автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Рабочие процессы, параметры и эффективность шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ЮЖНО - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)

На правах рукописи

НОСЕНКО Алексей Станиславович УДК 622.619

РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ, ПАРАМЕТРЫ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ШАХТНЫХ ПОГРУЗОЧНЫХ МАШИН С ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ

ПРИВОДАМИ

Специальность 05.05.06 - "Горные машины"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новочеркасск - 2000

Работа выполнена в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ляшенко Иван Васильевич,

Ведущее предприятие - ОАО "Копейский машиностроительный завод".

Защита состоится 26.06.2000 г. в 10 часов на заседании специализированного диссертационного совета Д.063.30.02 при ЮжноРоссийском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовской обл., ул. Просвещения, 132. (гл. корпус, к 107).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке университета.

Автореферат разослан /Ь мая 2000 г.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Хазанович Григорий Шнеерович

доктор технических наук, профессор Водяник Григорий Михайлович, доктор технических наук, профессор Жабин Александр Борисович

Ученый секретарь диссертацион совета,канд. техн. наук

то>1-52-оч1ЯЪ,ио

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В России ежегодно добывается 240 -250 млн. тонн угля и его доля устойчиво составляет 12 - 14 % в энергетическом балансе народного хозяйства страны, а в производстве тепловой энергии - 24 - 28 %. При этом угольная промышленность страны является основным потребителем горнопроходческой техники.

Разработанная и действующая Федеральная целевая программа создания и освоения производства современного горно-шахтного оборудования состоит из проектов, систематизированных по трем основным направлениям:

- разработка и освоение производства техники новых поколений;

- модернизация пользующегося потребительским спросом оборудования и совершенствование технологии его производства;

- создание современной системы технического обслуживания и ремонта горных машин и механизмов.

Программа является новой концепцией развития угольного машиностроения, предусматривающей индивидуальный подход к разработке и созданию техники, ориентированной на конкретные горнотехнические условия ее применения. Предполагается использование гибких технологий проектирования, изготовления и сервиса современного горного оборудования, обеспечивающих комплексное и быстрое реагирование на требования потребителей. Такой подход в полной мере относится к горнопроходческой технике, в частности к шахтным погрузочным машинам.

При любом способе проведения подготовительных выработок погрузка и доставка горной массы является неотъемлемой частью технологического цикла. При буровзрывной проходке используются погрузочные и погрузочно-транспортные машины. Одним из перспективных направлений их развития в России и за рубежом является применение гидравлических приводов исполнительных механизмов. Это подтверждается созданием ряда ковшовых погрузчиков, например "ОеИтапп-Наше! " - К-312, К- 313, 0-2Ю и др. Разработаны и успешно действуют отечест-

венные погрузочные машины МПКЗ, МПНБ. Прошли производственные испытания опытные образцы машин МПК1000Т, ПНБЗД2М, проходческого комбайна КП20 (с гидрофицированным погрузочным органом).

Существующие в настоящее время методы создания оборудования базируются на изучении рабочих процессов, структурно-функциональном синтезе технических решений, их параметрической оптимизации, учете фактических или требуемых показателей надежности. При этом отсутствуют концептуальные подходы, отвечающие методологии выбора рациональных параметров машин на основе конечной оценки эффективности их применения и эксплуатации. Следуя принципам системного подхода, предлагается решать проблему оптимизации параметров и создания горно-проходческого оборудования, в частности шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами, постановкой и решением многоуровневой задачи, предусматривающей поэтапное формулирование критериев с учетом закономерностей рабочих процессов, динамических характеристик привода и ожидаемых показателей надежности создаваемого объекта. Использование единого функционала цели нецелесообразно, так как поставленная задача является многофакторной и требует итеративного подхода.

Суммарный объем проведения подготовительных выработок на шахтах Российского Донбасса в 1999 г. составил. - 73 км, из них 84 % -пройдено буровзрывным способом с применением погрузочных машин и только 2% - комбайновым способом. Регион является своеобразным полигоном для испытания и оценки эффективности проходческой техники при буровзрывном способе проведения выработок. Кафедрой "Горные машины и оборудование" Шахтинского института ЮжноРоссийского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) многие годы совместно с ОАО "Копейский машиностроительный завод" систематически ведутся производственные наблюдения за работоспособностью погрузочных машин 1ПНБ2, 2ГТНБ2Б, МПКЗ, МПНБ и др. Накоплен значительный объем информации, которая позволяет обоснованно подойти к определению исходных данных при прогнозировании ожидаемых затрат потребителя

вновь создаваемой техники в реальных условиях эксплуатации.

Таким образом, созданы условия для разработки принципов многоуровневого выбора основных параметров и создания шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами на основе технико-экономической оценки конечной эффективности их применения, что является актуальным.

Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа входит в состав исследований по научному направлению: "Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда", утвержденному решением Ученого Совета ЮРГТУ (НПИ) от 25.01.95 г., и выполнена в рамках тем 27.94 "Разработка научных основ автоматизированного проектирования проходческих систем" и П-53-767 " Исследование рабочих процессов и совершенствование конструкций горнопроходческих машин", проводимых кафедрой "Горные машины и комплексы" в рамках НИР ЮРГТУ (НПИ).

Цель работы. Разработать принципы выбора основных параметров шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами на основе технико-экономической оценки эффективности их функционирования.

Идея работы. Использование закономерностей рабочих процессов, динамических характеристик гидравлических приводов и фактических показателей надежности элементов шахтных погрузочных машин для решения многоуровневой оптимизационной задачи выбора параметров и оценки эффективности шахтных погрузочных машин методом статистических испытаний.

Научные положения: - оптимизацию параметров горно-проходческого оборудования, в частности шахтных погрузочных машин, целесообразно осуществлять постановкой и решением многоуровневой задачи, предусматривающей поэтапное формулирование критериев с учетом закономерностей рабочих процессов, динамических характеристик привода и ожидаемых показателей надежности создаваемого объекта; конечный критерий оптималь-

ности технического решения - минимизация удельных затрат потребителя на момент отработки установленного ресурса при обеспечении технической производительности не ниже заданной;

- область допустимых параметров шахтных погрузочных машин определяется из условия достижения ими максимальной производительности с минимизацией остаточных силовых и энергетических ресурсов, с учетом переходных процессов в гидроприводе, динамики системы в целом, реализуемых траектории движения и формы нагребающих элементов, фактических зон обрушения и выдавливания сыпучего материала и его физико-механических характеристик при помощи экспериментально полученных зависимостей, подтверждающих теоретически разработанные модели;

- переходные процессы в гидравлических приводах шахтных погрузочных машин подчиняются закономерностям, характеризуемым системой нелинейных дифференциальных уравнений и соответствующей эквивалентной гидродинамической схемой, включающей один или несколько гидродвигателей, регулируемые дроссели и алгоритм управления последними, обеспечивающий моделирование работы принятых к исследованию компоновочных схем исполнительных механизмов с гидравлическими приводами;

- исследуемый класс шахтных погрузочных машин по характеру основных процессов, определяющих переход в предельное состояние, относится к изнашиваемым при преобладании абразивного и усталостного видов износа, по фактическим условиям и показателям применения - к восстанавливаемым изделиям конкретного назначения; допускается их нахождение в некотором частичном нерабочем состоянии, отказы не приводят к последствиям катастрофического характера, а также возможны их техническое обслуживание и обезличенный ремонт, что позволяет использовать применительно к данному набору отличительных признаков конкретную номенклатуру показателей надежности: коэффициент сохранения эффективности*^, вероятность безотказной работыР(1„), вероятность восстановления ), среднее время восстановления Т, и наработки до отказа Т„, средний ресурс

до списания Трлрс„ и до капитального ремонта Т ;

- при использовании метода статистических испытаний, для оценки эффективности эксплуатации шахтных погрузочных машин достаточно иметь возможность генерировать три потока случайных чисел, подчиненных экспоненциальному, экспоненциально-степенному и логарифмически-нормальному законам распределения, причем для потока отказов рекомендуется принимать к исследованию экспоненциально-степенной закон (распределение Вейбулла) с показателем степени к = 0,8...1,5, для потока восстановлений, кроме экспоненциального, возможно применение и логарифмически-нормального закона распределения;

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным применением современных методов исследований: анализа научно-исследовательских работ, посвященных исследуемому вопросу; апробированных методов графоаналитического исследования предельно напряженного состояния сыпучей среды; статистических методов планирования и обработки результатов экспериментов, проведенных на экспериментальных образцах погрузочных машин; выполнением расчетов на ПЭВМ; адекватностью теоретических моделей реальному процессу (расхождение расчетных и опытных данных в большинстве случаев не превышает 10%); достаточностью объема экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,9 и коэффициенте вариации не превышающем 0,18.

Новизна научных положений заключается:

- в разработке и обосновании нового сочетания критериев эффективности и функций ограничений, обеспечивающих выбор параметров шахтных погрузочных машин, отвечающих требованиям минимизации удельных затрат потребителя на момент отработки установленного ресурса и достижения производительности для принятого технического решения на уровне не ниже заданного;

- в уточнении математических моделей формирования сопротивлений внедрению клиновых нагребающих элементов в штабель сыпучего материала, учитывающих ограниченность длины, форму и траекторию

движения элемента, а также взаимное расположение зон обрушения и выдавливания материала коэффициентами, полученными в результате проведения теоретических исследований графоаналитическим методом интегрирования уравнений предельного напряженного состояния сыпучей среды и подтверждения комплексом экспериментальных исследований на полноразмерных образцах шахтных погрузочных машин;

- в универсальности разработанных эквивалентных динамических схем и математических моделей работы гидроприводов погрузочных машин, позволяющих производить качественную и количественную оценку переходных процессов на этапе проектирования и оптимизации параметров с учетом реальных ожидаемых режимов нагружения для принятых технических решений;

- в определении отличительных признаков и конкретной номенклатуры показателей надежности, необходимой и достаточной для проведения исследований и прогнозной оценки эффективности шахтных погрузочных машин по критерию минимальных затрат к моменту отработки ресурса;

- в определении конкретной принадлежности законов распределения случайных чисел потокам отказов и восстановлений узлов и деталей шахтных погрузочных машин.на основе экспериментально полученных данных.

