Проекты по синтезу и оптимизации конструкции редукторной части планетарной коробки передач (ПКП) для карьерного самосвала грузоподъемностью 60 тонн и 90 тонн
Статья содержит анализ результатов выполненных технических проектов и дополнены расчетами, необходимыми для сравнения качественных характеристик возможных вариантов реализации конструкций ПКП.
1. Результаты компоновочного расчета ПКП карьерного самосвала грузоподъемностью 60 т
Благодаря оптимизации коэффициентов смещения и незначительного увеличения ширины венца (на 2,5 мм) с сохранением остальных параметров первого планетарного ряда стало возможным значительно увеличить ресурс планетарного ряда по изгибной долговечности (при этом коэффициент запаса по изгибным напряжениям SF вырос на 35%, что позволило достичь номинальной расчетной величины). Также предложен вариант четвертого планетарного ряда, удовлетворяющего условиям долговечности, а также критериям технологичности и собираемости конструкции. Именно эта интерпретация виртуальной модели ПКП, разработанная компанией Micro Express Consulting, стала отправной точкой при оптимизации ПКП по массе и долговечности с участием компании KISSsoft AG.
2. Результаты оптимизации ПКП карьерного самосвала грузоподъемностью 60 т
Результатом оптимизации стало создание модели максимально сбалансированной, равнопрочной конструкции редукторной части ПКП самосвала грузоподъемностью 60 тонн для виртуальных испытаний, при этом снижение массы шестерен в сравнении с базовым вариантом составило 55,4 кг, что эквивалентно снижению на 40% относительно исходного варианта (140,2 кг) при соблюдении ограничений, заложенных в ТЗ на оптимизацию. Энергоемкость ТО/ХТО деталей оптимизированной ПКП снизится пропорционально сокращению массы использованного металла.
При оптимизации ПКП по массе и долговечности кроме изменения основных геометрических параметров планетарных рядов также была введена бочкообразная модификация зуба для всех сателлитов. Параметры модификации подобраны индивидуально для каждого планетарного ряда.
3. Сравнительный анализ различных вариантов компоновки редукторной части ПКП карьерного самосвала грузоподъемностью 60 т
На приведенных графиках сравниваются характеристики выносливости (по контакту и изгибу) для вариантов компоновки, отраженные в виртуальных моделях ПКП базовый вариант и оптимизированный для карьерного самосвала грузоподъемностью 60 т.
Сравнительный анализ масс зубчатых колес планетарных рядов базового и оптимизированного вариантов ПКП карьерного самосвала грузоподъемностью 60 т приведен на следующем графике:
В целом экономия массы по ступеням оптимизированной модели 60 т составила 41%.
4. Сравнительный анализ различных вариантов компоновки редукторной части ПКП карьерного самосвала грузоподъемностью 90т
Сравнительный анализ масс зубчатых колес планетарных рядов базового и оптимизированного вариантов ПКП карьерного самосвала грузоподъемностью 90 т приведен на следующем графике:
В целом экономия массы по ступеням оптимизированной модели 90 т составила 30.5%.
Краткие выводы:
- Оптимизированные модели позволяют значительно снизить материалоёмкость зубчатых колес ПКП от 30 до 41 %, а также сбалансировать кинематику ПКП (например, максимальная скорость вращения сателлита второго планетарного ряда базовой модели 90 т составляет 7124 об/мин, а оптимизированной – 5390 об/мин, что на 24% меньше). Все это означает, что кинематика оптимизированных моделей ПКП позволяет добиться большего запаса выносливости, как для зубчатых колес, так и для подшипников.
- Для того чтобы вывести коэффициенты запаса на рекомендуемый номинальный уровень, достаточно выполнения модификации только для шестерни сателлита второго планетарного ряда ПКП карьерного самосвала грузоподъемностью 60 т и изготовления одного комплекта технологической оснастки.
- Оптимизация прототипа ПКП карьерного самосвала грузоподъемностью 90 т (базовый вариант) позволяет даже без выполнения модификации зубчатых колес при имеющемся спектре нагружения добиться более высоких коэффициентов запаса и выйти на номинальный расчетный уровень даже при долговечности в 40000 часов.
- Сравнительный анализ различных вариантов компоновки редукторной части ПКП карьерного самосвала грузоподъемностью 90 т показал, что наименьшие коэффициенты запаса по изгибу присутствуют на сателлите, а коэффициенты запаса по контакту – на коронной шестерне.