авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«Д.А. ЮНГМЕЙСТЕР ФОРМИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ ГОРНЫХ МАШИН НА ОСНОВЕ МОРФОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Санкт-Петербург ...»

-- [ Страница 2 ] --

Таблица 3. Таблица морфологического анализа Операция Вариант1 Вариант2 Вариант Крепь Модульная Анкерная Целики Отбойка Струг «Урал-20» ПДКУ Транспорт Скребковый Вагон МПЛК Расставим операционные и характеристические приори теты: наиболее дорогостоящей является операция крепления, а из характеристик, в данном случае, наиболее важна безопас ность производства, поскольку комплекс будет работать в зонах геологических нарушений.

Таблица 3. Приоритеты для функций и параметров Функции Крепь Отбойка Транспорт Приоритет 4 2 Экологический Параметры Энергия Стоимость критерий Приоритет 1 1 В полученных из морфологической таблицы матрицах 3 3, соответствующих всем вариантам структурных моделей АДК, исходя из условия (п. 5, табл. 2.1), расставлены оценки с учетом приоритетов (таблица 3.2), реальных значений парамет ров прототипа, а также мнений экспертов (в качестве экспертов привлекались специалисты и преподаватели СПГГИ, МГГУ).

Примеры наиболее характерных матриц 3 3 представлены со ответственно в таблице 3.3.

Таблица 3. Примеры матриц 3 № Экологический Состав АДК Энергия Стоимость п/п критерий Модульная крепь 0 1 ПДКУ 1 0 0 Скребковый конвейер 1 1 Анкерная крепь 0 0 «Урал-20»

2 1 1 Скребковый конвейер 1 1 Целики 0 0 ПДКУ 3 0 0 МПЛК 0 0 Комплекс, получивший минимальную оценку, соответ ствует оптимальной структурной модели. В табл. 3.4 представ лены пять вариантов структурных моделей комплексов, полу чивших минимальные оценки, число слева – итоговая оценка в десятичной системе исчисления. Эта оценка получена как сумма из трех трехразрядных двоичных чисел, которые формируются из столбцов матриц 3 3 (табл. 3.3), элементы столбцов полу чают разряд в соответствии со своими функциональными при оритетами. Пример технологической схемы работы таких ком плексов приведен на рис. 3.1.

б) AA AA a) а) OMK в) A A б) AA ПДКУ Технология отработки Комбайн Конвейер Крепь анкерная конвейер крепь анкерная комбаин заболансовых запасов ш ахты при использовании охранных целиков a - механизированным г) комплексом (О М К) в) б - проходческо-добычным комбайном (ПДКУ) в - упрощ еная схема ПДКУ в забое Рис. 3.1. Эффективность применения проходческо-добычного комбайна (ПДКУ) в комплексе с многоприводным ленточным конвейером:

а) принципиальная технологическая схема отработки охранных целиков;

б) технология отработки запасов механизированным комплексом;

в) технология отработки запасов проходческо-добычным комбайном (ПДКУ);

г) упрощнная схема ПДКУ в забое Таблица 3. Варианты комплексов, получивших минимальные оценки Комплекс Оценка Крепь Отбойка Транспорт Анкерная ПДКУ МПЛК Анкерная Струг МПЛК Анкерная ПДКУ Скребковый Анкерная ПДКУ Вагон Анкерная «Урал-20» МПЛК Анализ результатов определения эффективности приме нения комплексов различной структуры, приоритетов функций и параметров показывает эффективность применения проходче ско-добычного комбайна (ПДКУ) в комплексе с многопривод ным ленточным конвейером (рис. 3.1), работающих короткими заездами при камерной системе с частичным креплением анкер ной крепью.

3.2.МОДЕЛЬ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ДОБЫЧНЫХ КОМБАЙНОВ С УЧЕТОМ СКОРОСТИ НАГРУЖЕНИЯ ПОРОД В гл. 2 указывалось, что для окончательного выбора компоновки (структурной схемы) АДК требуется проведение развернутого параметрического сравнения двух (трех) вариан тов. Одним из важнейших параметров является энергоемкость основных процессов, реализуемых конкретными техническими решениями. Необходимо в каждом конкретном случае выбирать адекватные математические модели и методики расчетов основ ных параметров ИО, машин и АДК в целом. В частности, для наиболее энергоемкого процесса – отбойки породы, некоррект ность выбора методики расчета энергетических параметров до бычных ИО может привести к завышению (занижению) мощно стей машин в несколько раз, что естественно, приводит к росту (уменьшению) габаритов, массы, энергопотребления и т.д. По этому одной из важнейших задач является разработка универ сальной методики расчета параметров добычных машин, вклю чающей в себя различные механо-математические модели про цессов взаимодействия ИО ГМ с породой.

Современную и весьма перспективную кинетическую теорию прочности, которая разрабатывалась акад.

С.Н. Журковым, многократно пытались применить для расчета параметров разрушения горных пород [6, 82]. Однако рассмот рение процесса разрушения породы при ее взаимодействии с ИО ГМ на молекулярном уровне вряд ли целесообразно из-за устойчивой неоднородности пород, наличия твердых включе ний, функционально не зависящих от прочности основной по роды. Кроме того, доля энергии, идущей на разрушение породы не велика в сравнении с общей энергией, потребляемой ГМ. По этому в настоящее время кинетическая теория прочности не может найти широкого применения для расчетов ГМ.

Известно, что на скалывание угля при его резании ИО ГМ затрачивается 15 % общей энергии разрушения забоя [60, 68]. Покажем, что существует соответствие между удельными энергозатратами на разрушение, полученными как отношение потребляемой мощности и технической производительности, и работой разрушения породы Aразр, полученной в результате ин тегрирования функции зависимости предела прочности от де формации в пределах изменения деформации до разрушения об разца:

Hw (кВтчас/т) = 3,6106Aразр(3,6106Дж/м3) С учетом того, что на собственно разрушение идет от до 20 % общей потребляемой ГМ мощности, можно ввести ко эффициент, определяющий эту долю в зависимости от типа раз рушаемой породы, режущего инструмента и ИО ГМ.

С другой стороны, используя диаграмму напряжение деформация, можно получить энергию в джоулях на метр куби ческий, необходимую только для разрушения породы Аразр n ()d. (3.1) Вычисление интеграла (3.1) с учетом доли энергии, идущей на разрушение, которую можно определить, например, по таблице 3.5, а также с учетом реальных воздействий на поро ду и режима работы резца (дополнительный отвод тепла [10, 64], специальные конструкции и материалы резца и т.д.) дает * энергию на разрушение ИО ГМ Аразр, от которой можно перей ти к удельным затратам на разрушение породы Hw.

Расчеты по определению затрат энергии на разрушение пород, а также анализ работ Е.З. Позина [60], Ю.И. Протасова [64], К.Г. Асатура [6, 7], позволяют составить таблицу условно го распределения затрат энергии при разрушении пород резцо вым инструментом.

Как видно из табл. 3.5, при разрушении хрупких пород (углей) потери на диспергирование составляют около 70 %. При этом значительная доля мощности ГМ затрачивается на процес сы, от которых необходимо избавляться (переизмельчение по роды, затраты на трение). Однако использование гидромехани ческих резцов, как показывают исследования, например В.А. Бреннера [10], позволяет значительно снизить потери энер гии на диспергирование и трение.

Таблица 3. Распределение энергии по процессам для различных видов разрушения породы Распределение энергии, % Сухое ре- Сухое ре- Гидромеханиче № Составляющая энергии раз зание зание по- ское разрушение п/п рушения породы угля (по роды (по угля/породы (вы сокое давление), % [60]), % [64]), % Диспергирование от взаимо действия передней грани рез 1 50 - 78 - 25-50/ ца с породой Диспергирование при трении на задней грани затупленного 2 20 - 46 - 15-30/ резца Образование трещин, отрыв 3 1 5 5-15/15- частиц породы Упругая деформация породы 4 1 7 5/ Упругие деформации ИО ГМ 5 0,3 - 2 5 0,3-2/ Трение и нагрев породы и 6 - 83 -/60- резца Конструкции ГМ, в которых применяется гидромехани ческое разрушение породы, значительно сложнее традицион ных, однако более рациональное распределение энергии при разрушении породы в таких ГМ делает их весьма перспектив ными, особенно если конструкция ИО ГМ включает в себя гид ромашину, связанную с резцами.

Величина Hw определяет тип ИО ГМ, его режимные и конструктивные параметры, которые могут быть получены, на пример, из таблиц [60, 106].

Эти данные помогают на начальных этапах анализа структурных моделей, исходя только из паспорта прочности по роды [8, 27, 68], определять величины оценок в морфологиче ских матрицах 3 3 по параметру “энергоемкость”.

Таким образом, для различных конструкций ГМ, струк турных моделей АДК, горно-геологических условий и пород можно на предпроектных стадиях (до начала проектирования нового АДК) получить величину удельных энергозатрат на раз рушение породы ИО ГМ. Это, в свою очередь, позволяет делать прогнозные оценки о ресурсе, сроке службы, эксплуатационных показателях работы новых ГМ.

Необходимо учитывать возможность постоянного мони торинга изменения прочности пород, например, с помощью ап паратуры, разработанной под руководством проф. О.В. Ковалева [29]. Эта следящая система работает без отбора проб породы для испытания на прочность и основана на измерении констант электрических полей, характеризующих напряженное состояние массива. Такая система позволяет изготовить ИО ГМ, который может изменять свои режимные параметры таким образом, что бы удельные энергозатраты на разрушение породы были мини мальны.

Исследования, проведенные под руководством проф.

