Конструкция, принцип действия и конструктивные параметры пневмогидравлического упругодемпфирующего устройства

Отрицательное влияние динамических нагрузок на срок службы деталей и узлов карьерного комбайна требует изыскания эффективных средств по снижению амплитуд динамических нагрузок.

Увеличение производительности карьерных комбайнов может быть достигнуто при условии резкого уменьшения динамических нагрузок в его основных механизмах. При проектировании упругодемпфирующих устройств следует решить следующие технические задачи:

• -    определение мест установки устройства в приводах карьерного комбайна;

• -    установление (на основе динамической модели карьерного комбайна) рациональных параметров (жесткости и демпфирования) устройства.

Рассмотрим         конструкцию         пневмогидравлического упругодемпфирующего устройства МГИ (УДУ) с дросселем и обратным клапаном (см. рис. 1), техническая характеристика которого приведена в табл. 1.

Таблица 1.

№ п/п	Параметр УДУ	Значение параметра
1	Диаметр поршня (внутренний диаметр цилиндра) ( d П ), мм	280
2	Наружный диаметр штока ( d Ш ), мм	200
3	Внутренний диаметр штока ( d ПШ ), мм	190
4	Ход штока ( x max ), мм	240
5	Зарядное давление ( p 0 ), МПа	0,5
6	Максимальное давление, МПа: в поршневой полости (при сжатии) ( p Ш max ) в штоковой полости (при растяжении) ( p П max )	5 5
7	Максимальное усилие (осевая нагрузка), кН: при сжатии при растяжении	300 150

8

Объем рабочей жидкости, 10-3м3: в штоковой полости (и в полости штока) ( V РЖ ) в полости поршня ( V ПРЖ )

12 2

Конструкция УДУ – пневмогидравлического амортизатора (ПГА) с дросселем и обратным клапаном приведена на рис. 1.

Рис. 1. Пневмогидравлический амортизатор конструкции МГИ с дросселем и обратным клапаном.

Пневмогидравлический амортизатор состоит из: корпуса - 1 (см. рис. 1), полого штока - 2 с поршнем - 3, верхней - 4 и нижней - 5 проушин с подшипниками ШС-60. Полый шток -2с поршнем - 3 и корпус -1 образуют замкнутые полости: штоковую - 6 заполненную рабочей жидкостью, поршневую - 7 заполненную газом и полость - 8 внутри штока - 2. Посредством каналов, выполненных в проушине - 4, полость - 7 связана со штуцером - 9. Полость - 8 заполнена рабочей жидкостью до уровня соответствующего длине трубки - 11 связанной посредством канала в проушине - 5 со сливом - 12. Штоковая полость - 6 посредством каналов, выполненных в поршне - 3, трубки - 10 и дроссельного обратного канала гидравлически связана с полостью - 8, расположенной внутри штока - 2. Трубка - 13 связывает часть полости штока, заполненную азотом, со штуцером - 9.

Для определения зависимости между осевой нагрузкой и перемещением пневмогидравлического УДУ (см. рис. 1) были приняты следующие допущения:

газожидкостная смесь в процессе работы не изменяет своих основных гидродинамических свойств, в частности: плотности и динамической вязкости;

• •    утечки между полостями пневматической пружины и гидрав-лического демпфера отсутствуют;

• •    сухое трение поршня о стенки цилиндра не учитывается.

• • процесс «сжатия - расширения» газа в пневматических полостях УДУ - политропный.

Основным уравнением, определяющим рабочий процесс пневмогидравлического упругодемпфирующего устройства (см. рис. 1) является уравнение газового состояния [1, 2] в его пневматических полостях:

pVn = const. (1)

Если состояние газа в пневматических полостях УДУ под действием осевой нагрузки изменяется медленно (полный теплообмен), то такой процесс называется изотермическим. В этом случае показатель изотермы равен n = 1.

Когда сжатие и расширение протекает очень быстро, теплообмен газа с окружающей средой отсутствует. Такой тепловой режим работы пневмогидравлического УДУ считается адиабатическим. В этом случае показатель адиабаты равен n = 1,4.

На практике изменения состояния газа происходят в зависимости от скорости изменения осевой нагрузки в диапазоне между изотермическим и адиабатическим процессами. Такое изменение состояния газа называют политропным 1,0 <  n < 1,4.

В настоящем исследовании принят показатель равный n = 1,4 [3], характеризующий отсутствие теплообмена газа с окружающей средой (самый тяжелый режим теплообмена).

