автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование конструктивных и силовых параметров ножевых исполнительных органов геоходов

На правах рукописи

□03053632

Садовец Владимир Юрьевич

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ НОЖЕВЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ГЕОХОДОВ

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово - 2007

003053632

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук

Аксенов Владимир Валерьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук

Маметьев Леонид Евгеньевич Герике Павел Борисович

Ведущая организация

ОАО «Кузниишахтострой»

Защита диссертации состоится 1 марта 2007 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.01 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет», по адресу: 650026, г. Кемерово ул. Весенняя, 28 Факс: (3842) 36-16-87

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет»

Автореферат разослан « 29* января 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.Г. Каширских

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. По оценке Академии менеджмента и рынка, а также Агентства международного развития приоритетных технологий на 2000-2020 гг. способы и решения в части сооружения подземных магистралей, автотрасс и железных дорог являются особо важными по группе «Использование подземного пространства».

Сооружение подземных магистралей, а также проведение на небольших глубинах различного расположения в подземном пространстве подготовительных горных выработок, ведутся в слабых, неустойчивых, сыпучих породах.

Для проходки горизонтальных подземных выработок на малых глубинах в неустойчивых породах традиционно применяются проходческие щиты, которые обладают рядом существенных недостатков.

Перспективным направлением в решении проблемы проведения горизонтальных и наклонных выработок в неустойчивых породах является развитие нового класса горнопроходческой техники - геоходов.

Геоход - аппарат, движущийся в подземном пространстве с использованием геосреды. В этих машинах реализуется принципиально новая идея использования окружающего массива горных пород - включение геосреды в процесс движения проходческого оборудования. В основу проходки горных выработок с использованием геоходов заложен процесс движения твердого тела (проходческого оборудования) в твердой среде.

В настоящее время ведутся разработки опытных образцов геоходов, и одним из препятствующих факторов является отсутствие исполнительных органов, адаптивных для работы в слабых и неустойчивых породах (наносы, сыпучие породы).

Поэтому работа, направленная на обоснование конструктивных решений и силовых параметров ножевых исполнительных органов нового класса горнопроходческой техники - геоходов, является актуальной.

Цель работы - обоснование конструктивных решений ножевых исполнительных органов геоходов и разработка методики расчета их силовых параметров.

Идея работы заключается в согласовании параметров разрабатываемого ножевого исполнительного органа с параметрами внешнего движителя геохода для включения в процесс разрушения пород забоя окружающей геосреды (приконтур-ного массива пород).

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать функционально-конструктивную модель геоходов.

2. Сформулировать требования к исполнительным органам геоходов для неустойчивых пород и разработать конструктивные решения ножевых исполнительных органов геоходов.

3. Разработать модель взаимодействия ножевых исполнительных органов геоходов с геосредой и методику расчета их силовых параметров с учетом функционально-конструктивных особенностей различных вариантов конструктивных решений.

4. На основе математических моделей динамики движения геохода выявить наиболее опасный случай нагружения исполнительного органа при формировании неординарных параметров усилий перемещения.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовался комплекс методов, включающий:

-метод структурной систематизации горнопроходческих систем;

-теории механического разрушения горных пород и резания грунтов;

-метод программирования с использованием программного пакета MS Excel;

-методы математического моделирования и вибродиагностики.

Научные положения, выносимые на защиту:

-структурный портрет геоходов, представляющий собой функционально-конструктивную модель нового класса горнопроходческой техники и являясь базовым инструментом для анализа известных решений, позволяет синтезировать новые конструктивные решения проектируемого оборудования;

- методика расчета, базирующаяся на разработанной модели взаимодействия ножевого исполнительного органа геохода с геосредой, позволяет определять его силовые параметры, учитывая функционально-конструктивные особенности различных вариантов конструктивных решений;

- геометрические параметры геликоида (/ - длина радиального ножа, Д -угол под которым расположена каждая i-тая точка ножа), по форме которого выполняется профиль радиального ножа исполнительного органа геохода, зависят от параметров внешнего движителя (г, - радиус головной секции геохода, h„ - шаг винтовой лопасти, р - угол подъема винтовой лопасти) и являются индивидуальными для каждого типоразмера геохода;

-динамическая модель вынужденных колебаний оси вращения геохода, основываясь на которой можно заранее получить правила проведения и трактовки результатов вибродиагностики без поиска аналогий для оригинальной по конструкции машины, позволяет моделировать значимо различающиеся режимы резания и нагружения рабочего органа.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертационной работе, обеспечиваются корректностью допущений при разработке методики расчета силовых параметров исполнительного органа геоходов; гарантируются использованием фундаментальных положений механики, прикладной математики, динамики машин, теории резания и расчета деталей машин; доказываются сходимостью с результатами вибродиагностики.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- разработан интегральный подход и его реализация - структурный портрет геоходов, базирующийся на принципах функционального и конструктивного подходов к структурной систематизации горнопроходческого оборудования;

- получены расчетные зависимости для определения силовых параметров ножевых исполнительных органов геоходов различных конструктивных решений с учетом активного характера взаимодействия их с геосредой;

- разработана динамическая модель перемещения геохода, позволяющая на основе использования полной группы структурных моделей привода заранее получить все возможные виды пульсаций скорости движения;

-з-

- использованы принципы вибродиагностики по отношению к системе привода геоходов, позволяющие моделировать значимо различающиеся режимы резания и нагружения рабочего органа.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

- с помощью предложенного подхода к структурообразованию горнопроходческих систем имеется возможность синтезировать конструктивные решения создаваемого класса горнопроходческих машин, его функциональных устройств и конструктивных элементов;

- методика определения силовых параметров позволяет производить расчет ножевого исполнительного органа геохода, учитывая многообразие возможных конструктивных решений;

- разработанная компьютерная программа позволяет обеспечить выбор и расчет силовых параметров для различных вариантов ножевого исполнительного органа.

Личный вклад автора заключается:

- в формировании интегрального подхода к разработке структурного портрета нового класса горнопроходческой техники;

- в обосновании и синтезе новых конструктивных решений ножевого исполнительного органа геохода;

- в разработке модели взаимодействия ножевого исполнительного органа геохода с геосредой;

- в разработке методики расчета силовых параметров ножевого исполнительного органа при возможных конструктивных решениях;

- в создании компьютерной программы для расчета силовых параметров ножевого исполнительного органа;

- в разработке правил моделирования особенностей кинематики и движения геохода на основе принципов вибродиагностики дефектов машин.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на: II областной научной конференции «Молодые ученые - Кузбассу» (г. Кемерово, 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (г. Кемерово, 2004 г.); ежегодных научных конференциях Кузбасского государственного технического университета (Кемерово, 2003-2006 г.); на областной научно-практической конференции «Исследовательская и инновационная деятельность учащейся молодежи: проблемы, поиски, решения», посвященная 50-летию СО РАН (г. Кемерово, 2006 г.); XI Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» СИБРЕСУРС 2006 (Кемерово 2006 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 139 страницах машинописного текста, содержащих 65 рисунка, 16 таблиц, список литературы из 77 наименований и 2 приложений на 15 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Горнопроходческая техника и методы ее структурной систематизации

Разработке и совершенствованию горнопроходческого оборудования посвящены работы Н.С. Гудилина, Л.И. Чугреева, Я.И. Базера, Б.С. Евсеева, Г.Н.Архипова, В.Х. Клорикьяна, В.В. Ходоша, H.A. Малевича, С.М. Эткина, В.М. Симоненко, JI.E. Маметьева и других. Проведение горной выработки рассматривается ими как процесс образования полости в подземном пространстве.