А.Н. Ставрогина [27, 82], выявили зависимость прочностных свойств породы от скорости деформации. Эти исследования по казывают, что все породы можно разбить по их качественному поведению при изменении скорости деформирования на три типа (рис. 3.2, а):

1 тип – породы, у которых прочность монотонно растет при увеличении скорости деформирования;

2 тип – породы, у которых прочность увеличивается до определенной точки, после которой происходит стабилизация и прочность не изменяется при увеличении ;

3 тип – породы, у которых возможно на некотором уча стке диаграммы n уменьшение прочности при росте.

Все известные методики по определению сил, возни кающих на ИО добычных машин (см. раздел 1.1, [106]), исполь зуют при различных режимах деформирования разрушаемой породы (при изменении параметров работы горной машины) по стоянное значение характеристики прочности, однако, это верно только для пород второго типа на участке диаграммы после кри тической точки.

а) Качественная зависимость прочности породы в функции скорости деформации для различных типов породы.

Предел прочности Предел прочности Логарифм скорости деформации Логарифм скорости деформации б) Предел прочности Предел прочности -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 Логарифм скорости деформации Логарифм скорости деформации Рис. 3.2. Качественная зависимость прочности породы в функции скорости деформации для различных типов породы (а) и зависимость изменения прочности породы в функции скорости ее деформирования по проф.

А.Н. Ставрогину (б).

1-3 – типы пород.

Многие исследователи считают, что на силы сопротив ления деформированию (при резании) скорость подачи не влия ет [6], однако, это верно только для пород второго типа или пер вого типа со слабой зависимостью прочности от.Предлагаемая ниже модель справедлива для пород третьего типа, такая модель ранее не применялась для расчетов ГМ. Для реальных расчетов могут быть использованы традиционные мо дели, в которых либо принимается слабая зависимость прочно сти от скорости деформации, либо такой зависимостью пренеб регают. В этом случае можно использовать ОСТ [54], и система дифференциальных уравнений упрощается.

В опытах проф. А.Н. Ставрогина [81, 82], в частности, осуществлялось одноосное сжатие с постоянной скоростью V образца длиной l, цилиндрической формы. Фиксировалось из менение во времени нормального напряжения с помощью тен зометрии. В момент разрушения определялся угол наклона мак ротрещины ск к продольной оси образца и, соответственно, нормальное напряжение разрушения n.

По этому значению рассчитывалось предельное значение касательного напряжения вдоль линии разрушения по формуле n n sin cr (3.2) После этого, строилась зависимость предельного каса тельного напряжения п от скорости изменения продольной де формации :

V l (3.3) l tl в полулогарифмическом масштабе (рис. 3.2, б).

В случае разрушения аналогичной хрупкой породы (ки зеловский уголь, калийная соль и т.д.), которую можно отнести к породам 3-го типа, представляется более целесообразным оп ределять величину предельных нормальных напряжений п в направлении среза [101]. Кроме того, в задаче о взаимодействии ИО ГМ непосредственно с породой отсутствует характерный линейный размер, определяющий длину в направлении среза горной породы, которая подвержена деформации. Поэтому, вместо величины введем относительную скорость деформа ции вдоль направления скола cos ск.

(3.4) Именно эту величину можно определить через скорость резания ИО ГМ Vр по следующей формуле V p cos ск V p cos ск sin ск, (3.5) h / sin ск h где h – толщина стружки.

Таким образом, графики (рис. 3.2, б), построенные А.Н. Ставрогиным на плоскости (п, ), следует перестроить на плоскость (п, ) согласно формулам (3.2-3.4).

На основе (3.5) оказывается возможным, применительно к конкретной практической ситуации, определить диапазон из менения скорости деформации. Внутри этого диапазона пред ставляется возможным произвести линейную аппроксимацию зависимости п ( ) в полулогарфмическом масштабе:

ln, n n0 (3.6) k где – масштабное значение скорости изменения деформации, а значения n0 и k определяются в результате аппроксимации.

Знак минус характеризует физико-механические свойст ва разрушаемой хрупкой породы, которые впервые были опре делены в [27]. Это, в частности, означает, что с ростом пре дельное значение напряжения разрушения уменьшается.

Для дальнейшего существенно, что толщина стружки h может быть определена по формуле Vn h r, (3.7) Vp где Vп – скорость подачи, – угловое расстояние между сосед ними резцами;

r – радиус ИО ГМ.

Таким образом, скорость относительной деформации будет равна V p2 cos ск sin ск.

Vn r Процесс разрушения хрупкой породы резцами в рабочем режиме, как показывают эксперименты [22, 23, 30, 34], носит неупорядоченный, стохастический характер и состоит из после довательности кратковременных сколов различной интенсивно сти. При этом, однако, всегда удается экспериментально зафик сировать наиболее интенсивный скол, при котором сопротивле ние вращению ИО ГМ максимально. Существенно, что наиболее интенсивные сколы следуют друг за другом приблизительно че рез равные промежутки времени. Кроме того, как зафиксирова но многими экспериментами, значительная доля общего усилия на резце затрачивается на трение о породу (нагрев резца), пыле образование, боковой развал и т.п.

Добиться строгого механо-математического описания этого сложного процесса вряд ли представляется возможным.

Поэтому, далее примем следующую упрощенную схему:

1. Рассматривается ИО ГМ типа резцовой коронки.

2. Предположим, что в моменты, которые непосредст венно предшествуют достижению максимальных значений сум марной силы сопротивления резанию, картина расположения резцов и профиль забоя вдоль линии резания имеют вид, пред ставленный на рис. 3.3. Толщина стружки h, которая срезается непосредственно после достижения этого момента, максимальна и определяется по (3.5).

3. Полагаем, что непосредственно после вышеуказанных моментов времени происходит максимальный скол породы. При этом линию скола допустимо считать прямолинейной и накло ненной под углом ск к окружному направлению перемещения резца, где ск совпадает с тем значением, которое определяется в опытах А.Н. Ставрогина.

4. Будем пренебрегать величиной заглубления за время T перемещения резца на расстояние S, которое соответствует ок ружному перемещению, отвечающему линии скола. Это воз можно при условии V p Vn. Тогда h, S h cosск rT TV p ;

ab (3.8) sin ск где ab – длина линии скола.

Внутри выделенного интервала времени, продолжитель ности T h cos ск h cos ск T (3.9) r Vp толщина стружки систематически возрастает. При этом происхо дит серия микросколов, постепенно увеличивающейся интенсив ности.

5. Внутри интервала времени T сила сопротивления вра щению изменяется по линейному возрастающему закону от ну ля до максимального значения. Это означает, что по окончании интервала схема расположения резцов и форма забоя, представ ленная на рис. 3.3, снова оказывается справедливой. Таким об разом, принятые допущения позволяют считать, что эффектив ная сила сопротивления вращению является периодической с периодом T (рис. 3.4).

6. Непосредственно перед максимальным сколом (рис. 3.3) предельные нормальные напряжения равномерно рас пределены вдоль площадки контакта резца с породой толщиной h. При этом данные напряжения естественно рассчитываются по линеаризованной формуле (3.4). Таким образом, максимальное усилие на резце z x max n hbp, (3.10) где bр – ширина режущей кромки резца;

– коэффициент, учиты вающий долю суммарного усилия на резце, приходящуюся толь ко на скол породы.

Отметим, что суммарный момент сопротивления враще нию ИО ГМ M c z x max (t )rn, (3.11) где n – число резцов, участвующих в резании.

Vp s b h a ar Рис. 3.3. Схема взаимодействия резца с породой.

Резюмируя вышесказанное, получим окончательные формулы для периодического закона изменения момента сопро тивления и периода его изменения:

Vn V 2 cos ск sin ск n 1 ln p (t ) ;

M c r 2bp n Vp 0 k Vn r (3.12) Vn T r cos ск ;

Vp где (t ) – единичная единичная T – периодическая функция, ко торая в принципе может отражать случайный характер мгновен ных нагрузок (усилия на резце и момента на ИО).

Z Zn t T T Рис. 3.4. Зависимость усилия на резце Z во времени при выполнении сколов Фурье-разложение этой функции имеет вид 2к sin t T. (3.13) (t ) 2 к к В силу принятых допущений внутри одного периода можно пренебречь изменением скорости резания Vp, поэтому время t в (3.13) можно представить как S t, Vp где S – окружной путь резца. Вследствие этого суммарный мо мент сопротивления, согласно (3.12), есть функция аргументов S:

Vn SVn.

Если же допустимо учитывать только среднее значение (t), то (t) = 0,5 и зависимость от S пропадает.

Будем далее полагать, что рассматриваемая ГМ относит ся к классу машин, рабочий инструмент которых движется по следу, сформировавшемуся в результате движения предыдущих рабочих инструментов, вдоль той же линии резания. Именно та кая точка зрения нашла выражение в работе [23]. В этой диссер тации, в частности, была установлена и экспериментально под тверждена прямо пропорциональная зависимость между толщи ной стружки и суммарной силой N, с которой разрушаемая по рода препятствует перемещению ИО ГМ вглубь забоя (давление в забое или усилие подачи). Будем также исходить из данного отношения (3.7):

Vn N h r, (3.14) Vp где – опытный коэффициент, зависящий от прочности породы, материала и конструкции резца.

Отметим, что в работе [23] постулируется также прямо пропорциональная зависимость между суммарным моментом сопротивления и давлением в забое:

Vn M c N kr, (3.15) Vp где – радиус сопротивления.

Сравнивая выражения для (3.12) и (3.15), получим:

V 2 cos ск sin ск rb p n n 1 ln p.

(t ) 0 (3.16) Vn r k В предшествующих работах полагается, что радиус со противления зависит от Vp. Эта опытная зависимость для боль шинства машин в рабочем диапазоне изменения Vр имеет вид, представленный на рис. 3.5 [23]. Основываясь на опытных дан ных [27, 81], можно подойти к определению радиуса сопротив ления аналитически. Отметим, что зависимость от Vn, согласно (3.16), также имеет падающий характер. Возрастающую часть характеристики на основе (3.16) воссоздать не удается, посколь ку в этом диапазоне изменения Vp оказывается несправедливой исходная линейная аппроксимация (3.16).