Значение работы. Научное значение заключается в формулировании и уточнении основных принципов выбора параметров шахтных погрузочных машин, общих и частных критериев оптимизации на каждом из последующих этапов расчета и получении исходных данных для математического моделирования нагрузок, формирующихся при взаимодействии исследуемых механизмов с сыпучей средой, переходных процессов в гидравлических приводах и потоков отказов и восстановлений, с последующим определением ожидаемых удельных затрат при эксплуатации машины к моменту отработки ресурса.

Практическое значение состоит в том, что ее результаты использованы при оценке технического уровня шахтных погрузочных машин массового производства (1ПНБ2, 2ПНБ2, МПНБ,ПНБЗД2М, МПКЗ), со-

вершенствования экспериментальных и опытных ооразцов машин с гидравлическими приводами (МПК1000Т, КП20), а инженерные методики расчета, алгоритмы и программное обеспечение легли в основу создания, изготовления и испытания шахтной погрузочной машины непрерывного действия с клиновыми нагребающими лапами и гидроприводом поступательного действия МПНК как объекта нового технического уровня.

Внедрение результатов диссертационной работы.

Результаты исследований нашли отражение:

- в "Методике выбора параметров погрузочных органов с клиновыми нагребающими элементами", утвержденной ОАО " Копейский машиностроительный завод" (КМЗ) и использованной при разработке проекта, изготовлении и испытании опытно-экспериментального образца гидро-фицированной погрузочной машины МПНК;

- в "Методике выбора рациональных параметров погрузочной машины типа ПНЕ с гидрофицированным рабочим органом " и "Исходных требованиях и данных на проектирование экспериментального образца погрузочной машины с гидрофицированным рабочим органом ", утвержденных Ясногорским машиностроительным заводом (ЯМЗ) и институтом ВНИПИРудмаш;

- в "Методике экспериментального определения мгновенной производительности шахтных погрузочных машин типа ПНБ", утвержденной и принятой к использованию заводом ЯМЗ, институтами ВНИПИРудмаш и ДжезказганНИПИцветмет;

- в "Методике организации сбора и анализа информации об эксплуатационных качествах проходческого оборудования в условиях Российского Донбасса", утвержденной и принятой к использованию ОАО "Ростовуголь", ОАО "Гуковуголь" и ОАО "КМЗ";

- при разработке, создании и испытании ОАО "КМЗ" опытно-экспериментальных образцов погрузочных машин (1ПНБ2к, МПНК, МПК1000Т) и проходческих комбайнов избирательного действия (КП20) с клиновыми нагребающими элементами;

- при модернизации отдельных узлов и деталей серийно выпускае-

мых погрузочных машин (МПНБ) и проходческих комбайнов (ГПКС).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы нашли отражение и получили одобрение на заседаниях Советов НТО Копейского и Ясногорского машиностроительных заводов (1983 - 1999 г.г.), на научно-практических конференциях Шахтинского института ЮРГТУ (НПИ) (1983 - 1999 г.г.), на научных семинарах кафедр "Горные машины и оборудование", "Подъемно - транспортные машины" ЮРГТУ (НПИ) (1984 - 1999г.г.), на научном семинаре кафедры "Горные машины и комплексы" Московского горного института (1989 г.), на семинарах лаборатории буровзрывных проходческих комплексов ИГД им. А.А.Скочинского (г. Люберцы,1985 - 1989 г.г.), на научно - технических семинарах институтов ВНИПИРудмаш и ДжезказганНИПИцветмет (г.г. Кривой Рог, Джезказган, 1990 - 1992 г.г.), на техническом совещании отдела новой техники Норильского ГМК (1989 г.), на семинарах Северо - Кавказского горно-металлургического института (г. Владикавказ, 1989 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции молодых специалистов угольной промышленности - система "Человек - машина - среда" (г.Москва, 1990 г.), на втором семинаре по угольному машиностроению Кузбасса (г. Кемерово, 1991г.), на межотраслевом семинаре "Горноподготовительные работы на шахтах - состояние, проблемы, перспективы развития" (г. Гуково, 1995 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 54 научные работы, в том числе 1 монография, 31 статья, получено 12 авторских свидетельств и патентов, оформлено 10 отчетов по результатам НИР.

Объем работы. В диссертации, изложенной на 414 страницах машинописного текста с рисунками и таблицами, содержится введение, шесть глав, заключение и список использованных источников из 171 наименования и оформленные отдельным томом приложения.

Автор выражает признательность докт. техн. наук Г.Ш.Хазановичу, а так же коллективу кафедры "Горные машины и оборудование" ШИ ЮРГТУ (НПИ) за оказанную поддержку и методические советы на различных этапах исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе определены и проанализированы основные тенденции развития шахтных погрузочных машин в России и за рубежом, приведены разработанные предложения по применению гидравлических приводов исполнительных механизмов и методические подходы к выбору рациональных технических решений и параметров погрузочных машин. Прослеживаются тенденции развития погрузочных машин, которые можно разделить на следующие группы:

- отказ от электромеханического многоредукторного привода нагребающих лап путем замены его гидравлическим или пневматическим безредукторным;

- применение регулируемого гидравлического, в том числе адаптивного привода ходовой части и исполнительного органа.

Тенденции первой группы проявляются путем создания машин с нетрадиционными видами нагребающих лап и их приводов. К ним относятся погрузочные органы типа ПНБ с гидроприводом поступательного действия и с клиновыми нагребающими элементами (рис.1). В обоих случаях заборно-погрузочная часть машины упрощается за счет отказа от приводных редукторов, значительно улучшается доступность узлов при ремонтах, сокращается число узлов, на которые непосредственно воздействует горная масса. Машины с клиновыми нагребающими лапами запатентованы в нашей стране и в ФРГ. Шахтинским институтом Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института), совместно с ОАО "Копейский машиностроительный завод" и ИГД им. А.А.Скочинского разработан ряд принципиально новых технических решений погрузочных органов с клиновыми лапами, совершающими поступательное, вращательное и плоское движение, с верхним и нижним расположением гидроцилиндров привода, с силовыми и моментными цилиндрами. Совместно с Ясногорским машиностроительным заводом предложены конструкции погрузочных органов с традиционными нагребающими лапами типа ПНБ и гидроприводом поступательного действия.

Тенденции второй группы реализуются на экспериментальных

Рис.1

образцах машин с регулируемым гидроприводом, созданных на основе оригинальных разработок. Машина снабжается гидромоторами привода нагребающей и ходовой частей, связанных между собой так, что при увеличении нагрузки на лапах, скорость подачи машины на штабель уменьшается с возможностью реверсирования хода при опасных перегрузках исполнительного органа. При снижении нагрузки на исполнительном органе подача автоматически увеличивается. Разработаны также системы авторегулирования электрического привода постоянного тока для машин с нагребающими лапами, различные варианты гидровставок в ходовую часть для плавного регулирования скорости подачи. Стабилизация нагрузок и автоматическая подача машины по заданному уровню нагрузок возможна также и при использовании на машинах ПНБ асинхронных нерегулируемых двигателей.

Вопросам совершенствования шахтных погрузочных машин, исследованиям рабочих процессов и надежности их работы посвящены работы многих известных ученых: докторов техн. наук Г.В.Родионова, А.Д.Костылева, Н.В.Тихонова, Я.Б.Кальницкого, С.С.Музгина,

A.А.Соловьеза, С.А.Полуянского, Г.С.Рахутина, Г.М.Водяника,

B.Т.Загороднюка, Б.А.Верклова, И.В.Ляшенко, Б.П.Семка, Р.Ю.Подэрни, Г.Ш.Хазановича, А.И.Деева, В.В.Першина, П.А.Михерева, Ю.И.Михайлова, Ю.М.Ляшенко; кандидатов техн. наук

C.Г.Калмыкова, О.П.Иванова, В.Г.Сильня, С.И.Носенко, О.Д.Гагина, В.Д.Ерейского, Н.В.Гонтаря, И.Д.Мариана, С.А.Полуянского, П.Д.Кравченко, И.Ф.Рюмина, С.Е.Лоховинина, Е.А.Меньшениной, В.П.Тулупова и других.

К настоящему моменту выбор рациональных технических решений и параметров шахтных погрузочных машин (ШПМ) производится по методикам, основанным на закономерностях взаимодействия их с сыпучей средой с учетом современных классификационных признаков. В ряде работ утверждается, что существующие классификации по конструктивному или технологическому признакам не позволяют намечать перспективные решения. При этом считается, что наиболее общим классификационным признаком является функциональный, характеризую-

щий взаимодействие системы со средой. Применительно к горным машинам такую структурную систематизацию очистных и транспортных средств осуществили проф. В.И.Солод и Г.И.Солод. Для средств механизации проведения выработок аналогичная структурная систематизация с использованием функционального признака разработана докт. техн. наук В.Ф.Горбуновым и канд.техн.наук А.Д.Эллером.

В работах докт. техн. наук Г.Ш.Хазановича разработана классификационная систематизация погрузочно-транспортных подсистем с выделением основных функций: поиск и вступление в контакт со штабелем; формирование объема захвата; обслуживание фронта забоя, передача груза на транспортное устройства. При этом основными признаками погрузочного органа считаются: характер и расположение опорной плоскости; расположение в пространстве штабеля плоскости захвата; направление перемещения груза в плоскости захвата; вид реализуемого движения в плоскости захвата.