Развитие существующих классов горнопроходческого оборудования в основном идет по пути увеличения энерговооруженности и дополнительного навесного оборудования для совмещения основных операций проходческого цикла. Это приводит к увеличению массы и габаритных размеров проходческих систем и, как следствие, уменьшению маневренности, увеличению металлоемкости и стоимости проходческого оборудования.

В отличие от традиционного представления о проведении горной выработки, как процесса образования полости в подземном пространстве, существует альтернативный подход, который рассматривает проходку горной выработки как процесс движения твердого тела (горнопроходческого оборудования) в твердой среде (окружающий массив горных пород). Разработке второго подхода, созданию геовинчестерной технологии проведения горной выработки и ее базового элемента -геохода, посвящены работы В.В. Аксенова, В.Ф. Горбунова, А.Ф. Эллера. Геоходы предназначены для проходки горных выработок различного назначения и расположения в подземном пространстве.

Одна из ранее разработанных этим коллективом авторов конструктивных схем геохода представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная конструктивная схема геохода

1 - исполнительный орган; 2 - головная секция; 3 - внешний движитель геохода (винтовая лопасть); 4 - хвостовая секция; 5 - гидродомкраты вращения; б - роторный погрузчик.

В настоящее время ведутся работы по созданию экспериментальных образцов нового поколения геоходов. Наиболее остро стоят задачи разработки вариантов конструктивных и схемных решений исполнительных органов (ИО) геоходов, а также разработки методики расчета их силовых параметров.

Традиционно, в практике горных и строительных работ для разрушения пород крепостью /<7 по шкале проф. М.М. Протодьяконова используются ножевые ИО землеройных машин. Разработке конструктивных решений и расчету силовых

параметров ножевых ИО посвящены работы В.П. Горячкина, А.Н. Зеленина, В.И. Баловнева, Ю.А. Ветрова.

Проходческая система в целом имеет достаточно сложную структуру, состоящую из некоторого числа функциональных устройств и элементов, которые посредством технологических, кинематических и конструктивных связей взаимодействуют друг с другом.

Основным инструментом для анализа и синтеза новых конструктивных и схемных решений горнопроходческого оборудования традиционно используется метод структурной систематизации. Созданию структурной систематизации посвящены работы В.И. Солода, В.И. Бунина, В.Ф. Горбунова, Г.Ш. Хазановича, В.В. Ленченкова, А.Ф. Эллера, В.М. Скоморохова, Ю.Д. Григоренко, Э.Ю. Вороновой и других.

Разработанные ими структурные формулы, базирующиеся на функциональном подходе к структурообразованию проходческого оборудования, были и остаются хорошим инструментом для модернизации существующих типов горнопроходческих систем. В то же время, новый создаваемый класс горнопроходческих машин - геоходы, уже невозможно структурировать методами, предлагаемыми этими авторами. Введение дополнительных операций, новых функциональных элементов и устройств, использование геосреды для движения, дает увеличение содержания структурных формул, что делает их сложными для восприятия. Кроме того, при таком подходе невозможно анализировать и синтезировать конструктивные решения для горнопроходческих машин.

Выявленные новые пути развития горнопроходческого оборудования, а также проведенный анализ методов проектирования проходческих систем, позволил сформулировать цель и поставить задачи исследования.

Глава 2. Синтез конструктивных решений ножевых исполнительных органов геоходов

Для проведения структурной систематизации нового класса горнопроходческой техники представляется возможным и необходимым объединить два подхода - функциональный и конструктивный, а структурную схему геохода изображать в виде окружности, разбитой на сектора. Каждый сектор обозначает технологическую операцию или функциональную машину. Такое представление структурной схемы предложено называть структурным портретом геохода (рис. 2), а сектор, соответственно - фрагментом структурного портрета.

Структурный портрет - это представленные в виде символов функциональные устройства и конструктивные элементы геохода, расположенные в соответствии с занимаемым уровнем иерархии по круговым секторам.

С целью лучшего понимания и восприятия структурного портрета горнопроходческой системы для выделенных функциональных устройств и элементов геохода введено символьное обозначение.

В центре располагается символ, обозначающий базовую операцию - перемещение. Удаляясь от центра к периферии, на круговых сегментах, фрагментах структурного портрета, располагаются буквы, обозначающие основные технологические операции, а также символы, которым присвоено значение функциональных устройств и элементов.

Рис. 2. Структурный портрет горнопроходческой системы

Рис. 3. Схема ножевого исполнительного органа

Введение дополнительных технологических операций и новых функциональных элементов удобно показывать в виде вновь образуемых дополнительных круговых сегментов.

Своеобразный характер перемещения геохода на забой, диктуемый внешним движителем, обуславливает формирование сложной формы поверхности не только самого забоя, но и, как следствие, необходимость задания соответственной формы ИО. Поверхность забоя при разрушении его ИО геохода имеет вид нескольких геликоидных поверхностей с уступами.

Любая точка ножа, расположенная на расстоянии х (рис. 3) от оси вращения геохода, перемещается на забой под углом:

Д. = агсф в/2жх), (1)

где Ив - шаг винтовой лопасти внешнего движителя, м.

Точки ножа, находящиеся ближе к оси вращения геохода перемещаются на забой под большим углом, чем точки, находящиеся на периферии ножа (рис. 4, а). Таким образом, при винтовом перемещении ножевого ИО на забой точки радиального ножа образуют геликоидную (винтовую) поверхность. Следовательно, участок поверхности забоя в секторе между смежными радиальными ножами после их прохода будет пригашать вид винтовой поверхности.

fN ■i?

А

\ X * L,m

2Жг1

2 яг.

2лГг2

а .6

Рис. 4. Направление движения точек ножа ИО геохода в зависимости: а-от расположения па радиальном ноже; б - от типоразмера геохода.

Кроме того, если при каком-то оптимальном угле наклона винтовой лопасти внешнего движителя (Д««) увеличить радиус головной секции геохода, то любая точка, находящаяся на расстоянии х от центра геохода, должна будет проходить за один оборот расстояние he2 отличное от hej, при этом угол наклона ß} будет отличен от ßi (рис. 4, б). Геометрические параметры геликоида, по форме которого

выполняется профиль радиального ножа ИО геохода, зависят от параметров внешнего движителя (гг - радиус головной секции геохода, И8 - шаг винтовой лопасти, р - угол наклона винтовой лопасти.) и являются индивидуальными для каждого типоразмера геохода.

Высота формируемого уступа к зависит от шага винтовой лопасти и количества радиальных ножей установленных на ИО геохода /г = Ив /и, где п - количество радиальных ножей исполнительного органа.

На основе анализа работы геохода, сформулированы основные требования к ножевым ИО геохода:

- ИО должен обеспечивать процесс разрушения пород крепостью/<7 по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

- Должно обеспечиваться перемещение ИО геохода на забой в неустойчивых породах.

- Работа ИО должна осуществляться в строгом соответствии с характером и парам етрами подачи геохода на забой.

- ИО должен обеспечивать продвижение геохода за один оборот на шаг винтовой лопасти.

- ИО должен разрушать забой на полное сечение проводимой выработки за один оборот головной секции.

- Должна обеспечиваться возможность непрерывного перемещения геохода на забой.

- Должно быть обеспечено одновременное формирование и разрушение уступов на поверхности забоя выработки.

- Должна быть обеспечена возможность замены ножевого ИО на ИО для разрушения более крепких пород.

- Для предотвращения вывалов, перепуска породы из кровли и бортов выработки, а также из груди забоя, должна быть предусмотрена возможность монтажа ограждающей оболочки (диафрагмы) непосредственно у поверхности забоя.

