення їх працездатності.

Метою розрахунків є визначення мінімального зазору між торцями шарнірно з’єднаних профільних секцій гвинтового робочого органу за умови уникнення заклинювання секцій між собою під час переміщення вантажу по криволінійних трасах. На розрахунковій схемі (рис.1) зображено поверхні обертання шарнірно з’єднаних гвинтових секцій, охоплених гнучким кожухом (Rк – зовнішній радіус кривини гнучкого кожуха; l – довжина гвинтової секції; R1,R2 – радіуси медіальної і торцевої поверхонь гвинтової секції; z – різниця між радіусами; а – відстань від центру шарніра до торця гвинтової секції.

Мінімальний зазор між торцями секцій рівний:

. (1)

Оскільки параметри R1, R2 і z взаємопов’язані, то z і R2 визначено через величини Rк, R1 і l за залежностями

(2)

На основі аналізу на ПЕОМ рівняння (1) побудовано графічні залежності мінімального зазору між гвинтовими секціями від радіусу кривини магістралі транспортування Rк і довжини секції l (рис.2). Номери на кривих відповідають наступним постійним величинам: 1 – l=100 мм; 2 – l=120 мм; 3 – l=140 мм для а=14 мм і R1=36 мм; 4 – l=100 мм; 5 – l=120 мм; 6 – l=140 мм для а=14 мм і R1=48 мм; 7 – Rк=500 мм; 8 – Rк=750 мм; 9 – Rк=1000 мм для а=14 мм і R1=48 мм.

Встановлено, що розташування шарніра відносно торця секції (параметр а) практично не впливає на зміну величини зазору , абсолютна величина якого змінюється в межах 1,8 – % для а=10 – мм при зміні інших параметрів.

Для визначення макси-мального крутного моменту, який може розвивати розроблений гнучкий робочий орган, складено динамічна модель, якою описується його робота в екстремальних режимах навантаження.

Відповідно до закону зміни крутного моменту максимальне зусилля виникає у момент часу, коли похідна крутного моменту дорівнює нулеві, тобто:

.

Визначено час максимального зусилля

, (3)

де – сталі коефіцієнти; - в’язкість системи; - момент опору, прикладений до робочого органу; - крутний момент на двигуні, який вважали постійним на певному інтервалі часу; - приведені моменти інерції відповідно приводу та робочого органу, - приведена крутильна жорсткість системи; - частота власних коливань; - коефіцієнт затухання.

Амплітудне значення максимального крутного моменту, який виникає у пружній ланці гвинтового робочого органу ПМ рівне:

, (4)

де – частковий розв’язок неоднорідного рівняння.

Побудовано математичну модель секційних робочих органів з геометричною нелінійністю. Вона базується на розв’язку диференціальних рівнянь кривини функції огинаючої лінії (рис.3). При цьому кут нахилу дотичної до огинаючої кривої є функцією від кутової швидкості обертової площини, а розклад одержаних рівнянь у вигляді складових функцій векторного багатоланника, які введені у загальні рівняння опису геометрії.

Функція L огинаючої кривої зовнішнього контуру гвинтової спіралі характеризується кривиною і визначається у системі координат ZOY, де – множина параметрів. Згідно із запропонованою методикою введено додаткову систему координат так, щоб точка належала кривій L, а осі координат були паралельні відповідним осям координат системи ZOY.

При цьому необхідною умовою є :

, , , (5)

де – модуль вектора опису внутрішнього контуру робочого органу; – модуль варіативного вектора опису зовнішнього контуру робочого органу.

З урахуванням властивостей переміщення обертового багатоланника отримано зв’язок між кутовою координатою гвинтової лінії і

, , Z, (6)

де С – параметр гвинтової лінії, ; і Р – відповідно кутова координата та крок гвинтової лінії; n – кількість витків гвинтової лінії.

Розв’язок рівняння (6) отримано у вигляді

. (7)

Виведено рівняння гнучкого гвинтового робочого органу ПМ з припущенням, що товщина гвинтової спіралі Н* є постійною:

(8)

або ,

де – початкова кутова координата гвинтової лінії; d – внутрішній діаметр робочого органу.

Результати теоретичних досліджень дали можливість визначати граничні значення параметрів областей змін відповідних радіус-векторів для різних значень функції кривини огинаючої лінії.