Радиус сопротивления Скорость резания Рис. 3.5. Зависимость радиуса сопротивления от скорости резания Кроме того, в полученной формуле (3.16), радиус сопро тивления зависит от Vn, и от окружного пути S. В последней за висимости при определении среднего значения радиуса сопро тивления (t) = 0,5:

rb p n V 2 cos ск sin ск n 1 ln p.

ср (3.17) 0 k Vn r Зависимость от Vn в рамках предлагаемого подхода, насколько нам известно, выявлена впервые.

Полученные результаты позволяют в явном виде запи сать систему дифференциальных уравнений продольного пере мещения и вращения ИО ГМ:

mVn F N Vр ;

(3.18) M дв M c J r где m – масса ГМ;

J – эквивалентный момент инерции вращаю щихся частей привода, приведенный к валу ИО;

F – активная си ла, прижимающая ИО к забою;

Mдв – движущий момент, приве денный к валу ИО.

Величина силы F определяется на основе механической характеристики привода подачи ГМ.

Подставляя выражения (3.12) и (3.14) в (3.18), получим окончательно систему двух нелинейных дифференциальных уравнений Vn mVn F r V p V V 2 cos ск sin ск J р M дв r b p n Vn (3.19) n 1 ln p 0k Vn r r 2 Vp Эта система не может быть проинтегрирована аналити чески, даже если допустимо представить усилие F и Мдв как яв ные функции скоростей подачи и резания, поэтому для опреде ления зависимостей скоростей подачи и резания от времени данную систему следует интегрировать численными методами.

В работе [23] используется следующая формула для толщины стружки h x(t ) x(t ), (3.20) где x – абсолютное продольное перемещение вглубь забоя ( Vn x );

– время поворота ИО на. Выражение (3.7) получается из (3.20), если положить, что время мало и определяется по фор муле r.

Vp Поэтому уточненный вариант предложенной теории может быть получен, если везде вместо формулы (3.7) использовать (3.20).

При этом, однако, существенно усложняются результирующие уравнения. Вместо дифференциальных эти уравнения приобретут дифференциально-разностный характер. Соответственно, услож нится процесс их численного интегрирования.

Взаимодействие ИО ГМ с породами различных типов ведет к значительному изменению параметров, характеризую щих их работу. Система дифференциальных уравнений (3.19) анализировалась с помощью компьютерного пакета ДИСПАС, что фактически являлось моделированием работы ГМ. Подбор блоков в системе ДИСПАС и их связи в соответствии с (3.19) показаны на рис. 3.6.

При моделировании принимались следующие значения постоянных коэффициентов (величин).

1. Механизм резания: асинхронный короткозамкнутый двигатель Pном = 250 кВт, nном = 960 об/мин, кратность макси мального момента – 2, sкр = 6,2 %, двигатель описывался урав нением Клосса:

2M кр (1 sкр ) M, s sкр 2sкр sкр s = Rст/Rрот = 1,34;

приведенный момент Rnp принимался равным 0,1;

0,05;

0,01;

момент нагрузки на валу двигателя рассчитывался по уравнению (3.19);

приведенный момент инерции J = 9,5 кгм2;

полезная мощность определялась в блоке 19 (рис. 3.6) как Pp M p.

2. Привод механизма подачи: электродвигатель, управ ляемый по скорости вращения в диапазоне 1:10;

Pном = 30 кВт;

nном = 750 об/мин;

механическая характеристика – линейная;

ста тический момент, действующий на двигатель со стороны меха низма определяется выражением (3.19);

J = 20 кг м2, Rnp = 0,01.

Особые условия:

ГМ с нарастающей скоростью подачи зарубается в забой после полного разгона двигателей;

изменение типа породы осуществлялось подключением (отключением) блока № 10 (рис. 3.6);

на скорость подачи накладывалась случайная колеба тельная составляющая, со средним периодом низкочастот ных колебаний 0,31,5 Гц, и средним периодом высокочас тотных колебаний – 1530 Гц, что соответствует реальным экспериментальным значениям осциллограмм нагрузки, снятых при работе добычных комбайнов [30, 49].

Рис. 3.6. Динамическая модель добычного комбайна при разрушении пород различных типов Результаты показаны на рис. 3.7, из которого видно, что логарифмическая составляющая в значительной степени влияет на процессы в электроприводе, при этом расчеты, проведенные для пород второго типа вместо пород третьего типа (при непра вильно выбранном типе пород), в несколько раз завышают мощностные параметры ГМ. Это следует из разных величин си лы резания на резце, рассчитанных по формуле (3.10) для пород второго и третьего типа (рис. 3.8). Скорость резания также оп ределяется скоростью подачи и логарифмической составляющей прочности породы, причем система не имеет решений для не больших скоростей резания (меньше 1 м/с) и, наоборот, при скорости резания больше 5 м/с электропривод имеет пологую энергетическую характеристику и может эффективно работать во всем диапазоне скоростей подачи (до 0,1 м/с).

Рис. 3.7. Пример расчета параметров комбайна для пород третьего (а) и второго (б) типов Моделирование работы комбайнов показало также, что при включении блока, имитирующего случайную (по нормаль ному закону) составляющую скорости подачи, графики зависи мости мощности во времени совпадают с эмпирическими ос циллограммами записи мощности, полученными при шахтных испытаниях, приведенных, например, в работе [30]. Это говорит о возможности и необходимости создания компьютерных про грамм, моделирующих работу комбайнов, с представлением скорости подачи в виде постоянной составляющей, которая мо жет быть определена по заданной производительности и показа телю прочности породы, и случайной, зависящей от многих внешних характеристик работы комбайна.

Отметим, наконец, что полезная мощность, которая идет на разрушение породы, как известно:

M cVn P NVn. (3.21) Допустим, что мощность привода вращения ИО ГМ на столько велика, что скорость резания можно считать постоян ной. Будем рассматривать полезную мощность, согласно (3.21), как функцию Vn. Колебания величины полезной мощности при всех прочих фиксированных параметрах будут в данном случае обусловлены изменением во времени эффективной силы сопро тивления или, что то же самое, наличием переменной состав ляющей в ряду (3.13). В результате зависимость будет представ ляться пятном точек, которое имеет среднее значение, получае мое при Vn Vncp. Таким образом, параметры Ap, f, n не доста точно полно отражают прочность пород, взаимодействующих с резцами, в зависимости от глубины внедрения ИО ГМ в массив и режимных параметров ГМ. Как указано в гл. 1, использование различных показателей прочности и различных методик расчета дают большой разброс значений силы резания на резце для ре альных скоростей подачи. Необходимо использовать конкрет ные паспортные зависимости прочности породы от скорости ее деформации, учитывать тип породы (рис. 3.8). В этом случае появляется возможность определять режимные параметры ГМ для экстремальных значений прочности.

Алгоритм расчета следующий:

1. По графикам устанавливается соответствующая ско рость деформации породы в конкретном забое в текущий мо мент времени с использованием датчиков [68].

2. Рассчитывается работа разрушения Aразр, Дж/м3 и удельные энергозатраты на разрушение Hw.

3. Задаваясь необходимой производительностью ИО ГМ по отбойке породы Qтeop, м3/с, определяют мощность P1 ГМ, не обходимую для разрушения.

4. По известной схеме расстановки резцов и допустимым усилиям на резце вычисляют силу резания.

Следуя Ю.И. Протасову [64], можно показать, что ис пользуемые в морфологическом анализе энергетические показа тели работы ГМ являются наиболее информативными, так как они по своей сути отражают способность ГМ наиболее эффек тивно разрушать породный массив, особенно в случае использо вания механо-гидравлических резцов, у которых нагрев и трение резца минимальны.

Затраты энергии, идущей на трение, нагрев породы и резца, составляют около 0,83 (табл. 3.5) от всей энергии, подво димой к резцу. Эта доля энергии предусматривает рассмотре ние зависимости предела прочности в функции скорости нагру жения как величину, пропорциональную удельным энергозатра там на разрушение породы ИО ГМ. Однако, это противоречит факту принадлежности различных параметров к определенной теории прочности 6. Так пределы прочности рассматриваются в “теории предельной прочности”, а понятие “скорость нагру жения” – в кинетической теории.

Сила резания, Н 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0, Скорость пода чи, м/с Рис. 3.8. Зависимость силы резания на резце от скорости подачи для пород второго (2) и третьего (1) типов При использовании компьютерных программ типа CUTTO, которые позволяют определять области значений мгно венных мощностей, потребляемых ГМ, и характеристики, опре деляющие эти области (среднее значение мощности, средне квадратическое отклонение, коэффициент вариации), можно по лучить значение рациональной мощности, необходимой для ус тойчивой работы ГМ. Существующие методы экспресс-анализа прочности породы позволяют отслеживать фактическое (мгно венное) ее значение и прогнозировать его. Это позволяет соз дать систему автоматизированного управления работой ИО по максимальному варианту [52, 60], корректно подбирать режим ные параметры ГМ и выбирать установленную мощность ее двигателя.

3.3.ОБОСНОВАНИЕ ТИПА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА И РАСЧЕТ ЕГО ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ Определение рациональных режимов работы (рацио нальных скоростей подачи) добычных комбайнов необходимо для корректного прогнозирования производительности ком плексов, выбора оптимального типа добычного комплекса (ком байна), правильного планирования организационных мероприя тий в лаве, повышения надежности работы машин и, следова тельно, их срока службы. Режимом работы является сочетание меняющихся в процессе работы параметров, которые влияют на производительность машины [60].

