автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Оптимизация параметров гидросистем гидростоек для повышения надежности механизированной крепи

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

:тб од

На правах рукописи

2 1

КАРНИЦКИЙ ВАЛЕРИЙ КШЬЕВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОСИСТЕМ ГИДРОСТОЕК ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ

Специальность 05.05.06 - Горные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула - 1998

Работа пополнена в Тульской государственнсм университете.

Научный руководитель Докт. техн. наук, проф. В.М.Степанов

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Н.И.Харитонов кандидат технических наук А.С.Крюков

Ведущее предприятие - АО ''Тудауголь"

Защита диссертации состоится 1998 г.

в/'/час. на заседании специализированного совет Д 063.47.01 при Тульском государственном университете п адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92, учебный корпус 9 ауд. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Туль ского государственного университета.

Автореферат разослан «М- /ЯГ 1998 г.

та,

'К .

ОВЩЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. Акзуальнзсшь работы. Ухудоение горно-геолоптческих условий эксплуатации снижает надежность работы и техникх^-эгонсмические показатели комплекса оборудования с механизированньми крепям! при подземной добыче полезных ископаемых.

Одним из перспективных направлений повьшения надежности взаимодействия механизированных крепей с вмешакдлми породами является • применение в них гидросистем гидростоек с регулируальми в комплексе начальным распорсм; несущей способностью и аварийней податливостью.

Не полное, соответствие параметров таких гидросистем гидростоек крепи сложным горно-геологическим условиям эксплуатации, а также не достаточно эффективьое управление горным давлением приводит к снижению нагрузки на лаву на 10-20 %, производительности труда на 10-18 .%, увеличению себестоимости на 9-25 %, объемов ручного труда на 20 %.

Разупрочнение трудноуправляемых кровель не обеспечивает требуемого снижения динамических проявлений горного давления, а повышение несушей способности крепей приводя? к. увеличению их металлоемкости и стоимости.

Одним из резервов поеыгония надежности взаимодействия механизированных крепей с т-тадакшими породами, оснаденными гидросистемами гидростоек с регулируемыми начальньм распорсм, несущей способностью и аварийной ■ податливостью, является оптимизация их параметров. Это i позволит создать гарантированные оптимальные вел11чины начального распора и аварийной податливости, максимальные скорость кинематического распора и зашиту крепи от динамического воздействия со стороны вмешдадах пород. Поэтому научная задача поеьквния эффективности выемочных комплексов за счет оптимизации параметров наиболее эффективных конструкций гидросистем гидростоек для слсммых горногеологических условий эксплуатации является актуальной.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим плансм НИР ТулГУ "Создать и внедрить гилростойку с дополнительной податливостью и повышенным начальньм распором, обеспечивающую повышение эффективности работы очистного механизированного комплекса в тяжелых горно-геологических условиях" (N гос. per.: 0492061000, 0495002000).

Цель рабспы состоит в оптимизации параметров пц^юсистем гилростоек механизированных крепей с регулируе-ыми в комплексе начальным распорсм, несущей способностью и аварийной податливость», обеспечивающих максимальные скорости кинемапгческогхз и силового

распора, повыиение надежности взаимодействия крепи с вмацакадими породами, н эффеютгзносш работы выемочных комплексов при неустойчивых и трудноуправляемых кроши-:.

¿{¡тая работы закпшается в обеспечении требуемэй надезшости взаимэда"югвия ьзеханизированкых крепей с неустойчивыми и трудноуправляемыми кровлями, достигаемой за счет оптюятаации параштров гидросистем пуростоек с регулируемыми начальны« распорем, несущей способностью и аварийной податливостью для снижения объемов и вероятности нарушений кровля, деформаций и разрушения элементов крепи.

