автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование параметров виброактивного исполнительного органа проходческого комбайна избирательного действия для эффективного проведения выработок в сложных горно-технических условиях

|ульский Государственный техничесм-.й университет

На правах рукописи

ЛЕЖЕБОКОВ Александр Васильевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВИБРОАКТИВНОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ПРОВЕДЕНИЯ ВЫРАБОТОК В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.05.06 - Горные машины

Автореферат диссертации на соискание ученей степени кандидата технических наук

Тула - 1993

Рабата выполнен? в Тульском государственном техническом университете.

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, лауреат Государственной премии СССР, доктор технических наук, профессор Бреннер В.Л.

Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор Глатман Л.Б.

кандидат технических наук, доцент Степанов В.М.

Ввдущео предприятие - Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт проходческих машин и комплексов для угольной, горной промышленности и подземного строи- \ тельства (ЦНИИПодэеммаш).

Защита диссертации состоится 23 июня 1993 года в 7 Ч~ часов на заседании специализированного совета Д 06.3,47.01 Тульского государственного технического университета по адресу : 300600, г.Тула, пр.Ленина,92 , 9 учебный корпус, ауд. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного технического университета.

Автореферат разослан ¿1 мая 1993 года.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проведение горных выработок на предприятиях угольной промышленности является одни и из основных звеньев современной технологии добычи угля подземным способом.

Наиболее прогрессивным методом ..роходки, как показывает многолетний опыт, является комбайновый. Применение проходческих комбайнов позволяет снизить стоимость проходки выработок в 1,3 - 1,4 раза, увеличить скорость их проведения а 2,5 раза, а производительность труда в 1,5 раза.

Однако, в последние годы наметилась тенденция к снижению эффективности применения проходческих комбайнов избирательного действия при проведении горных выработок, что является отражением комплексного влияния организационно-технических и горно-геологических факторов.

Одним из направлений решения этой проблемы признано создание исполнительных органов, способных осуществлять комбинированное воздействие на массив, в частности, органов корончатого типа, реализующих для интенсификации процесса разрушения эффект вибрации.

Тульским государственным техническим университетом совместно с институтом ЦНИПодземмаш разработан исполнительный орган с встроенным еибровозбудителем крутильных колебаний к проходческому комбайну избирательного действия. Испытания в стендовых и шахтных услоииях показали работоспособность конструкции и практическую целесообразность активизации режущей коронки гармоническими колебаниями.

Однако, недостаточность теоретических и экспериментальных обоснований парзметроа таких исполнительных органов сдерлишаот их широкое практическое использование и определяет актуальность работы.

Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами ПНР и ОКР ЦНИИПодземмаш и по темам НИР ТулПИ ((I roc. per. 0186.0098412, 0189.0047908 ).

Цель работы. Обоснование конструктивных и режимных параметров исполнительного органа с встроенным еибровозбудителвм крутильных колебаний на основа выявленных взаимосвязей их с характеристиками колебаний рв.кущей коронки, обеспечивающего эффективное использование проходческих комбайнов избирательного действия в смешанных углепородных забоях с присечкой пород повышенной крепости.

Идея р а б о 1 ы . Применение исполнительного органа с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний с обоснованно выбранными параметрами обеспечивает эфективное разрушение присечки

пород повышенной крелосщ смешанных забоев проводимых выработок.

Метод исследования - комплексный, включающий анализ и систематизацию результатов ранее выполненных работ по разрушению горных пород комбинированным способом; теоретические и экспериментальные исследования виброактианого исполнительного органа в стендовых и шахтных условиях ; обработку экспериментальных данных на ЭВМ методами математической статистики; технико-экономическое обоснование применения проходческих комбайнов избирательного действия с виброактивным исполнительным органом в сложных горно-технических условиях.