Режим работы можно назвать оптимальным, если дости гается наивыгоднейшее значение показателя эффективности ис пользования комбайна. Таким показателем может быть произ водительность машины, которая должна быть максимальной, при условии нормального теплового режима работы электро двигателя, обеспечения необходимого качества добываемого уг ля и минимальной энергоемкости процесса разрушения угля ис полнительным органом машины. Главную роль в достижении оптимального режима работы комбайна играет определение па раметров режима резания. Выбор, а главное, поддержание пара метров работы комбайна на оптимальном уровне является очень непростой задачей.

Простым и наглядным средством для определения ре жимов работы добычного комбайна является энергетическая ха рактеристика машины, то есть зависимость потребляемой ком байном мощности от скорости его подачи, построенная для за данных условий эксплуатации комплекса.

Рис. 3.9. Блок-схема алгоритма расчетов параметров энергетической характеристики комбайна при разрушении пород различного типа Массив VP(N) - исходный набор скоростей подачи комбайна;

VP(NN) - текущие значение скорости подачи;

NN - номер рассчитываемой скорости (NN изменяется от 1 до N);

0,05 и 0,02 - средняя и минимальная скорости подачи при работе комбайна;

KKK - коэффициент увеличения диапазона изменения скорости;

AR(N) - массив переменных значений сопротивляемости угля резанию;

AR(NN) текущие значение AR;

ARR - коэффициент изменения диапазона варьирования величиной AR.

Энергетическую характеристику комбайна можно полу чить, рассчитав необходимую мощность комбайнового электро двигателя для нескольких скоростей подачи. Алгоритм расчета необходимой мощности комбайна приведен на рис. 3.9. Очень важен для правильного определения работы вид и перечень ис ходных параметров: сопротивляемость угля резанию Ар, Н/мм, коэффициент отжима Кот и другие. Так для конструкторских за дач, например, по расчету шнеков комбайна, можно пользовать ся усредненной величиной Ар, но, согласно [60], лучше произво дить расчет по фактическим величинам толщины стружек. Для расчетов по выбору рациональных режимов эксплуатации ком байна необходимо вести расчет с учетом заданного разброса ве личины Ар (обычно считается, что разброс величины Ар для угольного пласта подчиняется нормальному закону), но можно использовать и среднюю толщину стружки hср. В работе [106] показана незначительность расхождения величин усилий, рас считанных по средней и по фактической величине толщины стружки. Это расхождение не превышает 1 %.

Таким образом, если пласт угля характеризуется посто янной величиной Ар и для выбора режима работы комбайна можно вести расчет его энергетической характеристики по средней величине толщины стружки. Если же пласт угля имеет сложное строение (имеет большой разброс величины Ар) необ ходимо моделирование работы комбайна путем многократного расчета параметров энергетической характеристики для различ ных значений Ар, разброс величин которой подчиняется нор мальному закону.

Кроме того, использование в расчетах параметров режи мов работы комбайна теоретических значений величин толщи ны стружек, зависящих от положения резца в пространстве, не только усложняет расчеты сверх необходимости, но и затрудне но по принципиальным соображениям, так как реальная стружка не всегда является серповидной.

3.3.1 ОБОСНОВАНИЕ СЛУЧАЙНОГО ХАРАКТЕРА МГНОВЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ СКОРОСТИ ПОДАЧИ Существует ряд особенностей работы комбайна, позво ляющий утверждать, что невозможно с достаточной точностью в любой момент времени рассчитать толщину снимаемой стружки. К таким особенностям работы можно отнести сле дующие:

1. Изменение Aр по длине лавы и высоте разрабатывае мого пласта, наличие твердых включений.

2. Неравномерность мгновенных значений скоростей по дачи комбайна Vп вызываемая как особенностями кинематики механизма подачи, так и динамикой комбайна в целом. Ампли туда колебаний скорости подачи и частота таких колебаний из меняется в широком диапазоне [22, 37].

3. Неравномерность включений комбайна, которая зави сит от организации работ в лаве и опыта работы машиниста комбайна. Неравномерность нагружения машины, которая оп ределяется дисперсией мощности, может в два с половиной раза отличаться при работе машинистов с разным стажем работы [37]. Частота включений комбайна и примерно 80 % дисперсии мощности определяются организацией работы бригады в лаве и, в первую очередь, квалификацией машиниста.

Известно, что прочность пород может быть переменной даже при малых расстояниях между точками замера для одного и того же пласта (участка породы), значение прочности характе ризуется средней величиной и нормальным законом распреде ления около среднего [8, 60]. Поэтому в алгоритмах по расчету областей значений мгновенных потребляемых мощностей до пустимо применение датчиков случайных чисел (см. раздел 3.2).

Определение расчетной мощности детерминированным спосо бом затруднительно также по следующим причинам:

влияние человеческого фактора (по данным проф.

Ю.Д. Красникова [34, 35, 36, 37], 70 % дисперсии мощно сти);

случайное изменение числа резцов на ИО и изменение прочности породы от числа нагружений [34] (число нагру жений при пульсирующей нагрузке наиболее значительно влияет на прочность);

возможность несовпадения резов после прохода их по одной линии резания, которое возникает в результате изме нения положения корпуса ГМ или ИО ГМ в плоскости, па раллельной забою.

Перечисленные выше факторы требуют введения в алго ритмы определения параметров энергетических характеристик ГМ наряду с датчиком случайных чисел определения фактиче ской прочности породы (например, функция RND(x), BASIC) таких же датчиков для определения фактической мгновенной скорости подачи.

Таким образом, мгновенная потребляемая ГМ мощность выражается суммой среднего значения и случайной составляю щей. Поэтому расчеты параметров режимов эксплуатации ком байна проще и целесообразнее вести с использованием средней толщины стружки, а математическое описание реального про цесса, происходящего при резании угля шнеком, наиболее адек ватно описывается с использованием выражения Aр и Vп с по мощью случайных функций. Этот вывод подтверждается Е.З. Позиным, который считает, что вероятностные модели рас четов комбайнов учитывают реальный характер внешних нагру зок комбайна [60].

В алгоритме расчета параметров энергетической харак теристики комбайна с учетом выражения Aр и Vп с помощью случайных функций (рис. 3.9) по программе, составленной по алгоритму СUТТО написанной на алгоритмическом языке BASIC, случайные функции выражаются с помощью стандарт ной функции RND.

Исходный набор скоростей подачи комбайна (массив VP(N)) меняется с помощью формулы:

VP(NN)=RND(x)(KKK0,05-0,02/KKK)+0,02/KKK, где VP(NN) – текущее значение скорости подачи;

NN – номер рассчитываемой скорости (NN изменяется от 1 до N);

0,05 и 0,02 – средняя и минимальная скорости подачи при работе ком байна;

KKK – коэффициент увеличения диапазона изменения скорости.

Аналогично, массив переменных значений сопротивляе мости угля резанию AR(N), первоначально заполненный одина ковыми значениями AR = 250, например, изменяется в процессе моделирования согласно формуле:

AR(NN)=RND(x)(ARRAR-AR/ARR)+AR/ARR, где AR(NN) – текущие значение AR;

ARR – коэффициент изме нения диапазона варьирования величиной AR.

Программа СUТТО представлена так, что массивы AR(N) и VP(N) могут изменяться заданное число раз (равное вводимому параметру NNN) и расчеты мощности комбайна по вторяются по алгоритму, показанному на рис. 3.9, при этом для каждого нового расчета подсчитывается среднее значение мощ ности, дисперсия и коэффициент вариации. Если один из пара метров KKK или ARR при вводе исходных данных приравнива ется 0, то при работе программы пошагового изменения соот ветственно VP(N) или AR(N) не происходит.

3.3.2. АНАЛИЗ РАБОТЫ ДОБЫЧНЫХ КОМБАЙНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ CUTTO В табл. 3.8 и на рис. 3.10 представлены результаты рас четов, моделирующих работу комбайна MLS-170 для условий шахты Иан-Чжоу (КНР) [87, 106] при следующих исходных данных: породы второго типа, диаметр шнека комбайна D = 1,35 м;

установленная мощность электродвигателя 170 кВт;

мощность пласта m = 1,8 м;

среднее значение Aр=250 Н/мм;

ско рость подачи Vп =2,7 м/с;

число линий резания 15.

Остальные значения исходных данных принимаются по умолчанию [106].

Исходный массив VP(NN), реализуемый по умолчанию в программе, моделирует работу комбайна с учетом его разгона из изначального состояния, когда скорость равна нулю. Число то чек в массиве равно 20, исходный набор представлен в табл. 3.6.

Таблица 3. Массив скоростей подачи Порядковый Значение Порядковый Значение номер скорости номер скорости 1 0,01 11 0, 2 0,03 12 0, 3 0,05 13 0, 4 0,07 14 0, 5 0,06 15 0, 6 0,04 16 0, 7 0,07 17 0, 8 0,05 18 0, 9 0,07 19 0, 10 0,05 20 0, Рис. 3.10. Энергетические характеристики комбайнов КНР для условий шахты Иан-Чжоу В табл. 3.8 и на рис. 3.10 представлены результаты моде лирования по построению энергетических характеристик для работы комбайна ВМ-100 в условиях шахты Иан-Чжоу (КНР).

Мощность пласта 1 м, диаметр шнека 0,8 м, число оборотов шнека 90 об/мин, скорость резания 3,8 м/с, средняя величина сопротивляемости угля резанию 400 Н/мм, присутствуют твер дые включения с сопротивляемостью резанию до 600 Н/мм, (это соответствует разбросу сопротивляемости резания ARR = 1,3).

При моделировании принята ширина захвата шнека 0,6 м, параметры схемы расстановки резцов представлены в табл. 3.7.

