Обеспечение динамической стабильности процесса токарной обработки ответственных поверхностей силовых гидроцилиндров механизированный крепей

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕТСТВЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ СИЛОВЫХ ГИДРОЦИЛИНДРОВ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ

Максаров Вячеслав Викторович

Доктор технических наук, профессор,

Леонидов Павел Викторович Аспирант

Аннотация

токарный обработка механизированный гидроцилиндр

В статье рассмотрен метод повышения эффективности работы очистных забоев, оборудованых механизированными комплексами за счет динамической стабильности процесса токарной обработки ответственных поверхностей силового гидроцилиндра механизированных крепей. Предложен способ изготовления демпфирующей державки режущего инструмента, обладающей анизотропными свойствами. Приведены соответствующие данные, полученные экспериментальным путем.

Ключевые слова: Анизотропия, демпфирующая державка, шток гидроцилиндра.

Annotation

THE DYNAMIC STABILITY'S PROVIDING OF TURNING PROCESS FOR HEAVY-DUTY SURFACES OF THE POWER CYLINDERS OF CHOCK POWERED SUPPORT UNITS

V.V. Maksarov, P.V. Leonidov

The article describes a method of increasing the efficiency of production faces, equipped with mechanized units because of dynamic stability of turning process for heavy-duty surfaces of the power cylinders of the chock powered support units. The method of manufacturing a damping of the cutting tool holder with anisotropic properties. The experimented data are presented.

Keywords: Anisotropy, damping tool holder, the cylinder rod.

Введение

Специфика условий и режимов эксплуатации горно-шахтного оборудования, предназначенного для добычи полезных ископаемых, проведения горных выработок, обуславливается стесненностью рабочего пространства, изменчивостью физико-механических свойств разрабатываемых и вмещающих пород, непостоянством рабочего места при постоянном перемещении машин в забое, запыленностью атмосферы, химической активностью шахтных вод, сложностью проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту, монтажу и демонтажу оборудования и пр. Поэтому к горно-шахтному оборудованию предъявляются повышенные требования по безопасности, эффективности выполнения рабочих функций при устранении тяжелого физического труда, трудоемкости монтажно-демонтажных работ и работ по обслуживанию.

Эффективность работы очистных забоев, оборудованных механизированными комплексами, в значительной степени зависит от технического уровня механизированных крепей, соответствия конструктивных и силовых параметров используемых крепей, горно-геологических условий их применения.

Механизированные крепи по характеру взаимодействия с породами подразделяются на: поддерживающие, оградительные, оградительно-поддерживающие и поддерживающе-оградительные (Рисунок 1).

Рисунок 1 Общий вид поддерживающе-оградительной крепи «Юрмаш-Тагор-16/32» производства компании ООО «Юргинский машиностроительный завод»

Эффективность эксплуатации механизированных крепей, предназначенных для поддержания породы в пределах всего рабочего пространства очистного забоя и защищающих рабочее пространство от проникновения в него уже обрушенных пород, обеспечивается требованиями по их надежности, производительности (теоретической, технической и эксплуатационной), степени совершенства схемы их работы, технологичности, универсальности, унификации, стандартизации, ремонтопригодности и др. Поэтому при выборе показателей эффективной и безопасной эксплуатации оборудования, предназначенного для поддержания боковых пород, необходимо учитывать надежность несущих элементов механизированных крепей.

Основным силовым опорным элементом любой механизированной крепи является гидравлическая стойка, выполняющая функции силового воздействия через перекрытие секции крепи на породы кровли при ее распоре и оказывающая сопротивление с заданной характеристикой опусканию пород кровли в рабочем пространстве. Гидравлические стойки поддерживают перекрытие крепи, создают рабочее сопротивление опусканию пород кровли и, в случае необходимости, осуществляют активный подпор при передвижке секции крепи.

Гидравлическая стойка представляет собой силовой гидроцилиндр (Рисунок 2), состоящий из: гильзы 1; штока 2; уплотнительного кольца 3; поршневых уплотнений 4; поршня 5; задней и передней крышки 6, 8; фиксирующей гайки 7; уплотнений 9; манжеты грязесъемника 10.

