vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2018-63-2-192-200vestift-378Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКАMECHANICAL ENGINEERING AND MECHANICSВЛИЯНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ТРАНСМИССИИ ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ ПРОХОДЧЕСКИХ МАШИНINFLUENCE OF DYNAMIC LOAD ON GEAR TRANSMISSION DURABILITY OF HEAVY-DUTY ROADHEADING MACHINESПрушакВ. Я.PrushakV. Y.

Прушак Виктор Яковлевич – член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, директор.

ул. Козлова, 69, 223710, Солигорск, Минская область.

Victor Y. Prushak – Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Engineering), Professor, Director.

69, Kozlov Str., 223710, Soligorsk, Minsk Region.

ipr@sipr.byЧерноусД. А.ChernousD. A.

Черноус Дмитрий Анатольевич – кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническая физика и тео- ретическая механика».

ул. Кирова, 34, 246653, Гомель.

Dmitry А. Chernous – Ph. D. (Engineering), Associate Professor of the Department of Technical Physics and Theoretical Mechanics.

34, Kirov Str., 246653, Gomel.

belsut@belsut.gomel.byВолчекО. М.VolchekO. M.

Волчек Ольга Михайловна – аспирант.

ул. Войкова, 21, 225404, Барановичи, Брестская область.

Olga М. Volchek – Postgraduate Student.

21, Voikov St., 225404, Baranovichi, Brest Region.

leolya07@mail.ruСолигорский Институт проблем ресурсосбережения с Опытным производством.Soligorsk Institute of Resourсes Saving Problems with Pilot Production.Белорусский государственный университет транспорта.Belarusian State University of Transport.Барановичский государственный университет.Baranovichi State University.201803072018632192200Copyright © Прушак В.Я., Черноус Д.А., Волчек О.М., 20182018Прушак В.Я., Черноус Д.А., Волчек О.М.Prushak V.Y., Chernous D.A., Volchek O.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/378

Расчет максимальных напряжений при изгибе и контактном взаимодействии зубьев шестерен осуществляется на основе известных соотношений, содержащих стандартным образом определяемые коэффициенты. Предложена новая методика расчетного определения показателей долговечности зубчатой передачи трансмиссии тяжелонагруженных проходческих машин, позволяющая более точно оценить динамическую нагруженность зубьев. В рамках данной методики при вычислении максимальных действующих напряжений вместо удельной окружной динамической силы используются коэффициенты усиления упругого момента, определяемые по амплитудно- частотной характеристике передачи. Определены максимальные напряжения при изгибе зубьев, дана оценка вероятности безотказной работы технической системы. В качестве примера использования предложенной расчетной методики рассмотрена прямозубая цилиндрическая передача, используемая в приводе исполнительного органа проходческого комбайна. Проведено сопоставление расчетных оценок показателей надежности зубчатой передачи, полученных на основе стандартной методики и с использованием амплитудно-частотных характеристик. На графиках представлены амплитудно-частотная характеристика передачи, полученная с использованием динамической модели трансмиссии, а также кривые функций распределения ресурса передачи с различными циклами нагружения, построенные с использованием предложенной методики. В рассмотренном расчетном примере долговечность передачи для ступенчатого цикла нагружения выше более чем в 2 раза по сравнению с непрерывным циклом нагружения. Показано, что при использовании стандартно вычисляемого коэффициента, учитывающего динамическую нагрузку, расчетные оценки долговечности передачи оказываются значительно завышены. При этом погрешность стандартной методики будет зависеть от диапазона частот, при которых работает передача, и наиболее существенна эта погрешность при работе передачи вблизи собственных частот.

The article proposes a new method of calculation of the indicators of the durability of the gear transmission of heavy-loaded roadheading machines, allowing a more accurate assessment of the dynamic loading of the teeth. Within the framework of this technique, the elastic moment amplification factors determined by the amplitude-frequency characteristic of transmission are used instead of the specific circumferential dynamic force in the calculation of the maximum operating voltages. The maximum stresses in the bending of teeth and the probability of failure-free operation of the technical system are determined. A spur transmission used in the drive of the Executive body of roadheader is considered as an example of application of the proposed design technique. The comparison of calculated estimations of gear transmission reliability obtained on the basis of the standard method and using amplitude-frequency characteristics is carried out. In the considered design example durability of transfer for a step cycle of loading is more than 2 times higher in comparison with a continuous cycle of loading. It is shown that using a standard calculated coefficient that takes into account dynamic load, the calculated estimations of the durability of the transmission are significantly overestimated. At the same time, the error of the standard method will depend on the frequency range at which the transmission operates, and this error is most significant when the transmission operates near its own frequencies.