Таблица 3. Параметры схемы расстановки резцов Номер линии резания Параметр 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Число резцов 4 4 4 2 2 2 2 2 2 Угол установки резцов 45 30 15 0 0 0 0 0 0 Шаг резания 3 4 5 6 6 6 6 6 7 Анализируемые ниже результаты моделирования по программе СUТТО носят исследовательский характер, общий анализ результатов имеет практический выход. Все варианты расчетов предусматривают такую работу комплекса в целом и комбайна в частности, когда ремонтные и профилактические осмотры проводятся в соответствии с заводскими инструкциями по эксплуатации каждой машины комплекса.

Результаты моделирования с использованием программы СUТТО (рис. 3.10) дают возможность построить так называе мый паспорт режима работы комбайна [60]. Такой паспорт строится нанесением большого числа точек, соответствующих мощности комбайна при его работе в заданных условиях, на график зависимости мощности комбайна от скорости его пода чи, что соответствует “сжатой” осциллограмме нагрузок. Фак тически, все графики на рис. 3.10 являются паспортными режи мами работы комбайна. В этом можно удостоверится нанеся на них горизонтальные прямые, выражающие Руст и Рmax, а также вертикальные прямые, выражающие различные предельные скорости подачи комбайна (ограничение по скорости крепления будет рассмотрено ниже, ограничение по производительности конвейера, скорости по метановыделению и др. здесь не рас сматриваются).

Таблица 3. Параметры семейств энергетических характеристик, полученные в результате моделирования с использованием программы СUТТО Параметры моделирования Средняя Средне- Коэффи мощ- Hw, квадратичное циент Шаг модели ность, кВтч/т ККК ARR отклонение вариации рования кВт 0 1,2 3 105 25 0,24 0, 0 1,2 10 126 42 0,34 0, 1,3 0 3 89 20 0,22 0, 1,3 0 8 90 21 0,23 0, 1,3 1,2 2 83 24 0,29 0, 1,3 1,2 8 92 23 0,31 0, 1,3 1,2 2 69 20 0,30 0, 1,3 1,2 8 75 24 0,31 0, Результаты моделирования по работе комбайна ВМ- 1,3 1,3 3 155 1,3 1,3 7 161 58 0,26 2, 1,3 1,3 3 150 24 0,36 1, В общем случае на рабочем участке зависимость мощ ность-скорость подачи выражается прямой. Если отложить на этом графике установленную мощность двигателя Руст (прямая параллельная оси абсцисс), то вертикальная прямая, проведен ная из точки пересечения линии P = Руст и прямой изображаю щей зависимость P от Vп, покажет рабочую скорость подачи комбайна. Превышение этой скорости приведет к опрокидыва нию двигателя.

Это верно, если нет других ограничений на скорость по дачи. При сложных условиях ведения горных работ часто Vп ог раничивается скоростью крепления (скоростью выдвижения секций крепи). В этом случае при отложении на паспорте режи ма работы комбайна вертикальной прямой рабочей скорости комбайна Vп она не должна превышать скорость крепления Vп Vкр, в противном случае может произойти крупный вывал кровли.

На рис. 3.10 условно принято, что нет ограничения рабо ты комбайна по скорости крепления, то есть Vкр Vп. На рис. 3.10, а, б, е, где варьировалась только величина скорости подачи (параметры варьирования: ККК = 1.3, ARR = 0) точки, соответствующие расчетным значениям мощности, ложатся на некоторую прямую, которая, как говорилось выше, называется энергетической характеристикой комбайна. На рис. 3.10 видно, что для условий, моделирующих работу комбайна MLS-170, нет ограничения по установленной мощности, т.к. прямая, изобра жающая энергетическую характеристику, не пересекает прямую, соответствующую установленной мощности Руст = 170 кВт (рис.

3.10, в, г). Использование комбайна ВМ-100 для условий шахты Иан-Чжоу, как видно из рис. 3.10, вообще невозможно, так как вся энергетическая характеристика лежит выше прямой, изо бражающей Руст комбайна (рис. 3.10, д). Если бы пласт угля, об работку которого очень сложно производить комбайном, не со держал колчедановых включений, работу комбайна можно было моделировать, задавшись ARR = 1,3. В этом случае, как видно из рис. 3.10, д, необходимо применение комбайна с Руст 220 кВт, тогда его работа становится возможной со скоро стью не более, чем 0,03 м/с. Рис. 3.10, е доказывает, что если бы этот же пласт характеризовался Aр = 400 Н/мм без разброса зна чений этого параметра, то было бы достаточно комбайна с Руст = 165 кВт, который мог бы работать со скоростью Vп 0,45 м/с.

Рис. 3.10 показывает достаточно широкие возможности программы СUТТО: изменяя любой из большого числа исход ных параметров, можно проследить динамику изменения мощ ности, наблюдая за изменением характера рисунка.

Использование пакета программ типа CUTTO для пород второго типа при исследовании особенностей работы комбайнов в условиях шахты Иан-Чжоу позволило сделать техническое предложение по обоснованию режимов работы советских ком байнов (работа производилась в 1989 г.) для сложных пластов, что давало возможность повысить занятость рабочих и произво дительность шахты.

3.3.3. ОБОСНОВАНИЕ КОМПОНОВКИ ПРОХОДЧЕСКО-ДОБЫЧНОГО КОМБАЙНА С использованием методов морфологического анализа, разработанных в гл. 2, можно провести анализ применения раз личных типов исполнительных органов в компоновках (струк турных схемах) новых проходческих и добычных комбайнов.

Для проходческого комбайна очевидны три основные функции:

крепление, отбойка породы, транспортирование отбитой массы от забоя. При этом в качестве параметров, следуя проф.

М.Д. Коломийцову [30], для анализа ГМ, требуется выбирать производительность, безопасность, ресурс. Однако, можно пока зать, что ресурс (срок службы) и производительность характери зуют стоимость ГМ, безопасность может быть сопоставлена (идентифицирована) с экологическим воздействием. Таким об разом, приходим к трем функциям, используемым при выборе рациональной технологии (см. разд. 3.1). Функции комбайна мо гут быть реализованы следующими техническими решениями при использовании дополнительных мероприятий по снижению вероятности проявления газо-динамических явлений (ГДЯ):

1. Добычной ИО: шнек для отбойки, бар для опережаю щего реза;

диск (абразивный) для опережающего реза, резцовые диски для отбойки;

резцовые диски для отбойки, шпуры в каче стве опережающего реза.

2. Крепление – металлическое арочное;

анкерное с сет кой, поддержание кровли на целиках (без крепления).

3. Транспортирующий ИО – ленточный конвейер;

скреб ковый конвейер с горизонтально замкнутой цепью;

скребковый конвейер с вертикально замкнутой цепью.

Транспортирующие устройства. Рассматривались три возможных варианта погрузки горной массы;

в качестве альтер нативных вариантов выбраны два (ленточный конвейер в анали зе не рассматривался, так как при минимальных диаметрах ба рабанов ограничение по высоте не выполнялось):

1) скребковый конвейер с консольными телескопически подпружиненными скребками;

2) скребковый конвейер с вертикально замкнутой тяго вой цепью.

Конструкционная проработка первого варианта показала сложность в его реализации по следующим причинам:

сложность крепления скребка к тяговой цепи конвейера и обеспечения его строго перпендикулярного положения относительно движения тяговой цепи;

коррозия, пыль, возможность заклинивания, при интен сивных механических нагрузках и ударах – быстрый износ “поршневых” полостей;

высокая динамика при прохождении скребка в загрузоч ной части скребкового конвейера.

Если при габаритах загрузочного окна: высота 0,45 м и длина 1,5 м установить два различных по исполнению конвейе ра, то пропускная способность конвейера с вертикально замкну той приводной цепью на 38,42 % выше, чем у конвейера с гори зонтально замкнутой тяговой цепью. Примерно так же два этих конвейера относятся по производительности друг к другу и для остальных параметров. Следовательно, чтоб увеличить пропу скную способность через загрузочное окно, необходимо уста навливать конвейер с вертикально замкнутой тяговой цепью.

Основные параметры этого конвейера: ширина конвейе ра b, b = 1900 мм;

скорость движения тяговой цепи Vц, Vц = 0,9 м/с;

высота скребка hскр, hскр = 150 мм;

производитель ность конвейера при коэффициенте неравномерности распреде ления груза между скребками kн.р., kн.р. = 0,6:

Qтеор 60hскр bVц kн.р. 0,151,90,9600,6 = 9,324 м3/мин.

Выдвижной диск. Для предупреждения внезапных вы бросов и снижения напряжений в массиве комбайн ПДКУ мо жет быть оборудован дисковым выдвижным исполнительным органом, диаметр и ширина которого могут варьироваться. С помощью этого диска пропиливается вертикальная щель в гор ном массиве, тем самым изменяя его напряженно деформированное состояние. Этот процесс осуществляется сле дующим образом: диск, приведенный во вращение встроенным в него гидромотором, внедряется в горный массив под действи ем напорного усилия, создаваемого в гидроцилиндрах телеско пической стрелы, в передней части которой он укреплен.

Рис. 3.11 Компоновочная схема проходческо-добычного комбайна универсального (ПДКУ) 1 – ходовая часть;

2 – поворотный механизм;

3 – гусеница;

4 – рукояти стрелы ИО;

5 – исполнительный орган;

6 – передний погрузочный стол;

7 – задний погрузочный стол;

8 – транспортирующее устройство;

9 – выдвижной бар;

10 – направляющие для установки различных модулей;

11 – крепеустановщик.

Эскизная проработка описанного выше варианта компо новки показала сложность технической его реализации, так как возникали сложности при решении вопросов создания консоль но расположенных дисков, а также при соблюдении заданных габаритов.

Выдвижной бар. Конструкция ПДКУ должна преду сматривать проведение опережающих разгрузочных пазов или щелей глубиной до 2,5 м, образуемых в направлении проведе ния горной выработки (рис. 3.11).