Нззод иосяедаеэаний - комплексный, включающий обобщение ранее проведенных исследований по данному вопросу, математическое модели-рова!!ие переходных процессов и оптимизацию параметров на ПЭЕМ, про-изаодстБе1ШО-эксперя«нтальньЕ исследования с широким спектрам из-мереш») и набжжеигй. Обработка полученных данных прдводиласъ методами теор;з1 вероятности и математической статистики.

Научахза ххяххязюш, рзгргСЬсааяныэ соискателем, и их новизна:

- получены зависимости, ■устанавливакдае влияние на определение оптимальных параметров пдаросистем гидростоек продолжительности юшематического и силового распора, величины начального распора, показателей надежности и пикового давления в поршневых полостях гидростоек при динамическом нагруженли;

- разработана обобщенная математическая модель переходных процессов в '-гидросистемах гидростоек, учитывающая многовариантное сочетание рааличных конструкций гидроэлементов (предохранительные клапаны, блоки клапанов, мультипликаторы и демпфиругадае устройства) для оптимизации параметров 'и совершенствования гмдросистем хидро-стоек с регулируемыми в комплексе начальным распором, несущей спо-собносью и аварийной податливостью;

- определены оптимальные параметры гидросистем гидростоек на /

основе исследования переходных процессов в гидросистемах и требуемой надежности взаимодействия крепей с Емещакиими породами, реализация которых позволила усовершенствовать конструкцию гидростойки с регулируеьыми начальные распорам, несушей способностью и аварийной податливостью.

Дзотаэеряхгхь научных положений, выводов и рекомендаций -подтверждается применении"! современных методов аналитического расчета и оптимизации на ПЭШ, представительным объемам экспериментальных данных, удовлетворительной сходимостг^о результатов теоретических исследований, и экспериментальны* данных (адекватность не г-занее 86 %.).

s

Кэутагэе жачениэ работы оостоит в разработке обобщенной ьютеттическсй модели переходами процессов в гидросистемах гидро-стсек при. многовариантнсы сочетании конструкций гмдроэлалентов, исследование которых позволило определить оптимальные параметры гидросистем с учетом надеяиоот взаимодействия механизированных iqpenefi с вмедахвдими породами. ' ,

/^аязяшсзаээ таязевса заключается в разработке методики расчета оптимальных парамечров щдросистем годростоек с регулируемыми в комплексе начальннм распором, несущей способностью, аварийной податливостью и усовериенствовйнии их конструкций, обеспечивающих повышение надежности- взаимодействия шханизированных крепей с вмещающими породами и эффективности работа выемочных комплексов. -

Реапизащщ рвзулывззхж работы. Результаты исследований ис- ■ пользованы в АО "ПНИУИ" при создании опытных партий гщпростоек ЩСЗ, ГШ" и ДКС для ПО "Велкалий", АО. "Тулауголь" и концерна "Куз-нецкуголь", при создании стенда ресурсных, динамических и импульсных нагружвний секции крепи и ее элементов. Разработанная методика расчета оптимальных параметров лядроотста.и гнфостойки используется в АО "ПНИУИ" при проектировании педроо-ютем хнцростоек нового технического уровня. Разработанная система с оптимальной величиной начального распора, реализована в конструкциях стендов, внедренных в Ю "ПНИУИ", при испытаниях гидроэлементов на стадо! их изготовления. Пгпростойю! ГСН внедрены на шахте "Подмосковная" АО "Тула-уголь", а ГДСЗ, аварийные предохранительные-клапаны, блоки клапанов на руднике первого рудоуправления ГО "Велкалий". Экономический эффект от внедрения работы составил 181737 руб. на лаву в- ценах 1998 года.

/■лробация р&баш. Осноы те положения диссертации докладывались и получили одобрение' на Всесоюзной отраслевой научно-технической -конференции "Проблемы безопаской разработки „калийных месторождений" (г. Солигорск, 1988 г.), научно-технических конференциях профеах>рско-преподавательского состава ТулГУ - (г. Тула, 1991-98 гг.), заседаниях научнсг^хнзгаеского' совета Ю "ПНИУИ" (г. Новомосковск, 1990-98 гг.) и АО "Тулауголь" (г. Тула, 1990-98 гг..). ■ ,

Пубгзоыщт, По результатам дассертациошой работы • опубликовано 4 статьи, получено одно положительное решение на изобретение.

