Повышение ресурса крупномодульных зубчатых передач горных машин обеспечением рациональных условий их работы и диагностикой состояния - Автореферат

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА КРУПНОМОДУЛЬНЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ГОРНЫХ МАШИН ОБЕСПЕЧЕНИЕМ РАЦИОНАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ИХ РАБОТЫ И ДИАГНОСТИКОЙ СОСТОЯНИЯ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) редуктор трение сигнал смазка С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.Ремонт и замена крупномодульных зубчатых передач горных машин требует вывода из эксплуатации основного производственного оборудования и остановки технологической цепочки, что ведет к значительным потерям. В настоящее время используются методы повышения ресурса крупномодульных зубчатых передач, основанные на использовании износостойких материалов и совершенствовании систем смазки. Минимизировать износ зубьев зубчатых передач, придать им необходимые прочностные характеристики возможно оптимизацией геометрических параметров зацепления. При этом стандартные методы проектирования крупномодульных зубчатых передач предоставляют ограниченный выбор рациональных параметров зацеплений. Основная идея работы: сокращение износа зубчатой передачи или редуктора в целом следует обеспечивать за счет подачи смазки в узел трения при возрастании величины диагностического интегрального показателя D - энергии акустико-эмиссионного сигнала и оптимизации геометрических параметров зацепления с использованием трехмерных областей их существования.Диссертация представляет собой самостоятельную, законченную научно-квалификационную работу, в которой на основании проведенных автором теоретических и экспериментальных исследований выполнено обоснование повышения ресурса крупномодульных зубчатых передач горных машин оптимизацией геометрических параметров зацепления и обеспечением автоматической системой смазки рациональных условий работы передачи на основании оценки величины диагностического показателя, эквивалентного величине акустической эмиссии, совокупность которых представляет решение важной научно-практической задачи и имеет важное значение для горной промышленности. Показаны основные уравнения зацепления цилиндрических зубчатых передач внешнего и внутреннего зацепления с комбинированным смещением профилей зубьев. Установлено, что изменение радиального зазора в зацеплении от стандартного в совокупности с комбинированным смещением расширяет область существования зацепления и переводит ее из плоскости в объемную фигуру, совокупность точек которой определяет параметры работоспособного эвольвентного зацепления цилиндрических передач горных машин внешнего и внутреннего зацепления, при этом трехмерные области существования зацеплений, характерные для открытых зубчатых передач горных машин внешнего и внутреннего зацеплений, значительно различаются по их виду. Выявлены области с минимальными удельными скольжениями в зацеплении, обеспечивающие минимизацию износа эвольвентных профилей зубьев открытых передач горных машин. Экспериментально установлено, что при комбинированном смещении профилей зубьев - сочетании радиального и тангенциального смещений, в том числе с использованием режущего инструмента со стандартным исходным контуром, прочность на изгиб зубьев цилиндрических зубчатых передач и износостойкость их активных поверхностей можно повысить в полтора-два раза.

Диссертация представляет собой самостоятельную, законченную научно-квалификационную работу, в которой на основании проведенных автором теоретических и экспериментальных исследований выполнено обоснование повышения ресурса крупномодульных зубчатых передач горных машин оптимизацией геометрических параметров зацепления и обеспечением автоматической системой смазки рациональных условий работы передачи на основании оценки величины диагностического показателя, эквивалентного величине акустической эмиссии, совокупность которых представляет решение важной научно-практической задачи и имеет важное значение для горной промышленности.

Основные научные результаты и выводы заключаются в следующем: 1. Показаны основные уравнения зацепления цилиндрических зубчатых передач внешнего и внутреннего зацепления с комбинированным смещением профилей зубьев. Обоснованы и предложены расчетные формулы для геометрического расчета цилиндрических зубчатых передач с нестандартным радиальным зазором в зацеплении.

2. Установлено, что изменение радиального зазора в зацеплении от стандартного в совокупности с комбинированным смещением расширяет область существования зацепления и переводит ее из плоскости в объемную фигуру, совокупность точек которой определяет параметры работоспособного эвольвентного зацепления цилиндрических передач горных машин внешнего и внутреннего зацепления, при этом трехмерные области существования зацеплений, характерные для открытых зубчатых передач горных машин внешнего и внутреннего зацеплений, значительно различаются по их виду. Выявлены области с минимальными удельными скольжениями в зацеплении, обеспечивающие минимизацию износа эвольвентных профилей зубьев открытых передач горных машин.