При существующих способах ведения горных работ, предупреждающих внезапные выбросы, значительное количест во времени уходит на следующие операции: бурение нагнета тельных шпуров;

бурение опережающих дегазационных сква жин;

нагнетание воды в массив;

гидроторпедирование угольного пласта и т.п.

ПДКУ может обеспечить непрерывное безопасное про ведение горных выработок любой формы поперечного сечения, кроме круглого, площадью от 8 до 28 м2 в свету.

Как показывают расчеты параметров напряженно деформированного состояния горного массива, при проходке выработок в выбросоопасных пластах угля и калийной соли для нейтрализации вероятности выброса достаточно осуществлять разгрузку напряженного состояния забоя опережающим резом со следующими параметрами: глубина реза – 2 м;


высота реза – по всей длине выработки;

ширина реза – не более 0,4 м [55, 56, 102,105].

При таком способе отработки забоя график ведения про ходческих работ дополняется операцией по осуществлению опережающего реза баровым исполнительным органом.

Для расчета параметров привода использовалась про грамма CUTTO.

По расположению верхней части “пятна энергетических характеристик” можно судить об оптимальной скорости подачи Vп (скорости качания) стрелы бара.

На рис. 3.12 показаны компьютерные распечатки таблиц с указанием приоритетов функций и параметров, морфологиче ской таблицы 3 3, итоговой таблицы.

Для выставления оценок (рис. 3.12, в) при минимизации суммарной оценки варианта АДК необходимо выбирать в соот ветствии с формулой (2.4) параметры, обратные описанным выше. Так, производительность заменяется на время, за которое добывается одна тонна породы (ч/т), безопасность – на вероят ность травматизма, а ресурс – на длительность простоев из-за поломок.

Упрощенная морфологическая таблица а) Наименования Вариант 1 Вариант 2 Вариант функций Крепление Арка Сетка Анкер Отбойка Шнек, бар Диски Диск, шпур Скребковый Скребковый Ленточный конвейер (гори- конвейер (вер Транспорт конвейер зонтально замк- тикально замк нутая цепь) нутая цепь) Таблица приоритетов б) Функции: Крепление Отбойка Транспорт Приоритет 2 4 производитель Параметры: безопасность ресурс ность Приоритет 1 2 в) Примеры матрицы Производительность Безопасность Ресурс Арка 0 1 Шнек, бар 0 0 Ленточный кон 0 1 вейер г) Ранжирование вариантов с указанием оценок №% Состав ПДКУ Оценка Арка, шнек, бар, скребк. конв. (верт. Замк. цепь) 1 Арка, шнек, бар, ленточный конвейер 2 Арка, шнек, бар, скребк. конв. (гор. замк. цепь) 3 Сетка, шнек, бар, скребк. конв. (верт. замк. цепь) 4 Анкер, шнек, бар, скребк. конв. (верт. замк. цепь) 5 Сетка, шнек, бар, ленточный конвейер 6 Анкер, шнек, бар, ленточный конвейер 7 Рис. 3.12. Фрагменты распечатки программы MORF: обоснование компоновочной схемы проходческо-добычного универсального комбайна Очевидно, что эти замены не влияют на широту анализа.

Существует принципиальная возможность оставить наименова ния первоначально выбранных функций, при этом необходима замена выражения суммарной оценки (2.4) на обратную величи ну.

Двоичные оценки в таблице на рис. 3.12, в требуют по яснения: в графе “Ресурс” (“простой из-за поломок”) для всех типов добычных ИО выставлена оценка “0”, так как опережаю щий рез позволяет снизить прочность породы и динамику воз действия на ИО, что может повысить срок службы. Для всех ти пов ленточных конвейеров в этой же графе выставлялась оценка “1”.

Для функции “Крепление” при анализе арочной крепи все параметры совпадают с прототипом, кроме производитель ности, которая для новых комбайнов с крепеустановщиками и магазинами кассет больше, поэтому выставлялись оценки “0”.

В графе “Безопасность” для скребкового конвейера с вертикально замкнутой цепью выставлялась оценка “0”, так как у новых комбайнов вероятность образования больших кусков при отбойке, а значит, заклинивания и обрыва цепи, меньше.

В результате морфологического анализа (итоговые таб лицы на рис. 3.12, г) определена целесообразность выбора сле дующих типов ИО ПДКУ:

добычной ИО, включающий режущий бар для опере жающего реза и сдвоенные режущие барабаны малой длины (диски);

транспортирующий ИО в виде скребкового конвейера с вертикально замкнутой цепью;

крепеустановщик для возведения арочной крепи с мани пулятором и магазином кассет.

3.3.4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ Программа KOR используется для расчетов мощности, производительности и удельных энергозатрат комбайнов, осна щенных корончатым исполнительным органом, причем, изменяя входные данные (сопротивление пласта резанию, коэффициент отжима, скорость подачи, коэффициент охвата и др.) можно мо делировать работу комбайна в различных условиях. Алгоритм программы KOR, наименования переменных, используемых в программе, и их идентификация представлены в [106].

При расчетах в программе KOR, как и в программе СUТТО, можно пользоваться средней толщиной стружки, кото рая вычисляется по следующей формуле:

2hmax V hср ;

hmax п ;

mpn где hmax – максимальная толщина стружки, м;

Vп – скорость пода чи, м/с;

mр – число резцов в линии резания;

n – частота вращения исполнительного органа, об/с.

Значение силы резания на остром i-м резце находится по методике [54].

Сила резания на затупленном i-ом резце определяется формуле [60]:

Z Z 0 р Rсж (0,8Sз u), где p –коэффициент сопротивления резанию;

Rсж – временное сопротивление породы одноосному сжатию, МПа;

S3 – проекция площадки затупления резца по задней грани на плоскость реза ния, мм2;

u – параметр, учитывающий объемность напряженного состояния массива.

Максимальный суммарный крутящий момент на испол нительном органе с учетом формулы (3.11):

k Z R, M i i i где k – число резцов, одновременно находящихся в контакте с полезным ископаемым или породой;

Ri – радиус установки i-го резца относительно оси вращения исполнительного органа, м.

Тогда потребное значение мощности привода двигателя исполнительного органа:

Mn P, где n – частота вращения исполнительного органа, об/с;

– КПД привода исполнительного органа.

Эксплуатационная производительность комбайна опре деляется по следующей формуле:

Qэ kэQтеор, где kэ – коэффициент непрерывности работы;

Qтеор – теоретиче ская производительность, м3/ч.

Эти параметры определяются по формулам:

( d D) L Qтеор 3600 Vп k охв ;

A kэ, 1 / kг (Tпк Tпо )Qтеор /( LS в ) где d – малый диаметр коронки, м;

D – большой диаметр корон ки, м;

L – длина коронки, м;

Vп – скорость подачи, м/с;

kохв – ко эффициент охвата;

А – коэффициент, учитывающий регламенти рованные перерывы в работе;

kг – коэффициент готовности ком байна;

Тпк – время простоев за цикл, мин;

Тпо – время простоев по организационно-техническим причинам, мин;

L – длина проходки за цикл, м;

Sв –площадь сечения выработки в проходке, м2.

Удельная энергоемкость добычи:

hw P, кВтч/т.

Qэ Моделирование работы комбайна с переменными пара метрами в различных условиях (хрупкие и вязкие угли, порода второго типа) могут задаваться вводом в программу KOR раз личных значений сопротивления пласта резанию, коэффициен та, учитывающего хрупкопластические свойства. В результате моделирования работы комбайна с помощью программы KOR получены результаты (табл. 3.10), рассчитанные для следующих параметров ИО: малый диаметр коронки d = 0,3 м;

большой диаметр коронки D = 1,0 м;

длина коронки l = 0,6 м;

скорость подачи Vп = 0,01;

0,05;

0,10;

0,15;

0,20 м/с;

число линий резания p = 15;

коэффициент охвата kохв = 0,3. Параметры схемы расста новки резцов даны в табл. 3.9.

При нанесении на график зависимости Р от Vп прямых, параллельных осям координат и исходящих из точек абсцисс, соответствующих значениям скоростей, ограничивающих ско рость подачи комбайна (скорость погрузки Vпог, скорость обес печивающая оптимальную работу привода исполнительного ор гана Vп.опт), а также исходящей из точки ординат, соответствую щей значению мощности, ограничивающей мощность добычной машины (установленная мощность привода исполнительного органа комбайна Pуст) получим паспорт режима работы комбай на, из которого видно, что в рассматриваемом примере, при ра боте по углям главными сдерживающими факторами роста про изводительности комбайна будут Vпог, Vп.опт. Если рассматривать зависимости Р(Vп) совокупно с графиком удельных энергоза трат, то можно увидеть, при каких скоростях подачи, допускае мых паспортом режима работы комбайна, удельные энергоза траты на добычу будут минимальны.

Таблица 3. Параметры схемы расстановки резцов Номер линии резания Параметр 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Число рез цов в ли- 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 нии Шаг, 2 2 2 2 2 5 5 5 5 5 5 5 5 5 См Угол уста новки, 45 35 30 30 15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 градусы Использование программ СUTTO и КOR позволяют производить расчеты удельных энергозатрат Hw на разрушение пород для различных горно-геологических условий, параметров исполнительных органов и режимов работы добычных и про ходческих машин.

С использованием известных методик, например проф.

В.И. Морозова, В.М. Рачека и др. [67, 110], можно определить полезные работы или энергозатраты Эi (Дж) затрачиваемые ос новными машинами очистных комплексов при выполнении ос новных операций по добыче.

Как показали экспериментальные исследования Ю.Н. Линни-ка [42], существует зависимость Эi = HwR, где R – межремонтный ресурс. Таким образом, становится возможным произвести обоснование выбора не только типа исполнительно го органа, но и самого комбайна с учетом отработки им макси мального ресурса. Оптимальным вариантом компоновки нового или выбора существующего типа комбайна является вариант, соответствующий следующему условию Hw min при R max.