СЬружзура. ft сСксм рэбехи. Диссертаиионйая работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 141 странице маимнописного текста, содержит 61 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 102 наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ ССДЕВКДНИЕ РАБОТЫ

При разработке угольных пластов в слсскных герно-хеалогических условиях одним из резервов повышения надежности взаимодействия механизированных крепей с вмещзкшими породами при- применении гидросистем этщростоек с, регулируемым в комплексе начальным распором, несушэй способностью и аварийней податливостью является оптимизация их параметров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующее задачи: -

- получить зависимости, устанавливайте влияние на определение оптимальных параштров гидросистем хвдростоек .продолжительности кинематического;и силового распора, величины начального распора и пикового давления в першевых полостях гидростоек при динамическом нагружениш

- разработать обобщенную математическую модель переходных процессов в гидросистемах гидросгоек, учитывагш^ю многовариантность сочетания различных конструкций гидроэлементов (предохранительные клапаны, блоки клапанов, мультипликаторы и: демпфирукдие устройства) , для оптимизации параметров гидросистем гидростоек;

. - оптимизировать параметры гидросистем гидростоек на основе исследования обобщенной математической модели гидросистем с регулируемые в комплексе начальным распорсм, несушей способностью и аварийней податливостью и усовершенствовать их конструкцию;

провести стендовые и шахтные испытания работы гидросистем гидростоек для оценки I-« оптимальных параметров-и составляют* ее гидроолементов, сходимости теоретических и экспериментальных исследований.

В диссертации приведено научное обобщение режимов работы хид-росистем■ гидростоек механизированных крепей. На его основе разработана блок-схема оптимизации их параметров (рис. 1). Адекватность ' при решении обобщенной математической модели реальнъм процессам достигается анализом на каждом участке характера движений и условий перехода подвижных элементов на состояния остановки в состоянии движения и выбором переменной структуры решаемых нелинейных дифференциальных уравнений. Исходные данные для выполнения оптимизации . определены блоками В2 и Вз (рис. 1). 1 '

Научное обобирние гсрно-геолохических условий эксплуатации гидросистем гидростоек позволило по энергетическим показателям интенсивности проявлений горного давления в система крепь - вмащаквие порода определить их оптимальную структуру для неустойчивых и труд-

управляема кровель на основе влияния на нее скорости смещения рньк пород и энергии интенсивности проявлений горного давления ис. 2).

Блок-схема,исходных условий для выполнения расчетов по СЖ

Рис. 1

Оценка качества функционирования гидравлической систем»! определяется наберем критериев (табл. 1). Здесь. А с - работа, совершаемая в системе крепь - вмеоСисщге порода, Ргк - давление в газовой камере, Гс - газовая среда, - время, характеризующее быстродействие срабатывания предохранительного клапана, <),:< - расход;шя

характеристика предохранительного клапана, 1'ск - давление срабатывания лрегохранкталь'лого клапана, 11П. - время, характеризуюаэе пе-

риод роботы предежраштельного клапана, Р,

дзплемие, развгаае-

мое наоссиоп стапииги, зашеявдзе от характеристик внаипси иузроса-та, (глг - продсшяптельнссть кяна.-атическош и силового распоров, \'Ш1 - объем мспыгуегоой полости, 0У- - степень иегерьтичиости пад-росистемл, п,.,, - запас раздвижное»!, Реализация гадросистеььг связана с определешкм оптимальной совокупности параметров с учетом клеокэй раз.крности векторного критерия и отраниченш, а такке пеленезгнж характеристик матемап-мескзсс г<ж>далей.