3. Экспериментально установлено, что при комбинированном смещении профилей зубьев - сочетании радиального и тангенциального смещений, в том числе с использованием режущего инструмента со стандартным исходным контуром, прочность на изгиб зубьев цилиндрических зубчатых передач и износостойкость их активных поверхностей можно повысить в полтора-два раза. При этом существенно уменьшаются потери энергии в зубчатых зацеплениях и, следовательно, возрастает их долговечность. Такое увеличение прочности эквивалентно замене материала зубчатых колес.

4. В отличие от виброакустического сигнала характер изменения амплитуды сигнала акустической эмиссии при повышении скорости вращения входного вала трансмиссии приводит к последовательному равномерному увеличению сигнала в дорезонансной, резонансной и зарезонансной зонах, при этом уже незначительное изменение технического состояния зубчатого зацепления трансмиссии ведет к фиксированному изменению амплитуды акустико-эмиссионного сигнала.

5. Акустико-эмиссионный метод диагностики, реализованный в измерителе ресурса подшипников ИРП-12 и АРП-11, позволяет выявлять изменение технического состояния диагностируемой трансмиссии на ранних стадиях развития дефекта с использованием показателя D.

6. Для горных машин имеется предельная область использования консистентных смазок по условию граничного трения, ограничивающая диапазон скоростей и давлений в смазываемой паре трения, ниже которой возможно эффективное применение данной смазки. Как правило, область граничного трения в координатных осях «угловая скорость (скорость скольжения), давление в паре трения» расширяется при повышенных скоростях и малых давлениях и резко снижается при повышенных давлениях и пониженных скоростях.

7. Методика диагностики состояния тихоходных высоконагруженных узлов горно-обогатительного оборудования принята к использованию ЗАО «Базэл Цемент - Пикалево».

8. Результаты работы использованы в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование» и специалистов по специальностям 150402 «Горные машины и оборудование» и 150404 «Металлургические машины и оборудование».

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ: 1. Иванов С.Л. Экспериментальная оценка состояния трансмиссии на стенде с замкнутым потоком мощности / С.Л. Иванов, А.А. Поддубная, А.С. Фокин // Записки Горного института - СПБ, Т. 173: Проблемы горно-транспортных систем и электромеханики. - 2007. - С. 119-121;

2. Фокин А.С. Сравнительная оценка интенсивности износа крупномодульных зубчатых передач в зависимости от условий смазки / А.С. Фокин, С.Л. Иванов, А.А. Поддубная // Записки Горного института - СПБ, Т. 182:Полезные ископаемые России и их освоение. - 2009. - С.129 -132;

3. Иванов С.Л., Фокин А.С. Экспериментальная оценка износостойкости цилиндрических зубчатых передач / С.Л. Иванов, А.С. Фокин // Записки Горного института. - СПБ, Т. 157. - 2004. - С. 163-166;

4. К вопросу оценки ресурса элементов трансмиссии горных машин / А.А. Артемьев, В.С. Потапенко, С.Л. Иванов, Э.А. Кремчеев, А.А. Поддубная, А.С. Фокин // Горное оборудование и электромеханика. - 2007. - №9. - С. 31-35;

5. Область существования эвольвентного зубчатого зацепления с заданным коэффициентом перекрытия / А.С. Фокин, С.Л. Иванов, Э.А. Кремчеев, А.А. Поддубная // Записки Горного института - СПБ, Т. 178: Проблемы горно-транспортных систем и электромеханики. - 2008. - С. 191-194;

6. Особенности проектирования зубчатых передач с комбинированным смещением / С.Л. Иванов, Н.В. Кузнецова, А.А. Поддубная, А.С. Фокин // Записки горного института. - СПБ, Т. 157. - 2004. - С. 167-171;

7. Оценка смазывающей способности масел трансмиссий горных машин / С.Л. Иванов, Э.А. Кремчеев, А.А. Поддубная, В.С. Потапенко, А.С. Фокин // Записки Горного института - СПБ, Т. 178: Проблемы горно-транспортных систем и электромеханики. - 2008. - С. 86-90;

