Создание кабелесборочного механизма электропогрузчиков

Актуальность темы

.

Современное производство насыщено разнообразными типами подъёмно-транспортных машин, которые обеспечивают непрерывность и ритмичность производства. Подъёмно-транспортные машины во многих случаях являются составной частью производственного комплекса механизированных и автоматизированных технологических линий. Поэтому от надёжности их работы существенно зависит эффективность производства в целом.

Известно, что затраты на погрузочно-разгрузочные и транспортные работы составляют от 25 до 50% общих издержек производства. Для их выполнения широко применяются машины напольного безрельсового транспорта (МНБТ) — погрузчики, используемые при грузопереработке тарно-штучных грузов.

Иностранные фирмы и предприятия России в настоящее время выпускают различные модели МНБТ по грузоподъемности, высоте подъема, типам двигателей и видам трансмиссий. В качестве двигателей используют карбюраторные, дизельные, дизель-электрические и работающие на сжиженном газе. Отдельный класс машин составляют электропогрузчики, у которых в качестве источника питания применяют аккумуляторные батареи.

Исследования, проведенные И. И. Мачульским показывают, что три четверти парка электропогрузчиков эксплуатируется в крытых помещениях на площадях с шириной до 100 м и длиной до 150 м при температурах воздуха от минус 40 до плюс 40 °C. Срок службы электропогрузчиков составляет 10−15 лет, что соответствует ресурсу 40 тыс. часов. Погрузчики в сравнении с другими видами подъемно-транспортных машин более универсальны и мобильны, компактны и маневренны, менее металлоемки. Материальные затраты сравнительно быстро окупаются.

Однако, продолжительность работы электропогрузчика без подзарядки при интенсивной эксплуатации составляет максимум 5−6 часов. Для подзарядки аккумуляторов необходимы специальные помещения с зарядной станцией и квалифицированный персонал. Длительная эксплуатация батарей в условиях Сибири и Дальнего Востока при температуре минус 25 °C становится невозможной.

Увеличение эффективности применения электропогрузчиков и устранение существующих недостатков возможно путем перевода их на кабельное питание от стационарной сети. Для решения этой задачи необходим комплект оборудования, состоящий из питающего кабеля, преобразователя энергии и основного узла — кабелесборочного механизма, обеспечивающего необходимые размеры зоны обслуживания и приемлемую долговечность кабеля.

Анализ различных схем электропогрузчиков при переводе их на кабельное питание показал, что в настоящее время не созданы эффективные варианты исполнений машин. Поэтому, создание комплекта оборудования с кабелесбо-рочным механизмом для подвода питания от стационарной сети переменного тока напряжением 380 В является актуальной научной и технической проблемой.

Цель работы — создание кабелесборочного механизма электропогрузчиков для подвода питания от промышленной сети переменного тока напряжением 380 В с увеличенной площадью обслуживания и гарантированным ресурсом.

Идея работы заключается в автоматическом ограничении максимального усилия натяжения питающего кабеля, синхронизации скоростей наматывания (сматывания) и движения погрузчика за счет установки в кабелесборочный механизм фрикционной муфты.

Задачи исследования:

— обоснование перевода электропогрузчиков на питание от стационарной сети переменного тока;

— разработка кинематической схемы, выбор и определение параметров кабелесборочного механизма, автоматически обеспечивающего ограничение максимального усилия натяжения кабеля;

— создание испытательного стенда и экспериментальное определение основных эксплуатационных параметров привода и его ресурса;

— разработка, создание и проведение опытно-промышленных испытаний кабелесборочного механизма.

Методы исследований — анализ и обобщение существующего опыта, методы теории трения и изнашивания, теории зубчатых зацеплений с перекрещивающимися осями, экспериментальные исследования на специально созданном стенде и в реальных условиях опытно-промышленной эксплуатации.

Основные научные положения, защищаемые автором:

— увеличение эффективности эксплуатации и площади обслуживания электропогрузчиком достигается переводом его на питание от стационарной промышленной сети с установкой кабелесборочного механизма и преобразователя энергии на машине;

— для автоматического ограничения максимального усилия натяжения питающего кабеля и синхронизации скоростей наматывания (сматывания) и движения погрузчика требуется включение между приводом и кабельным барабаном муфты предельного момента;

— зависимость величины износа накладок фрикционной муфты от времени работы имеет линейный характер, а интенсивность их изнашивания практически постоянна;

— необходимые эксплуатационные показатели привода кабелесборочного механизма (шах КПД, ресурс, температурный режим), достигаются применением четвертой и пятой групп трансмиссионных лигированных масел 12 и 18 классов вязкости.