Определена структура гидросистем

V, м/с '

-. 0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

__V.

\

т

3']

25а

500

750 1000 Рис. 2

1250 1500 1750 2000 Е, кДс

Б обнем виде задача Бактерией оптимизации гидрашзгческой система определена как: Ф(Л)виЬор1

Ф(А) =

(ф»'«(А) = {Ги(,1)}^>У с ЧУ,; XV, с \У,\\'г е. \\',\У, п = Ф/Л' ^ (1,2,..., к);

-Фш'" (А) < Ф * *:Ф'"'* (А) !> Ф";Г;(Л> > 0.

где Фи1"(А),Фю,1(А) - векторы минимизируемых и шковлазируеьих критериев; Ф*,Ф" - диапазон ограничений; С(А) - ограничения аила неравенства. Определение наилучших показателей гкиросистемл обеспечивается за счет выбора совокупности режимных и конструктивных параметров, варьируемых в процессе матештического исследования ее функционирования, и требуемого уровня надежности.

Таблица 1

.Критерии оценки качества тпросистемы Наименование критерия Функциональная зависимость Экстремум

1. Коэффициент перегрузки kH = i(qIIB,niq) Мах

2. Запас прочности консмрук- k„ =f(kn,km,k0)—f(raq,o4,qinc) Мах «ионного материала (коэффициент

надежности)

3.Уровень надежности Чц = f(4r>ky) Min

Ьщ -^(ЧцДц»*дп) Мах

''тин =='С'гн'4дп'<н) Мах

4. Коэффициент полезного действия т| = Г{АД>АС) Мах

5. .Величина просадки пггока Ьпш = Г(к,,Ьд) Min

6. Определяющее число газовой• камеры . Up« = 'ЧРпо^'пс'Гс) Min

7. Продолжительность сверх 'сш1 = '('411»'бк»0к) Min

* '

номинального давления

8. Величина параметра регулирования ПР = f(k|IP,PCK>tnK) Мах

9. Коэффициент начального распсра K1D, =Г(Рнс>^рас»Ьд) Мах

10. Скорость нарастания даапе1мя V,ut = fiV^j.QyjUj-Kjti^) Мах в испытуемой полости

11. Аварийная податливость Ьдд = f(hPAi,ra,Vy,VK) Min

Определение оптимальных параметров гидросистем ищростоек проводилось на основе исследования обобненной математичесюсй модели гидросистем гидростоек, расчетные скемл которых приведены на рисунке 3.

Обобщенная математическая модель учитывает сюмаемость жидкости, упругость с .пенок гидроцилиндра и подводяних трубопроводов, потери давления в хидроцилиндрах на местше сопротивления и трение,. ( сипы инерции, иэманение свойств жидкости под действием давления, закон изменения вненией силы, прилаженной к агго*у или цилиндру хид-ростоюи. Она имеет следукний вид) '

Расчетные схемы гидросистем гидрос.тоек

а) X - цютвдр, 2 - воок, 3 - д^ергаатлькиК по^веш,, 4 - хщр» ьалэк, 5 - шэсж4Я камЕра,- 6 - зоиоткик, 7 - корпус, 8 - втулка, 9 пруамиа, 10 - пружина, 11 - плук«р, 12 - втулка, 13 - кран, 14 - предо хранительный клапан; .

б) 1 - корпус, 2 - упор, 3 - полот!мк, 4 - втулка, 5 - премии С - толкаче.^, 7 - тяг^., В - перикнь, 9 - газовая камэра, 10 - тдроза '.аде, 11 - гидгосто-Ь'а, 12 - кплнзд сордтжй ,

fVp «h1:

dZ dt

-Qu: -Qu: ~s4

O,

Eusu

¡L

tíJZ, i

íitJ й!д

il2h, 1ч

át1

¡rhj 1

«и

ls «21¡ 1

ÜF" •Пкк

S4P1-P1

dz, t dh,

~dt

D

IT

di J_

r.

v.