Научные положен и я, разработанные лично соискателем, их новизна:

- разработана математическая модель исполнительного органа с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний, устанавливающая взаимосвязь характеристик колебаний режущей коронки с конструктивными и режимными параметрами исполнительного органа;

- получены аналитические зависимости для расчета количества, размеров и массы дебалансов нибровозбудителя, конструктивных параметров упругой муфты исполнительного органа, обеспечивающие рациональные их сочетания;

- экспериментально установлены закономерности изменения силовых и энергетических показателей процесса разрушения массива исполнительны?.! органом с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний а зависимости от частоты колебаний.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждает-с я:

- представительным объемом экспериментальных данных, полученных в стендовых и шахтных условиях с применением современных средств и методов исследования;

- корректным применением методов математической статистики и теория вероятности при обработке экспериментальных данных с применением ЭВМ;

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований ( расхождение не превышает 11%);

- положительными результатами применения экспериментального образца виброактивного . исполнительного органа в производственных условиях.

Научное значение работы заключается в установлении взаимосвязи между конструктивными параметрами виброактивного исполнительного органа и характеристиками колебаний

- ь -

режущей коронки и создание на этой основе методики, позволяющей обоснованно проводить выбор параметров виброактивного исполнительного органа, обеспечивающего эффективное применение проходческих комбайнов избирательного действия в сложных горно-технических условиях.

Практическое значение работы:

- экспериментально доказана эффективность оснащения проходческих комбайнов избирательного действия исполнительными органами с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний;

- разработана и испытана в производственных условиях конструкция исполнительного органа с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний к проходческому комбайну 1ГПКС;

, ' - разработана "Методика расчета конструктивных параметров исполнительного органа с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний проходческого комбайна избирательного действия

Реализация результатов работы:

- разработан, изготовлен » испытан в производственных условиях

• экспериментальный исполнительный орган с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний к проходческому комбайну |ГГЖС на шахтах ■ ПО "Воркутауголь" и "Укрзппадуголь", расчетный годовой экономичес-

■ кий эффект по результатам шахтных испытаний составляет 05.7 тыс.руб. на один комбайн ( в ценах 1991 года);

• . - "Методика расчета конструктивных параметров исполнительного

органа с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний

1 проходческого комбайна избирательного действия" принята институтом ЦНИИПодземмаш и использована при разработке технической документации виброактивных исполните ьных органов к проходческим комбайнам 1ГМКС и 4ПП-2М;

- в соответствии с заказом ПО "Тулауголь" ведутся работы по созданию виброактивного исполнительного органа к проходческому ком-

■ байну ПК-Зр;

- рабочая документация на исполнительный орган с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний к проходческому комбайну 1ГПКС передана Министерству топлива и энергетики Российской Федерации для изготовления опытно-промышленной партии;

- совместно с Сианьским горным институтом и Нанкинским машиностроительным заводом (Китай) начаты работы по созданию еиброак-тивнего исполнительного органа к проходческому комбайну китайского производства.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на ХХ\/-ХХ1Х

научно-технических конференциях профессорско - преподавательского состава Тульского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института ( г.Тула, 1959-1993 г.); на I! семинаре по угольному машиностроению Кузбасса (г.Кемерово, 1991 г.); на встрече специалистов угольной промышленности "проблемы развития научно-технического прогресса подземного способа добычи угля" (г.Москва,1992 г.); на научно-техническом совете ПО "Тулауголь" (г.Тула, 1992 г.); на за-, седании кафедры "Горные машины и комплексы" ТГТУ (гЛула,1993 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 печатных работы и направлены в ВНИИГПЭ две заявки на предполагаемые изобретения.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 198 страницах, содер- . жит 47 рисунков, 15 таблиц , список использованой литературы на 118 наименований и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1

Результаты исследований отечественных и зарубежных . ученых Л.И.Барона, Л.Ф.Бвндерского, В.А.Бреннера, Л.С.Глатмана, А.В.Докукина, Ю.Н.Казака, А.Ф.Кичигина, И.А.Кузьмича, В.Г.Мерзлякова, Ю.Л.Худина, Л.Баумана, Х.Кляйнерта и других свидетельствуют, что использование исполнительных органов, списс^н^х осуществлять комбинированное воздействие на массив, является одним из перспективных направлений повышения эффективности использования проходческих комбайнов избирательного действия в сложных горно-тохнических условиях.

