Обоснование и выбор конструктивных параметров заделки гидростойки механизированной крепи

Актуальность работы. В состав современных механизированных комплексов для добычи угля входит значительное количество гидростоек (стоек). К стойкам как опорным элементам, создающим сопротивление опусканию кровли, предъявляются жесткие технические требования как по качеству их изготовления, так и по надежности эксплуатации.

Стойка находится в сложном деформированном состоянии, подвергаясь внецентровому сжатию, поперечному и продольному изгибу.

Внутренняя поверхность гидроцилиндра и грундбуксы, а также наружные поверхности штока и поршня являются рабочими и их состояние оказывает решающее влияние на ресурс и работоспособность стойки. Из анализа повреждений деталей стоек следует, что деформации составляют около 36% от общего объема повреждений, около 20% приходится на износ, а около 28% повреждений составляют задиры и риски.

Основные причины повреждений — конструкционные и технологические. В первом случае конструктивные параметры не обеспечивают требуемой прочности и элементы стоек деформируются и разрушаются под действием внешних нагрузок, а во втором — техпроцессы изготовления деталей не обеспечивают требуемой износостойкости рабочих поверхностей.

Из-за наличия зазоров в соединениях и эксцентрично приложенной внешней нагрузки возникает перекос штока относительно цилиндра. Характер перекоса зависит от конструктивных параметров заделки гидростойки и зазоров в соединениях, а также от деформаций поверхностей под действием нагрузок. В результате в местах контакта поршня с цилиндром и штока с грундбуксой возникают значительные контактные напряжения. В настоящее время отсутствуют эффективные методы оценки влияния конструктивных параметров заделки гидростойки на ее напряженное состояние, в том числе в местах контакта рабочих поверхностей. Поэтому обоснование: и выбор конструктивных параметров заделки гидростойки механизированной крепи являются актуальной научной задачей.

Целью" работы* является установление зависимостей конструктивных параметров заделки* гидростойкиот контактного взаимодействия рабочих поверхностей для их обоснования и выбора, что позволит повысить ресурс.

Идеяработы: Конструктивные параметры заделки гидростойки выбираютсяи обосновываются по напряжениям, возникающим от контакта поршня с цилиндром и штока с.грундбуксой.

Научные положенияразработанные лично соискателеми новизна: зависимости напряженного:¦• состояния гидростойки механизированной крепиот величиныбазы, заделки отличаются. тем,. что они учитывают контакт поршня с цилиндром-и штока с грундбуксойзависимости контактных напряжений от величины зазоровв соединениях рабочих поверхностей: заделки гидростойки механизированной: крепиучитывающие перекос штока относительно* цилиндра-: взаимосвязь параметров соединений и, сборки, особенность которой' состоит в том, что она обеспечивает зазоры^соединениях гидростойки механизированной крепи по 8-му квалитету при точности изготовления сопрягаемых поверхностей по 10−11.

Обоснованность и достоверность" результатов исследований подтверждаются представительным: объемом? данных по серийно выпускаемым гидростойкам механизированных, крепейРасхождение5 расчетных параметров заделки со значениями, принятымив практике: конструирования гидростоек, не превышает 10%:.

Научноезначение: работы заключается? в установлении зависимостей контактных напряжений, возникающих из-за перекоса штокаотносительно * цилиндра, от конструктивных параметров заделки гидростойки, что является уточнениемтеории. расчета гидростоек на прочность.

Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по обоснованию и выбору конструктивных параметров заделки гидростойки с учетом контактного взаимодействия рабочих поверхностей и зазоров в соединениях и методических указаний по назначению посадок в соединениях гидростоек, чтобы на стадии конструирования обеспечить наименьшие контактные напряжения.

Реализация результатов работы.

Рекомендации по обоснованию и выбору конструктивных параметров заделки гидростойки с учетом контактного взаимодействия рабочих поверхностей и зазоров в соединениях приняты для использования в ОАО «Объединенные машиностроительные технологии» при проектировании гидростоек механизированных крепей.