При проектировании принципиально новых конструкций наиболее приемлемыми являются две системы классификации механизмов: по структурно-конструктивным признакам и функциональному назначению. Применительно к погрузочно-транспортным модулям предпринята попытка создания единой структурно-морфологической классификации, объединяющей оба направления и позволяющей комбинировать сочетания возможных элементов погрузочно-транспортных модулей.

В разделе сформулированы методологические аспекты выбора рациональных технических решений шахтных погрузочных машин с учетом закономерностей взаимодействия с внешней средой, внутренней динамики и ожидаемых показателей надежности.

Для проектирования систем горнопроходческих машин разработаны и существуют методики, представляющие собой последовательность действий, целью которых являются формирование паспорта проведения и крепления горной выработки. В работе доктора техн. наук Ю.М.Ляшенко рассмотрен морфологический синтез для поиска путей решения принципиально новых задач, например, для совершенствования узлов проектируемой машины, основанный на комбинаторике . Суть его

состоит в том, что в интересующем изделии - проходческом погрузочно-транспортиом модуле, согласно морфологической таблице, выделяют группу основных конструктивных или других признаков. Для каждого признака выбирают альтернативные варианты его исполнения или реализации. Сформулированы и научно обоснованы совокупность морфологических признаков конструкций погрузочно-транспортных модулей, к которым относятся: функциональный элемент системы, условия связи элементов, вид синтезирования, количество однотипных элементов, взаимное расположение элементов, характер и расположение опорной плоскости, направление рабочих перемещений элементов, кинематическое состояние элементов, вид движения, исполнение привода. На основании исходных требований по данной методике выбираются комплекты, приемлемые по размещению в заданных габаритах выработки с учетом допустимой области использования по горнотехнологическим условиям, в т.ч. крепости вмещающих пород, влажности, угла наклона выработки и т.д.

После определения структурно-кинематических схем погрузочных машин (одной или нескольких равнозначных по своим технологическим функциям), входящих в состав проходческой системы, необходимо провести полный комплекс пооперационных исследований, с целью определения рационального технического решения, применение которого в ре-&1ьных условиях организации проведения выработки, потребует минимальных удельных затрат потребителя к моменту отработки установленного ресурса при обеспечении заданной технической производительности погрузочной машины, согласованной со смежным оборудованием, входящим в систему.

Поставленная задача может быть решена путем поэтапного математического моделирования процессов взаимодействия машины с погружаемым материалом (1 уровень), динамических характеристик привода и исполнительных механизмов (2 уровень) и прогнозирования ожидаемых показателей надежности изделия в целом с учетом вероятностного распределения наработок на отказ и времени восстановления отдельных составляющих элементов (3 уровень). Каждый из этапов пре-

дусматривает решение оптимизационной задачи, с использованием закономерностей и методов, изложенных в разделах настоящей работы, причем на каждом новом уровне формулируется своя целевая функция и система ограничений, соответствующая поставленной цели данного расчета. Рассмотрим поэтапно общую методологию выбора рациональных технических решений шахтных погрузочных машин при эксплуатации в угольных шахтах (рис.2).

На первом этапе оптимизации производится кинетостатический анализ принципиальной конструктивно-кинематической или гидрокинематической схемы погрузочной машины или ее исполнительных органов, подлежащих проектированию, с целью выбора параметров, обеспечивающих в заданной системе ограничений максимальную производительность за чистое время погрузки QTCX с минимизацией остаточных ресурсов ограничений R,.

При анализе конструктивных схем, отличающихся от рассмотренной - ковшовые машины, машины с парными нагребающими лапами и гидроприводом поступательного действия, гребковые машины, машины с клиновыми нагребающими элементами и реализацией различных видов движения в штабеле материала и т.д. алгоритм расчета остается неизменным, а описание целевой функции и функций ограничений корректируется в соответствии закономерностям, присущими данному классу машин. Сигналом к прекращению исследований операций на первом этапе является выполнение условий по каждому из вариантов технических решений погрузочной машины

Qtcx => шах, SR-, => min, QTex>QTex.Tp,

Перед проведением исследований, предусмотренных на втором уровне решения оптимизационной задачи, необходимо провести пред-проектную проработку конкурирующих вариантов технических решений с целью получения конкретных компоновочных решений исполнительных механизмов, элементов привода, основных параметров электро-гидрооборудования, масс и моментов инерции трансмиссий, нагребающих элементов и т.д. Сформулирована оптимизационная задача, где в качестве варьируемых параметров высыпают параметры привода,

ОБЩАЯ СТРУКТУРА ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ И ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШАХТНЫХ ПОГРУЗОЧНЫХ МАШИН С ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ ПРИВОДАМИ

Рис.2

трансмиссии - рабочий объем насоса, диаметры трубопроводов, податливость гидролиний и т.д. Цель моделирования и расчета - определить максимально допустимые скорости движения элементов при заданных массах, моментах инерции, упругих свойствах системы. Основными критериями исследований являются: с одной стороны, производительность машины за чистое время погрузки, которая должна быть не ниже заданной по технологическим условиям, и, с другой стороны, допустимый коэффициент динамичности, назначаемый с учетом опыта проектирования аналогичных конструкций. При сопоставительном анализе нескольких конструкций предпочтение может быть отдано варианту, обеспечивающему требуемую производительность при наименьшем значении коэффициента динамичности.

Окончательный вывод о применении того или иного из конкурирующих вариантов предлагается делать после проведении третьего этапа исследований. Он предусматривает определение экономических показателей применения погрузочных машин в исследуемый период эксплуатации, назначение параметров принятых к исследованию потоков отказов и восстановлений отдельных частей машины, оценку эффективности применения погрузочной машины в заданных условиях эксплуатации.

Целевая функция - удельные затраты предприятия на погрузку 1 м3 горной массы в целике (с„,, руб/м3) к моменту отработки заданного ресурса. Ограничения логически вытекают из предыдущих расчетов - определение значений удельных затрат производится для конструктивных схем и вариантов, оставшихся после проведения исследований на предыдущих этапах.

Пути повышения надежности и критический анализ методов оценки эффективности эксплуатации шахтных погрузочных машин в угольной промышленности рассмотрены в следующей последовательности:

- оценка состояние теории эксплуатации оборудования применительно к шахтным погрузочным машинам;

- анализ работ в области теории и практики технического обслуживания горно-шахтного оборудования на шахтах России;

- изучение состояния вопроса в области надежности погрузочных машин.

В соответствии с поставленной целью сформулированы основные задачи исследований и намечены следующие этапы работ:

- систематизация средств механизации погрузки горной массы; разработка и обобщение принципиально новых конструктивно-кинематических схем исполнительных механизмов, их структурно -функциональный анализ; оценка возможности использования в комплектах технологического оборудования на основе предложенных ранее принципов морфологического синтеза погрузочно-транспортных модулей; определение конкурирующих вариантов, принятых к дальнейшим исследованиям;

- уточнение и разработка математического аппарата для определения основных параметров шахтных погрузочных машин - производительности и нагрузок в приводе; обоснование функций ограничений на этапе кинетостатической оптимизации параметров; создание алгоритмов расчета и программного обеспечения для вариантов машин с нижним и боковым захватом горной массы;

- разработка универсальных эквивалентных гидродинамических схем и соответствующих им математических моделей, позволяющих моделировать переходные процессы в исполнительных механизмах погрузочных машин различных компоновок и вариантов исполнения гидравлических приводов; апробация алгоритмов расчета и программного продукта применительно к исследуемым компоновочным схемам;

- проведение комплекса экспериментальных исследований на моделях и полноразмерных образцах шахтных погрузочных машин в стендовых и производственных условиях, с целью подтверждения адекватности и уточнения разработанных математических моделей формирования нагрузок и переходных процессов в гидравлических приводах реальным режимам нагружения;

- на основании анализа результатов исследований работоспособности шахтных погрузочных машин в производственных условиях получение и обобщение данных, позволяющих обоснованно подойти к определе-

нию исходных параметров при прогнозировании ожидаемых затрат потребителя в реальных условиях применения исследуемых конструктивных схем;

- разработка и научное обоснование методических подходов и основных принципов оценки эффективности функционирования и выбора параметров шахтных погрузочных машин;

- разработка, создание и испытание опытно - экспериментального образца шахтной погрузочной машины нового технического уровня на основе внедрения гидропривода поступательного действия в сочетании с клиновыми нагребающими элементами и использования методологии поэтапной оптимизации параметров.

Второй раздел посвящен теоретическим исследованиям и математическому моделированию рабочих процессов погрузочных органов с нетрадиционными нагребающими элементами и гидроприводом, формулированию и решению оптимизационной задачи 1 уровня. Можно утверждать, что законы формирования сопротивлений внедрению, зачерпыванию, объемов единичного захвата материала ковшовыми рабочими органами, погрузочными органами с парными нагребающими лапами при изменении вида привода останутся неизменными. Разработаны математические модели формирования сопротивлений внедрению клиновых нагребающих элементов с учетом ограниченности их длины, формы и траекторий движения в штабеле сыпучего материала и эквивалентных параметров штабеля. Основные модели имеют вид: ф0эКв=аг^^(ф0+а0)с039)-а0э,<в,

Рэкв^аг^^р соя^), - эквивалентные параметры системы,

а0 эм^агсБт^тао соБф).

вг

= \W\dB + ¡И^ОВ - интегральные сопротивления внедрению,

о

\Ув1/В=К(0)1'с1эф'8о+К1.'Кз'8о2)'2(5-41 а°°"> КП КФ - удельные сопротивления внедрению клинового элемента,

К Л-Ь л<0-, где А=—-|1+ I -коэффициент

11-0,254А, АгО I \ 1ё(90+а0)) ^

ограниченности длины клина,

К, = 1 + 0,056 5(0,697- коэффициент траектории

движения клинового элемента.