TT

d2Z ! d

C(h, -hs)-RTW

- S,Pr + R.+ ra „ —, dt 3 r 1PJ л dt2

dh

dhB

•й3-г n, <It

5(hB + h!; -á)-SK?,

•a.,

QM = jiS^i

13{P2-?„)

-

■1 f-

/

> - P . Q^» ,,( ^ 8 ТУ E J -'i --„л Ил .К. •tój!, ^ )

p V"

Т) V"

и -

- пркпе.цепнзя v?j

(4) 15) (6) (7) (6) Í9) (10)

(П)

' ^ (12) ■ хл. чгогсй ccMí-^i i-репи,

Aíí) - гозсфщвкдая aína, ц^ичг-еиная г. пурс-стсйсе; ti, - мээйи-циаиы зддеосгнэдо зрения; Г, - давление рлбочеп пш-ясти и псра-

неБсй полости mrpoaxiinu %, Iííl , 'i— - пгрек'-прнме, скерсхуть и

'di ¿t1

ускореьгие штока rit,npocrreÜKw; 3, - плсирдь порлня :ш£росгсйки; Р-1Т1 - аш сшрстапенш'дегк&гасо; SJf S4 - пяштчди саупакгй £сгвиветкы>ск> Dt, D,P - деьшры пории и;ггреютойки и

■ трубопровод; QkI - рзсход рабочей лузосш • через ирль; Еж, Ец,. E-j-p - модули упругости гпедкосш, сяенск цилиндра и трубопровода; Vj, V,,, - обьот яидгсости в псртнеесй полости глдросгеим:-и а тру-припэд?ниая шсса до$фгре1а?*апь1кяо поршня; псиеедгга&э шоги подвскк ч-хяей прадокрлюг-

Согасне.к-з;

гп

л

!Н

к2 ' "'кЗ

тельного, аварийного клапанов' и блока клапанов, а, - коэффициенты жидкостного трения клапанов; Рг, Ргв, Ргв, Ргео - текущге и начальное давление в газовых камерах гидростойки и блока клапанов;

С, - ~ пру*ин; - пе-

ремещэние, скорости и ускорение соответственно затвора предохранительного клапана, золотнику аварийного клапана, тящ блока клапанов; Бу - активная плетешь затвора Клапанов; Ь0,Ьо ,НВ - предварительное сжатие пружин предохранительного клапана, плунжера и втулки аварийного клапана и блоков; Д - "мертвый" ход золотника; п, -количество золотников в блоке клапанов; 8р - площадь блока клапанов; ц - коэффициент расхода; р - плотность рабочей жидкости; Р0 - давление на выходе их предохранительных клапанов; - площадь сечения трубопровода; 1,? - длина трубопровода; Я - коэффициент сопротивления д'Арси; ); " коэффициент »лестных потерь; У,,У8 -объем газовых камер гидростойки и блока клапанов; п - показатель политропы; Ц - раздвижность щпростсйки; - ход дифференциального поршня.

' Уравнение (2) выражает движение штока гидроагейки под действием вившей нагрузки, уравнение (3) описывает изменение давления в поршневой полости гиврэстойки; уравнение (4) выражает движение дифференциального поршня; уравнения (5), <б), (7) описывают движение затворов предохранительного, аварийного и блока клапанов; уравнение (8) - это уравнение расходов яидкости через клапаны; уравнение (9) определяет давление на входе в клапаны; уравнение (10), ■ (11) определяют текущее давление газа в газовых камерах гидростойки и блоке клапанов; уравнение (12) определяет текущий объш'в поршневой полости шдростойки. Оетеш дифференциальных уравнений математической модели решены методом Рунге-Кутта с модификацией Пода н; ПЭШ. По математической модели разработан алгоритм расчета и пакет прикладных программ, позволяквдих по вариации исходных даншх и начальных условий исследовать переходник процессы изменения давлени. - в поршневой полости гидростойки при различных режимах нагружвни для вьбора параметров гидросистем щпростоек комплексов по следую иим критериям качества: максимальные значениям аварийней податливо сти, энергоемкости газовой камеры, расхода рабочей жидкости чере предохранительный клапан, скорости сброса • пикового давления, на чального распора и ыинимальньм значениям скорости роста пиковот давления, длительности воздействия пикового давления, степени ежа тия газа в газовых полостях стойки и блока клапанов.