При экскавации породы уравнение статических сил на хвостовике редуктора привода роторного ковшового рабочего органа карьерного комбайна имеет вид:

G_х Q_р S_Ш p_Ш p_П , (2)

где: Q р – реакция от касательного усилия на роторе (осевая нагрузка, на пневмогидравлическое УДУ при сжатии), Н;

G x – осевая нагрузка, на пневмогидравлическое УДУ при растяжении от веса привода роторного ковшового рабочего органа, Н;

S Ш – сечение штоковой полости (противодавления), м²;

α µ – коэффициент мультипликации равный:

а,, =------------- v •                                  ГЗ)

1 d         2 ;                                       (3)

ШП dШ, dП – диаметр штока и поршня соответственно, м.

В     соответствии     с     технической     характеристикой пневмогидравлического УДУ (см. таблицу 1) коэффициент мультипликации составляет величину αµ = 2,042.

Геометрический объем поршневой полости – V 0 П в крайнем нижнем положении поршня (см. рисунок 2 - а ):

V 0 П  0,25 d П x max   L ПРЖ , м³                     (4)

где: x max – геометрический ход штока, м ( x max = 240 мм, см. таблицу 1);

LПРЖ – высота столба рабочей жидкости в поршневой полости, м, равная:

лу

ПРЖ

LПРЖ, м d2

LПРЖ = 0,032, м(6)

здесь: V ПРЖ –объем столба рабочей жидкости в поршневой полости, м³ ( V ПРЖ = 0,002 м³, см. таблицу 1).

Геометрический объем поршневой полости – V0П с учетом (4) и (6) в крайнем нижнем положении поршня (см. рисунок 2 - б) составит величину: VГПа = 0,01457, м3 (14,57 литров)(7)

Геометрический объем поршневой полости – VПб в крайнем верхнем положении поршня составит величину:

VПб = VПРЖ = 0,002, м3 (2 литра)(8)

Геометрический объем штоковой полости в крайнем нижнем положении поршня равен нулю.

Геометрический объем штоковой полости – V 0 Ш в крайнем верхнем положении поршня составит:

V0Ш 0,257Г dП dШ xmax LПРЖ , м3;(9)

V0Ш = 0,00713, м3; (7,13 литров)(10)

Геометрический объем – V ГПШ полости штока УДУ (см. таблицу 1) при атмосферном давлении определится как:

VГПШ  0,25 dПШLПШ , м ;(11)

V ГПШ = 0,01389 м³ (13,89 литров)

Рис. 2. – Расчетная схема геометрических объемов пневмогидравлического УДУ заполненного рабочей жидкостью с поршнем: a – в крайнем нижнем положении; б – в крайнем верхнем положении.

Свободный от рабочей жидкости геометрический объем полости штока – V С а УДУ в крайнем нижнем положении поршня (см. рисунок 2 - а ) представляет собой разность геометрического объема полости штока – V ГПШ и объема полости штока заполненной рабочей жидкостью – V РЖ а ( V РЖ а = 0,012, м³, см. таблицу 2)

V Са 0,25 d ПШ L ПШ V РЖа , м (13)

V С а = 0,00189, м³ (1,89 литра) (14)

Свободный от рабочей жидкости геометрический объем полости штока – VСб УДУ в крайнем верхнем положении поршня (см. рисунок 2 - б) представляет собой сумму геометрического объема полости штока свободного от рабочей жидкости – VСа и геометрического объема штоковой полости заполненной рабочей жидкостью – VГШб (VГШб = 0,00713, м3).

V Сб  0,25 d ПШ L ПШ   V РЖа + 0,25 71 d П   d Ш x max   L ПРЖ , м³     (15)

V С б = 0,00902, м³ (9,02 литра)                      (16)

Объем полости штока заполненный рабочей жидкостью – V РЖ б в крайнем верхнем положении поршня (см. рисунок 2 - б ) представляет собой разность объема полости штока заполненной рабочей жидкостью – V РЖ а (поршень в крайнем нижнем положении) и геометрического объема штоковой полости заполненной рабочей жидкостью – V ГШ б (поршень в крайнем верхнем положении)

V РЖб   V РЖа  0,25 71 d П   d Ш x max   L ПРЖ , м³           (17)

V РЖ б = 0,00487 м³ (4,87 литра)                     (18)

The construction, operation and design parameters of the pneumohydrolic device MSMU design with throttle and check valve for regulating the operational stiffness and damping.