Приняты обозначения: (р0 - угол откоса штабеля, а„ - угол наклона плиты питателя, р - угол клина, ф, V - углы, определяющие ориентацию и направление движения элемента в штабеле погружаемого материала, В - ширина лапы, с!^ - эффективный диаметр погружаемого куска, Бо глубина внедрения клинового элемента, Кь - коэффициент, учитывающий ограниченность длины клина, Кр - коэффициент, учитывающий угол заострения клина, - коэффициент, учитывающий горно-

технические условия, - коэффициент, учитывающий направление внедрения клинового элемента, Ь - длина клина по основанию.

Значения коэффициентов Кь и К,,, определены проведением теоретических исследований графоаналитическим методом интегрирования уравнений предельного напряженного состояния сыпучей среды, разработанным проф. С.С.Голушкевичем (рис.3).

Графоаналитическое определение сопротивлений внедрению

Рис.3

К основным показателям, характеризующим погрузочный орган, относятся производительность <Зтех и мощность привода N. Производительность погрузочного органа определяется объемом единичного захвата лапами и количеством черпаний в единицу времени (на данном этапе принимается по аналогии с традиционными образцами); а мощность - величиной, характером нагрузок и скоростными параметрами системы.

На этапе кинетостатической оптимизации в качестве главного параметра, характеризующего погрузочный орган, принята мощность приводного электродвигателя маслостанции Кдв, которая в расчете не оптимизируется, а задается постоянной. Это обусловлено тем, что ряд мощностей двигателей, действующий в угольной промышленности в настоящее время имеет дискретный характер, а в алгоритме расчета предусматривается отыскание такого сочетания параметров, при котором достигается максимальное значение целевой функции при минимальных ресурсах ограничений, в том числе минимальном ресурсе мощности приводного электродвигателя, что является одним из основных критериев технического уровня проектируемого устройства. В случае, если ИдВ является оптимизируемым параметром, возможно получение требуемой мощности двигателя ЫДВОГ1Г, в значительной степени отличающейся от ближайших значений мощности двигателей из ряда, что приведет к неполному использовании его ресурса.

Для достижения максимума функции цели - технической производительности формализованы функции-ограничения; выбран математический метод оптимизации параметров в заданной системе ограничений (метод возможных направлений); разработаны алгоритм и программа расчета на ЭВМ. Математические выражения целевой функции и функций-ограничений разработаны и представлены для варианта погрузочного органа со сложным движением клинового элемента (рис.1д).

В результате проведенных расчетов выбраны рациональные геометрические параметры рабочего органа опытного образца шахтной погрузочной машины МПНК (рис.4).

Общий вид погрузочной машины МПНК с клиновыми нагребающими лапами и гидроприводом

Рис.4

В третьем разделе приведены результаты исследований переходных процессов, происходящих в гидросистемах исполнительных механизмов шахтных погрузочных машин.

Исследуемые схемы рабочих органов шахтных погрузочных машин характеризуются применением гидропривода поступательного действия с управлением распределителями по положению. Представляет интерес характер переходных процессов при переключениях в зоне, близкой к "мертвым точкам" (рис.1 е), нагрузок на синхронизирующем валу при перераспределении крутящего момента между дисками, изменения угловой скорости за оборот диска, колебания давления в гидросистеме при переключениях распределителей и нагрузки при пуске электродвигателя. Принята трехмассовая механическая система (рис.5). Массы гидроцилиндров привода, нагребающих лап приводятся к центру кривошипных дисков, как наиболее динамичного звена. Изменение положения центров масс гидроцилиндров при вращении дисков не учитывается. Механическое крепление дисков на валах, штоков цилиндров на

дисках считается абсолютно жестким. Силы трения в зубчатом зацеплении и подшипниках не учитываются, диссипативные силы в гидросистеме на участке от разветвления гидролинии до сливной магистрали учитываются сосредоточенным гидравлическим сопротивлением дросселя в сливе f5. При описании динамических процессов в эквивалентной гидравлической системе погрузочного органа каждый из распределителей, управляющих гидроцилиндрами, заменен эквивалентной парой дросселей с переменной площадью проходного сечения fn!, fd и fn2, /с2 (рис.6). Дроссели с площадью проходного сечения /п/, f„2, fcl, fc2 установлены соответственно в напорной и сливной магистрали, первые открыты при работе и закрыты при прохождении соответствующим гидроцилиндром "мертвой точки", вторые закрыты при работе и открыты в "мертвой точке". Дроссели f„ на участке "насос-цилиндр" и f5 в сливе имитируют суммарные местные сопротивления в гидромагистрали. Предложенная эквивалентная гидравлическая схема позволяет моделировать работу погрузочных органов различных компоновок. К примеру, для привода рабочего органа с клиновым нагребающим носком (рисЛа): одновременное открытие пары дросселей f„i, fn2, перекрытие пары дросселей fd, fc2 в этот же момент, подача рабочей жидкости одновременно в две поршневые или штоковые полости приводных гидроцилиндров. Моделированию погрузочного органа с клиновыми лапами соответствует порядок переключения дросселей, указанный выше с одновременной подачей рабочей жидкости в поршневую полость одного и цггоковую полость другого из гидроцилиндров привода.

Вывод системы дифференциальных уравнений производился по известной методике с использованием уравнения Лагранжа II рода:

г \

дТ

{d<pj

Кинетическая энергия системы:

дТ дЛ + — = ©,,

ач>, 8д>'

1 2 2 2 2

Потенциальную энергию рассмотрим как часть обобщенной силы.

Эквивалентная динамическая схема погрузочного органа

Нг.

ии *

М»

лП 1 '/Л'/;«»

ГПц , /Т7«?,, ГПл

/77ц1 П7 & 1 гттл

Л,, О),

| /лч,

Рис. 5

Эквивалентная гидравлическая схема погрузочного органа

Рис. 6

~ ат 0Г , от дт

Тогда: — = —= = -г— =

з^ ^ а?», а»*

„ &Г . ЗТ дт ,

Производные по времени; — = 0; -— = — =

а^ а»,

Система дифференциальных уравнений, описывающих процессы в приводе погрузочного органа, имеет вид:

JдвCOйв~&¡, У| 1 = О2 . Ь(0 2 = ®3. Р"

ЛГв =-С/|(р|-$>2), Р2=й>2, 9>|=Й>|. Гидравлические параметры описываются системой уравнений: 03=^+0*

а=/л, а=а=

а = а = м/с2^1р}-р,1, . р,=ри-Ггидд,.

Алгоритмом предусмотрено решение системы относительно Р2> или Лз, для трех вариантов взаимодействия приводных гидроцилиндров в зависимости от угла поворота дисков:

1. Диски приводятся в движение двумя гидроцилиндрами; при этом одна из полостей каждого из них соединена с напором, другая - со сливом, т.е. /с -Ю, /с2 ->0, /л/ .

2. Диски приводятся в движение одним цилиндром с передачей крутящего момента посредством синхронизирующего вала, поршневая и штоковая полости одного из гидроцилиндров соединены со сливом: ¿7=0,/й=0, РНК или/ы=0,/п1=0, Р2=0,/„2-+/тах.

3. Происходит переключение распределителя, управляющего гидроцилиндром одного из дисков, закрывается дроссель в ветви напорной магистрали, соединенной с одной из полостей цилиндра, - открывается дроссель, соединяющий эту полость со сливом: /С1~0, /ы~>/тах, /п>=/(<Ру„р),Л2=/((Рупр) ИЛИ /с2=0, /„1 /„, =/(<ру„р), /,; =/((рупр) .

Цель расчета системы дифференциальных уравнений - установление зависимостей Ме=/(1), аи=/(0, К0М1н=/({), N„„,,=■/(() для описания и оценки качества переходных процессов при пуске и переключении системы распределителей, возможностей регулирования и управления приводом погрузочного органа при реальном динамическом режиме нагружения. В материалах диссертации приведен один из вариантов расчета для погрузочной машины типоразмера ПНБ4. Выбор параметров гидроаппаратуры производится в ходе вычислительного эксперимента, исходные данные в соответствии со стандартными характеристиками выпускаемого гидрооборудования варьируются с целью получения наилучшего качества переходных процессов в системе и КПД привода.

В ходе вычислительного эксперимента моделируется случай мгновенного переключения распределителей в "мертвой зоне". Указанный

режим наиболее неблагоприятный, с резкими изменениями давления в гидросистеме. Выбор величины "мертвой зоны" и зоны переключения распределителей, а также зависимостей f„i,„2=f((Py„p), fci.a~ f(%vp) производится при конструкторской проработке для конкретного типа перекрытия распределителя (отрицательного, нулевого, положительного). Результаты расчетов обрабатывались в виде графических зависимостей Р(ср) и Мв (<р). Для оценки качества переходных процессов в гидроприводе выработаны следующие критерии.

1. Коэффициенты динамичности кдр по давлению и кдм по моменту на синхронизирующем валу:

Р

и__:_"""Ч _ .

дР ~ f) 4t Р — Р ) 4- Р '

™ j-m н шах ' н nun/ J н min

__М в тах_

Ш ~ 0,5(Мвтах - Memin) + МвЫп '

где Рмтах, Мвтша Рмтт М«к,п - соответственно минимальные и максимальные значения давления и момента на синхронизирующем валу при пуске (переключении) системы. Знаменатель выражений соответствует среднему значению первого максимума давления (момента).