показатели долговечностиресурс зубчатой передачидинамическая нагруженностьпроходческий комбайнdurability characteristicsgear transmission durabilitydynamic loadroadheading machineReferencesПрушак, В. Я. Научные основы повышения долговечности быстроизнашивающихся деталей горных машин: дис. … д-ра техн. наук: 05.05.06 / В. Я. Прушак. – М., 2000. – 324 л.Prushak V. Ya. Scientific basis of increase of wearing parts durability of mining machines. Moscow, 2000. 324 p. (in Russian).Технологические схемы рудников ПО «Беларуськалий»: состояние, проблемы, перспективы совершенствования / А. Д. Смычник [и др.] // Гор. журн. – 2003. – № 7. – С. 16–20.Smychnik A. D., Zubov V. P., Kalugin P. A., Kirienko V. M. Technological schemes of mines of PE “Belaruskali”: the status, problems and prospects of development. Gornyi zhurnal = Mining Journal, 2003, no. 7, pp. 16–20 (in Russian).Анализ и пути повышения надежности отечественного и зарубежного горно-шахтного оборудования / В. Я. Щерба [и др.] // Вестн. Полоц. гос. ун-та. Сер. В, Приклад. науки. – 2005. – № 6. – С. 191–194.Shcherba V. Ya., Starovoitov V. S., Starovoitov Yu. V., Zayats I. M. Analysis and ways of increasing of reliability of domestic and foreign mining equipment. Vestnik Polotskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya B: Prikladnye nauki = Vestnik of Polotsk State University. Part B. Industry. Applied Sciences, 2005, no. 6, pp. 191–194 (in Russian).Старовойтов, Ю. В. Проблемы реструктуризации калийных рудников Старобинского месторождения / Ю. В. Старовойтов, М. В. Прушак, Т. П. Щерба // Гор. информ.-аналит. бюл. – 2006. – Вып. 1. – С. 45–51.Starovoitov Y. V., Prushak M. V., Shcherba T. P. Issues of restructuring of potash mines of Starobin Deposit. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten’ = Mining Information and Analytics Bulletin, 2006, iss. 1, pp. 45–51 (in Russian).Серенсен, С. В. Руководство по расчету на усталость деталей машин (в вероятностном аспекте) / С. В. Серенсен, В. П. Когаев. – М.: ВНИИНМАШ, 1972. – 48 с.Serensen S. V., Kogaev V. P. Guidance on calculation of fatigue of machine parts (in probabilistic aspect). Moscow, VNIINMASH Publ., 1972. 48 р. (in Russian).Серенсен, С. В. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность / С. В. Серенсен, В. П. Когаев, Р. М. Шнейдерович. – М.: Машиностроение, 1975. – 488 с.Serensen S. V., Kogaev V. P., Shneiderovitch R. M. Bearing capacity and calculation of strength of machine parts. Mosсow, Mashinostroenie Publ., 1975. 488 p. (in Russian).Болотин, В. В. О прогнозировании надежности и долговечности машин / В. В. Болотин // Машиноведение. – 1977. – № 5. – С. 86–93.Bolotin V. V. Simulation of reliability and durability of machines. Mashinovedenie [Machine Science], 1977, no. 5, pp. 86–93 (in Russian).Зубчатые передачи: справочник / Е. Г. Гинзбург [и др.]; под общ. ред. Е. Г. Гинзбурга. – М.: Машиностроение, 1980. – 416 с.Ginzburg E.G., Golovanov N.F., Firun N.B., Khalebskii N.T. Gear transmission: Handbook. Mosсow, Mashinostroenie Publ., 1980. 416 p. (in Russian).Когаев, В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени / В. П. Когаев. – М.: Машиностроение, 1977. – 218 с.Kogaev,V. P. Strength calculations by time-varying stresses. Mosсow, Mashinostroenie Publ., 1977. 218 р. (in Russian).Ишин, Н. Н. Динамика и вибромониторинг зубчатых передач / Н. Н. Ишин. – Минск: Беларус. навука, 2013. – 432 с.Ishin N. N. Dynamics and gear vibration monitoring. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2013. 432 p. (in Russian).Старовойтов, Ю. В. Разработка эквивалентной динамической модели и определение амплитудно-частотной характеристики привода исполнительного органа барабанного типа с вертикальной осью / Ю. В. Старовойтов, Н. А. Дакуко // Гор. информ.- аналит. бюл. – 2006. – Вып. 1. – С. 223–231.Starovoitov Y. V., Dakuko N. A. Development of equivalent dynamic model and determination of amplitude-frequency characteristics of vertical axis drum-type actuator. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten’ = Mining Information and Analytics Bulletin, 2006, iss. 1, pp. 223–231 (in Russian).Старовойтов, Ю. В. Методы и средства снижения динамических нагрузок в приводах выемочных машин / Ю. В. Старовойтов // Гор. механика. – 2008. – № 2. – С. 60–63.Starovoitov Y. V. Methods and means of reducing of dynamic loads on mining machines drives. Gornaya mekhanika [Mining Mechanics], 2008, no. 2, pp. 60–63 (in Russian).Кучик, А. С. Моделирование работы исполнительного органа проходческого комбайна / А. С. Кучик, Е. В. Щерба, О. М. Волчек // Инновации на транспорте и в машиностроении: сб. тр. IV междунар. науч.-практ. конф., Санкт-Петербург, 28–29 апр. 2016 г.: в 2 т. / Нац. минерально-сырьевой ун-т «Горный»; под ред. В. В. Максарова. – СПб., 2016. – Т. 2. – С. 34–37.Kuchik A. S., Shcherba E. V., Volchek M. O. Operations simulation of executive body of a roadheader. Innovatsii na transporte i v mashinostroenii: sbornik trudov IV mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, Sankt-Peterburg, 28–29 aprelya 2016 g. T. 2 [Innovations in transport and mechanical engineering: proceedings of the IV International scientific-practical conference, St. Petersburg, 28–29 April, 2016. Vol. 2]. Saints Petersburg, V. V. Maksarov Mining National Mineral Resources University, 2016, pp. 34–37 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.