8. Пилотная диагностика состояния трансмиссий горных машин по параметрам питания электропривода / А.С. Фокин, С.Л. Иванов, М.А. Семенов, А.С. Иванов, А.А. Поддубная // Записки Горного института - СПБ, Т. 178: Проблемы горно-транспортных систем и электромеханики. - 2008. - С. 159-161;

9. Фокин А.С. Определение 3D области существования прямозубого эвольвентного зацепления с заданным коэффициентом перекрытия / А.С. Фокин // Записки Горного института - СПБ, Т. 170 часть I. - 2007. - С. 80-83;

10. Фокин А.С. Сравнительная оценка состояния механической трансмиссии методами вибрационной и акустико-эмиссионной диагностики / А.С. Фокин // Труды Международного Форума по проблемам науки, техники и образования. Академия наук о Земле. - М. - 2007. - С. 54-55;

Рис. 1. Область существования зацепления для z1/z2=20/63 m=30, ea=1.0, aw=730

Рис. 2. Трехмерная область существования открытой крупномодульной прямозубой зубчатой передачи внешнего зацепления z1/z2=13/192

Рис. 3. Трехмерная область существования открытой крупномодульной прямозубой зубчатой передачи внутреннего зацепления z1/z2=15/100

Таблица 1

Параметр открытой зубчатой передачи. m Привод цементной печи, 25 мм Привод поворота ЭШ 10/60, 36 мм Привод поворота ЭО-5126, 10 мм

Базовый Новый Базовый Новый Базовый Новый

Межосевое расстояние, мм 2362,5 3700,0 425,0

Коэффициент торцового перекрытия 1,745 1,249 1,5600 1,1002 1,4937 1,1279

Число зубьев 23 166 23 164 13 192 15 100

Коэффициент радиального смещения исходного контура 0,0 0,0 0,622 0,692 0,2752 0,0 0,5859 -0,0303 0,1 0,1 0,3145 0,1945

Коэффициент тангенциального смещения исходного контура 0,0 0,0 -0,1 -0,1 0,0 0,0 -0,1893 0,0 0,0 0,0 0,093 0,0

Изменение высоты зуба от номинального 0,0 0,0 -0,019 -0,078 0,0 0,0 -0,35 0,0 0,0 0,0 -0,15 0,1

Нормальная толщина зуба на поверхности окружности вершин, мм 17,77 20,52 19,12 24,76 17,31 29,73 33,96 37,01 6,1 10,27 9,78 11,72

Удельные скольжения в нижних точках активного профиля, по модулю 2,82 0,74 0,41 0,74 10,99 1,29 1,23 1,01 3,36 0,69 0,62 0,66

Коэффициент, учитывающий форму зуба, YF 4,04 3,55 3,45 3,69 3,86 3,54 3,20 3,54 4,15 3,08 3,38 3,08

Таблица 2

Основные данные экспериментальных зубчатых пар

Наименование величин Числовые значения по зацеплениям и по звеньям (линейные размеры в мм)

Передаточное число 1,211 1,229 1,222

Угол наклона зубьев 16о10/ 20о06/ 0

Коэффициент торцевого перекрытия 1,802 1,380 1,456

Коэффициент осевого перекрытия 0,815 1,0 0

Диаметр вершин 98,95 119,73 93,73 114,17 100,19 120,26

Удельные скольжения в нижних точках активных профилей -3,39 -2,33 -0,78 -0,6 -0,56 -0,64

Коэффициент, учитывающий форму зубьев YF 4,389 4,332 3,259 3,362 3,166 3,240

Таблица 3

Механические свойства испытываемых чугунов

Марка материала Предел прочности, Н/мм2 Твердость, НВ

СЧ-25 237...280 174...207

СЧ-НЛ 270 271

СЧ-ВЛ 350 269

Легированный чугун №1 561...627 302...310

Легированный чугун №2 571...618 248...263

Рис. 4 Положение характерных точек на корпусе стенда

Рис. 5. Сравнительный анализ изменения сигнала акустической эмиссии в зависимости от расположения точки измерения на корпусе

Рис. 6. Амплитуды виброперемещения

Рис. 7. Амплитуды акустической эмиссии

Рис. 8. Аппроксимированные области граничного трения в функции давления и скорости скольжения в пятне контакта

Размещено на .ru