2. Постоянная времени для колебаний давления Тр и момента Т„ при пуске (переключении) принята равной длительности переходного процесса, в течение которого коэффициенты динамичности k,)p, к,)л, соответственно не превосходят 1,2 (значение, сопоставимое с допустимой точностью эмпирического определения нагрузки - 10%). Приведенное значение критерия затухания также определяется собственным коэффициентом динамичности за 1 оборот диска кди= 1,7. Переходные процессы и зависимости характеристик качества от переменных параметров процесса - кдл„ кдр, Tp-f(qi), Tp=f(f5) приведены на рис.7. Анализ графиков свидетельствует о тенденции повышения коэффициента динамичности с ростом рабочего объема насоса наряду с увеличением постоянной времени.

С целью достижения высокой производительности машины и сохранения частоты вращения дисков серийной машины ПНБ4 необходимо

РАСЧЕТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЛИЯНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

ВЛИЯНИЕ РАБОЧЕГО ОБЪЕМА НАСОСА

МОМЕНТ НА СИНХРОНИЗИРУЮЩЕМ ВАЛУ

I сн'ДнУ

Рис.7

в качестве базового выбрать вариант с насосом рабочего объема 250 см3/об. Рациональные показатели качества переходного процесса достигаются при эквивалентном отверстии дросселя в сливе 0,016 м.

КПД системы повышается при применении гидроаппаратуры с расходом рабочей жидкости до 125 см3/об, что позволит уменьшить габариты маслостанции и снизить частоту вращения нагребающих лап. В этом случае следует применить трубопровод с диаметром эквивалентного отверстия 0,032 м для снижения коэффициента динамичности и повышения КПД системы до значения объемного КПД гидропривода, что позволяет достичь высокой производительности при минимальной энергоемкости. Переходный процесс исследуемых функций Рм, Ме - колебательный, затухающий при любом варианте сочетания параметров, что доказывает его устойчивость. Специфическая особенность режима на-гружения синхронизирующего вала - знакопеременная нагрузка, свидетельствующая об изменении направления крутильных колебаний вала при передаче момента с одного диска на другой.

Приведенная методика позволяет достаточно обоснованно определять допустимые скоростные и режимные параметры для любых компоновочных схем погрузочных органов с гидроприводом поступательного действия, что обеспечивает решение оптимизационной задачи выбора параметров и сопоставительной оценки конкурирующих вариантов на втором уровне по допустимому коэффициенту динамичности.

Математическое моделирование и исследования переходных процессов в гидросистемах ходовых частей проведено применительно к ковшовым погрузочным машинам с боковой разгрузкой ковша типа МПК.

Для эквивалентной схемы, приведенной на рис.8а, кинетическая энергия учитывает энергию перемещения машины и диссипативные силы, учитывающие затухание колебаний в трансмиссии:

' 2 3 "2 "2 '2

При моделировании потенциальной энергии учитываются консервативные силы в валопроводе:

М1=М.+М„ М':.=М,+Мд;

Эквивалентная гидродинамическая схема ходовой части погрузочной машины и изменение давления на выходе маслостанции а) б)

Ш «ч.

М'я

—^

Меп/

М*

Сле

-к'7 о

0 цГаТаз я* 05 ре а? <?Т~£е

Рис.8

где М, - момент консервативных сил в валопроводе, Н м; Мл -момент консервативных сил в трансмиссии, Н-м.

где р - коэффициент, учитывающий затухание колебаний в трансмиссии. Уравнение движения машины имеет вид:

1

Система дифференциальных уравнений имеет вид:

Мтр, Р„ = С„| -

= К, - м'

м' = с(<рм А<р„-<р> , J[ ?>, = м; -,

* = '* <Р I

Характерные расчетные переходные процессы представлены на рис.8б для следующих режимов: разгон без нагрузки (I); внедрение ковша одновременно с разгоном машины (2); запуск электродвигателя

насоса под нагрузкой (3); взаимодействие с препятствием при равномерном движении (4).

Экспериментальная проверка адекватности разработанных моделей проводилась на моделях, полноразмерных экспериментальных и опытных образцах погрузочных машин в стендовых и шахтных условиях. Основные результаты приведены в четвертом разделе работы.

Для оценки конструктивных возможностей погрузочных машин с точки зрения достижения максимальной производительности в конкретных условиях эксплуатации предлагается ввести и использовать понятия достигнутой кратковременной производительно с т и машины и достигнутой пропускной способност и ее конвейера. Первый показатель определяется как отношение максимального объема материала, находящегося на конвейере погрузочной машины к времени прохождения груза по конвейеру; второй - как произведение максимальной площади поперечного сечения транспортируемого потока горной массы на скорость его перемещения. Результаты замеров, проведенных на погрузочных машинах серии ПНБЗД2М в условиях Джезказганского ГМК, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сводная таблица результатов замеров производительности шахтных

погрузочных машин

Наименование параметра ИНБ-ЗД2 ПНБ-ЗД2М ПНБ-ЗД2М

(проходка) (добыча) (проходка)

Паспортная техническая произво- 5,0 5,8 5,8

шггелышеть, м3/мин

Техническая производительность, 4,37 6,42 7,2

м3/мин

Максимальная достигнутая мгно- 7,89 9,94 9,69

венная -производительность, м3/мин

Средняя достигнутая мгновенная 6,08 8,62 8,22

производительность, м3/мин

Средняя достигнутая пропускная 10,58 13,49 10,53

способность конвейера, м3/мнн

Проведенный комплекс экспериментальных исследований на полноразмерном образце машины в стендовых условиях и расчетов на ЭВМ

подтвердил основные теоретические положения о процессе формирования нагрузок в приводе клиновых нагребающих элементов и их производительности. Разработанные математические модели приемлемы для расчетов и выбора параметров исследуемых погрузочных органов. Однако область применения их ограничена. Так, при увеличении угла заострения клинового элемента более 35° наблюдалось резкое увеличение сопротивлений внедрению его в штабель материала и снижение объемов единичного захвата, что свидетельствует о нецелесообразности их применения. При этом расхождение экспериментальных данных и расчетных превышает 50%. Эксперименты по изучению влияния скорости движения клиновых нагребающих элементов в штабеле погружаемого материал показали, что варьирование скорости в пределах 0,05 - 0,5 м/с не приводит к изменению нагрузок в приводе и объемов единичного захвата. Оценка сходимости результатов производилась по максимальному относительному отклонению расчетных значений от экспериментальных:

АЬУ

5 ГДС = ' У^эксп"У/рас"'

\*/жп - значение \УВЯ апроксимированной зависимости \УЕ„ = ДЬП, у), Н;

- значение М'в,, теоретической зависимости \УВН = ДЬП, у) при том же значении аргумента, Н.

Значения 5, соответствующие различным условиям проведения экспериментов, находилось в пределах 0,18 - 0,25.

Модельные исследования по изучению влияния угла наклона питателя ССр на формирование производительности погрузочного органа позволили ввести в формулу для нахождения Оф коэффициент, учитывающий а0: Кцо =1,5- а0, где а0 - угол наклона питателя в радианах.

Расхождение среднего значения объема единичного захвата лапой за первые 3-4 черпания при проведении экспериментов на полноразмерном образце с расчетным составило 5-8%, что свидетельствует о возможности применения разработанной модели формирования производительности при расчете и выборе параметров исследуемых погрузочных органов.

Оценка адекватности результатов моделирования динамики переходных процессов в гидроприводе ходовой части осуществлена в результате проведения производственных испытаний опытного образца погрузочной машины МПКЮООТ на шахте «Гуковская» ОАО "Гуков-уголь" в ноябре 1998 г. при проходке выработки околоствольного двора. Погрузка горной массы осуществлялась на ленточный конвейер при проходке выработки сечением в свету - 21 м2, вчерне - 23 м2, форма -арочная; крепость разрушаемых пород (песчанистый сланец) - 12 ... 16 ед. по шкале проф.М.М.Протодъяконова, абразивность - средняя и выше средней. Объем погружаемой горной массы составлял за цикл 32,3 м3 в массиве (в разрыхленном состоянии 67,8 м3). Образец осциллограммы записи давления на выходе насоса привода ходовой тележки с наложением расчетных значений при разбеге и внедрении машины приведен на рис.9

Разработка математической модели прогнозирования показателей надежности и предпроектной оценки эффективности применения шахтных погрузочных машин и ее составных частей проведена в пятом разделе работы.

Применительно к классу шахтных погрузочных машин произведен ан&тиз надежности, как изделий II типа, когда, кроме двух состояний -работоспособное и неработоспособное - они могут находиться в частично неработоспособном состоянии при т.н. "частичном" отказе. Машина

Образец осциллограммы записи давления

Рис.9

представлена как сложная система, состоящая из 4-х простых: погрузочного органа (питателя), ходовой части, конвейера и гидравлической системы.

Элементы каждой /-ой простой системы характеризуются интенсивностью отказов Л,, и восстановлений р,. Величины Я,и ц,является достаточным математическим описанием работы погрузочной машины при /= 1, 2, 3, 4. Величины с индексом /=1 относим к погрузочному органу; I =2 - к ходовой части; 1=3 - к гидросистеме; / =4 - к передаточному конвейеру.

По принятым определениям погрузочная машина относится к од-нофункционапьной системе, задачей которой является непрерывная погрузка взорванной горной массы в течение интервала времени 0< (</„, где /„ - время погрузки, предусмотренное проходческим циклом. Каждый элемент находится в одном из двух состояний:

^ ^ [I, если / - й элемент работоспособен ' [0, если¡-й элемент неработоспособен

В дальнейшем состояние рассматриваемой системы, описывается л-мерным вектором Х^):

Состояние X системы можно интерпретировать как двоичное число, все возможные состояния системы выписать в порядке следования натурального ряда чисел в двоичной системе исчисления. Выпишем эти состояния, транспортировав вектор-столбец X в вектор-строку X1:

Будем считать, что потоки отказов и восстановлений работоспособности системы ординарны, т.е. в каждый момент времени может отказать или заканчивать восстановление не более одного элемента. Тогда

*ог=(0СЮ0) Т[=(Ю00) хМош) Х[2=(Ю01)

Х\ = (0001) Щ = (0011) Щ = (10! 1) ХТп = (0110)

Щ = (0010) XI =(1101) Х[„ = (1101) XI =(1100)

XI = (0100) Щ = (II ю) Хт„ = (1110) XI =(1111)

переход из состояния X' в состояние X] возможен лишь в том случае, когда вектор Л7,готличается от вектора ^значением только одной компоненты ХКс0 или 1.