- Поверхности ножей ИО и диафрагмы должны быть конструктивно согласованы и иметь вид геликоидов.

- ИО должен обеспечивать маневренность геохода на трассе выработки.

- Должно быть обеспечено нарезание винтового канала за контуром проводимой выработки одновременно с разрушением пород забоя.

Существующие породоотделяющие органы проходческих машин ни конструктивно, ни функционально не соответствуют предъявляемым к ИО геохода требованиям, что обуславливает необходимость разработки принципиально новых конструктивных решений ИО геохода.

Для синтеза конструктивных решений по ИО геохода, рассмотрена технологическая операция отделения горной массы.

В структурном портрете геохода под операцию отделения горной массы выделен соответствующий сектор с набором функциональных устройств и функционально-конструктивных элементов. Для полного представления структуры ИО введено символьное обозначение конструктивных элементов последнего.

На основе сформированных структурных портретных сегментов, основанных на функционально-конструктивном подходе, разработано около 200 вариантов

to-

конструктивных решений ножевых ИО геохода, некоторые из которых представлены в таблице.

Таблица

_Примеры конструктивных решений ножевого ИО геохода_

№ лп

Фрагмент структурного портрета

Принципиальная схема

■•О-

I

Особенности Область применения

Четырехлучевой ножевой ИО. Два винтореза. Забурник. Не имеет собственного привода. Область применения. Сыпучие и мягкие породы крепостью f<l по шкале проф. Протодьяконова

Четырехлучевой ИО с резцами. Один винторез. Забурник. Область применения. Слабые и мягкие породы крепостью /< 1 по шкале проф. Протодьяконова

Глава 3. Определение силовых параметров ножевого исполнительного органа геохода

Вся сила блокированного резания простым острым ножом по Ю.А.Ветрову (рис. 5) определяется выражением:

РсР = <PncJ>h + 2m6oKh2 + 2rnCnKCph, (2)

где (р mcebh - сила преодоления лобового сопротивления ножом; 2m6oKh - вся сила разрушения грунта в боковых расширениях прорези, II; 2m6ox cph - вся сила бокового среза; ср -коэффициент, учитывающий влияние угла резания; тсв - удельная сила резания для преодоления сопротивления грунта передней гранью при угле резания 45°, Н/м2; b - ширина ножа, м; h -глубина резания, м; тбок - коэффициент, характеризующий силу разрушения грунта в боковых частях прорези, Н/м2; т^ ср - коэффициент, характеризующий удельную силу среза одним из боковых ребер ножа, Н/м.

Проекции составляющей силы сопротивления породы резанию, зависящей от ширины среза, на ось вращения и плоскость, перпендикулярную оси вращения геохода (рис. 6), а также момент сопротивления резанию от этой составляющей для элементарных площадок острого ножа соответственно равны:

dPo ce = sin jBxdPce - cosPxdNcs; (3)

dRuoce = cos pxdPce + sin PxdNce; (4)

dMu.o.ce^xdK.o.ce, (5)

гас dPcf. = (pmcehdx/cosy; dNce = clg(S + <pTP)(<pmcehdx/cosy);

где 6 - угол резания, град; Рсе - вся сила блокированного резания, Н; Nся - нормальная сила резания, Н; Рр и P v - реактивные составляющие силы резания, Н; Ро - общее осевое усилие, Н; Ru.o - усилие, действующее в плоскости, перпендикулярной оси вращения геохода, Н.

Рос

Рис. 5. Схема действия сил при блокированном резе простым ножом

После несложных математических преобразований были получены выражения для определения полной проекции силы сопротивления грунта резанию на ось вращения геохода и плоскость, перпендикулярную оси вращения, а также полный момент сопротивления резанию

Л

<pmcJrB

2л cos у

tg

Pi

sin /?, - sin Pi

(6)

бок.ср

соф + <ртр + А)+ cos(d + (ртр +рг)

sin(S + cp )

<pmcahj,

Киа =

(sin/?> - sinД.) , /„ sin /?2 • sin p[ + + ^

tg

Pi

4

(7)

+ hf

m,

бок

"бок.ср

sin {s + tpmp + ^)+sin(i + <pmp +p2)

sin^ + p )

M„„ =

<?mcch

ce'4

8л cos y„

In

'g

A

tg

Рг

sin fix sin P2

sin P2 • sin Pi

(8)

+ hB 1 m^-^+m,

бок

П

бок.ср

r* sin('? + ^p + Pi)+r0 sin(<? + <pmp + Рг)

sin (5 +

J

где у - угол наклона радиального ножа к плоскости, перпендикулярной оси вращения геохода, град; <ртр - угол трения, град; & - угол между траекторией резания и площадкой износа или нижней частью поверхности грунтового нароста, град.

Аналогично получены зависимости для ножей, имеющих площадку износа.

Зависимости позволяют определить проекции составляющих силы резания на ось геохода (1) и плоскость перпендикулярную оси геохода (2), а также момент силы сопротивления резанию (3).

-r¿-

Для ножевого ИО, имеющего зубья (схема 2, таблица 1), сила резания на зубьях определяется выражениями:

rí п rí

К ~ lLPceJ'ce¡Ai + РбокA¡ + PfoK.cpYjLeoK.cpjA ; (9)

(=1 i=1 Í = 1 rí rí rí

Ко = Pso^Fco.B, + Рбш.срЪ^бок.ср^ \ 0°)

i=l /=! /=! rí rí rí

(11)

i=} /=1 где Л, =(sin Д-ctg(S¡ + fj)соэД) и В, = (со$Д +ctg(5¡ + ju)sin Д);

где и' - количество зубьев на одной радиальной штанге; хг - расстояние от оси вращения геохода до каждого г'-го зуба, м; , - частные площади, м2; L6mcjl ,1М№ - частные длины линий среза, м; частные удельные силы резания, Н/м2; р^^ - частная удельная сила резания, Н/м.

Аналогично получены зависимости для зубьев, имеющих площадку износа. Получены расчетные зависимости для определения сил резания для винторезов (рис. 7):

К = Ktsmpifp mceb' + 2(m6oKí+m6oKcp)); (12)

К.о = Ktmsp{cp mceb' + l{m6oKt + mfMcp)); (13)

K.OU.O.C, = к{[гг + mc«b' + 2(m&¿ + т6окср)), (14)

где P - угол наклона винтовой лопасти, град; Ь'- ширина резания винторезом, м; Гг - радиус головной секции без высоты винтовой лопасга, м; (гг + (//2)) - расстояние от центра вращения геохода до точки приложения силы Р'св, м; t - глубина резания, м; к - число винторезов.

Аналогично получены зависимости для винторезов, имеющих площадку износа.

Полученные в этой главе аналитические выражения позволяют определить основные силовые параметры: ножей ИО геохода, как оснащенными зубьями, так и без них; винтореза, нарезающего винтовой канал за контуром выработки.

Общие осевое усилие, а также общий момент сопротивления породы резанию, определяются выражениями:

Для ножевого ИО Для ножевого ИО с зубьями

Рио,6щ=пР0+кРв0■ (15) Рио,биГ-ПРо+кР1- (18)

К«.о.общ=пК.о.+><Ри.о-, (16) Ки.о.общ=пК.о+кКо\ (19)

М«.о.общ=пМио+кМвио. (17) Миообщ=пМ10+кМ°0. (20)

Полученные выражения для определения силы резания на ножевом ИО для различных вариантов конструктивных решений позволили построить зависимости проекций силы резания от геометрических параметров геохода.

