Выбор и обоснование метода повышения ресурса гидростойки механизированной крепи

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

Гидростойка находится в сложном деформированном состоянии, подвергаясь внецентровому сжатию, поперечному и продольному изгибу. Состояние внутренней поверхности гидроцилиндра и грундбуксы, а также наружных поверхностей штока и поршня и качество их сборки оказывают решающее влияние на ресурс и работоспособность гидростойки. В настоящее время ресурс отечественных гидростоек существенно ниже зарубежных образцов. Так, срок службы импортных гидроцилиндров составляет в среднем 6.8 лет, а изготовленных на российских предприятиях — 2.3 года. Одной из основных причин таких значительных различий является невысокое качество изготовления гидростоек. Прежде всего, это относится к точности сопрягаемых поверхностей соединений, которая не превышает точности девятого квалитета. Эксплутационные ресурсы различных гидростоек из партии, собранных с такой точностью, различаются более чем в два раза.

Из-за наличия зазоров в соединениях возникает перекос штока относительно цилиндра. В результате этого перекоса в местах контакта поршня с цилиндром и штока с грундбуксой возникают значительные контактные напряжения, величина которых зависит от точности соединений и качества сборки сопрягаемых поверхностей. При определенных значениях контактных напряжений упругие деформации переходят в пластические, на поверхностях возникают задиры и риски, увеличивается интенсивность их изнашивания. В результате этих процессов резко уменьшается ресурс соединений, их уплотнений и ресурс стойки в целом.

Поэтому обоснование и выбор метода повышения ресурса гидростойки механизированной крепи являются актуальной научной задачей.

Целью работы является установление зависимости ресурса от уровня качества соединений гидростойки для выбора и обоснования метода увеличения ее ресурса, что повысит надежность эксплуатации и срок службы механизированных крепей.

Идея работы. Параметры соединений, обеспечивающие заданный ресурс гидростойки, определяются по вероятности высококачественной сборки близкой к единице независимо от законов распределения размеров сопрягаемых поверхностей и серийности производства.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:

— зависимость ресурса от уровня качества соединений гидростойки и метод его повышения учитывают случайный процесс формирования размеров сопрягаемых поверхностей при их изготовлении и зазоров при сборке.

— вероятностная модель сборки соединений отличается тем, что позволяет обеспечить заданный ресурс гидростойки в условиях мелкосерийного производства;

— взаимосвязанные параметры соединений и сборки обеспечивают наименьшие и равновеликие зазоры в соединениях гидростойки не ниже точности 7-го квалитета при точности изготовления сопрягаемых поверхностей по 9−10.

Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждаются представительным объемом данных по серийно выпускаемым гидростойкам механизированных крепей и хорошей их сходимостью с результатами выполненных исследований. Расхождение фактических значений параметров соединений гидростоек, законов их распределения с результатами математического моделирования на ЭВМ, не превышает 3.5%.

Научное значение работы заключается в разработке вероятностной модели сборки и в установлении зависимости ресурса от уровня качества соединений, позволяющих обеспечить заданный ресурс стойки при ее изготовлении в условиях мелкосерийного производства, что является уточнением теории обеспечения и повышения надежности горношахтного оборудования.

Практическое значение работы состоит в разработке методики назначения параметров соединений и сборки, обеспечивающих заданный ресурс гидростойки.

Реализация результатов работы.

Методика назначения параметров соединений и сборки, обеспечивающих заданный ресурс гидростойки, и программное обеспечение вероятностной модели сборки соединений гидростойки приняты для использования в ОАО «Объединенные машиностроительные технологии» при проектировании механизированных крепей и разработке технологических процессов их изготовления.

Методика назначения параметров соединений и сборки, обеспечивающих заданный ресурс гидростойки, и программное обеспечение вероятностной модели сборки 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 доложены на международных научно-технических конференциях «Неделя горняка 2008, 2010» в МГГУ, «11 научная конференция по математическому моделированию и информатике, 2008» в МГТУ «СТАНКИН», «Наука и молодежь в начале нового столетия, 2008» в НБГТУ им. Шухова.

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть статей.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и двух приложений, содержит 60 рисунков, 13 таблиц, список использованной литературы из 75 наименований.

Выводы.

1. Обоснование технологических параметров изготовления и сборки деталей стойки необходимо проводить с использованием метода математического моделирования на ЭВМ и соответствующего программного обеспечения. Это позволяет без дополнительных материальных и финансовых затрат на организацию опытного производства оперативно, с учетом вероятностного характера формирования размеров поверхностей при изготовлении и зазоров при сборке, определять, прогнозировать и оптимизировать значения параметров техпроцессов, обеспечивающих повышения ресурса стойки.