Реализация глЕросистем х^гросгое!': с агкмальнш качашьм распором соответствует опзимакьпсй ветчине ксуйяиг'.ента начального распсра 0,55, иоторий обзспсчпзсе? кзког.авьно. возтпйй коэффициент нэдетюсти взагсодействия механизированных крепей с акпрхтг^а.^! породз!«! ¡:сн - 0,97. Исследованиями установлены опг.мальныэ параметры гидросистем гицростоек для различных чипе» крепей (табл. 2).

.Результаты отшизелвги параметров хитросистем хмдростоек зке-порф^гнтально сбосноваш стендовым! кссяацовшвмми переходных процессов в поршнешх полостях гдпростоек ГСП и ЩСЗ с опваальней структура*! гидросистем (рис. 3), которкэ проводились на 'дшам места-к стендах ЩЖ и ПР-1000Ц ВЖ-Я.

На рисунке 4 приведены зависимости из-'енеш-ш давления в перт-невой полости и перемещения штока от времени, полученные в резуль- ■ тате теоретических и экся?р©я?тшьиь« исследований.

' Таблица 2

Опиа.штькьв -параметры хидростойки

Наименование Тип крепи

параметра 10КП | 40КП7 0Б ) МК7 5 БС2.1П 1УКП ДСК

Диаметр поршня, м 0,16 0,16 0,-22 0,25

Дгамзтр птска, м 0,14 0,14 . 0,16 0,20

Д^ам.газовой камеры, м 0,100 0, 100 0,125 0,160

Д1аметр плунжера, н 0,100 0,100 0,125 0,160

0, 050 0,050 0,050 0, 080

Давление газз, МПа 9,6 9,6 45 10,5

Определявдога 'мало га-

зовой кампри, агпл-л . 450 314. 432' .1743

Величина Ьл, м 4 0,10 0,10 0,06 ■ 0,15

Показатели надежности

Чж - 0,036

кпк 0,9664

Результаты обработки осииллохраьм испытаний гидростоек с оптимальной структурой (рис. 3) показали хорошую сходимость теоретических и экспериментальных исследований, которая составила 86 %, и, ■ что оптимизированные конструкции - гидросистем гидростоек являются более эффективными.

Шахтные испытания гидросистем гидростоек проводились в лдш 19 Первого рудоуправлехмя ПО «Белкалий» (крепь БС.21.1П, тдростойки ГДСЗ, гидроклапаны К.00.ООО, блоки клапанов БК.ОО.'ООО) и лаве 34 пихты «Подаосксзная» Ю «Тулауголь». В первом случае вмещжд?:е порода представлены малсмовдшми чередующемся пачками сопи и соленсс-ной глины, что обуславливало склонность пород к блочному абруим»«*

с динамическими нагрузками на крепь, а во вторсм случае - слабьми неустойчивыми Емепекиими породами.

»

Зависимости изменения давления в поршневой полости и просадки штока гидростойки от времени

И,мм 50

40

30

20

. Ю

0

80 160 240 320 , 400 Ыс Рис. 4

1, 4 - усредненные зависимости изменения давления в поршневой полости и перемещения штока, соответственно, полученные в результате. теоретических и экспериментальны^ исследований гидросистем ■гидростоек с регулируемыми в комплексе начальньм распором, несущзй способностью и аварийней податливостью;' •

2, 5 - теоретические зависимости гидросистем шдросгоек с оптимизированньми параметрами;

3, 6 - экспериментальные зависимости гидросистем гидростоек с оптимизированном'параметрами