Враховуючи те, що профільну гвинтову секцію раціонально виготовляти з плоскої кільцевої заготовки змінної ширини, способом профілювання її у гвинтову спіраль, в роботі досліджено характер зміни параметрів зусилля деформації та моменту кручення під час профілювання гвинтових заготовок. Встановлено, що спіраль спочатку проходить пружне кручення та згин, а в подальшому – пластичне кручення.

Для пружного кручення основна дія сили іде на розкручування витків, які формують спіраль, тоді момент кручення Тt дорівнює:

(9)

де Е – модуль пружності; Іt – центральний момент інерції; п – величина переміщення пуансона; dc – внутрішній діаметр спіралі.

Максимальне зусилля в кінці ходу пуансона без врахування калібрування спіралі визначено за залежністю:

, (10)

тут s – дотичні напруження зрізу; H і B – відповідно товщина та ширина спіралі.

У третьому розділі викладено програму й методику експериментальних досліджень запропонованих гнучких гвинтових робочих органів ПМ та їх результати щодо визначення конструктивних, силових та експлуатаційних показників.

Програмою експериментальних досліджень передбачалось:–

перевiрка вірогідності й ступеня точностi отриманих аналiтичних залежностей для обґрунтування раціональних конструктивних і силових параметрiв секційного гвинтового робочого органа ПМ;–

планування і реалізація багатофакторного експерименту з метою визначення впливу домінуючих чинників на збільшення навантажувальної здатності та енергетичні показники процесу перевантаження;–

визначення рацiональних параметрів роботи гвинтових ПМ залежно вiд частоти обертання робочих органiв, радiусу кривини та висоти підйому магістралі;–

визначення і уточнення силових та енергетичних параметрів гвинтових ПМ залежно від умов завантаження та режимів роботи;–

отримання початкових даних для інженерної методики проектування гвинтових секційних робочих органів ПМ і конструктивно-компонувальних їх схем з покращеними техніко-економічними показниками.

Виходячи із сформульованих завдань запропонована конструкція секційного гвинтового робочого органу, виконаного у вигляді окремих гвинтових секцій 1 (рис.4). Кожна секція має дві циліндричні втулки 4 з’єднані між собою прутками 3, а до втулок і прутків жорстко прикріплене гвинтове ребро 2. У циліндричних втулках однієї гвинтової секції виконано наскрізні отвори 5, центральні осі яких розташовані взаємно перпендикулярно. Із внутрішнього боку втулок у наскрізних отворах встановлені антифрикційні фігурні втулки 7, між торцевими поверхнями яких розміщено квадратний валець 8. В отворах 10 антифрикційних втулок і отворах 9 квадратного вальця встановлено циліндричні пальці 6, які жорстко з’єднані з квадратним вальцем.

Виготовлення отворів у циліндричних втулках, центральні осі яких розміщені взаємно перпендикулярно в одній гвинтовій секції, забезпечує рівномірне обертання робочого органу. Застосування антифрикційних фігурних втулок в конструкції робочого органу істотно підвищує його довговічність, оскільки під час роботи на криволінійних трасах провертання пальців відносно антифрикційних втулок здійснюється при збільшених площах контакту.

З метою визначення основних параметрів процесу перевантаження сипких матеріалів дослідження проводились на спроектованій та виготовленій базовій установці приводу гвинтових робочих органів (рис.5).

Вона містить перевантажувальний короб 8, в який у верхній частині входить завантажувальна магістраль, а знизу і з протилежного боку – вивантажувальна. Кожна з магістралей виконана у вигляді гнучких кожухів 5 та 10, в яких розташовані секційні гвинтові робочі органи 6 та 9. Співвісно з гнучкими кожухами з протилежного боку перевантажувального короба в опорах розташовані приводні вали із зірочками 7 та 11, які ланцюговими передачами з’єднані з проміжним валом 13.

Крутний момент передається від асинхронного електродвигуна 1 потужністю 4 кВт та числом обертів 1250 об/хв через клино-пасову передачу зі шківами 2 i 3 на проміжний вал 13, на кінцях якого розташовані зірочки 4 i 12. На проміжному валі встановлено тензометричний пристрій 14 для вимірювання енерговитрат процесу перевантаження. При вимірюванні крутного моменту використовувався тензометричний підсилювач 8АНЧ–7М і осцилограф Н–700.