2. При повышении ресурса стойки методом межгрупповой взаимозаменяемости существует бесконечно большое количество вариантов, обеспечивающих сборку без брака в соединениях. Выбор оптимального варианта должен проводиться по уровню качества соединений, их однородности и количеству непарных деталей, возникающих в процессе сборки.

3. Для обеспечения однородности соединений по ресурсу необходимо назначать равные допуски на размеры цилиндра и поршня (размеры грундбуксы и штока), а сборку проводить методом межгрупповой взаимозаменяемости с равным количеством селективных групп и при равных групповых допусках.

4. Для повышения ресурса стойки методом межгрупповой взаимозаменяемости необходимо, чтобы групповые допуски составляли не более трети от допуска на зазор в соединениях (а—Ь<1Т8/3). Чем меньше величина группового допуска, тем меньше вероятность появления непарных деталей при сборке соединений.

5. Моделированием на ЭВМ установлено, что при групповых допусках а=Ь=1Т8/5 и нижнем предельном отклонении размера поршня равном е1Ь=Е1А—8тач + 2а непарные детали при сборке стойки не образуются. Объем незавершенного производства равен нулю и не зависит ни от законов распределения размеров и их количественных характеристик ни от их сочетаний. При этом обеспечивается уровень качества соединений от 0.956 до 0.978, что соответствует ресурсу стойки, составляющему 8595% от максимально возможного значения. Большие значения достигаются при больших коэффициентах запаса ресурса по точности соединений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате проведенных исследований в диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи, состоящей в выборе и обосновании метода повышения ресурса гидростойки механизированной крепи, что позволит повысить эффективность эксплуатации оборудования угольных предприятий. Разработанный метод позволяет обеспечить повышение ресурса гидростойки за счет сборки соединений с равновеликими и близкими к минимально допустимой величине зазорами при сравнительно невысокой точности изготовления сопрягаемых поверхностей и вероятности возникновения незавершенного производства близкой к нулю.

Выполненные исследования позволили получить следующие результаты и сделать выводы:

1. Установлена зависимость ресурса гидростойки от уровня качества ее соединений, и на ее основе разработан метод повышения ресурса. Зависимость позволяет назначать точность в соединениях сопрягаемых поверхностей, а метод — обеспечивать заданный ресурс гидростойки.

2. Средний ресурс гидростоек, изготовленных по действующей технической документации, составляет 60−80% от максимально возможного ресурса. При этом около 50% гидростоек имеют ресурс ниже средней величины, что является следствием невысокого качества изготовления соединений и отрицательно влияет на надежность и эффективность эксплуатации механизированных крепей.

3. Для повышения ресурса гидростоек необходимо обеспечить точность изготовления сопрягаемых поверхностей соединений по 7 квалитету. Отечественные заводы горного машиностроения не имеют производственные мощности, технологии и рабочие кадры, способные стабильно обеспечивать такую точность по всей длине гидроцилиндра. Сопрягаемые поверхности изготавливаются по 9 квалитету точности, что соответствует рабочей документации гидростоек. В этих условиях требуемая точность соединений должна обеспечиваться их сборкой.

4. Известный метод селективной сборки соединений не может быть использован для повышения ресурса гидростоек. В условиях мелкосерийного производства весьма значительна доля непарных деталей, образующихся при сборке соединений. В зависимости от законов распределения размеров и их количественных характеристик объем незавершенного производства может достигать 50% от общего количества соединений.

5. Для сборки соединений стоек необходимо использовать метод межгрупповой взаимозаменяемости. При сборке этим методом существенно снижается зависимость незавершенного производства от законов распределения размеров сопрягаемых поверхностей, их количественных характеристик и объемов производства, Непарные детали при сборке либо отсутствуют, либо вероятность их появления минимальна.

6. Разработаны вероятностная модель сборки, программные средства ее реализации на ЭВМ, которые позволяют рассчитать параметры соединений и сборки, обеспечивающие заданный ресурс гидростойки в условиях мелкосерийного производства.

7. Установлены значения взаимосвязанных параметров соединений и сборки, которые позволяют повысить ресурс гидростойки до 85.95% от максимально возможного при точности изготовления сопрягаемых поверхностей, соответствующей рабочим чертежам гидростоек.

8. Методика назначения параметров соединений и сборки, обеспечивающих заданный ресурс гидростойки в условиях мелкосерийного производства, и программное обеспечение вероятностной модели сборки приняты для использования в ОАО «Объединенные машиностроительные технологии» при проектировании механизированных крепей и разработке технологических процессов их изготовления.