Далее каждому состоянию 1{{) системы присвоим характеристику качества функционирования Ф,(/) системы в этом конкретном состоянии. Это удобно сделать, рассматривая различные способы выполнения задачи, так как число способов обычно меньше числа состояний. Каждый из элементов выполняет определенные функции, необходимые для выполнения задачи системой в целом. В нашем случае для выполнения задачи (передачи взорванной горной массы из штабеля в призабойные транспортные средства) требуется, чтобы ходовая часть подавала питатель к штабелю, рабочий орган (питатель) перемещал груз на конвейер, а последний - в средства призабойного транспорта. Обособленное место в выполнении задачи погрузочной машины занимает гидросистема. Она обеспечивает выполнение вспомогательных операций: подъем-опускание носка питателя, поворот и подъем конвейера, включение бортовых фрикционов.

Пусть производительность выгрузки из штабеля происходит с интенсивностью 1м3/мин. Характеристикой качества функционирования системы в целом (погрузочной машины) Фг(г) является интенсивность поступления груза в призабойный транспорт. При нормальной работе системы потерь груза при транспортировке не происходит. При отказах основных частей машины интенсивность поступления груза к месту доставки снижается с 1м3/мин до 0,5м3/мин (частичный отказ системы, вызванный отказом гидрооборудования) или до 0 (полный отказ системы).

Будем считать, что все элементы системы должны работать в течение всего времени выполнения задачи и что отказавший элемент сразу же начинает восстанавливаться, а система продолжает выполнять задачу, но уже другим способом. Например, порыв шланга гидросистемы поворота или подъема конвейера вызовет неудобства с загрузкой призабойного транспорта и снизит, в конечном счете, производительность системы, но не остановит работу машины в целом. Переход системы из

одного состояния в другое характеризуется отказом или восстановлением только одного элемента системы.

Каждый элемент системы характеризуется постоянной интенсивностью отказов Л. и восстановлений ц,. Поэтому величины Л,Ж и являются вероятностями перехода системы из одного состояния в другое за промежуток времени Л.

В связи с изменением состояния Д/) системы изменяются способы / = 0,1,2..../ выполнения задачи и соответственно меняются характеристики Фг(?)=Фу качества функционирования системы. В рассматриваемом случае будем считать, что характер перехода системы из состояния в состояние является марковским, т.е. все будущее поведение системы зависит от ее настоящего состояния и не зависит от ее прошлого поведения.

Марковский процесс характеризуется матрицей переходных вероятностей Р = (/V): Р1{ (/) = р{х{( + &)=}! Щ=/}.

Элементы этой матрицы (/) - условные вероятности перехода в момент /из состояния / в состояние Переходные вероятности для < * ] представляются в виде: Ру (() = Л,<Л или Рч (/) = .

Вероятность Р.{/) остаться в состоянии Л'(/)=/ определяется как вероятность события, дополнительного к совокупности всех возможных переходов из этого состояния в другие ; у

= 1-1^,

1*I

г, - интенсивность перехода из состояния / в состояние у (т.е.к,или ¡л,).

Очевидно, что = =1'

I !*> '*'

т.е. матрица переходных вероятностей является стохастической (сумма элементов каждой ее строки равна 1).

Так как интенсивность переходов Гц определяется постоянными

величинами Л,, то переходные вероятности Р:/ не зависят от времени, следовательно, матрица Р = {Ри) является стационарной, а марковский

процесс, для которого матрица переходных вероятностей стационарна, называется однородным.

Для рассматриваемого случая матрица интенсивностей переходов будет иметь следующий вид:

О 12 3 4 5 6 7

0 -(Х,+Л3 А, л2 А, 0 0 0

1 -Я/ 0 0 0 0 0 0

2 М2 0 •И2 0 0 0 0 0

3 Мз 0 0 -Мз 0 0 0 0

4 0 0 0 Яг ь я,

5 0 0 0 0 Мз -Рз 0 0

6 0 0 0 0 М2 0 'Из 0

7 0 0 0 0 0 0 -М1

Итак, процесс изменения состояний погрузочной машины, состоящей из четырех частей, описывается однородным марковским процессом с непрерывным временем и конечным числом дискретных состояний. Вероятность состояний в момент (/ + ¿й) можно связать с вероятностями состояний в момент /. Действительно, система может попасть в состояние / двумя взаимно исключающими друг друга путями. Во-первых, она уже может находиться в состоянии / в момент времени / и не сделать ни одного перехода в течение интервала й. Эти события имеют вероятности Р,(7) и соответственно. Во-вторых, в мо-

мент времени / система может находиться в одном из состояний ] * / и за время Л совершит переход из состояния / в состояние ;. Эти события имеют вероятность яХ' + й) пребывания системы в состоянии < в момент времени (¡ + <й) можно получить уравнение

Р,(1 + Л) = Р, (:) г,

Здесь вероятность I - ]Г г,( ¿Л и - условные вероятности не поки-

нуть состояние / за время <Л или перейти из состояния у в состояние ( при условии, что система находилась в состоянии / или у соответственно. Рассматриваемый процесс удобно характеризовать матрицей интен-сивностей переходов Л = {а0)

где (1 + /) - число способов выполнения задачи.

Для того, чтобы получить вероятность попадания системы в состояние / за время Л одним из возможных способов, вероятности умножаются на Я, (.') или рДс) соответственно. Затем в соответствии с теоремой полных вероятностей берется сумма этих произведений по всем возможным способам у. Задавшись начальными условиями, решается эта система уравнений и получаем вероятности Р,{') того, что система в момент I будет находиться в состоянии Л"(*)= у, у = 0,1,2 К 7. Применительно к рассматриваемому случаю система дифференциальных уравнений имеет вид:

/>,'(<)= А Л (<)

ЛЧ'МЛМ-РгРЖ)

р;(0= Н-Л, +л2 +Л,)Я4(0

./>,'(')= ял (0-я, А (')

Таким образом, проведенный априорный анализ надежности погрузочных машин позволяет заключить, что представленная матрица является матрицей коэффициентов системы дифференциальных уравнений для вероятностей />,(<) состояния системы, а это, в свою очередь, позволяет решать прямую и обратную задачи по надежности: прямая - оценка качества функционирования машины по известным показателям надеж-

ности, обратная - определение требуемого набора показателей надежности для заданных показателей качества функционирования системы (максимум производительности погрузки, минимум издержек потребителя и т.д.).

Применительно к технологическим системам строительства горных выработок в условиях Кузбасса известны работы проф., докт. техн. наук В.В.Першина, в которых учитывается фактор надежности и вероятностный характер возмущающих воздействий на систему: усложнение горно-геологических условий, отказы паспорта БВР, аварии машин и механизмов и т.д. Рассматривая проходческий забой как объект исследований, установлено, что 55% простоев происходит по внутризабой-ным причинам. Среди них преобладают отказы погрузочных машин (56%) и бурильных установок (33%).

Анализ и обобщение результатов исследований работоспособности погрузочных машин, проводимых кафедрой "Горные машины и оборудование" ШИ ЮРГТУ (НПИ), начиная с семидесятых годов в условиях Российского Донбасса, и публикации данных по Кузбассу позволили получить и обобщить базовые данные по условиям применения и оценить достигнутые показатели надежности серийных погрузочных машин массового производства типа ППН и ПНБ. Установленные зависимости последних (наработка на отказ, среднее время восстановления, коэффициент готовности) от темпов отработки ресурса и приведенной крепости горной массы позволили обоснованно подойти к определению исходных данных при прогнозировании ожидаемых затрат потребителя в современных условиях применения. Установлено, что:

- наибольшее количество отказов имеют рабочие органы, они же наиболее трудоемки в ремонте;

- количество отказов из-за нарушения правил эксплуатации, предусмотренных инструкцией завода-изготовителя, значительно и составляет 30% для ковшовых и 50% для машин с парными нагребающими лапами;

- преобладание естественных отказов у ковшовых машин и несколько больший удельный вес конструкционных отказов у машин типа ПНБ свидетельствует о том, что машины бокового захвата требуют в большей

степени конструктивного совершенствования.

Класс машин в соответствии с ГОСТ 27.003-90 по характеру основных процессов, определяющих переход в предельное состояние, относится к изнашиваемым при преобладании абразивного и усталостного видов износа; они относятся к восстанавливаемым изделиям конкретного назначения, могут находиться в некотором частичном нерабочем состоянии, отказы не приводят к последствиям катастрофического характера, а также возможно их техническое обслуживание и обезличенный ремонт. Применительно к этому набору отличительных признаков определена номенклатура показателей надежности: коэффициент сохранения эффективности^, вероятность безотказной работы/>(г„), вероятность восстановления Р(0> среднее время восстановления Г, и наработки до отказа Та> средний ресурс до списания тр.сра, и ДО капитального ремонта Трсрхр.

Установлено, что для использования метода статистических испытаний применительно к задачам настоящего исследования, достаточно иметь возможность генерировать три потока случайных чисел, подчиненных экспоненциальному, экспоненциально-степенному и логарифмически-нормальному законам. На базе датчика случайных величин ПЭВМ, генерирующего равномерно распределенные числа, образован и проверен генератор случайных чисел для указанных выше законов распределения.