Значительное развитие в последнее вромя получили работы, направленные на создание исполнительных органов, реализующих для интенсификации процесса разрушения массива эффект вибрационного воздействия. Благодаря экспериментально-теоретическим исследованиям Л.Баумана, В.А.Бреннера, М.И. Гальперина. Л.Г.Зысманова. И.П. Кавыр-шина, В.А. Кутлунина, Ю.Г.Храпова и др. созданы виброактивныв исполнительные органы к проходческим комбайнам избирательного действия, испытания которых в стендовых и шахтных условиях дали обнаде-. живающне результаты. Представляется возможным осуществлять разруше ние пород средней крепости с более высокой производительностью и меньшей энергоемкостью по сравнению с органами традиционного исполнения.

Практическое решение проблемы создания виброактизных исполнительных органов связано, главным образом, с Созданием надежных им. пульсных приводов, обеспечивающих при относительно малых габаритах

подвод довольно высоких энергий, а также с обеспечением надежной защиты конструкции машин от генерируемых колебаний. В большинстве предлагаемых конструкции заложено кинематическое возбуждение вибрации через разного рода эксцентрики и шатуны, что обусловливает* большие величины реакций со стороны породного массива на исполнительный орган и комбайн в целом.

Совершенно иной принцип возбуждения колебаний, за счет центробежных сил вращающихся дебалансов, реализован в конструкции исполнительного органа,разработанной в Тульском государственном техническом университете. Удачное техническое решение, отсутствие реактивных сил на корпус комбайна, позволяет сделать вывод о перспективности реализации предложенной схемы в исполнительных органах проходческих комбайнов избирательного действия.

Однако отсутствие необходимых теоретических и экспериментальных обоснований параметров и компановки такого исполнительного органа до настоящего времени не позволяло подойти к созданию эффективной» надежной конструкции, отвбчаюаюй современным требованиям.

В соответствии с изложенным были поставлены следующие задачи исследований:

- разработать математическую модель исполнительного органа с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний, отражающую связь характеристик колебаний режущей коронки с конструктивными параметрами исполнительного органа ;

- установить закономерности формирования амплитуды колебаний режущей коронки, еоэникающих под действием центробежных сил еибро-возбудителя и провести экспериментальную проверку результатов теоретических исследований;

- получить аналитические зависимости для расчета конструктивных параметров исполнительного органа с встроенным еибровозбудите-лем крутильных колебаний,

- разработать методику расчета конструктивных параметров исполнительного органа ;

- определить эффективность исполнительного органа с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний по сравнению с органом традиционного исполнения;

- провести испытания в производственных условиях исполнительного органа, созданного с учетом результатов проведенных исследований.

В качестве объекта исследований был принят исполнительный орган активного типа, схема которого представлена на рис.1.

- В -

Схема исполнительного органа с встроенным вибровоэбудителем крутильных колебаний.

Рис.1.

1- режущая коронка,2- дебалансы,3-вал привода режущей коронки, 4- вал привода вибровозбудителя,5- упругая муфта,6- гидромотор.

Особенностью предлагаемой конструкции является встроенный виб-ровозбудитель,который за счет вынуждающей силы вращающихся дебалан-сов сообщает режущей коронке крутильные колебания.Прииод режущего органа и привод вибровозбудителя индивидуальные. Для защиты транс» миссии исполнительного органа ог динамических нагрузок, создаваемых вибровоэбудителем, в кинематическую цепь привода введена упругая муфта.

Основными характеристиками такого исполнительного органа, определяющими эффективность процесса разрушения , является крутящий момент на режущем органе, реализуемый системой привода, а также величина развиваемого вынуждающего момента,вызывающего колебания коронки.

С целью установления зависимостей характеристик колебаний системы от ее конструктивных и режимных параметров, исполнительный орган был представлен в 'виде динамической системы С одной стопонью свободы. При этом были сделан*! следующие допущения:

- все элементы исполнительного органа, кроме упругой муфты, ярляются абсолютно жесткими телами;

- скорость вращения электродвигателя привода исполнительного органа постоянна;

- вибровозбудигаль воздействует на режущую коронку вынуждающей силой, изменяющейся по гармоничеркому закону.