Рис. 8. Зависимости проекции полной силы сопротивления породы резанию на ось вращения геохода и плоскость, перпендикулярную этой оси, а также момента сопротивления резанию от

угла подъема винтовой лопасти

На графике (рис.8) проекция силы сопротивления породы резанию на ось вращения геохода Ро отрицательна вследствие преобладания нормальной составляющей силы резания над силой блокированного резания, а вектор Ро направлен в массив горных пород. Было выявлено, что при изменении угла подъема винтовой лопасти в интервале 2° <^<18° осевая составляющая силы резания имеет отрицательное значение, следовательно, создается дополнительная сила тяги.

Глава 4. Динамические процессы и нагрузки, формирующиеся в рабочих режимах геохода

Отличительной особенностью геоходов является дискретно работающий привод поворота корпуса с периодом Т = при помощи к домкратов. Проявление дефектов в механизме распознается по возникновению составляющих колебаний с высшими частотами, при п < тП < пО.. Устойчивое формирование

-м-

этих гармоник указывает на переход динамическом системы в иные состояния, что определяет набор из 11 расчетных случаев.

Для определения числа и типов вариантов реализации динамических систем использованы результаты метода диагностики состояния уникальных объектов, разработанного в ИУУ СО РАН. Моделями видов состояния являются структурные схемы и соответствующие передаточные функции механизмов с дефектами. В отличие от ординарного типа (рис. 9) обсуждается, например, изменение числа степеней свободы (рис. 10).

т-

.К.

ГА')

(х - ¡тПу' -» (5 + ¡тПу[ (5 - тПу1 -> (.г + йО)1

Рис. 9. Простейшая схема системы с 2-мя степенями свободы

Рис. 10. Схема системы с 1,5 степенями свободы Последний вариант может быть представлен передаточной функцией вида

1 1

¡'Т2 + {2шл)~ ,гГ:+(2даг): '

(21)

Для каждого варианта состояния рассмотрено решение относительно линейной окружной скорости и численно промоделировано влияние параметров тип. Так в частности, выявлен наиболее опасный режим №3 (рис. 11), отличающийся высокой амплитудой и поворотом гармоник по фазе относительно модели №1 на я/

2 ют 2лт соъ--с об-

График такой пульсации представлен на рис. 12. Решение модели вида

Vu.it) = П

8л . 2япи 1 (. 2жп/Л

—Б1П---- 1 — соэ-

т Т «Ч Т )

(21)

(23)

проиллюстрирована на рисунке 13 и отличается наибольшей устойчивостью, что позволяет считать ее моделью нормального,(ординарного) вида состояния.

Сравнение графиков позволило заключить, что критический тип дефектов может на участках траектории движения породить повышение окружной скорости в 5 раз.

В работе показано, что для расчета динамических нагрузок /(?) ранее обосновано применение феноменологической модели вязко-упругого взаимодействия «инструмент-забой»

-/¿Г-

f(t) + = ç\v(t)dt + # ■ v(t), (24)

at 0

где г - постоянная времени, с; ç - жесткость,-^/ ; ¿f -вязкость,^/.

При постоянной скорости резания v(/) = V = cows/ реакция забоя в пределах

отдельного импульса разрушения описывается выражением: f{t) = v\çt + (£-ÇT) ■ ( '

1-ехр -

0<t<TCK.

(25)

Следовательно, отмеченное изменение окружной скорости вызовет пропорциональное увеличение нагрузки на фрагменте в 5 раз. Вероятность этого является обоснованием актуальности моделирования проявлений дефектов.

-

-к.-

— /'N ЧУ - 0 0 _____ V / 5 1 Ху ; 1.5 0.5 1 1.S

-'""V......}......\wv- / v3Jt(» -----vÏVit) 20 0 m в 3, п = 5 \ / V/ : |

Рис. 11. Характер наиболее опасных пульсаций при развитии дефектов

Рис. 12. Наиболее опасные колебания машины относительно оси выработки

m =■ 2, п = 3

--1-1—1

О 0.5 1 1.5

Рис. 13. Простые гармонические колебания в вырожденном типе системы с одной степенью свободы

Проекции окружной скорости дают возможность оценить характер колебаний машины, формируемых относительно оси выработки. Промоделированы все устойчивые варианты влияния дефектов, что позволило выявить наиболее опасный режим.

Изучен характер изменения траектории движения геохода в плоскости перпендикулярной к оси выработки

= г«) = \ут(?)Л. (26)

о о

Для расчетов представляет особый интерес режим наиболее сильных колебаний (рис. 14), который может сформироваться при модели третьего типа

1 . 2л(т-\)г 1 . 2я(т + IV

-БШ---- +-гЯП'

т-1

т +1

Аж У„Т

1 . 2я(п-1)1 1 . 2ф + 1 У

-БШ-—-—Л--51П---—

п-1 Т п+1 Т

1

и-1

1

т-1

1-С08

2п{т + \у

1 — соэ—--— +- 1-соз

Т ) п +1

м + Ц. Г

2?г(и + 1)/

(27)

(28)

Установлено, что при передаче движения от силовых домкратов к головной секции машины происходит изменение частот колебаний оси геохода на (т-1)П,(/и + 1)Г2,(и-1)П и (п + 1)П.

т = 2, п = 3

у 1 ! —N. !

Ч_____-А,

0 0.5 1 го = 2, п = 4 1.5

,---->...„. * --N..

\ '---- V ^

0 0.5 1 т = 3, п = 4 1.5

!

Рис. 14. Важнейший случай колебаний машины для исследования устойчивости относительно

оси выработки (модель №3)

Окончательным результатом исследования и моделирования особенностей колебаний машины относительно оси выработки являются замкнутые.

Модели представлены в общем виде, но для иллюстрации использована схема привода с четырьмя домкратами поворота.

Из всего многообразия для исследования выбран тип траектории, возникающей при дефекте, описанием которого является модель №3 (рис. 15). Для сравнения приведены типичные формы колебаний, описанием которых является модели №7 и №10 (рис. 16).

Коэффициент, учитывающий влияние динамических погрешностей привода на силовые параметры ножевого ИО геохода, названный коэффициентом запаса, будет равен

(29)

Согласно методике расчета сил резания по опытным коэффициентам, примем коэффициент запаса £ = 4.

Рис. 15. Модель №3 наиболее сильных колебаний машины

Рис. 16. Типичная форма колебаний при моделях №7 и №11

Тогда для ИО оснащенного радиальными ножами, имеющего один нож, нарезающий винтовой канал, и забурник составляющие силы резания и момент сопротивления будут равны:

Для ножевого ИМ Для ножевого ИМ с зубьями

Ри,,бщ=п!?0+кР1-, (30) Ри.о,гщ="Р3о+кРво1 (33)

Ри.о,бщ ="&».<,.+<,; (34) (34)

К,,6Щ = ^Мио + кМ10. (32) Миап(щ = пдМ10 + кМвио. (35)

Заключение

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные конструктивные решения ножевых исполнительных органов нового класса горнопроходческой техники, что вносит существенный вклад в горное машиностроение и экономику страны.

Основные результаты и выводы сводятся к следующему:

1. Объединение функционального и конструктивного подходов к структурной систематизации позволило создать функционально-конструктивную модель и получить структурный портрет геохода, который обосновал необходимость введения новых функционально-конструктивных устройств и элементов, а также определить направления и сформулировать требования к созданию исполнительных органов для сложных горнотехнических условий. Основываясь на структурном портрете геохода было наработано 200 конструктивных решений ножевого исполнительного органа геохода.