Метод статистических испытаний (метод Монте-Карло) эффективен в тех областях, где основная задача вероятностна и где требуется исследовать случайный процесс. Чтобы решать задачи по методу Монте-Карло, нужно иметь источник случайных чисел с достаточно разнообразным запасом законов распределения. Большинство современных ПЭВМ оборудованы датчиком случайной величины (ДСВ), распределенной по равномерному закону.

где /"'(х)-функция, обратная к /(л).

Чтобы получить экспоненциальный закон распределения, для которого

. . [О, при х < О

[\-е-'л,при х)0'

достаточно взять /(*)=- \ !п(1 - *),

Л

Действительно, функция, обратная /(*), имеет вид и тогда

/ \ '"'г* / \ Г0» при х< О

Новая величина И в данном случае распределена уже по экспоненциальному закону. Приведенный выше пример преобразования случайных чисел относится к непрерывным случайным величинам. Круг решаемых задач в настоящей работе связан с дискретными случайными величинами: наработка на отказ, время восстановления, стоимость запасных частей. Пусть дискретная случайная величина £ принимает значения х, с вероятностью Р(х = *)=/?,. Появление возможного значения дг( назовем событием л,. Предположим, например, что необходимо получить случайные числа, имеющие распределение Пуассона

Р{п) = — е'° (л = 0,1,2К),

п\

Для этого будем брать случайные числа Я, и проверять справедливость неравенств вида:

где 1=ае-'У~ (г = 0Д2К) /,=0,

м?

Если неравенство оказывается выполненным, то очередное случайное число г] принимается равным п и, следовательно, величина имеет распределение Пуассона. Подобным образом моделируется поток случайных чисел, распределенных по экспоненциальному и экспоненциально-степенному законам.

Для логарифмически-нормального закона распределения применяется другой прием, основанный на приближенном моделировании уело-

вий, при которых оказываются справедливыми предельные теории вероятностей. Пусть необходимо получить совокупность случайных чисел {S,}, имеющих логарифмически-нормальное распределение с математическим ожиданием In а и средним квадратичным отклонением с

, fedii %/2/гсх

В силу центральной предельной теоремы теории вероятностей суммы большого числа случайных слагаемых, при выполнении некоторых весьма общих условий, имеют асимптотически нормальное распределение. Поэтому для приближенного моделирования логарифмически-иормального распределенных случайных чисел можно воспользоваться суммированием чисел исходной совокупности, заданной табличным способом. Изложенные принципы положены в основу создания генераторов ДСВ на ПЭВМ применительно к задачам настоящего исследования.

Рассмотрим поэтапно структуру методики прогнозирования надежности и определения экономических показателей применения проектируемых погрузочных машин (задача 3 уровня):

1. Определение экономических показателей применения погрузочных машин в исследуемый период эксплуатации:

- стоимость машины и транспортно-складские затраты потребителя (к„с„, руб.);

- стоимость запасных частей машины. При этом цена приводится в долях от стоимости машины, чтобы снизить влияние инфляционных колебаний по стоимости машины и запасных частей (с,, /с„);

- стоимость капитального ремонта и транспортно-складские расходы, связанные с его выполнением (сч,, руб.);

- действующие тарифы на электроэнергию (руб/кВт-ч) и зарплату ремонтных слесарей (руб/ч);

- количество ремонтников, занятых устранением отказов;

- затраты труда и их стоимостное выражение по обслуживанию машины при погрузке горной массы, отнесенное к 1 м3 (спр, руб/м3).

2. Назначение параметров, принятых к исследованию потоков отказов

и восстановлений отдельных частей машины:

- для потока отказов рекомендуется принимать к исследованию экспоненциально-степенной закон распределения (распределение Вейбул-ла) с показателем степени к — 0,8 ... 1,5 (при показателе к=1 имеем экспоненциальное распределение);

- для потока восстановлений, кроме экспоненциального возможно применение и логарифмически-нормального закона распределения; определяется ожидаемая средняя наработка на отказ основных частей машины ((-',„) и интенсивность отказов Я, = 1¡Vы (отк/м3); назначается ожидаемое время восстановления по отдельным частям машины (ТВ1) и интенсивность восстановления р = 1/Те,.

3. Прогнозная оценка эффективности применения погрузочной машины:

- в результате проведения расчетов получают 5-6 реализаций отдельно по составным частям машины и 1-2 реализации по машине в целом;

- количественная оценка эффективности применения определяется как среднее значение удельных затрат на момент отработки ресурса.

В зависимости от поставленной цели делается заключение либо о сравнительной оценке применения двух и более разнотипных машин, либо оценивается эффективность различных конструктивных исполнений составных частей машины.

Разработанная программа математического моделирования процесса работы погрузочной машины позволяет определять удельные затраты потребителей при эксплуатации машин с учетом случайного потока отказов и восстановлений работоспособного состояния на любой момент отработки ресурса с возможностью принятия решения об эффективности применения конкретной конструкции машины. При этом появляется возможность исключить длительные испытания и исследования работоспособности созданного оборудования с целью определения показателей надежности.

Примеры реализаций применительно к погрузочным машинам МПН и МПНК (опытный образец), приведены на рис.10. Сравнивая результаты, можно заключить, что существенное повышение надежности

нагребающей части машины МПНК повлекло за собой снижение удельных затрат по ней с 9,4 руб/м3 у машины типа МПН до 6,4 руб/м3 у машины МПНК. Однако применение отечественного гидрооборудования снижает надежность работы машины в целом и приводит к повышению затрат на ликвидацию отказов, и, в конечном счете, интегральные удельные затраты для исследуемых машин оказались практически одинаковыми и равными 98,9 руб/м3 (при равенстве цен на машины) на момент полной отработки назначенного до списания ресурса.

Характер зависимостей удельных затрат потребителя при использовании методики статистических испытаний

О*!.

Удельные затраты по узлам суд, Удельные затраты по машине су6, руб/м3 в функции наработки V, м3 руб/м3 в функции наработки V, м3

Принятые обозначения:_ нагребающая часть; — ходовая часть;

........ конвейер; — гидрооборудование.

Рис. 10

Структурно - логическая схема методики выбора параметров и оценки эффективности применения шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами на стадии проектирования приведена в шестом разделе. Последовательность выполнения операций (рис.11) соответствует разработанным алгоритмам и программам применительно к целевым функциям, системам ограничений, постоянным параметрам и коэффициентам, соответствующим заданным условиям применения погрузочной машины МПНК, разработанной и созданной по результатам расчетов. Общий вид опытного образца шахтной погрузочной машины нового технического уровня с клиновыми нагребающими лапами

Структурно-логическая схема решения задачи выбора параметров ШПМ

Назначение и ввод исходных данных для расчета: горно - геологические - S,uP, f„M., HmT., Р, dep., технологические - CW,,, v„/p(

технике - экономические - NVCT.__

Определение компоновочных схем погрузочных машин (исполнительных органов), принятых к исследованию.

JL

i = 2 Jl

i = 3 ±

i = 4 ±

i = n _t

Кинегостатическая оптимизация параметров к_= 1,2,3. ___ШПМ (задача 1 уровня)_

Определение параметров, подлежащих оптимизации (на примере одного из вариантов): я - рабочий объем насоса, см3/об; у - максимальный угол поворота нагребающей лапы относительно оси погрузочного органа, рад; й„ - диаметр поршня приводного гидроцилиндра, м; Ь„ - хол поршня гидроцилиндра, м; Уз - расстояние от линии сопряжения приемного бункера конвейера с приемной плитой питателя до центра поворотной опоры, м; х„ - расстояние от оси погрузочного органа до центра поворотной опоры, _м, р - угол клина лапы, рад; - угол развала лапы, рад. _

Формализация целевой функции - Q„ Q„ ~S£y/g/?(o,47 + — I• (1,5 - а„) • л ->max

k'gP

Формализация функций и резервов ограничений

E.-H/2S0, ргоах-р>0, Вп-В„>0,

Р < Em«. Ri ->min

Назначение параметров метода оптимизации (линеаризации), ввод начальных приближений оптимизируемых параметров, проведение расчетов и определение

к < п

к > п

Ограничение количества технических решений по условию:

i= 1

i=2 t

n

Гис.П

и гидроприводом представлен на рис.12. Технико-экономические прогнозные показатели эффективности применения нового образца погрузочной машины в сравнении с базовым приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты расчетов по удельным затратам потребителя при эксплуатации погрузочных машин"'

Найме нов ание показателя (узла) Суд, руб/м3 Суд, руб/м3

Нагребающая часть 9,4 / 6,6 9,4 / 6,4

Ходовая часть 6,9 / 3,6 7,5/3,6

Конвейер 12,1 /6,7 10,0/7,0

Гидрооборудование 6,3/17,5 8,7/16,8

Итого по затратам на ликвидацию отказов 32,2/33,3 33,4 / 33,4

Прямые затраты на. обслуживание машины (аморт.отчисления, з/плата проходчиков, и др.) 41/41 . | 31/33 120/120 ! 98,9/98,8

Затраты потребителя на эксплуатацию машины

Суд,- на момент отработки ресурса до 1-го капитального ремонта (2Т04м3),

СУд,- на момент отработки полного ресурса до списания (105м3), в числителе - машины типа МЛН, в знаменателе - машина МПНК Шахтная гидрофицированная погрузочная машина непрерывного действия с клиновыми нагребающими лапами МГШК предназначена для погрузки взорванной горной массы в вагонетки, на конвейер и другие транспортные средства при проведении горизонтальных и наклонных (до+-10 град.) горных выработок в шахтах по породам крепостью до 12 ед. по шкале проф. М.М.Протодьяконова. Основные технические данные приведены в табл.3. Машина погрузочная МПНК (рис.4,12.) состоит из рабочего органа 1 с клиновыми нагребающими лапами, ходовой гусеничной тележки 2, передаточного скребкового конвейера с индивидуальным электромеханическим приводом 3, приводной маслостанции 4, обеспечивающей энергией погрузочный орган и ходовую часть.