При вращении деб'алансов возникает вынуждающий момент Ам-ЫА и)к, воздействующий на режущую коронку, здесь А* - амплитуда вынуждающего момента, - частота его изменения.

- 9 -

Амплитуда момента составляет:

Ам « птрги)3 , и)

где П - число дебалансов, /11 - масса дебаланса, р -эксцентриситет массь'| дебаланса, 3 - расстояние между осями вращения режущей коронки и дебалансов, и) - угловая частота вращения дебалансов.

Вынужденные колебания режущей коронки, возникающие под дейс-твиен этого момента, без учета сил диссипативного сопротивления, описываются уравнением: „

п........ птР21дг г

где } - частота колебаний вибровозбудителя, и)о

- собственная

угловая частота системы, 3 - момент инерции режущей коронки и жестко связанных с ней частей.

Амплитуда этих колебаний составляет: ,

а - птрг- • {3,

При учете сил диссипативного сопротивления выражение для амплитуды вынужденных колебаний приобретает вид:

д__и тр2и>г___

Р / ' ггих? и)

где С - обобщенный коэффициент вязкости.

Анализ зависимостей величины амплитуды колебаний от отношения частот и)/\Л)о при ,.аэличных значениях вязхого демпфирования показывает, что силы диссипативного сопротивления оказывают заметное действие лишь в области резонанса. Поело прохождения резонансных частот амплитуда стремится не к нуя;о, а к значению П!Т!р2/3 I ЧТР погзолиэт на удалэнии 07 розокгнел проводить расчеты.без учета сил сопротивления, используя формулу (3).

Скорость режущей коронки у "3-3.1 наложенных крути™."'¿х колэбзний периодически изменяется по закону , близкому к гармоническому.

Колебания скорости (у характеризуются амплитудой А'-/1 и частотой ^ .

Последняя опрэдаг.яотся частотой вращения добалансов относи-тояыю коронки. Амплитуда скорости связана с амплитудой А\'

следующим соотношением:

-10 -

Увеличение частоты £ (т.е. числа воздействий на забой в единицу времени) и амплитуды (влияет на результаты каждого воздействия), как показали ранее выполненные исследования, ведет к повышению интенсивности процесса разрушения.

Следовательно, при выборе параметров виброактивного исполнительного органа следует стремиться реализовать наибольшие значения амплнт; л и частоты { . Кроме того, учитывая, что

воздействие вибровозбудителя на режущую коронку реализуется через центробежные силы, необходимо также увеличить амплитуду вынуждающего момента Ам от этих сил.

Анализ выражений, полученных для , Ду и лм показывает, что эти характеристики определяются следующими параметрами системы:

сд.п ,т ,р . 2 ,7 и С. . ■ ■

Произведению/)/??^)^ при проектировании следует обеспечить по . возможности большее значение, так это связано с ростом амплитуд А<|',

А'/ и Ам.

Момент инерции ревущей коронки необходимо уменьшить, при этом растет /4(с , а следовательно, и . Влияние жесткости муфты С на величину амплитуд Ну и

несущественно. Однако применение муфты с низкой жесткостью снижает передаваемый трансмиссии исполнительного органа момент и уменьшает значение резонансной частоты

Для практической реализации полученных результатов необходимо рассмотреть, как лучшим образом реализовать'м'оставленные условия в ограниченных размерах режущей коронки и редуктора исполнительного органа стреловидного типа. При решении данной задачи исходим из предположения, что для размещения дебалансов во внутренней полости режущей коронки выделено пространство, ограниченное цилиндрическими поверхностями известных радиусов!? и 2 .Проведенными исследованиями установлено, что произведение П Мр2, а следовательно и амплитуды , А^ , Дм имеют при прочих равных условиях наибольшие значения при полном использований этого про -странства, т.е. при обеспечении минимальных зазоров между вращающимися дебалансами и ограничивающими поверхностями , а также между соседними дебалансами.