2. Разработана модель взаимодействия ножевых исполнительных органов геоходов с геосредой, базирующаяся на методике расчета их силовых параметров. Получены аналитические зависимости для определения сил резания для ножевого ИО, оснащенного зубьями, а также винтореза, нарезающего винтовой канал за контуром выработки.

-/s3. Установлены зависимости изменения силовых параметров ножевого исполнительного органа геохода от геометрических параметров (гг - радиуса головной секции геохода, Ив - шага винтовой лопасти, ß - угла наклона винтовой лопасти, к - числа заходов винтовой лопасти).

Выявлено, что при изменении угла подъема винтовой лопасти в интервале 2° </?<18° осевая составляющая силы резания имеет отрицательное значение, следовательно, создается дополнительная сила тяги.

4. Выявлено, что по сравнению с бездефектным состоянием может возникнуть увеличение скорости резания и динамической нагрузки в 5 раз. Удается выявить и прогнозировать моменты, когда сочетание составляющих колебаний приводит к своеобразным «складкам» на траектории отдельного участка ножевого ИО. Траекторию элементарной точки образует окружность переносного движения, на которую накладывается с угловым соответствием колебание центра машины. В итоге получается увеличение шага резания на фрагменте.

5. Установлено, что геометрические неточности в установке и разброс характеристик домкратов поворота (особенно при их значительном числе) могут привести к тому, что почти ударные воздействия будут перераспределяться, обеспечивая эффективное разрушение в отдельных зонах. Таким образом, статический привод от домкратов может спонтанно генерировать динамическое разрушение забоя.

В то же время, колебание оси вращения геохода, вызванное динамическими погрешностями привода, может вызвать отклонение от расчетного взаимного расположения поверхности ножей ИО и поверхности забоя, что, в свою очередь, может вызвать увеличение сил резания. Учет возможных изменений сил резания на ножевом ИО производится коэффициентом запаса величина которого определяется расчетным путем и в рассмотренных пределах не превышает 5-ти кратного значения.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Садовец, В.Ю. Оценка возможности обоснования и расчета параметров рабочих органов винтоповоротных проходческих агрегатов ЭЛАНГ. / Садовец В.Ю., Старцев C.B. // II Областная научная конференция «Молодые ученые Кузбассу»: Сборник трудов. - Кемерово: Полиграф, - 2003. - С. 274-276.

2. Садовец, В.Ю. Щитовые проходческие системы нового поколения винтопово-ротный проходческий агрегат ЭЛАНГ самолетной компоновки. / Горбунов В.Ф., Садовец В.Ю., Старцев C.B. // Вестник КузГТУ. - 2004. - № 5.1. - С. 44 -46.

3. Садовец, В.Ю. Основные направления развития рабочих органов винтопово-ротного проходческого агрегата ЭЛАНГ. / Горбунов В.Ф., Садовец В.Ю., Старцев C.B. // «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности»: Труды Международной научно-практической конференции / ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского, ИУУ СО РАН, ГУ КузГТУ, ЗАО КВК «Экспо-Сибирь» - г. Кемерово: - Кемерово. -2004.-С. 121-122.

4. Садовец, В.Ю. Экспертная оценка влияния особенностей нового класса горнопроходческой техники на методику расчета его параметров. / Горбунов В.Ф., Аксенов В.В., Садовец В.Ю. // Вестник КузГТУ - 2004. - № 6.1.- С. 43 - 45.

5. Садовец, В.Ю. Структурная матрица горнопроходческих систем / Горбунов

B.Ф., Аксенов В.В., Садовец В.Ю / «Служение делу»: - Кемерово, - 2006. - С. 77-84.

6. Садовец, В.Ю. Структурная матрица геоходов / Аксенов В.В., Садовец В.Ю. / «Служение делу»: - Кемерово, - 2006. - С. 90-99.

7. Садовец, В.Ю. Разработка технических решений ножевых исполнительных органов геоходов / Аксенов В.В., Садовец В.Ю. / «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. СИБРЕСУРС 2006»: Материалы XI международной научно-практической конференции г. Кемерово. - Кемерово, - 2006. - С. 129-131.

8. Садовец, В.Ю. Динамические процессы и нагрузки, формирующиеся в рабочих режимах геохода / Аксенов В.В., Садовец В.Ю. / «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. СИБРЕСУРС 2006»: Материалы XI международной научно-практической конференции г. Кемерово. - Кемерово, - 2006. - С. 131134.

9. Садовец, В.Ю. Определение силовых параметров ножевого исполнительного органа геохода / Аксенов В.В., Садовец В.Ю. / «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. СИБРЕСУРС 2006»: Материалы XI международной научно-практической конференции г. Кемерово. - Кемерово, - 2006. - С. 134-136.

10.Садовец, В.Ю. Синтез технических решений исполнительных органов геоходов / Аксенов В.В., Садовец В.Ю. // Вестник КузГТУ - 2006. - № 6. - С. 64-68.

11.Садовец, В.Ю. Синтез технических решений ножевого исполнительного модуля геохода / Аксенов В.В., Садовец В.Ю. // Вестник КузГТУ - 2006. - № 6.2. -

C. 33-37.

12.Садовец, В.Ю. Моделирование особенностей кинематики геохода / Аксенов В.В., Садовец В.Ю.// Вестник КузГТУ - 2006. - № 6.2. - С. 37-39.

13. Садовец, В.Ю. Обоснование конструктивных решений и силовых параметров ножевых исполнительных органов геоходов. / Садовец В.Ю. // Исследовательская и инновационная деятельность учащейся молодежи: проблемы, поиски, решения: Сборник трудов областной научно-практической конференции молодых ученых Кузбасса / ИУУ СО РАН - Кемерово, - 2006 - Т1. - С. 47-52.

Садовец Владимир Юрьевич

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ НОЖЕВЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ГЕОХОДОВ

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 22.01.2007. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 1,2. Тираж 130 экз. Заказ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет». 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет». 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а.

ВВЕДЕНИЕ

1 ГОРНОПРОХОДЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И МЕТОДЫ ЕЕ СТРУКТУР- 9 НОЙ СИСТЕМАТИЗАЦИИ

1.1 Традиционное горнопроходческое оборудование.

1.2 Геоходы.

1.3 Существующие методы структурной систематизации горнопро- 26 ходческого оборудования.

1.4 Выводы.

2 СИНТЕЗ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ НОЖЕВЫХ 33 ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ГЕОХОДОВ

2.1 Структурный портрет горнопроходческих систем

2.1.1 Система буквенно-символьного обозначения функциональных 33 устройств горнопроходческого оборудования

2.1.2 Формирование структурного портрета горнопроходческих сис- 35 тем.

2.2 Структурный портрет нового класса горнопроходческой техники.

2.2.1 Геоход - как структурный объект.

2.2.2 Система буквенно-символьного обозначения функциональноконструктивных элементов геохода.

2.2.3 Структурный портрет геоходов.

2.3 Синтез конструктивных решений исполнительных органов геоходов.

2.3.1 Основные требования предъявляемые к исполнительным орга- 44 нам геоходов

2.3.2 Символьное обозначение конструктивных элементов исполни- 46 тельных органов геоходов

2.3.3 Синтез технических решений исполнительных органов геохо- 48 дов

2.4 Синтез конструктивных решений ножевых исполнительных органов 50 геохода.

2.4.1 Геометрические особенности

2.4.2 Требования предъявляемые к ножевым ИО геохода.

2.4.3 Синтез технических решений. 54 2.5 Выводы. 57 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ НОЖЕВОГО ИСПОЛ

НИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ГЕОХОДА

3.1 Выбор количества радиальных ножей

3.2 Схемы действия сил резания в зависимости от угла наклона ради- 60 альных ножей к оси вращения геохода.