Таблица 3. Результаты моделирования по программе KOR Удельная Скорость Потребляемая энергоемкость Параметры подачи Vn, мощность P, Моделирования Hw, кВтч/т м/с кВт Ap K 0,01 14,3 5, 0,05 40,1 3, 250 1 0,10 60,8 3, 0,15 74,6 3, 0,20 84,4 3, 0,01 15,8 5, 0,05 46,2 4, 250 0,85 0,10 70,5 4, 0,15 86,7 4, 0,20 98,3 4, 0,01 47,0 16, 0,05 171,0 16, 600 0,50 0,10 270,2 16, 0,15 336,3 16, 0,20 383,6 16, Разработанные программные средства позволяют решать поставленную выше задачу, что дает возможность уточнять об ласть использования, параметры и рациональные режимы рабо ты горных машин.

Методика определения параметров гидравлических си ловых цилиндров в зависимости от конструкции исполнитель ного органа и кинематики взаимодействия частей рукояти ком байна позволяет решать более общие задачи по моделированию работы исполнительного органа. Для этого необходимо исполь зовать программные средства по расчету времени срабатывания гидроцилиндров в зависимости от параметров маслостанции и внешней нагрузки на исполнительный орган.


Порядок работы имитационной модели следующий:

1. С использованием программ по расчету нагрузок на исполнительном органе, например KOR, определяются силы ре зания и подачи на исполнительном органе, а также соответст вующие им скорость и время перемещения как самого исполни тельного органа, так и частей рукояти.

2. Производится перерасчет величин выдвижения што ков силовых гидроцилиндров и их рабочих объемов.

3. С использованием программных средств, например SUPP [106], по расчету скоростей срабатывания гидроцилинд ров при известных параметрах насосной станции определяются необходимые параметры насоса или проверяются возможность применения насоса данной конструкции.

4. C использованием гипотезы Ю.Н. Линника произво дится прогнозный расчет предполагаемого срока службы нового комбайна.

5. Случайным образом изменяются характеристики от рабатываемой породы, скорости подачи исполнительного органа и схемы отработки забоя.

6. Производится цикличный повтор по пп. 1 - 5. В ре зультате моделирования определяется оптимальная конструкция исполнительного органа комбайна по условию: Hw min при R max.

Использование описанных выше моделей и программ CUTTO, KOR и др. позволило определить рациональные пара метры исполнительного органа по разрушению породы нового комбайна ПДКУ, составить техническое задание на его проек тирование для института ВНИИТРАНСМАШ и разработать но вые способы ведения горных работ с использованием такого комбайна [55, 56, 87, 102, 103].

3.4. СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ С ПОМОЩЬЮ КОМБАЙНА ПДКУ Известен способ разработки пластов полезного ископае мого, включающий проведение штреков, оконтуривающих вы емочный участок, выемку полезного ископаемого при прямых ходах проходческого комбайна рядом полос шириной, равной максимальной зоне захвата исполнительного органа комбайна с формированием между полосами целиков полезного ископаемо го с перегрузкой горной массы в транспортное средство и про ходческо-добычной комплекс, включающий комбайн, выпол ненный в виде гусеничного шасси с корпусом со смонтирован ным на нем с возможностью поворота в вертикальной плоскости исполнительным органом, передаточным конвейером, прием ным устройством с наклонной плитой, скребковым конвейером, нагребающими лапами и гидроцилиндрами, транспортное сред ство для приема горной массы [1].

Недостатком известных способов и проходческого ком плекса и комбайна для его осуществления является невозмож ность его использования для пластов мощностью значительно более 4 м, а так-же необходимость проходки большого числа вспомогательных выработок и нарезки (ввода в работу) более чем двух блоков для достижения достаточной производительно сти, то есть характеризуется малой концентрацией горных ра бот. Кроме этого, известный способ не позволяет проводить до бычные и проходческие работы без дополнительных средств по предупреждению динамических явлений.

Новый способ отработки и средства для его осуществле ния создаются с целью обеспечения возможности отработки пластов любой мощности, в том числе опасных по ДЯ и ГДЯ (горные удары и внезапные выбросы), пластов с пластичными, неустойчивыми слоистыми кровлями, а также пучащими почва ми. Эффективность отработки таких пластов повышается за счт следующих новых возможностей проходческого комплекса:

формирование выработок с любой конфигурацией кровли путм послойной выемки в камерах при погоризонтной отработке сло ев в нисходящем порядке с подрывкой пород почвы, с учетом механизированного возведения постоянной и временной крепи в выработках любого назначения. Ход камер верхнего горизонта имеет сводчатую устойчивую форму сечения;

параметры (ши рина, длина) выемочного блока определяются устойчивостью пород в очистных камерах;

подготовительные блоковые штреки проходятся комбайном с панельных выработок последовательно в нисходящем порядке с подрывкой почвы с углом наклона до 18о.

Проходческо-добычной комбайн, включающий ходовую часть и установленный на ней поворотный круг с исполнитель ным органом избирательного типа с режущими барабанами, от личается тем, что с целью повышения эффективности отработки пластов и формирования сечений выработок с любой конфигу рацией их кровли исполнительный орган комбайна выполнен в виде двух телескопически выдвижных рукоятей раздельного действия с установленными на них барабанами ограниченной ширины с встроенными индивидуальными приводами, имею щими возможность совершать “качательные” движения совме стно с осями их крепления в плоскости, параллельной плоскости забоя, а также вращательные движения в плоскости, нормальной к продольной оси концевой части рукояти.

При проходке наклонных блоковых выработок барабаны исполнительного органа конструктивно обеспечивают выемку полезного ископаемого по почве выработок ниже уровня кон такта гусениц комбайна с почвой выработки.

Начальное (естественное) напряженное состояние при суще массиву, не ослабленному проведением горных вырабо ток. Воздействия на массив приводят лишь к видоизменению напряженного состояния, а не создают его вновь. Начальное на пряженное состояние влияет на формы проявления горного дав ления и динамических процессов, сопутствующих разработке месторождения полезных ископаемых.

Весь комплекс физических процессов в массиве, с точки зрения возможности возникновения динамических явлений, ук рупненно может быть охарактеризован двумя основными фак торами: напряженно-деформированным состоянием массива (НДС-фактором) и газовым фактором. При оценке обоих геоме ханических процессов возможно использовать показатель уров ня напряженного состояния призабойной зоны пласта, которая является частью зоны предельного состояния (часть области опорного давления). Оперативная оценка параметров НДС фактора в указанных зонах является актуальной задачей и мо жет быть осуществлена известными физическими методами:

акустическим, ультразвуковым, электрометрическим, магнито метрическим и радиометрическим. Как уже указывалось (разд. 3.2), экспресс-анализ НДС массива позволяет делать за ключения о необходимости проведения мероприятий для сни жения его параметров.

Как показывают исследования, проведенные совместно с проф. О.В. Ковалевым, при проведении выработок в условиях возможности проявления ГДЯ, необходимо использование про ходческой техники, которая позволяет производить мероприя тия по изменению напряжнно-деформированного состояния массиве (то есть управлять данным состоянием), например, за счет выполнения опережающего реза (бурения шпуров) на оп ределенную глубину. На рис. 3.13 показано поле горизонталь ных напряжений призабойной зоны массива при неразгружен ном массиве при удалении от груди забоя на 0,5 м (рис. 3.13, в), на рис. 3.13, д показана эпюра горизонтальных напряжений при забойной зоны массива при выполнении предварительного опе режающего реза на груди забоя и в удалении 0,5 м от него. Из приведенных эпюр видно, что при наличии опережающего реза горизонтальные напряжения призабойной зоны, а значит и п (см. формулу (3.2)), могут быть снижены в несколько раз.

Для проходки выработок в выбросоопасных (удароопас ных) пластах поворотный круг ПДКУ оборудован специальны ми устройствами (например, выдвигаемым режущим баром), ка чающимся в плоскости продольной оси выработки и создающим в забое выработки щель или серию отверстий, разгружающую призабойную область от местных напряжений (рис. 3.13) и газо вого давления и по высоте превышающую максимальную высо ту выработки. Учеными СПГГИ предложены способы разработ ки пластов полезного ископаемого и проходческие комплексы для их осуществления [55, 56].

Способ разработки пластов полезного ископаемого предназначен для отработки пластов камерной системой с бло ковой подготовкой. Такая система разработки предусматривает проведение конвейерного и вентиляционного штреков, оконту ривающих выемочный блок, и панельную выработку. Верхний слой камер имеет арочное сечение, камеры второго и третьего слоя имеют прямоугольное сечение. Поддержание кровли осу ществляется междукамерными целиками. При подготовке вто рого слоя в камерах подготовительная выработка имеет наклон ную часть.

Рис. 3.13. Расчетная схема (а), поперечные разрезы без опережающего реза (б) и при наличии разгружающей щели (г) и эпюры горизонтальных напряжений в призабойной зоне выработки без дополнительного ослабления (в) и после прорезания щели (д) Проходка слоев в камерах и штреков осуществляется проходческо-добычным универсальным комбайном (ПДКУ) с перегрузкой горной массы на бункер-перегружатель и в транс портное средство, например самоходные вагоны, с последую щей перегрузкой на штрековую транспортную систему.

Отличительные признаки нового способа разработки по зволяют повысить эффективность отработки мощных пластов за счет повышения концентрации горных работ, а также обеспе чить высокую эффективность и безопасность отработки пластов опасных по динамическим явлениям. Использование проходче ско-добычного комбайна (ПДКУ) с универсальным исполни тельным органом позволяет эффективно отрабатывать пласты с неустойчивыми слоистыми пластичными породами кровли и пучащими почвами за счет того, что такой исполнительный ор ган позволяет оперативно управлять состоянием призабойной зоны массива и формировать выработки с необходимой конфи гурацией сечений.