Однако из-за того, что ¡1 - целое число, практически возможны два варианта размещения дебалансоз: с повышенными зазорами между соседними дебалансами и с повышенными зазорами между каждым из дебалансов и внутренней цилиндрической поверхностью (рис 2).

Из двух вариантов Следует выбрать тот,который обеспечивает большее значение произведения П 1'ЧрЗ , обозначим его:

о=птрг,

се»

Схемы компановки дебаланса.

Рис.2.

Представив параметры, входящие в выражение (6), в виде функций от fl , получим для варианта компановки по схеме "а"

' // 5К1 /77/? ,, дп -l-S m

а

п "uäm ////? 1 ' ' itsm

i'/n

где - величина гарантироаанного зазора между дебалансами и ограничивающими цилиндрическими поверхностями, и для варианта компановки по схеме "б"

- а^^Г^-Т^ , (8)

где — отношение радиусов ограничивающих цилиндрических

поверхностей.

Существует такое значение ^ , обозначим ого ^ , при котором оба варианта компановки равноценны. Таким образом, задача сводится к решению относительно уравнения:

п((тгягшь -н'ОГО)

i+smr/n '' и/ f+sTn т/п~}

=f/7-//í

О!

г /■ -

При решении этого уравнения испольгоеан численный способ , реализованный на ЭРИ.

Сравнение отношений радиусов со значениями .вычисленными при решении урапьвния (9) , позволяет выбрать вариант компановки деба-

- 12 - . " • . лансов, а по формулам, полученным при выводе уравнений (7) и (8) -

м

рассчитать межосевое расстояние 6 и размер дебаланса в плоскости вращения I определяющий величину статического момента дебаланса (?1р ,

Однако, величина/110 зависит не только от размера дебаланса но и от его размеров в осевом направлении, а также от плотности выбранных материалов , т.е. остаются неназначенными два параметра: №р и и) .От них , в основном, зависит нагрузка подшипниковых опор дебалансов. Последнюю следует довести до уровня, соответствую- ' щего принятой долговечности подшипников.

Основные показатели эффективности, как это следует из формул (1). (3) и (5) улучшаются с ростом как частоты сращения дебалансов, так и величины их статической неуравновешенности . Недостаточность изученности влияния частоты и амплитуды колебаний на силовые и ■ энергетические показатели процесса разрушения горных пород но позволяют однозначно назвать величину соотношения между ними. Поэтому, принимая во внимание результаты исследований по виброразрушению мерзлых грунтов и горных пород, выполненные в различных научных и' исследовательских .учреждениях, в том числе и ТГТУ . частоту колебаний вибровозбудителя назначаем в интервале^ = 40-45 с\ а статический момент дебалансов 1У1 0 расчитываем из условия обеспечения принятой долговечности подшипников. Размер дебаланса в осевом направлении определяется по известной величине П1р

Как уже отмечалось, при проектирований в>,¿реактивного исполнительного органа следует стремиться снизить жесткость упругой муфты , что положительно сказывается на работе всего комбайна. Однако, компановка муфты в ограниченном пространстве редуктора вызывает определенные сложности, так как при небольших габаритных размерах муфта, при достаточной прочности ее элементов, должна иметь низкую жесткость, чтобы частота вращения дебалансов оказалась су-: ццественно вь:шо резонансной частоты и)о ,т.е. выполнить условие:

(Ш)

В связи с этим необходимо эффоктизно использовать выделенный объем и рационально подобрать параметры муфты.

Анализ упругих муфт различных конструкций показал целесообразность применения в конструкции исполнительного органа муфт;.! с радиальными пакетами пластин.