Методические указания по назначению посадок в соединениях гидростоек при конструировании используются в учебном процессе в МГГУ при подготовке студентов по специальностям 151 001 «Технология машиностроения» и 150 402 «Горные машины и оборудование».

Апробация работы. Основные положения и содержание работы были.

— t доложены на международных научно-технических конференциях «Неделя горняка — 2008» в МГГУ, «Производство. Технология. Экология. — 2008» в МГТУ «СТАНКИН», «Трибология — машиностроению — 2008» в Институте машиноведения РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть статей.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, содержит 40 рисунков, 12 таблиц, список использованной литературы из 75 наименований.

Выводы.

1. При отсутствии технологий, обеспечивающих точность рабочих поверхностей стойки по 8 квалитету, необходимо проводить селективную сборку соединений* с использованием метода минимизирующего объем незавершенного производства.

2. Селективная сборка соединений стойки многовариантна. При выборе варианта сборки предпочтение следует отдавать такому, который обеспечивает большее количество групп валов, комплектующих определенную размерную группу отверстий.

3. Простого аналитического решения задачи определения объема незавершенного производства при селективной сборке не существует. Эта задача должна решаться методом математического моделирования на ЭВМ с учетом производственной программы и законов распределения действительных размеров отверстий и валов.

4. Определены параметры сборки, обеспечивающие точность соединений по 8 квалитету при точности сопрягаемых поверхностей по 10−11 или по 9−10 и объем незавершенного производства близкий к нулю. Определен порядок формирования сборочных комплектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате проведенных исследований в диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи, состоящей в обосновании и выборе конструктивных параметров заделки гидростойки механизированной крепи, что позволит повысить ресурс.

Выполненные исследования позволили получить следующие результаты и сделать выводы:

1. Объем пластически деформированных деталей стоек, поступающих в ремонт, составляет около 40% от общего количества поврежденных, что в значительной мере объясняется несовершенством методических рекомендаций по расчету прочности, не учитывающего контактное взаимодействие рабочих поверхностей.

2. Установлена взаимосвязь напряженного состояния и конструктивных параметров заделки гидростойки механизированной крепи, учитывающая контактное взаимодействие поршня с цилиндром и штока с грундбуксой. Погрешность вычислений параметров напряженного состояния не превышает 1%.

3. Значимыми конструктивными параметрами заделки стойки, влияющими на условия контакта и величину контактных напряжений, являются база заделки и величина зазоров в соединениях рабочих поверхностей. Установлено, что база заделки, должна быть больше внутреннего диаметра цилиндра не менее чем на 30%.

4. Выявлена взаимосвязь зазоров в соединениях рабочих поверхностей с величиной контактных напряжений. Зазоры в соединениях должны определяться посадками не ниже 8-го квалитета точности, что обеспечит повышение ресурса соединений на 60%.

5. Зависимости контактных напряжений от рабочего сопротивления гидростойки и эксцентриситета приложения нагрузки имеют линейный характер. Установлено, что максимальное рабочее сопротивление гидростойки не должно превышать расчетное более чем на 30%, а величина эксцентриситета приложения нагрузки должна составлять не более 10% от диаметра штока.

6. Установлены зависимости контактных напряжений от конструктивных параметров заделки гидростойки, позволяющие проводить их обоснование и выбор с учетом перекоса штока относительно цилиндра из-за наличия зазоров в соединениях рабочих поверхностей. Разработано информационное обеспечение и адаптирован программный комплекс для моделирования на ЭВМ.

7. Определены взаимосвязанные параметры соединений и сборки, позволяющие обеспечить зазоры по 8-му квалитету при точности изготовления сопрягаемых поверхностей по 10−11.

8. Рекомендации по обоснованию и выбору конструктивных параметров заделки гидростойки с учетом контактного взаимодействия рабочих поверхностей и зазоров в соединениях приняты для использования в ОАО «Объединенные машиностроительные технологии» при проектировании гидростоек механизированных крепей.