Отримано графічні залежності (рис.6) зміни крутного моменту Т від зміни радіусу кривини магістралі Rk у горизонтальному положенні для робочого органу з
D = мм при n = об/хв. Встановлено, що крутний момент Т збільшується із зменшенням радіусу кривини магістралі і ця залежність має гіперболічний характер.

На рис.7 наведено графічні залежності зміни крутного моменту Т від зміни висоти перевантаження h для робочого органу з D = 100 мм при n =450 об/хв.

Залежності зміни крутного моменту Т від зміни частоти обертання n робочого органу ПМ носять лінійний характер – із зростанням частоти обертання крутний момент зменшується.

При конструюванні секційних гвинтових робочих органів таких типів доцільно вибирати частоту їх обертання більшою 400 об/хв, оскільки це приводить до зменшення невиробничих затрат.

Для встановлення раціональних параметрів процесу перевантаження проведено багатофакторний експеримент для визначення взаємного впливу частоти обертання робочого органу, радіусу кривини магістралі та висоти перевантаження на крутний момент Т. Дослідження виконували за планом ПФЕ 23 і опрацюванням їх результатів отримано математичну модель у вигляді рівняння регресії:

(11)

де n – частота обертання робочого органу, об/хв; – висота піднімання матеріалу, м; – радіус кривини магістралі, м.

На рис.8 наведено поверхні відгуку багатофакторного експерименту, що дозволило встановити вплив параметрів перевантаження на величину крутного моменту Т.

Для порівняння показників продуктивності запропонованого ПМ з секційним робочим органом та існуючих було виконано серію дослідів, якими встановлено, що продуктивність практично не залежить від радіусу кривини та висоти підйому магістралі. При цьому об’ємні витрати для різних матеріалів є приблизно однаковими і визначаються умовами в зоні завантаження. Встановлено, що продуктивність перевантаження зростає пропорційно збільшенню кількості обертів робочого органу та кубу діаметра прохідного перерізу гнучкого кожуха.

Важливим при конструюванні робочих органів ПМ є вивчення деформаційно-силових характеристик шарнірно з’єднаних секцій. Зношування робочих поверхонь призводить до зміни зазорів і переходу до процесів руйнування, тому в цих випадках необхідно прогнозувати його граничне значення.

Рівняння номінальних розмірів шарнірного механізму (рис.9) з визначення максимального і мінімального зазорів (знос антифрикційної втулки за внутрішнім діаметром) має вигляд:

(12)

де Dв – зовнішній діаметр антифрикційної втулки, hв і hв – відповідно максимальна і мінімальна товщина стінок втулки; dп ном – номінальний діаметр циліндричного пальця.

Враховуючи те, що під час експлуатації робочого органу визначити величину зносу антифрикційної втулки за внутрішнім діаметром практично неможливо, то запропоновано його визначення на експериментальному стенді шляхом вимірювання кута закручування секцій робочого органу.

Максимальний кут закручування для робочого органу довжиною L становить:

, (13)

де n – кількість секцій, lп – довжина циліндрич-ного пальця.

Результатами ресурсних випробувань (рис.10) встановлено, що кут закручування для різних робочих органів загальною довжиною 6 м не перевищував 250, що є меншим за гранично допустиме значення  350 за умови експлуатаційної надійності.

Для дослідження впливу конструктивних та силових параметрів робочих органів на напруги кручення було використано розривну машину КМ 50-1.

Залежність крутного моменту Т від деформації однієї секції (кут закручування ) наведено на рис.11. Встановлено, що максимальний крутний момент Тmax, який призводить до зламу секції робочого органу значно більший ніж крутний момент необхідний для перевантаження вантажів розробленим робочим органом при максимальній висоті перевантаження h та мінімальному радіусі кривини магістралі .

Для профілювання гвинтових заготовок секційних робочих органів спроектовано та виготовлено експериментальну установку. При профілюванні плоску заготовку змінної ширини встановлюють на матрицю, яку виконано у вигляді оправи з гвинтовою поверхнею. Для уникнення провертання заготовок в процесі профілювання у спіральну поверхню на оправі закріплено радіальний виступ. Пуансон виготовлено у вигляді гвинтової поверхні, яка становить
0,9 – ,95% кроку спіралі. Профілювання здійснювалось на гідропресі, який забезпечує поступове деформування заготовок i утримування під навантаженням, що підвищує їх точність. Згідно методики експериментальних досліджень проведено профілювання заготовок з різного матеріалу, різної товщини та одночасного профілювання від однієї до п’яти заготовок.