Решение системы уравнений, связывающих условия прочности пластин и еыст^пои ступицы муфты, толщину Лп и длину Я» упругих пластин, жесткость упругой муфты С, ,позоолило получить аналитические выражения для расчета параметров¿^я и Ьл из условия обеспачивания минимальной жесткости и выполнения условий прочности элементов муфты:

Г.......—(п)

2 1ГЙп ГбоНЛ ■ •

где: М^р - крутящий момент на валу муфты; I - число пакетов;

1п - число пластин в пакете; ^ - длина пластин; - соотношение между длиной пластин и глубины паза ; [¿«1, [ С)л] - допустимые напряжения на изгиб материала пластин и ступицы муфты; радиус муфты; ,

и ГЗа] £ (12)

I !а — --------

бМ« '

Анализ зависимости жесткости муфты от числа пластин и числа пакетов, в которые пластины собраны, проведенном с использованном ЭВМ, показал, что при проектировании муфты целесообразно общее количество пластин назначать 7 = 160-180, группируя их в 6-й пакетов. В случае , если полученная жесткость велика и не выполняется условие (10),габаритные размеры муфты следует увеличить. Установлено, что это равноценно делать за счет увеличения размеров как в осевом , так й в радиальном направлениях.

Для оценки, эффективности активизации режущей коронки гармоническими колебаниями и установления соответствия результатов теоретических исследований фактическим данным, были проведены обширные •экспериментальные исследования исполнительного органа с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний.

В качестве объекта исследований принят виброактианий исполнительный орган к проходческому комбайну КП-25, изготовленный Скура-товским экспериментальным зааодсм (Тула) по чертежам , разработанным институтом ЦНИИПодземмаш совместно с кафндрой ГМиК ТГТУ.

Испытания проводились как в процессе разрушения комбайном по'Л-норазмерного породного блока, ' так и с использованием специальной установки, конструкция которой позволяла создать на исполнительном органа нагрузку заданной величины.

Задача первой серии опытов состояла в определений влияния частоты колебаний вибровозбудителя на силовые и энергетические показатели процесса разрушения массива исполнительным органом с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний и оценка его эффективности. .

В качестве силовых показатель« процесса разрушения приняты усилие подачи стрелы/-^ и потребляемая мощность Н силовой установки комбайна. Кроме 3ti.ro, й качестве основного критерия, характеризующего процесс разрушения, принят показатель полной удельной энер-

- 14 -

гоемкости процесса разрушения . Производительность комбайна с виброактивным исполнительным органом принята дл качественной оценки эффективности виброметода разрушения горных пород.

Исполнительный орган монтировался на проходческий комбайн ПК-9Р. Регистрация усилий подачи и мощностей, потребляемых силовой установкой комбайна и приводом вибровозбудителя, производилась измерительной системой, еклкзчающей тензометрические датчики, преобразователь напряжения П022, тензоусилитель "Топа'з-2" и св.етолучовой осциллограф Н-117/1. Для получения искомых значений исследуемых параметров осциллограммы преобразовывались прибором Ф-018 в числовой массив с последующей обработкой по специально состаренным программам на ЭВМ СМ-1600.

Выполненные эксперименты показали, что с ростом частоты вынужденных колебаний режущей коронки от О до 45 с'' происходит снижение усилия подачи Г?., и потребляемой мощности N силовой установки комбайна в 1,26 и 1,3 раза соответственно .Средня» величина крутящего момента уменьшается при этом в 1,22 раза, производительность комбайна по разрушению породного массива увеличивается в 1,21 раза. Энергоемкость процесса разрушения снижается в 1,16 раза.

Визуальные наблюдения за поседением комбайна при разрушении массива показали, что при выводе вибровозбудителя на частоту колебаний j = 30 с'и далее, до максимальной.частоты ^ = 45 с'» обеспечивается более устойчивая и спокойная работа машины, в то время как при отключс ии виброаозбудителя нередко наблюдалось резкое отбрасывание* стрелы от забоя, сдвиг комбайна по почве и опрохидыванис электродвигателя привода исполнительного органа. Следует отметить интенсивное вращение резцов в гнездах кулаков и отсутствие защтыбовки режущей коронки. Разрушение породы в забое осуществлялось более крупным сколом, что подтверждает расчет среднего размера кусков разрушенной породы, сделанный по результатам ситового- анализа

Экспериментальные исследования закономерностей, формирования амплитуды крутильных колебаний режущей коронки под действием вибровозбудителя и обоснования ' применения упругой муфты с низкой жесткостью были проведены во второй серии опытов, при этом использовалась установка, смонтированная на комбайне.