3.3 Определение параметров резания для радиальных ножей

3.4 Определение сил резания ножевым ИО с зубьями

3.5 Определение расчетных параметров винторезов

3.6 Порядок расчета ножевого ИО с учетом нагрузок, действующих 82 на него

3.7 Влияние основных факторов на силовые параметры ножевого ИО 84 3.8. Выводы

4. ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И НАГРУЗКИ,

ФОРМИРУЮЩИЕСЯ В РАБОЧИХ РЕЖИМАХ ГЕОХОДА

4.1. Возможные режимы работы привода вращения агрегата

4.2. Особенности кинематики агрегата при циклическом приводе

4.3. Модели координатных составляющих колебаний машины

4.4. Учет влияния работы привода на силовые параметры резания

4.5. Выводы 129 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 131 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13 3 ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность работы. По оценке Академии менеджмента и рынка, а также Агентства международного развития приоритетных технологий на 20002020 гг. способы и решения в части сооружения подземных магистралей, автотрасс и железных дорог являются особо важными по группе «Использование подземного пространства».

Сооружение подземных магистралей, а также проведение на небольших глубинах различного расположения в подземном пространстве подготовительных горных выработок, ведутся в сложных горно-геологических условиях -слабых, неустойчивых, сыпучих породах.

Для проходки горизонтальных подземных выработок на малых глубинах в неустойчивых породах традиционно применяются проходческие щиты, которые обладают рядом существенных недостатков.

Перспективным направлением в решении проблемы проведения горизонтальных и наклонных выработок в неустойчивых породах является развитие нового класса горнопроходческой техники - геоходов.

Геоход - аппарат, движущийся в подземном пространстве с использованием геосреды. В этих машинах реализуется принципиально новая идея использования окружающего массива горных пород - включение геосреды в процесс движения проходческого оборудования. В основу проходки горных выработок с использованием геоходов заложен процесс движения твердого тела (проходческого оборудования) в твердой среде.

В настоящее время ведутся разработки опытных образцов геоходов, и одним из препятствующих факторов является отсутствие исполнительных органов, адаптивных для работы в слабых и неустойчивых породах (наносы, сыпучие породы).

Поэтому работа, направленная на обоснование конструктивных решений и силовых параметров ножевых исполнительных органов нового класса горнопроходческой техники - геоходов, является актуальной.

Цель работы - обоснование конструктивных решений ножевых исполнительных органов геоходов и разработка методики расчета их силовых параметров.

Идея работы заключается в согласовании параметров разрабатываемого ножевого исполнительного органа с параметрами внешнего движителя геохода для включения в процесс разрушения пород забоя окружающей геосреды (при-контурного массива пород).

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать функционально-конструктивную модель геоходов.

2. Сформулировать требования к исполнительным органам геоходов для неустойчивых пород и разработать конструктивные решения ножевых исполнительных органов геоходов.

3. Разработать модель взаимодействия ножевых исполнительных органов геоходов с геосредой и методику расчета их силовых параметров с учетом функционально-конструктивных особенностей различных вариантов конструктивных решений.

4. На основе математических моделей динамики движения геохода выявить наиболее опасный случай нагружения исполнительного органа при формировании неординарных параметров усилий перемещения.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовался комплекс методов, включающий:

- метод структурной систематизации горнопроходческих систем;

- теории механического разрушения горных пород и резания грунтов;

- метод программирования с использованием программного пакета MS

Excel;

- методы математического моделирования и вибродиагностики.

Научные положения, выносимые на защиту:

-структурный портрет геоходов, представляющий собой функционально-конструктивную модель нового класса горнопроходческой техники и являясь базовым инструментом для анализа известных решений, позволяет синтезировать новые конструктивные решения проектируемого оборудования;

- методика расчета, базирующаяся на разработанной модели взаимодействия ножевого исполнительного органа геохода с геосредой, позволяет определять его силовые параметры, учитывая функционально-конструктивные особенности различных вариантов конструктивных решений;

- геометрические параметры геликоида (/ - длина радиального ножа, Д -угол под которым расположена каждая i-тая точка ножа), по форме которого выполняется профиль радиального ножа исполнительного органа геохода, зависят от параметров внешнего движителя (гг - радиус головной секции геохода, he - шаг винтовой лопасти, /? - угол подъема винтовой лопасти) и являются индивидуальными для каждого типоразмера геохода;

-динамическая модель вынужденных колебаний оси вращения геохода, основываясь на которой можно заранее получить правила проведения и трактовки результатов вибродиагностики без поиска аналогий для оригинальной по конструкции машины, позволяет моделировать значимо различающиеся режимы резания и нагружения рабочего органа.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертационной работе, обеспечиваются корректностью допущений при разработке методики расчета силовых параметров исполнительного органа геоходов; гарантируются использованием фундаментальных положений механики, прикладной математики, динамики машин, теории резания и расчета деталей машин; доказываются сходимостью с результатами вибродиагностики.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- разработан интегральный подход и его реализация - структурный портрет геоходов, базирующийся на принципах функционального и конструктивного подходов к структурной систематизации горнопроходческого оборудования;

- получены расчетные зависимости для определения силовых параметров ножевых исполнительных органов геоходов различных конструктивных решений с учетом активного характера взаимодействия их с геосредой;

- разработана динамическая модель перемещения геохода, позволяющая на основе использования полной группы структурных моделей привода заранее получить все возможные виды пульсаций скорости движения;

- использованы принципы вибродиагностики по отношению к системе привода геоходов, позволяющие моделировать значимо различающиеся режимы резания и нагружения рабочего органа.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

- с помощью предложенного подхода к структурообразованию горнопроходческих систем имеется возможность синтезировать конструктивные решения создаваемого класса горнопроходческих машин, его функциональных устройств и конструктивных элементов;

- методика определения силовых параметров позволяет производить расчет ножевого исполнительного органа геохода, учитывая многообразие возможных конструктивных решений;

- разработанная компьютерная программа позволяет обеспечить выбор и расчет силовых параметров для различных вариантов ножевого исполнительного органа.

Личный вклад автора заключается:

- в формировании интегрального подхода к разработке структурного портрета нового класса горнопроходческой техники;

- в обосновании и синтезе новых конструктивных решений ножевого исполнительного органа геохода;

- в разработке модели взаимодействия ножевого исполнительного органа геохода с геосредой;

- в разработке методики расчета силовых параметров ножевого исполнительного органа при возможных конструктивных решениях;

- в создании компьютерной программы для расчета силовых параметров ножевого исполнительного органа;

- в разработке правил моделирования особенностей кинематики и движения геохода на основе принципов вибродиагностики дефектов машин.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на: II областной научной конференции «Молодые ученые - Кузбассу» (г. Кемерово, 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (г. Кемерово, 2004 г.); ежегодных научных конференциях Кузбасского государственного технического университета (Кемерово, 2003-2006 г.); на областной научно-практической конференции «Исследовательская и инновационная деятельность учащейся молодежи: проблемы, поиски, решения», посвященная 50-летию СО РАН (г. Кемерово, 2006 г.); XI Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» СИБРЕСУРС 2006 (Кемерово 2006 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 139 страницах машинописного текста, содержащих 65 рисунка, 16 таблиц, список литературы из 77 наименований и 2 приложений на 15 страницах.

Основные результаты и выводы сводятся к следующему:

1. Объединение функционального и конструктивного подходов к структурной систематизации позволило создать функционально-конструктивную модель и получить структурный портрет геохода, который обосновал необходимость введения новых функционально-конструктивных устройств и элементов, а также определить направления и сформулировать требования к созданию исполнительных органов для сложных горнотехнических условий. Основываясь на структурном портрете геохода было наработано 200 конструктивных решений ножевого исполнительного органа геохода.