Рисунок 2 Общий вид корректирующего элемента поддерживающе-оградительной крепи

Основным видом отказов механизированных крепей является нарушение герметичности и наличие протечек в системе силовых гидроцилиндров. Причиной появления протечек в процессе эксплуатации напрямую связано с точностью обработки внутренних поверхностей гидроцилиндра и грундбуксы, а также наружных поверхностей штока и поршня, состояние которых оказывает решающее влияние на ресурс механизированных крепей, входящих в состав горно-шахтного оборудования.

По результатам механической обработки рабочая поверхность качественно обработанного штока силового гидроцилиндра должна соответствовать следующим техническим требованиям: рабочая поверхность выполняется по посадке Н8, поверхность шейки по посадке g8, конусность и овальность в пределах допуска; непрямолинейность оси не более 0,03 мм, на длине 500 мм; биение рабочей поверхности изделия по отношению к поверхности шейки не более 0,01 мм; неперпендикулярность торца не более 0,01 мм; резьба на штоке в пределах 2-го и 3-го класса точности; чистота поверхности детали выполняется не ниже Ra 0,4.

Методика эксперимента

Из теории резания известно, что составляющая силы резания Рz, действуя на резец, изгибает его в вертикальной плоскости, сила Ру стремится оттолкнуть резец от детали в направлении, перпендикулярном к ее оси, сила Рх противодействует продвижению суппорта станка вдоль оси детали и изгибает резец в горизонтальной плоскости (Рисунок 3).

Рисунок 3 Схема разложения равнодействующей силы резания P при точении штока гидроцилиндра, на составляющие P_z, Р_x, Р_у

Под действием силы резания, во время точения, в верхних слоях державки возникают преимущественно максимальные растягивающие напряжения, а в нижних, опорных слоях, максимальные сжимающие напряжения. Поэтому для стабилизации прочности различных зон и увеличения прочности и надёжности всей державки вцелом предлагается конструкция сборной державки режущего инструмента, состоящей из трех пластин, учитывающих дополнительные условия по ориентации текстуры каждой пластины в зависимости от направления действия сил резания (Рисунок 4). Для чего предлагается направление прокатки в опорной пластине ориентировать параллельно тангенциальной составляющей силы резания, в верхней пластине направление прокатки ориентировать параллельно радиальной составляющей силы резания, в средней пластине направление прокатки ориентировать параллельно осевой составляющей силы резания.

Рисунок 4 Экспериментальный образец резца с державкой из пластин, обладающих анизотропными свойствами

В процессе токарной обработки штока силового гидроцилиндра механизированной крепи предложенным инструментом колебания, возникающие под действием максимальной составляющей силы резания - тангенциальной силы P_z, распространяются через поперечное сечение пластин державки и энергия возникающих в процессе резания колебаний инструмента не только гасится вязкоупорным слоем клея, но и рассеивается внутри пластин, составляющих державку, вследствие анизотропии механических и физических свойств прокатанных (текстурованных) материалов, в том числе анизотропии частот и логарифмических декрементов собственных колебаний.

Результаты эксперимента

С целью сравнительного анализа геометрической точности и формы обработанных штоков силовых гидроцилиндров предложенным инструментом и инструментом - аналогом на базе Государственного инжинирингового центра МГТУ «СТАНКИН» были выполнены измерения:

- измерение отклонения от цилиндричности формы экспериментальных образцов штоков силовых гидроцилиндров;

- измерение отклонения от круглости формы экспериментальных образцов штоков силовых гидроцилиндров в 5 сечениях;

- измерение отклонения от прямолинейности формы экспериментальных образцов штоков силовых гидроцилиндров по 5 профилям.

Измерения выполнялись для двух образцов силовых гидроцилиндров, обработанных инструментом, оснащенным обычной державкой и державкой, обладающей демпфирующими свойствами. Общий вид объекта измерений представлен на Рисунке 5.а.