По результатам.экспериментов была получена серия амплитудно-частотных и частотно-силовых характеристик исполнительного рр-гана в широком диапозоне частот и нагрузок.

Анализ амплитудно- частотных характеристик исполнительного органа под нагрузкой показал, что величина амплитуды крутильных колебаний в эарезонансном режиме, соответствующем рабочим частотам вибровозбудителя, не зависит от частоты колебаний и нагрузки на испол-

- 1Ь -

нительном органа. Установлена удовлетворительная сходимость расчетных и опытных данных , что подтверждает правильность теоретических положений и правомерности принятых допущений при переходе к модели с одной степенью свободы.

Для сравнительного анализа влияния жесткости муфты на показатели работы виброактивного исполнительного органа, экспериментальные исследования с'регистрацией амплитуды крутящего момента на муфте и амплитуды крутильных колебаний режущей коронки были повторены в полном объеме с муфтой, имеющей более высокую жесткость.

Анализ полученных данных показал, что увеличение жесткости муфты в 1,4 - 1,5 раза ведет к возрастанию на рабочих частотах вибровозбудителя амплитуды крутящего момента на муфте в 1,6 -1,9 раза. При переходе резонансных частот амплитуда крутящего момента увеличивается более чем в 2 раза.амплитуда крутильных колебаний при этом увеличилась в 1,4 - 1,5 раза.Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельствуют о необходимости использования в приводе виброактивного исполнительного органа упругой муфты с низкой жесткостью, что позволит снизить динамику его работы.

Исполнительный орган с "жесткой" муфтой был испытан в работе и на полноразмерном породном блоке. Вибровозбудитель при этом на включался.

Обработка осциллограмм, полученных при разрушении массива,и сравнение полученных результатов с силовыми показателями исполнительного органа с прбжней муфтей показало повышение коэффициент^ вариации крутящего момента на 15-25% ,что обусловливает целесообразность установления упругого элемента в традиционных исполнительных органах.

По результатам про( :денных исследований была разработана "Методика расчета конструктивных параметров исполнительного органа с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний проходческого комбайна избирательного действия".

Для проверки эффективности виброактивного исполнительного органа в шахтных условиях институтом ЦНИИПодэеммаш, совместно с кафедрой ГМиК ТГТУ , был разработан исполнительный орган с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний к проходческому комбайну 1ГПКС . В конструкции исполнительного органа были реализованы параметры , расчитанныэ азтором на основе методики.

Исполнитальный орган выполнен а вида модульной конструкции. Привод вибропозбудителя гидравлический. Вращение насоса гидросистемы осуществляется от редуктора ходовой части комбайна. Частота колебаний вибровоэбудитвля составляет ^ = 43,5 с , число дебалансов /1 = 7, амплитуда крутильных колебаний режущей короики

/1

^ - 0,0066 рад., амплитуда момента от центробежных сил

{\ г/ = 24758 Нм. Изготовленные Схуратовским экспериментальным заводом два исполнительных органа прошли испытания на шахтах ПО "Ворку-тауголь" и " Укрэападуголь". Испытания проводились при проходко подготовительных выработок смешанным забоем с породами крепостью до 4 - 5 и включениями пород крепостью до-| = 7. Проведенные испытания, показг ти, что комбайн 1ГГ1КС , оснащенный виброактивным исполнительным органом , обеспечивает эффективное проведение выработок в смешанных забоях с присечкой пород крепостью до+-= 6-7 единиц. Производительность комбайна по разрушению пород крепостью^ = 3-4 увеличивается на 30-37%.