2. Разработана модель взаимодействия ножевых исполнительных органов геоходов с геосредой, базирующаяся на методике расчета их силовых параметров. Получены аналитические зависимости для определения сил резания для ножевого ИО, оснащенного зубьями, а также винтореза, нарезающего винтовой канал за контуром выработки.

3. Установлены зависимости изменения силовых параметров ножевого исполнительного органа геохода от геометрических параметров (гг - радиуса головной секции геохода, he - шага винтовой лопасти, /? - угла наклона винтовой лопасти, к - числа заходов винтовой лопасти).

Выявлено, что при изменении угла подъема винтовой лопасти в интервале 2° < /? < 18° осевая составляющая силы резания имеет отрицательное значение, следовательно, создается дополнительная сила тяги.

4. Выявлено, что по сравнению с бездефектным состоянием может возникнуть увеличение скорости резания и динамической нагрузки в 5 раз. Удается выявить и прогнозировать моменты, когда сочетание составляющих колебаний приводит к своеобразным «складкам» на траектории отдельного участка ножевого ИО. Траекторию элементарной точки образует окружность переносного движения, на которую накладывается с угловым соответствием колебание центра машины. В итоге получается увеличение шага резания на фрагменте.

5. Установлено, что геометрические неточности в установке и разброс характеристик домкратов поворота (особенно при их значительном числе) могут привести к тому, что почти ударные воздействия будут перераспределяться, обеспечивая эффективное разрушение в отдельных зонах. Таким образом, статический привод от домкратов может спонтанно генерировать динамическое разрушение забоя.

В то же время, колебание оси вращения геохода, вызванное динамическими погрешностями привода, может вызвать отклонение от расчетного взаимного расположения поверхности ножей ИО и поверхности забоя, что, в свою очередь, может вызвать увеличение сил резания. Учет возможных изменений сил резания на ножевом ИО производится коэффициентом запаса величина которого определяется расчетным путем и в рассмотренных пределах не превышает 5-ти кратного значения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные конструктивные решения ножевых исполнительных органов нового класса горнопроходческой техники, что вносит существенный вклад в горное машиностроение и экономику страны.

1. Аксенов В.В. Научные основы'геовинчестерной технологии проведения горных выработок и создания винтоповоротпых агрегатов: Дис. док. техн. наук. -Кемерово, 2004,307 с.

2. Винтоповоротные проходческие агрегаты. А.Ф. Эллер, В.Ф. Горбунов, В.В. Аксенов. Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1992 г.- 192 с.

3. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы: Учеб. Для вузов. М.: Недра, 1991. - 304 с.

4. Базер Я.И. Проходческие комбайны. М.; Недра, 1974. - 304 с.

5. Евсеев Б.С., Архипов Г.Н. Применение проходческих комбайнов распорно-шагающего типа на шахтах Кузбасса: Экспресс-информация / ЦНИЭИ -уголь. -М, 1979.- 186 с.

6. Малевич Н.А. Применение проходческих комбайнов и комплексов на шахтах ФРГ. М.: Недра, 1976. - 224 с.

7. Папанага Ю.П. Перспективы совершенствования технологии проведения горных выработок на базе внедрения комбайнов с погрузочно-разрушающим исполнительным органом // Вопросы проведения, крепления и поддержания горных выработок. М.:ЦНИЭИуголь, 1988. - 156с.

8. Сафохин М.С. Горные машины и оборудование: учеб. для вузов / М.С. Са-фохин, Б.А. Александров, В.И. Нестеров. М.: Недра, 1995. - 463 с.

9. Соломенцев М.И., Шрайман Л.Н. Новое в технологии проведения горных выработок // Уголь Украины. 1977. - №5.

10. Ю.Горные машины и комплексы / Топчиев А.Ф., Ведерников В.И., Коленцев М.Т. и др. М.: Недра. 1971.560 с.

11. П.Архангельский А.С. Проходческие комбайны. М.: Углетехиздат, 1956. 176 с.

12. Проходческие комбайны / Базер Я.И., Крутилин В.И. Соколов Ю.Л. и др. -М.: Недра, 1974.383 с.

13. GTA Maschinensysteme in Strekenvortrieb // Bergbau. - 1988. - № 4.

14. Строительство подземных сооружений с помощью проходческих щитов / С.А. Маршак и др. М.: Недра, 1967. - 384 с.

15. Клорикьян В.Х., Ходош В.В. Горнопроходческие щиты и комплексы. М.: Недра, 1980. 326 с.

16. Эткин С.М., Симоненко В.М. Сооружение подземных выработок проходческими щитами. -М.: Недра, 1980. 304 с.

17. Логунцов В.М. Механизированные проходческие щиты. М.: ВИНИТИ, 1971.269 с.

18. Горбунов В.Ф., Аксенов В.В. Геовинчестерная технология проведения горных выработок агрегатом ЭЛАНГ // Совершенствование техники и технологии шахтного строительства: Сб. науч. тр. / КузГТУ, Кузниишахтстрой. -Кемерово, 1987.-е. 118-121.

19. Горбунов В.Ф., Аксенов В.В. О разработке геовинчестерной технологии проведения горных выработок // Механизация горных работ: Матер. Науч. конф. / КузГТУ, Кемерово, 1997. - с. 12-13.

20. Аксенов В.В. Геовинчестерная технология проведения горных выработок. -Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2004. 264 с.

21. Резников И.Г. Виброзащитные системы на основе стержневых канатных виброизоляторов с преобразованием движения в качестве функциональных элементов горных машин: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Днепропетровск, 1990.42 с.

22. Манин А.А. Вибрация самоходных бурильных установок и методы ее снижения: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1984.38 с.

23. Шапиро В.Я. Разработка методов расчета и обоснования оптимальных технологических параметров проходки выработок в сложных геомеханических условиях: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Кемерово: ИУ СО АН СССР, 1984.41 с.

24. Кузнецов Ю.С., Ганзен Г.А. Совершенствование способов разрушения пород при проведении выработок: Обзор / ЦНИЭИуголь. М., 1981.308 с.

25. А.С. № 1647144 (СССР). Проходческий щитовой агрегат / Горбунов В.Ф., Эллер А.Ф., Ткаченко А.Я., Аксенов В.В., Нагорный В.Д. опубликовано в Б. И., 1991, № 17.

26. Пол. реш. от 12.07.88 по заявке МКИ Е21 Д 11/00 № 4307241/03. Проходческий щитовой агрегат/ Эллер А.Ф., Горбунов В.Ф., Аксенов В.В.

27. Горбунов В.Ф., Казанцев А.Г. Выбор и обоснование функционально-компановочной схемы винтоповоротной проходческой машины для проведения восстающих выработок // Борьба с авариями в шахтах / РосНИИГД. -Кемерово, 1995. Вып. 14, - с. 92-103.

28. А.С. № 1008458 (СССР). Проходческий щитовой агрегат / Горбунов В.Ф., Эллер А.Ф., Аксенов В.В. опубликовано в Б. И., 1983, № 12.

29. А.С. № 1167338 (СССР). Проходческий щитовой агрегат / Горбунов В.Ф., Эллер А.Ф., Аксенов В.В., Нагорный В.Д. опубликовано в Б. И., 1985, № 26.

30. А.с. № 1229354 (СССР). Проходческий щитовой агрегат / Горбунов В.Ф., Эллер А.Ф., Ткаченко А.Я., Аксенов В.В., Нагорный В.Д. опубликовано в Б. И., 1986, № 17.