Результатами експериментів встановлено співпадання даних теоретичних та експериментальних досліджень профілювання гвинтових заготовок робочих органів ПМ, яке лежить в межах 9 – %.

У четвертому роздiлi проведено оптимізацію конструктивно-силових параметрів секційної гвинтової заготовки. За критерій якості в оптимізації вибрано комплексну величину, як цільову функцію:

, (14)

де 1, 2, 3 – коефіцієнти вагомості кожної з складових за вартістю матеріалу, енергозатратами та машино- і людино-годинами праці або при врахуванні особливостей технологічних процесів – за методом експертних оцінок; m – зведена матеріаломісткість заготовки деталі на одну секцію; w – енергозатрати на виготовлення однієї деталі; T0 – основний час виготовлення деталі; Lдет – довжина деталі.

Алгоритм визначення оптимальних параметрів передбачає почерговий перебір розрахункових залежностей і перевірку обмежень з наступним переходом до розрахункових залежностей, для яких обмеження, що не задовольняються, вважались лімітуючими.

Розроблено інженерну методику проектування гвинтових робочих органів гнучких гвинтових ПМ. Вона базується як на відомих розрахункових залежностях і довідкових даних, так і на результатах експериментальних та теоретичних досліджень, наведених у попередніх розділах.

Зокрема, основні параметри робочого органу визначаються за залежностями, адаптованими для використання в умовах автоматизованого проектування. Коефіцієнт швидкохідності, який забезпечує мінімальні витрати на експлуатацію, визначається за формулою:

, (15)

де - кут нахилу гвинтової магістралі перевантаження; - кут нахилу гвинтової поверхнi по лiнiї перемiщення центрів мас; 1 та 2 - відповідно коефіцієнти тертя між матеріалом та поверхнями робочого органу і кожуха.

Для визначення оптимального кута нахилу гвинтової магістралі перевантаження, який забезпечує оптимальнi кiнематичнi параметри процесу перевантаження був розроблений аналiтичний пiдхiд. Кут визначається за залежністю:

, (16)

де kз - коефiцiєнт впливу зовнiшнiх умов; - коефiцiєнт заповнення.

Проведено силовий розрахунок перевантажувального механізму, вибір приводу і уточнення продуктивності. При визначенні критичної частоти, яка приводить до резонансу в приводі механізму , де с - крутильна жорсткість пружної ланки, яка з’єднує робочий орган з приводом; J1 i J2 - зведені моменти інерції приводу і робочого органу, момент інерції робочого органу J2 визначено за залежністю:

, (17)

де kp – поправочний коефіцієнт; Н – товщина гвинтової стрічки; – кут закручування пружної ланки; Р – крок секції робочого органу; R i r - відповідно зовнішній та внутрішній радіус робочого органу; п – приведений радіус інерції.

На основі експериментальних даних виведено залежність для визначення продуктивності гвинтового ПМ із секційним робочим органом

(18)

де D – зовнішній діаметр секції робочого органу, м; ks – коефіцієнт кроку; kc – коефіцієнт зменшення швидкості транспортування і продуктивності внаслідок перегину магістралі (кута нахилу); kz – коефіцієнт, що враховує профіль гвинтової секції (різниця медіального та торцевого діаметрів); n – частота обертання робочого органу, об/хв; – коефіцієнт заповнення; – густина матеріалу, т/м3.

Потужність на перевантаження рівна:

, (19)

де ki  – коефіцієнт подолання інерції у період пуску; kп – коефіцієнт опору від перемiшування матеріалу; kн – коефіцієнт, що враховує вплив кута нахилу магістралі; kоп – коефіцієнт опору переміщенню; L i h - відповідно довжина та висота підйому магістралі.

Річний економічний ефект від впровадження запропонованого секційного робочого органу становить 1472 грн.

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Основний зміст дисертаційної роботи викладено у таких публікаціях:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

АНОТАЦІЯ

Лещук Р.Я. Обгрунтування конструктивно-силових параметрів секційних робочих органів гвинтових перевантажувальних механізмів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.02. – машинознавство. – Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2004.