Теоретическое обоснование необходимости опере жающего реза при проходке выработок в породах, опасных по ГДЯ. Для изучения компонентов напряжения в массиве впе реди забоя подготовительной выработки был принят один из численных методов решения задач механики сплошной среды – метод граничных интегральных уравнений (МГИУ). Массив был принят квазиоднородно-изотропным с деформационными характеристиками: для угля Ед = 0,15104 МПа и для породы Ед = 2,0104 МПа, коэффициенты Пуассона соответственно = 0,3 и 0,5. Расчетная схема задачи приведена на рис. 3.13, а.

Особенности МГИУ состоят в следующем: трехмерный объект (выработка) по поверхности условно разбивается на элементы, в узле которых приложены сосредоточенные силы Ni, Qi, Ti, удов летворяющие граничным условиям на бесконечности. Компо ненты тензора напряжения ij определялись по сечениям I, II, III (рис. 3.4.1, а). Сосредоточенные силы отыскиваются при реше нии матричного уравнения (аналога граничного интегрального уравнения) вида:

[A] [P] = [R], (3.22) где [A] – матрица преобразования единичных усилий на элемен тах поверхности в напряжения, действующие в любой точке ок ружающей выработку массива;

[P] – матрица искомых усилий на элементах;

[R] – матрица граничных значений напряжений на элементах.

Размерность [P] и [R] – 3m 1, а матрицы [A] – 3m 3m, где m – число элементов разбивки поверхности.

Решение матричного уравнения (3.22) эквивалентно ре шению системы линейных алгебраических уравнений высокого порядка, следовательно, оно наиболее целесообразно осущест вимо с применением итерационного метода на ЭВМ. Сократить итерационный процесс возможно за счет корректного выбора нулевого приближения, записываемого как N i 2i0 Si ;

Qi 2i0 Si ;

Ti 2i Si, где i0, i0, i – напряжения на i-ом элементе, взятые с обратным знаком (без учета проведения опережающего реза);

Si – площадь i-го элемента.

Напряжения в узлах элементов с учетом всех сил можно определить по формуле, например, для напряжений (для каса тельных напряжений и уравнения аналогичны):

m Ni ( n ij tij ) q i, (3.23) ij 2Si j 1;

j i где i – номер узла, в котором определяется напряжение;

j – номер узла, в котором действует сила;

i – нормальное напряжение по оси n;

ij, ij, tij – напряжения в i-том узле соответственно от n q сил Ni, Qi, Ti.

В уравнении (3.23) за счет последнего слагаемого устра няется сингулярность, характерная для окрестности точек при ложения сил.

Алгоритм расчета в трехмерной постановке задачи включает:

ввод данных о геометрии выработки и НДС массива;

расчет координат узлов элементов;

расчет нулевых прибли жений действующих в узлах сосредоточенных сил;

расчет неизвестных сосредоточенных сил, отвечающих граничным условиям;

по вычисленным контурным силам, отвечающим гра ничным условиям, рассчитываются искомые компоненты напряжений, деформаций или перемещений, характери зующие НДС массива в исследуемых точках.

3.5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ ПДКУ Исходные требования к проходческому механизму, его принципиальная схема и основные узлы. Дальнейшее со вершенствование и повышение производительности механизи рованных комплексов затруднено из-за следующих причин:

ограничение скорости подачи скоростью крепления, по вышение веса секций новых механизированных крепей;

наличие в пластах тектонических нарушений;

наличие в пластах твердых включений;

необходимость проведения дополнительных мероприя тий по снижению проявления ДЯ и ГДЯ.

В связи с этим возникла необходимость применения но вых систем разработки, а также необходимой для этих систем механизации. Как отмечено в разделе 1.1, одной из перспектив ных систем в определенных горно-геологических условиях яв ляется камерная система разработки. При такой системе разра ботки необходим комбайн, общая компоновочная схема которо го включает мощную ходовую часть гусеничного типа. Элемен ты ходовой части могут включать узлы бронетанковой техники, выпускаемой ВПК. Применение продукции которого в горно добывающей промышленности является целесообразным благо даря следующим особенностям:

1) более высокие качественные параметры выпускаемой техники (при ее изготовлении применяются технологии более высокого уровня, чем в других отраслях промышленности);

2) высокая степень надежности, закладываемая при про ектировании и производстве (коэффициенты надежности выше, чем коэффициенты, необходимые для работы в условиях горно добывающей промышленности);

3) условия эксплуатации, для которых готовится военная техника, схожи с условиями эксплуатации техники в подземных условиях;

4) большой вес, низкое расположению центра тяжести, что предполагает высокую устойчивость комбайна при ведении работ по разрушению пород и полезного ископаемого исполни тельным органом;

5) наличие уже готовых мощностей по производству хо довых частей и дальнейшего монтажа комбайна.

Такой комбайн целесообразно создавать именно как проходческо-добычной, прежде всего, для универсального про ведения проходческих выработок (по сечениям, по крепости по род) и для эффективного ведения очистной выемки по челноко вой схеме пластов полезного ископаемого любой мощности.

Сотрудничество между горно-добывающей промышлен ностью, горным машиностроением и ВПК позволит решить ряд проблем, которые существуют на данный момент в этих отрас лях: как уже говорилось, большая часть заводов горного маши ностроения осталась за границей;

средств у шахт на покупку но вой дорогостоящей заграничной техники нет;

парк проходче ских комбайнов сильно изношен;

конверсия для горной про мышленности почти не работает, военные заводы частично сво рачивают производство и готовы выполнить заказы по произ водству шахтного оборудования.

Для создания проходческо-добычного комбайна на базе бронетанковой техники необходимо:

1. Демонтаж боевого оборудования.

2. Оснащение мощным гидроприводом.

3. Исключение взаимодействия дизеля с рудничной ат мосферой или замена его на электропривод.

4. Оборудование комбайна мощным исполнительным органом избирательного действия.

5. Оснащение комбайна производительным и компакт ным погрузочным устройством.

Реализация любого из этих пунктов требует проведения большого объема конструкторских работ.

Конструкция проходческо-добычного универсально го комбайна. Параметры ходовой части используемой конвер сионной бронетанковой техники позволяют сделать следующие конструктивные предложения:

установить одинаковые погрузочные устройства (столы) спереди и сзади ходовой части;

используя клиренс, разместить транспортирующее уст ройство под днищем ходовой части;

используя наличие у конверсионной ходовой части по воротного механизма (погона), расположенного в середине корпуса гусеничной тележки, разместить на нем стреловид ный ИО, отличающийся от ранее выполняемых на серийных комбайнах тем, что узел поворота стреловидного ИО будет размещаться на зубчатом колесе погона.

Анализ различных структурных моделей проходческо добычного универсального комбайна показал, что для предпола гаемых горно-геологических и технологических условий экс плуатации наиболее целесообразен вариант компоновочной схемы, который представлена на рис. 3.11.

Ходовая часть 1 оборудуется спереди и сзади погрузоч ными столами 6, 7 одинаковой конструкции и транспортирую щим устройством 8, расположенным благодаря наличию доста точного клиренса под днищем ходовой части.

Каждый погрузочный стол оснащен нагребающими ла пами, скребковым конвейером, грузовым окном и имеет воз можность подниматься и опускаться в вертикальной плоскости с помощью силовых гидроцилиндров. Приводы нагребающих лап, скребкового конвейера и транспортирующего устройства преду сматривают возможность реверсивной работы в рабочем режи ме, что позволяет каждому из погрузочных столов работать в любом из двух возможных режимов:

нагребающие лапы погружают отбитый уголь (породу) на скребковый конвейер, который перегружает его через грузовое окно на транспортирующее устройство, при этом стол опущен на почву выработки;

с транспортирующего устройства через грузовое окно уголь (порода) попадает на скребковый конвейер и с помо щью нагребающих лап перегружается на используемый в данных условиях шахтный грузовой транспорт (самоходные вагонетки, ленточный конвейер и т.д.), при этом стол под нимается на необходимую для перегрузки высоту.

На поворотный механизм 2 устанавливается корпус с рукоятями 4, ИО 5 и выдвижным баром 9, которые с помощью силовых гидроцилиндров могут выдвигаться по направляющим в сторону забоя для управления состоянием массива и снижения вероятности проявлений ДЯ и ГДЯ. Кроме этого бар 9 имеет возможность совершать колебательные движения в вертикаль ной плоскости.

На корпусе размещены направляющие, на которые в случае необходимости устанавливаются устройства, предназна ченные для крепления выработки (установка типа АК для возве дения анкерной крепи или установка для возведения арочной крепи). В корпусе размещается контейнер, в котором может быть расположена аппаратура (например, прибор регистрации НДС призабойного массива на базе метода амплитудно частотных характеристик), необходимая для проведения экспе риментов по определению:

характеристик забоя и призабойного пространства до, во время и после взаимодействия с ИО проходческого комбай на;

характеристик приводов исполнительных органов и в целом комбайна при работе в холостом и рабочем режимах (отбойка и погрузка угля (породы), а также пропил щелей, бурение шпуров и т.д.).

К секции рукояти 4 шарнирно, с помощью оси и блока силовых подшипников, крепится секция с размещенным на ее конце ИО 5. Секция и ИО 5 имеют возможность совершать ко лебательные движения вокруг оси с помощью блока силовых гидроцилиндров.

Преимущества описанных выше компоновочных схем состоят в большой маневренности ИО при обработке забоя;

возможность работы без холостых перегонов комбайна;

воз можность ведения работ по пластам, опасным по проявлениям ДЯ и ГДЯ;

компактное размещение оборудования на ходовой части.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.