а) б)

Рисунок 5 а) Объект измерений, б) Станция для измерения формы «MMQ 400 CNC» (Германия)

В качестве средства проведения измерений была выбрана станция для измерения формы «MMQ 400 CNC», производства фирмы «MAHR» (Германия), общий вид которой приведен на Рисунке 5.б.

Результаты измерений отклонения от цилиндричности для двух образцов силовых гидроцилиндров представлены в Таблице 1.

Таблица 1

Отклонение от цилиндричности формы штока силового гидроцилиндра

Результаты измерения отклонений от круглости для двух образцов силовых гидроцилиндров представлены в Таблице 2.

Таблица 2

Отклонение от круглости формы штока силового гидроцилиндра

Результаты измерения отклонений от прямолинейности формы для двух образцов силовых гидроцилиндров представлены в Таблице 3.

Таблица 3

Отклонение от прямолинейности формы штока силового гидроцилиндра

Выводы

1. Эффективным решением по обеспечению динамической стабильности процесса токарной обработки ответственных поверхностей силовых гидроцилиндров механизированных крепей на уровне парциальной подсистемы «инструмент» является инструмент, оснащенный многослойной демпфирующей державкой со специально заданными анизотропными свойствами.

2. Разработана конструкция инструмента, обладающего упорядоченной разориентацией текстуры анизотропных свойств пластин сборной многослойной державки, позволяющая эффективно рассеивать энергию колебательной волны на границе перехода между пластинами державки и не выходить за конструктивные размеры стандартных и нормализованных конструкций инструментов, применяемых в станкостроении.

3. Предварительные испытания сборной многослойной державки установили, что применение предложенной державки при токарной обработке штоков силовых гидроцилиндров позволяет повысить их геометрическую точность за счет снижения уровня автоколебаний.

4. Обеспечение динамической стабильности процесса токарной обработки ответственных поверхностей силовых гидроцилиндров позволит увеличить межсервисный интервал механизированных крепей, повысить эффективность работы очистных забоев, оборудованных механизированными комплексами.

Список использованных источников

1. Максаров В.В. Теория и методы моделирования и управления процессом стружкообразования при лезвийной механической обработке.- Санкт-Петербург.,1999. 155 с.

2. Бленд Д. Теория линейной вязкоупругости. М.: Мир, 1965. 199 с.

3. Городецкий Ю.И. О колебаниях при резании металлов // Динамика систем. Межвуз. сб. Вып. 3. Горький: ГГУ, 1995. С. 58 - 89.

4. ГОСТ 25761-83. Виды обработки резанием. М.: ГОСИНТИ, 1983. 24 с.

5. Максаров В.В. Реологическое представление при моделировании стружкообразования в процессе резания // Машиностроение и автоматизация производства. Межвуз. сб. Вып. 14. СПб.: СЗПИ, 1999. С. 21 - 24.

6. Ермаков Ю.М. Эффективность механической обработки упругодемпфированными инструментами. М., 1986. 48 с.

7. Микляев П. Г., Фридман Я. Б. Анизотропия механических свойств металлов. М.: Металлургия, 1988. 224 с.

8. Ашкенази Е. К., Ганов Э. В. Анизотропия конструкционных материалов: Справочник. Л.: Машиностроение, 1980. 148 с.

9. Эльясберг М. Е. Автоколебания металлорежущих станков. Теория и практика. СПб.: Изд. ОКБС, 1993. 180 с.

10. Талантов Н. В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992. 240 с.

11. Влияние демпфирующих свойств державки на стойкость резцов Проблемы машиноведения и машиностроения. Межвуз. сб. Вып. 41. СПб.: СЗТУ, 2011 г. С. 242 - 245.

12. Патент на полезную модель: Максаров В.В., Леонидов П.В., Лимин П.П. Державка режущего инструмента. Патент на полезную модель №111788, заявка №2011117615/02 (026142), дата выдачи 29.04.2011 г., издательство патентов, 2011г.

Размещено на Allbest.ru