31. A.C. № 1323531 (СССР). Проходческий щитовой агрегат / Горбунов В.Ф., Эллер А.Ф., Аксенов В.В., Нагорный В.Д. опубликовано в Б. И., 1987, № 29.

32. Патент США № 5.072.992. Проходческий щитовой агрегат / В.Ф. Горбунов, А.Ф. Эллер, В.В. Аксенов, А.Я. Ткаченко, В.Д. Нагорный. Патентная грамота от 17.12.91.

33. Горбунов В.Ф., Нагорный В.Д., Савельев Ю.П., Эллер А.Ф. Разработка и испытания вращающегося проходческого агрегата ЭЛАНГ // Шахтное стр-во. -1985.-№6.-с. 8-11.

34. Горбунов В.Ф., Эллер А.Ф. Выявление параметров колебаний перекатной платформы щитового вращающегося агрегата ЭЛАНГ // Технология строительства горных выработок: Межвуз. сб. науч. тр. / КузПИ. Кемерово, 1985.-с.21-26.

35. Горбунов В.Ф., Аксенов В.В., Эллер А.Ф. Разработка и шахтные испытания вращающегося проходческого агрегата ЭЛАНГ // Уголь. 1989. - №2. - с. 33-34.

36. Горбунов В.Ф., Аксенов В.В., Нагорный В.Д., Скоморохов В.М., Проектирование и расчет проходческих комплексов. Новосибирск: Наука, СО, 1987. -192 с.

37. Логов А.Б., Замараев Р.Ю. Математические модели диагностики уникальных объектов / Новосибирск, Издательство СО РАН, 1999. - 228 с.

38. Солод В.И., Гетопанов В.Н., Рачек К.М. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. М.: Недра, 1983. 351с.

39. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. М.: Высшая школа, 1980, 311 с.

40. Чернов Л.Б. Основы методологии конструирования. М: Машиностроение, 1978. 148 с.

41. Руднев В.Д. Совершенствование дробильных машин. Томск: изд-во ТГУ, 1980. 140 с.

42. Моисеева Н.К. Выбор технических решений при создании новых изделий. -М.:. Машиностроение, 1980. 181 с

43. Янцев И.А., Ешуткин Д.Н., Бородин В.В. Основы теории и конструирования гидропневмоударников. Кемерово: Кемеровское кн. изд-во, 1977.215 с.

44. Солод В.И., Первов К.М. Основы проектирования выемочных комплексов и агрегатов. -М.: МГИ, 1973. 328 с.

45. Солод Г.И. Технология производства горных машин и комплексов. М.: Изв. МГИ, 1981.-63 с.

46. Горбунов В.Ф., Эллер А.Ф. Структурные схемы проходки выработок и средств механизации // Изв. вузов. Горный журнал. 1978. -№ 12.

47. Горбунов В.Ф., Эллер А.Ф., Счастливцев E.J1. Структурные схемы средств механизации крепления горных выработок // Шахтное строительство. 1980. - № 5.

48. Эллер А.Ф. Структурная систематизация и обоснование параметров буровзрывных проходческих комплексов на стадии проектирования: Дис. на соискание уч. степ. канд. техн. наук. Кемерово, 1983.137 с.

49. Бунин В.И. Создание комплексов для проведения наклонных горных выработок. Кемерово: Кузбассвузиздат, 1998. - 156 с.

50. Бунин В.И. Общие принципы создания проходческих комплексов //Совершенствование техники и технологии строительства угольных предприятий: Сб.нучн.тр./КГТУ Кемерово, 1997.-е. 79-85.

51. Горбунов В.Ф., Эллер А.Ф., Скоморохов В.М. Основы проектирования буровзрывных проходческих систем. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1985.254 с.

52. Хазанович Г.Ш., Ленченко В.В. Буровзрывные проходческие системы: Учеб.пособие / Юж-Рос.гос.техн.ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. 504 с.

53. Григоренко Ю.Д. Повышение технического уровня проходческих комплексов «Сибирь» с учетом фактора надежности: Дис. на соискание уч. спеп. канд. техн. наук. Кемерово, 1999, 167 с.

54. Воронова Э.Ю. Синтез и оценка эффективности технических решений при агрегатирования буровзрывных проходческих систем: автореферат канд. техн. наук. / Юж-Рос.гос.техн.ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004. 21 с.

55. Горбунов В.Ф., Аксенов В.В., Садовец В.Ю. Структурная матрица горнопроходческих систем / «Служение делу» ГУ КузГТУ Кемерово; 2006, стр. 77-84.

56. Аксенов В.В., Садовец В.Ю. Структурная матрица геоходов / «Служение делу» ГУ КузГТУ Кемерово; 2006, стр. 90-100.

57. Флейдшман Б.С. Элементы теории потенциальной эффективности сложных систем. -М.: Советское радио, 1971. 224 с.

58. Зеленин A.M., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ // Учебное пособие для вузов М.: «Машиностроение», 1975. 424 с.

59. Ветров Ю.А. Расчет сил резания и копания грунтов. Киев: Изд-во Киев. Ун-та, 1985.251 с.

60. Машины для земляных работ / под общ. ред. Волкова Д.П. М.: Машиностроение, 1992. 187 с.

61. Ветров Ю.А., Баладинский B.J1. Машины для специальных земляных работ. Киев: Изд-во Киев, ун-та, 1980. 308 с.

62. Машины для земляных работ. Теория и расчет. / под ред. Бромберга А.А. -М.: Машиностроение, 1964. 234 с.

63. Аксенов В.В. разработка методики расчета параметров вращающихся проходческих агрегатов. Дис. канд. техн. наук. Кемерово: 1986. 158 с.

64. ОСТ 12.44.258 84. Комбайны очистные. Выбор параметров и расчет сил резания и подачи на исполнительных органах.

65. Пушкина Н.Б. Разработка методов и программных средств проектирования исполнительных органов винтоповоротных проходческих агрегатов. Дис. канд. техн. наук. Кемерово, 1991. 126 с.

66. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для машиностроительных и механических специальностей вузов. -М.: Машиностроение, 1989. 469 е.: ил.

67. Детали машин. Расчет и конструирование. / под. ред. Н.С. Ачеркана. М.: Машиностроение, 1968.-441 с.

68. Иосилевич Г.Б. Детали машин. -М.: Машиностроение, 1988.-368 е.: ил.

69. Кузнецов Ю.С., Ганзен Г.А. Совершенствование способов разрушения пород при проведении выработок: Обзор / ЦНИЭИуголь. М.; 1981. 224 с.

70. Бунин В.И. Создание проходческих комплексов на принципе агрегатирования для проведения наклонных выработок. Дис. докт. техн. наук. Кемерово, 1997. - 46 с.

71. Логов А.Б., Замараев Р.Ю. Математические модели диагностики уникальных объектов / Новосибирск, Издательство СО РАН, 1999. - 228 с.

72. Логов А.Б., Замараев Р.Ю. Логов А.А. Анализ функционального состояния промышленных объектов в фазовом пространстве / Институт угля и углехи-мии СО РАН, Кемерово: 2004 231 с.

73. Механическое разрушение крепких горных пород / А.Б. Логов, Б.Л. Герике, А.Б. Раскин Новосибирск: Наука. Сибирское отделение. 1989. - 141 с.

74. Логов А.Б., Бенюх Н.Д. Характеристики процессов резания // Деп. В ЦНИЭИуголь №1176. в сборнике «Добыча угля подземным способом» вып. 8(104), 1978, №7/102.