У дисертаційній роботі викладено теоретичні та експериментальні дослідження гнучких секційних робочих органів гвинтових перевантажувальних механізмів для переміщення сипких матеріалів за криволінійними трасами. Розроблено принципово нові конструкції секційних гвинтових робочих органів за умови забезпечення надійності, навантажувальної здатності та мінімального радіусу кривини транспортування. Розв’язано задачі щодо розрахунку конструктивних, кінематичних та експлуатаційних параметрів запропонованого робочого органу. Розроблено методи виготовлення та профілювання секцій робочого органу, а також інженерну методику проектування та оптимізаційні моделі секційних гвинтових робочих органів перевантажувальних механізмів.

Ключові слова: гвинтовий перевантажувальний механізм, секційний робочий орган, ресурс роботи.

ABSTRACT

Leshchuk R. Y. Substantiating of the structural-power parameters of the screw reloading mechanism working parts. – Manuscript.

The thesis submitted for the scientific degree of the candidate of engineering sciences in speciality 05.02.02 – Manufacturing Engineering. National University “Lvivska Politechnika”, Lviv, 2004.

Theoretical and experimental investigations of flexible sectional working parts of screw reloading mechanisms for bulk materials reloading on the curved route are presented in the thesis. Original design of sectional screw working parts to provide reliability, loading ability and minimum radius of curvature of transportation is developed. The problems of calculation of structural, kinematic and operating parameters of the given working part are solved. Production and profiling technique of working part sections is suggested. Engineering technique of design and optimization sectional screw working parts models of the feeding mechanisms are developed.

Key words: screw reloading mechanism, sectional working part, resource working.

АННОТАЦИЯ

Лещук Р.Я. Обоснования конструктивно-силовых параметров секционных рабочих органов винтовых перегрузочных механизмов. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.02. – машиноведение. – Национальный университет “Львивська политэхника”, Львов, 2004.

Диссертационная работа посвящена вопросам разработки и исследованию секционных винтовых рабочих органов перегрузочных механизмов, которые позволяют перемещать сыпучие материалы по криволинейным трассам. С этой целью разработан секционный винтовой рабочий орган, который состоит из шарнирно-соединенных секций. Такой вариант конструкции разрешает устранить знакопеременные циклические нагрузки, которые возникают при его вращении на криволинейных трассах, что значительно повышает надежность и долговечность работы. Выполнен кинетостатический анализ предложенного рабочего органа, что дало возможность установить рациональные конструктивные параметры при условии минимального радиуса кривизны магистрали.

Составлена динамическая модель функционирования разработанного рабочего органа. С её помощью установлены максимальный крутящий момент, который может передавать рабочий орган, и момент срабатывания предохранительной муфты.

Построена математическая модель секционных рабочих органов с геометрической нелинейностью. Предложенная методика базируется на решении дифференциальных уравнений кривизны функции огибающей, с учетом угла наклона касательной к огибающей кривой как функции от угловой скорости вращающейся плоскости. Результаты теоретических исследований дают возможность определять предельные значения параметров областей изменений соответствующих радиусов-векторов для различных значений функции кривизны.

Исследован процесс профилирования плоской кольцевой заготовки сменной ширины. Выведены аналитические зависимости для определения основных силовых характеристик процесса профилирования. Установлено, что в процессе профилирования плоской заготовки в винтовую спираль сначала проходит упругое кручение и сгиб, а в дальнейшем – пластическое кручение.

Изложены программа, методика и результаты экспериментальных исследований, целью которых была проверка достоверности и определение степени точности полученных теоретических зависимостей для установления оптимальных конструктивно-силовых параметров секционных винтовых рабочих органов перегрузочных механизмов.

Изготовлен экспериментальный образец винтового перегрузочного механизма для исследования силовых и эксплуатационных характеристик секционных рабочих органов. Исследованы зависимости крутящего момента и производительности от частоты вращения, высоты перегрузки и радиуса кривизны при перегрузке песка, ячменя и технической соли. Выполнен полнофакторний эксперимент, который дал возможность установить взаимовлияние этих параметров на величину крутящего момента.

Проведены экспериментальные исследования по установлению максимального угла закручивания рабочего органа, которые позволили получить его силовые характеристики.

Приведена инженерная методика проектирования предложенных секционных винтовых рабочих органов и проведена оптимизация параметров. Методика базируется на анализе возможных решений поставленной задачи нелинейного программирования с использованием условия Куна-Таккера и разрешает получить оптимальные конструктивные параметры.

Годовой экономический эффект от использования винтового перегрузочного механизма с новым секционным рабочим органом составляет 1472 грн.

Ключевые слова: винтовой перегрузочный механизм, секционный рабочий орган, ресурс работы.