Минимальное значение распора серийных гидростоек составляло 14,9 МПа в лаве N 19 и 8 МПа в лаве N 34. Максимальные значения составляли 28,5. МПа и 22 МПа соответственно. Начальный раслср подэо-стоек 1ДСЗ составлял 28-29 МПа, гидростоек ГШ - колебался от 27 до 38 МПа, что Съио обусловлено недостаточней несущай способностью почвы и ограниченньм ходом дифференциального порсшя, не позволявши штоку гидростойки выдвинуться на величину более 12 мм при работе системы повышения начального распора. Коэффициент -начального распора при этем составлял: 0,37-0,71 - ддя э-_;>1гл&зс хидростсек и 0,87-. 0,9 - для стоек ГЛСЗ; 0,2-0, £5 - для -серлйньгг кцростоек/ 0,67-0,95 - для гидростоек ГСН. - .

Сопротивление секши крепи с хидростсйками ГДСЗ было практически постоянно и соответствовало ломинальнсму значению - 2400 кН. Сопротивление секции крепи с серийными хидростойками колебалось в широких пределах (от 852 до 2174 кН). Сопротивление секции крепи 10КП с серийньми 1идростсйками колебалось от 161 кН до 804 кН, а с хидростайками ГСН от 542,7 до'804 кН. '

Результаты выполненных шахтных исследований показали, что оптимизированная конструкция 1идрсстсйки. позволяет изменять велич:шу начального распора от ршпения насосной станции до величины настройки предохранительного клапана, за счет чего снизились объемы вывалов на 70-80 %, увеличить скорость кинематического распора хид-ростсйки по дифференциальной схеме на 30 % по сравнению с серийными, что позволило увеличить скорость крепления на 16 %, авталатиче-ски увеличить несущую способность на 25 % при раздвижности гедзро-стойки менее 100 мм.

■ Шахтные испытания показали, что хидросистеьы 1идростоек с оптимальными параметрами повысили как надежность механизированных крепей, так и их взаимодействие с вмещзкдими породами в среднем на 18-% при статических и динамических нагрузках на крепь со стороны вмещающих пород. По сравнению с серийньми' хидростойками пиковс _> давление в поршневой полости гидростойки ГДСЗ на 36-45 % ниже, а применение Стока клапанов снизило пиковое давление на 10-15 % и клапанов К.00.000- 7-10 %.

Наибольшая скорость опускания кровли, зарегистрированная аппаратурой ЦР1, составила 180 мм/с.

Раоссядение ме^лу теоретическими и экспериментальными исследованиями не превышало 14 %. '

Оптимальная величина начального распора способствовала улучшению контактирования поддерживающего элемента крепи с кровлей, что уменьшило ширину зоны'незакрепленного пространства в 1,3-2,65 .раза-и объемов вывалов в 1,5-3,2 раза. Понышэние*надежности крепи достигается снижением нахрузки на элементы крепи -при динамических процессах в системе крепь - вмеиеюшие порода на 36-45 %.

Внедрение оптимальных конструкций щхросистем 1идростоек обеспечило экономическую эффективность ■ за счет снижения объема вывалов, трудоемкости работ по передвижке. секций крепи (положение «нажестко») на новую малинную дорогу, увеличения скорости кинематического распсра, снижения длительности силового распора, скорости ■ крепления лавы, оокрзирния расходов на лесоматериалы, техническое обслуживание, ремонт и заработную плату.

Фактический экономический эффект от внедрения составил 181737 рублей на лазу в ценах 1998 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертационная работа является научньм трудом, в которсм содержится новое решение задачи установления зависимостей для определения оптимальных параметров гидросистем гидросто- ' ек, учитывающих чалияние продолжительности кинематического и силового. распора, величину начального распора, показатели надежности и пиковое давление в поршневых полостях гидростоек, обеспечивающих повышзние надежности взаимодействия механизированных крепей с вме-щшцими породами, и эффективности работы выемэчных комплексов.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем :

1. Получены зависимости, устанавливайте влияние на определение оптимальных параметров гидросистем гидростоек продолжительности кинематического и силового" распора, величины начального распора, показателей надежности и пикового давления в поршневых полостях гидростоек при динамическом нагружэнии.