Достоверность научных результатов подтверждается применением современных методов и средств исследований, стендовыми и натурными испытаниями кабелесборочного механизма в реальных условиях эксплуатации на предприятиях Западно-Сибирского региона.

Новизна научных положений:

— разработана оригинальная кинематическая схема кабелесборочного механизма с включением между приводом и кабельным барабаном муфты предельного момента, автоматически обеспечивающая ограничение максимального усилия натяжения питающего кабеля;

— определена зависимость величины износа и интенсивность изнашивания от времени работы фрикционных накладок предохранительной муфты, разработана методика определения ее ресурса;

— создан кабелесборочный механизм, устанавливаемый вместе с преобразователем энергии на погрузчике, обеспечивающий увеличенную площадь обслуживания и гарантированный ресурс питающего кабеля (патент РФ № 33 350);

— впервые определены основные эксплуатационные показатели нового привода кабелесборочного механизма.

Личный вклад автора — заключается в разработке кинематической схемы и определении параметров кабелесборочного механизма, создании экспериментального стенда, разработке методики экспериментальных исследований, проведении опытно-промышленных испытаний, обобщении их результатов, участии во внедрении модернизированных электропогрузчиков.

Практическая ценность — обоснована и экспериментально доказана эффективность предложенного варианта модернизации электропогрузчиков грузоподъёмностью от 1 до 3 т с кабельным питанием от промышленной сети переменного тока, снабженного оригинальным кабелесборочным механизмом, выполненным в виде отдельного узла, который можно устанавливать на различных грузоподъемных машинах.

Реализация работы в промышленности — разработана техническая документация на комплект оборудования с кабелесборочным механизмом, необходимого для перевода на питание от стационарной сети переменного тока напряжением 380 В, модернизированы и внедрены в промышленность более 100 электропогрузчиков.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры «Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ» Сибирского государственного университета путей сообщения (СГУПС) — на научных конференциях СГУПСа, Архитектурно-строительного университета (г. Новосибирск, 2002 г.) — на региональной научно-технической конференции «Вузы Сибири и Дальнего Востока Транссибу» (г. Новосибирск, 2002 г.) — на II международной конференции «Динамика и прочность горных машин» (СО РАН г. Новосибирск, 2003 г.) — на международном конгрессе «Механика и трибология транспортных систем» (г. Ростов-на-Дону, 2003 г.) — на международной конференции к 60-летию Института горного дела СО РАН (г. Новосибирск, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ (в том числе патент на полезную модель).

Структура и объем диссертации

Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение, список литературы — 88 источников. Объём диссертации без приложений 142 страницы, включая 40 рисунков, 19 таблиц.

Выводы.

1. Создан автоматизированный стенд собственной конструкции для оценки работоспособности основных узлов кабелесборочного механизма (спиро-идного редуктора и фрикционной предохранительной муфты).

2. Определена зависимость величины износа и интенсивность изнашивания от времени работы фрикционных накладок предохранительной муфты, разработана методика определения ее ресурса.

3. Исследованы эксплуатационные показатели спироидного редуктора (нагрузочная способность, КПД, температурный режим) в зависимости от трех марок трансмиссионных масел четвертой и пятой групп эксплуатации: ТМ-4−12, ТМ-4−18, ТМ-5−18.

4. Дана оценка износостойкости узлов трения кабелесборочного механизма, рассчитан прогнозируемый ресурс спироидного зацепления редуктора и фрикционной муфты.

5. Опытно-промышленные испытания показали эффективность принятого варианта исполнения электропогрузчиков с предложенными кабелесбо-рочными механизмами и их работоспособность.

6. За время эксплуатации погрузчиков отказов в работе механизмов не наблюдалось.

7. Срок службы питающего кабеля в среднем составляет один год.

8. Электропогрузчик работоспособен при температуры воздуха от минус 40 до плюс 40 °C.

9. Ресурс узлов кабелесборочного механизма близок к расчетному и составил: для спироидной передачи 41 тыс. ч, фрикционной муфты 3,8 тыс.ч.

