А.Д Мехтиев

Карагандинский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ ТОРМОЗНОЙ БАЛКИ

ШАХТНОЙ ПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ

Повышение надежности работы конструкции тормозных устройств определяют необходимость получения методики на основе использования рациональных конструктивных решений и научно-обоснованных методов расчета для оптимального многовариантного расчета. Данная методика может использоваться как для получения конструкции тормозных устройств нового технического уровня, так и для расчета имеющихся с целью усовершенствования их конструкции. Учитывая обстоятельство, что создание совершенных по конструкции и надежных в эксплуатации металлических конструкций шахтой подъемной установки является одной из важнейших задач в области горного машиностроения. Разрушение металлоконструкций, регистрируемых в процессе их эксплуатации, тесно связано с разрушением сварных соединений. Вместе с тем использование усовершенствованных конструкции при производстве и ремонте конструкций имеет ряд особенностей, без учета которых не могут быть получены надежные и экономичные конструкции. Метод конечных элементов позволяет значительно уменьшить затраты при разработке новых изделий, так как позволяет существенно сократить объемы или даже полностью отказаться от дорогостоящих стендовых испытаний. Для автоматизированного анализа конструкций тормозных устройств, выбрана прикладная программа ANSYS. Особенностью ANSYS является чрезвычайно широкий спектр задач, которые он в состоянии решать. В качестве одного из наиболее эффективных и перспективных численных методов расчета прочности сложных конструкций считается метод конечных элементов (МКЭ). Необходимо исследования тормозной балки ШПУ в рамках реального диапазона нагрузок, делает предположение о характере деформирования ее элементов. Созданная модель тормозной балки шахтной подъемной машины 2Ц-4х2,3 показана на рисунке 1, позволяет исследовать воздействие нагрузок в процессе эксплуатации в элементах тормозного устройства, в следствии превышение нагрузки или резких остановок подъемного сосуда в шахтном стволе в аварийных ситуациях. При значительном сроке эксплуатации подъемной установки и перегрузках, в отдельных элементах конструкции тормозных устройств, возникают повреждения связанные с временной усталостью метала, что приводит к появлению трещин. На основе проведенных исследований разрабатывается методика по совершенствованию конструкции тормозных устройств стационарных подъемных установок. При построение модели учитывались следующие особенности: выбран тип конечного элемента SOLID95 и размер ESIZE,0.04; задан предел текучести для стали СТ5 TBDATA,,1.96e8,0; задан модуль упругости MPDATA, 0.2100000E+12; задана плотность материала MPDATA,DENS, 0.7800000E+04, задан коэффициент Пуасона MPDATA,PRXY 0.3000000E+00.

Дисковые накладки закрепляются непосредственно на месте трещины при помощи сварки, симметрично относительно друг друга, что позволит усилить конструкцию и препятствует образованию и росту трещин, которые вызывают ее разрушения. Исследуемая модель имеет две дисковые накладки с размерами 200х20 мм. Исследовались накладки различной формы – диск, шестигранник, тор, квадрат. Хочется отметить тот факт, что оптимальная форма является диск с размерами от 150 до 250 мм, так как другие рассмотренные формы дали более значительные значения напряжений в зоне образовавшейся трещины. Значения напряжений в зоне контакта стакана и пальцев тормозной тяги в области проушины крепления и области ожидаемых повреждений расположенной в месте соединения боговых и верхней гранях, зависит от расположения накладки. Оптимальный вариант приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Модель для исследования

Применение накладок с диаметром 100мм и меньше не рекомендован из-за значительных напряжений и деформации, при этом максимальные напряжения перемещаются из втулки в зону ожидаемых деформации. Каждый диаметр накладки имеет рекомендованные координаты размещения, для получение наилучших результатов при исследование данной модели. Исследовалась различная толщина накладки диаметр 250мм оптимальный вариант при толщине грани 20мм. Исследования выявили еще одну особенность установки накладок. Максимальные напряжения образуются в области проушин тормозной балки, где расположены отверстия для крепления втулок в которые вставлены пальцы тяг тормозного механизма. Основная неисправность тормозной системы проявляется в износе пальцев и втулок, следовательно уменьшении напряжений приведет к уменьшению нагрузки на области их контактов при торможение и уменьшению их износа. Основные повреждения корпуса тормозной балки, проявляются в виде трещин в зоне ожидаемой деформации, следовательно снижение напряжении при нагрузках при работе тормозного устройства, в данной области позволит восстановить конструкцию после ремонта или применять накладки для профилактики. Следовательно увеличение толщины грани значительно уменьшает напряжения в зоне ожидаемой деформации и снижает возможность образования трещин, установлен фактор, что в при одной толщине грани усиление отверстий втулок дисками 40мм в место применяемых 20мм значительно уменьшает напряжение в зоне ожидаемой деформации. Исследование модели тормозной балки шахтной подъемной машины 2Ц-4х2,3 позволяют определить напряжения в области ожидаемой деформации (зона1). В области ожидаемой деформации находятся сварные швы соединяющие грани конструкции. Как показали практические исследования разрушения сварных швов, а затем развитие трещин отмечены в месте проушины крепления втулок тормозных тяг. На основе полученных результатов исследования составленная математическая модель позволяет определить значение максимальных напряжений σ_мах в зависимости от приложенной нагрузки Q_раб и толщены стенки конструкции δ_ст. Q_раб задавалось от 10·10³ до 300·10⁶ Па.

Вид уравнения по фактору σ_мах =F(Q_раб)

σ_мах = α +μ· Q_раб

где α - выведенный коэффициент α =-106705

μ - выведенный коэффициент μ =3.76546

Вид уравнения по фактору σ_мах =F(δ_ст)

σ_мах = α +μ · δ_ст

где α - выведенный коэффициент α =62671500

μ - выведенный коэффициент μ =-2040230000

Вид обобщенного уравнения

σ_мах =( α +μ· Q_раб) + (α +μ· δ_ст)

Использование накладки позволяет существенно снизить возникающих напряжения в области ожидаемой деформации при приложении нагрузок.