2. Разработана .методика оптимизации параметров гидросистем гидростоек на основе обобщенной математической модели переходных процессов в гидросистемах гидростоек, учитывающая многовариантное, сочетание различных конструкций гидроолементов (предохранительные клапаны, блоки клапанов, мультипликаторы и демпфирующее устройства) и шкоимально возлсскную надежность взаимодействия механизированных крепей с. вмещакшими породами,

3. Обоснованы оптимальные параметры 1идросиогш гидростоек с регулируемыми в комплексе начальным распором, несущай способностью и аварийной податливостью, обеспечивакиих уменьшение' зош незакрепленного пространства, в 1,3-2,65 раза, обгьема вывалов в 1,5-3,2 раза, и снижение нагрузки на элементы крепи при динамическом нагру-жении на 36-45 %.

4. Усовершенствованы конструкцж гидросистем гидростоек крепи, ' позволякхиие обеспечить повнпгение. величины начального распора до оптимальной величины шстрсйки .предохранительного клапана, максимально резервировать часть "хода штока тдростойки, минимизировать величину и длительность воздействия пикового давления, возникающего при диналяческсм нахружении гидростойки.

,5. Результаты исследований использованы в АО "ПНИУИ" при создании опытных, партий гидростоек ГДСЗ, ГШ и ДКС для ПО "Балкаллй", АО "Тулаугсшь" и концерна "кузнецкуголь", при создании страда ресурсных, динамических и импульсных нагружений секции крепи и ее эли.юнтов. РазраСптанная методика расчета оптимальных параметров

гилросистемл: гидростойки используется в Ю "ПНИУИ" при проектировании гидросистем тцпросюек нового технического уровня. Разработанная система с оптимальной величиной начального распора, реализована в конструкциях стендов, внедренных в АО "ПНИУИ", при испытаниях гилроэлементов на стадии их изготовления. Гидростойки ГСН внедрены ' на пахте "Подмосковная" АО "Тулауголь", а ГДСЗ, аварийные предохранительные клапаны, блоки клапанов на руднике первого .рудоуправления ПО "Белкапий". Экономический эффект от внедрения работы составил 181737 руб. на лаву в ценах 1998 года.

Основное содержание диссертационной работа отражено в следующих публикациях:

1. Секция механизированной крепи: Положительное решение по за-ярке № 5018567, 08.07.92/Степанов В.М., Хамуляк В.Г., Косыри-хин B.C., Карницкий В.Ю.

. 2. Степанов В.М., Карницкий В.Ю. Обойденная математическая модель гидросистем гидростоек и определение реализуемости их парамет- -' ров//Механизация и комплексная автоматизация торных работ на шахтах: Сб.научн.трудов/ТулГУ. - Тула, 1997. С. 115-119.

3. Степанов В.М., Подкопаев А.Н.,' Карницкий В.Ю. Определение системы показателей для определения эффективности электромеханических систол агрегатных штрековых отстал//Электроснабжение, энерго-сберегение, электрооборудование: Сб.научн.трудов/ ТулГУ. - Тула, 1997, С. 58-61. '

4. Степанов В.М., Карницкий В.Ю. Стендовые исследования переходных процессов в_ гидросистемах гидростоек/Инфорл.сб. ННЦ-ИЩ им.

' А.А.Осочинского «Экономика угольной пралашшенности» - М., 1998, № 1-2. - Деп. в ИЩЗИуголь, 10.02.98, № 5608.

5. Степанов В.М., Карницкий В.Ю. Результаты сравнительных испытаний гидросистем гидростоек механизированных крепей/Информ.сЬ. ННЦ-ИГД им. А.А.Скочинского «Экономика угольной промышленности» -

' М., 1998, № 1-2. - Деп. в ВДИЭИуголь, 10.02.98, № 5609.