Расчетный годовой экономический эффект от использования комбайна 1ГПКС с виброактивным исполнительным органом по результатам' шахтных испытаний составляет 85,7 тыс.руб. на 1 комбайн (в ценах 1931 года). Доля автора - 10% или 0,57 тыс.руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ '

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи, заключающейся в установлении взаимосвязи между конструктив^ ными параметрами виброактиеного исполнительного органа и характеристиками колебаний режущей коронки и создании на этой основе методики расчета исполнительного органа для обеспечения эффективного применения проходческих комбайнов избирательного действия в сложных юрно-технических условиях.

Основные выводы, научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1.Доказано, что оснащение проходческих комбайнов избирательного действия исполнительными органами с встроенным вибровозбудителем крутильных колебаний обеспечивает эффективное их применение в смешанных забоях проводимых выработок с включениями пород крепостью до

= 6-7 по шкале проф.М.М Протодьяконова.

2. Установлено, что параметрами, определяющими эффективность процесса виброразрушения горных пород, являются амплитуды крутильных колебаний коронки,ее скорости, вынуждающего момента от центробежных сил дебалансов.

3. На основе математической модели исполнительного органа с встроенным вибровоэбудителем крутильных колебаний выявлено, что характеристики колебательного процесса режущей коронки являются функцией следующих параметров: частоты вращения дебалансов, их статического момента, расстояния между осями вращения коронки и дебалансов, момента инерции коронки, жесткости упругой муфты.

4. Получены аналитические зависимости, устанавливающие взаи-

мосвязь между конструктивными и режимными фаматрамм виброактивного исполнительного органа, обеспечивающие получение необходимых характеристик колебательного процесса режущей коронки для эффективного разрушения горного массива.

5. Экспериментально установлено , что с увеличением частоты колебаний от 0 до 45с происходит снижение усилия подачи ß и мощности .потребляемой силовой установкой исполнительного органа в 1,26 и 1,3 раза соответственно. Средн i величина крутящего момента уменьшается при этом в 1,22 раза, производительность комбайна по разрушению породы увеличивается а 1,21 раза.

6. Разработана "Методика расчета конструктивных параметров исполнительного органа с встроенным ви.брозозбудитвлем крутильных колебаний проходческого комбайна избирательного действия", которая принята институтом ЦНИИПодземмаш и использована при проектировании виброактивных ислолнигельных органов к проходческим комбайнам 1ГПКС, 4ПП-2М.

7. Шахтные испытания комбайнов 1ГПКС с виброактивными исполнительными органами псказали. что новый исполнительный орган обеспечивает эффективное применение комбайнов в смешанных забоях с при-сечкой пород до|= 6-7 единиц, расширяя том самим экономически оправданную границу прочности разрабатываемых пород проходческими комбайнами "легкого" типа, а также позволяет повысить производительность комбайна по породам крепостью J- = 3-4 на 30-37%.

Расчетный годовой экономический эффект от использования комбайна 1ГПКС с виброактиЕным исполнительным органом по результатам шахтных испытаний, составляет 85,7 тис руб. на I комбайн (в ценах ¡931 года), Долл автора - 1Q';i> или 0,57 тыс руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следуютщих работах:

1. Кутлунин 0.А , Кавыршин И.П., Лежебокоз A.B. К вопросу определения числа дебаяансов unSpuLOcö)дителя // Механизация горних работ на шахтах: Сб. нзуч.тр. / ТулПИ,- Тула, 1390. - С.24-31.

2. Кутлунин В.А., Кавыршин И.П., Лзжьбоков A.B. О выборе параметров упругой муфты // Механизация горных работ: Сб.науч.тр. / ТулПИ- Тула,1991.-0.103-109.

3. Лежебоков A.B., Кутлунин В.А. Виброакгивный исполнительный орган к проходческому комбайну 1ГПКС // Совершенствование горных машин и оборудования: Таз.докл. П семинара по угольному машиностроению Кузбасс^. - Кемерово,1991. - С.47 - 48.

4. Бреннер В.А.,Кавыршин И.П., Лежебоков A.B.,Храпов Ю.Г.. Пути повышения эффективности проходческих комбайнов//' Комплексная механизация горных работ на шахтах: Сб.науч.тр. / ТулПИ. - Тула, 1992, - С.46-54. - '