Ю.Экономия электроэнергии составляет 12 000 кВт/ч в год на один погрузчик типа ЭП-103К.

11.С применением кабельного питания повысился коэффициент готовности погрузчика, производительность увеличилась в среднем на 15.20%.

Заключение

.

При выполнении диссертационной работы получены следующие основные научные и практические результаты.

1. Разработана конструкция кабелесборочного механизма (в виде кабельного барабана, соединенного с приводом муфтой предельного момента), обеспечивающего питание электропогрузчика от стационарной сети переменного тока напряжением 380 В, увеличивающего размеры площади обслуживания и эксплуатационные характеристики путем установки его с преобразователем энергии на саму машину.

2. Показано, что для увеличения ресурса питающего кабеля за счет автоматического ограничения максимального усилия его натяжения и синхронизации скоростей намотки (сматывания) со скоростью передвижения электропогрузчика, целесообразно кабелесборочный механизм выполнить в виде кабельного барабана, соединенного в приводом при помощи фрикционной муфты предельного момента.

3. Определены основные параметры проектируемого кабелесборочного механизма. Предложена кинематическая схема механизма, обеспечивающая ограничение максимального усилия натяжения питающего кабеля в переходных режимах (трогание с места, развороты, маневрирование, торможение), а также синхронизацию скоростей движения погрузчика и намотки (сматывания) кабеля (Патент РФ № 33 350).

4. В соответствии с предложенной схемой осуществлен выбор прогрессивного типа передачи с перекрещивающимися осями — спироидный, наиболее полно удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к ка-белесборочному механизму по ресурсу, надежности, компактности, материалоемкости и др. С использованием компьютерной системы проектирование 8РБ1АЬ, разработанной в Институте механики Иж-ГТУ (г.Ижевск), оптимизированы параметры передачи как с эксплуатационной так и технологической точек зрения.

5. Рассмотрены технологические особенности изготовления спироидной цилиндрической передачи с многозаходным червяком. Предложена методика расчета профиля дискового шлифовального круга, обеспечивающая высокое качество шлифуемого активного профиля витков спироидного червяка.

6. Создан испытательный стенд для оценки работоспособности основных узлов кабелесборочного механизма, который в автоматическом режиме позволяет измерять входной и выходной моменты с точностью 0,2%, температуру по восьми каналам с точностью 0,1 °С, архивировать, обрабатывать и отображать полученные результаты в режиме реального времени.

7. Показано, что процесс изнашивания накладок фрикционной муфты характеризуется линейной зависимостью величены износа от времени работы и происходит с постоянной интенсивностью изнашивания. Это позволило оценить ресурс муфты до предельного состояния, определяемого величиной допустимого износа и оценить прогнозируемый ресурс по предложенной методике, который составил 3,3 тыс. часов.

8. Впервые определены эксплуатационные показатели спироидного редуктора с нетипично малым передаточным отношением, равным 11. Получены значения максимально допустимых нагрузочных моментов, ограниченные по температуре Дг=75°С для двух основных групп масел ТМ-4−12- ТМ-4−18 и ТМ-5−18. Установлено, что максимальный КПД, равный 0,88 и оптимальный температурный режим обеспечивается при применении масла ТМ-4−18. На основе экспериментальных данных по интенсивности изнашивания зубьев колеса с маслом ТМ-5−18 рассчитан прогнозируемый ресурс спироидного зацепления, который составил 46 тыс. часов.

9. В ходе опытно-промышленной эксплуатации девяти электропогрузчиков с кабелесборочным механизмом доказано, что предложенный механизм работоспособен и эффективен на площадях с шириной до 100 м и длиной до 150 м. Срок службы питающего кабеля увеличился в два раза, а ресурс узлов механизма близок к расчетному в интервале температур от минус 40 до плюс 40 °C.

10. Производительность погрузчиков увеличилась в среднем на 15−20%, а экономия электроэнергии составила 12 тыс. кВт/час в год на один погрузчик ЭП-103К при работе в одну смену.

11. Экономический эффект от внедрения кабелесборочного механизма составил — 82 тыс. руб. в ценах 2004 года. Срок окупаемости от одного до полутора лет. Внедрено 102 кабелесборочных механизма.

12. Результаты диссертационной работы используются в ходе дипломного проектирования по дисциплине «Подъемно-транспортные машины» в Сибирском государственном университете путей сообщения.