Шахтная погрузочная машина МГГНК с клиновыми нагребающими лапами и гидроприводом в условиях ОАО "Копейский машиностроительный завод"

Рис. 12

Таблица 3

Техническая характеристика шахтной погрузочной машины МПНК

№ Наименование Ед. юм. Значение

1 Техническая производительность м^/мин. 2,5

2 Установленная мощность Квт. 55

3 Скорость передвижения м/с 0,8

4 Масса кг. 12000

5 Частота черпания лапами мин."' 20

Экспериментальные исследования взаимодействия клинового рабочего органа со штабелем погружаемого материала проведены в достаточном объеме ранее на макете и на полноразмерном образце в условиях натурного стенда. Следует считать доказанным предыдущими исследователями работоспособность и эффективность клинового погрузочного органа в сравнении с традиционными нагребающими рычагами-лапами на рядовом штабеле высотой 0,7 - 1,4 м.

Оппонентами этого рабочего органа ставилась под сомнение эффективность его работы на малой высоте штабеля и мелкокусковом сыпучем материале (первая и последние фазы уборки горной массы). Поэтому при экспериментальных исследованиях, кроме проверки работоспособности гидросистемы погрузочного органа, ставилась задача оценить возможность работы клиновых лап при выгрузке штабеля небольшой высоты (0,3 ... 0,6 м.).

Видеозапись работы нагребающих лап при выгрузки штабеля сыпучего материала на заводском стенде свидетельствует о том, что принятые конструктивные решения оказались удачными: гидроцилиндры привода лап работали устойчиво без сбоев при перегрузке запланированного объема - 120 м3. В качестве погружаемого материала на заводском стенде использовался щебень фракцией 30...60 мм с крепостью 8...9 по шкале проф. М.М.Протодьяконова. Проверка эффективности работы нового погрузочного органа осуществлялась при выгрузке сыпучего материала из штабеля высотой 0,3; 0,6 и 0,9 м. Производительность погрузки оценивалась путем заполнения мерной емкости объемом 2 мэ.

Поведение штабеля и захватывающая способность клнновых лап регистрировалась с помощью видеозаписи камерой «Panasonic 3000». Необходимо отметить, что:

- погрузка (отбор материала) начинается после образования вала сыпучего перед кромкой питателя высотой 0,5...0,6 м.;

- заметного сдвига в сторону от питателя при выполнении обратного хода лапы (внедрение в штабель) не происходит: весь материал по ширине питателя поступает на скребковый конвейер;

- производительность погрузки в данных условиях снижается по

сравнению с максимальной до 0,8...0,9 м3/мин и ограничивается возможностью ходовой части по развитию тягового усилия при создании вала сыпучего перед питателем машины;

- видеограммы выгрузки штабеля высотой 0,6 м и 0,9 м мало отличны друг от друга и свидетельствуют об устойчивом отборе материала из штабеля с образованием характерного для исследуемого материала откоса по линии скольжения; смещение сыпучего материала в сторону от общего направления движения питателя машины практически полностью отсутствует.

Таким образом, предпринятые испытания опытного образца машины МиНК нг заводском стенде позволяет заключить: гидросистема рабочего органа с использованием двух гидроцилиндров работает устойчиво, а рабочий орган в виде двух клиновых лап обеспечивает устойчивый отбор материала даже в экстремальных условиях (малая высота штабеля и мелкокусковая фракция сыпучего).

Внедрение результатов исследований подтверждается документами, приведенными в приложениях, где также нашли отражение методики, алгоритмы, программы расчетов параметров рабочих органов и систем гидравлических приводов; журналы наблюдений за работоспособностью шахтных погрузочных машин в условиях Российского Донбасса, примеры расчетов показателей эффективности применения разработанных технических решений шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе осуществлено научное обобщение результатов теоретических, экспериментальных и производственных исследований закономерностей формирования производительности и нагрузок, динамических характеристик и фактических показателей надежности шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами, в результате чего решена важная научно - техническая проблема выбора рациональных параметров на основе технико-экономической оценки их функционирования, обеспечивающих наилучшие показатели примене-

ния, путем решения многоуровневой оптимизационной задачи по конечному критерию минимизации удельных затрат потребителя к моменту отработки установленного ресурса.

Основные выводы и результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Целесообразно проведение оптимизации параметров и создания горно-проходческого оборудования, в частности шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами, постановкой и решением многоуровневой задачи, предусматривающей поэтапное формулирование критериев с учетом закономерностей рабочих процессов, динамических характеристик привода и ожидаемых показателей надежности создаваемого объекта. Сформулирован и обоснован конечный критерий оптимальности технического решения, заключающийся в минимизации удельных затрат потребителя к моменту отработки установленного ресурса, при обеспечении технической производительности не ниже заданной.

2. Область допустимых параметров шахтных погрузочных машин определяется из условия достижения ими максимальной производительности с минимизацией остаточных силовых и энергетических ресурсов с учетом переходных процессов в гидроприводе, динамики системы в целом, реализуемых траектории движения и формы нагребающих элементов, фактических зон обрушения и выдавливания сыпучего материала и его физико-механических характеристик при помощи экспериментально полученных зависимостей, подтверждающих теоретически разработанные модели.

3. Разработанные универсальная эквивалентная гидродинамическая схема, включающая один или несколько гидродвигателей, регулируемые дроссели, алгоритм их управления и соответствующие математические модели в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений позволяют моделировать переходные процессы в гидравлических приводах шахтных погрузочных машин, принятых к исследованию.

4. Адекватность разработанных математических моделей формирования нагрузок и переходных процессов в гидравлических приводах

реальным режимам нагружения при взаимодействии с погружаемым материалом подтверждена проведением комплекса экспериментальных исследований на моделях и полноразмерных образцах шахтных погрузочных машин в стендовых и производственных условиях.

5. Установленные в результате исследований работоспособности погрузочных машин в условиях Российского Донбасса и Кузбасса зависимости показателей надежности (наработка на отказ, среднее время восстановления, коэффициент готовности) от темпов отработки ресурса и приведенной крепости горной массы позволили обоснованно подойти к определению исходных данных при прогнозировании ожидаемых затрат потребителя в реальных условиях применения.

6. Изучение характерных отказов погрузочных машин позволило установить, что исследуемый класс машин в соответствии с ГОСТ 27.003-90 по характеру основных процессов, определяющих переход в предельное состояние, относится к изнашиваемым при преобладании абразивного и усталостного видов износа; по фактическим условиям и показателям применения - к восстанавливаемым изделиям конкретного назначения (погрузка взорванной горной массы); машины могут находиться в некотором частичном нерабочем состоянии, отказы не приводят к последствиям катастрофического характера, а также возможно их техническое обслуживание и обезличенный ремонт. Применительно к этому набору отличительных признаков определена номенклатура показателей надежности: коэффициент сохранения эффективности, вероятность безотказной работы, вероятность восстановления, среднее время восстановления и наработки до отказа, средний ресурс до списания и до капитального ремонта.

7. Разработана система дифференциальных уравнений для вероятности любого состояния на основании проведенного анализа надежности погрузочных машин как системы, состоящей из 4-х простых подсистем, с возможностью функционирования одной из них в режиме "частичного" отказа (II тип по ГОСТ 27.003-90), позволяющая решать задачи надежности.

8. Установлено, что для использования метода статистических

испытаний (метод Монте-Карло) применительно к задачам настоящего исследования достаточно иметь возможность генерировать три потока случайных чисел, подчиненных экспоненциальному, экспоненциально-степенному и логарифмически-нормальному законам. Разработанная математическая модель процесса работы погрузочной машины позволяет определять удельные затраты потребителей при эксплуатации машин с учетом случайного потока отказов и восстановлений работоспособного состояния на любой момент отработки ресурса с возможностью принятия решения об эффективности применения конкретной конструкции машины.

9. Для конструктивно-компоновочных схем перспективных рабочих органов шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами определены прогнозные параметры законов распределения быстроизнашиваемых узлов, определяющих их работоспособность. При уточнении стоимостных показателей узлов и использовании разработанной программы определения удельных затрат потребителя возможна оценка эффективности применения конструкций с высокой степенью доверительной вероятности на стадии проектирования.

10. Основные результаты и научные положения легли в основу методических разработок по созданию и технико-экономической оценке принципиально новых рабочих органов шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами, выбору их рациональных параметров. Один из вариантов воплощен в экспериментальном образце шахтной погрузочной машины нового технического уровня с клиновыми нагребающими элементами и гидроприводом поступательного действия МПНК, созданной и испытанной ОАО "Копейский машиностроительный завод".

Основные положения диссертационной работы нашли отражение в следующих публикациях автора: ¡.В.В.Кириченко, В.Н.Семерников, А.С.Носенко. Пути улучшения ремонтопригодности погрузочных органов непрерывного действия. // Шахтный и карьерный транспорт.-М.:Недра, 1984.-Вып.9.

2. Г.Ш.Хазанович, А.С.Носенко. Результаты экспериментальных исследований модели погрузочного органа с клиновыми нагребающими лапами. И Грузоподъемные и погрузочные машины: Межвуз.сб. - Новочеркасск: НПИД985.

3. А.С.1138519 СССР, МКИ F13./02. Рабочий орган погрузочной машины / Е.И.Киселев, С.И.Носенко, В.В.Семенов, А.С.Носенко - Заяв. 04.08.83;0публ. 07.02.86,Бюл.№5.

4. А.с.1209900 СССР, МКИ Е21 F13/00. Рабочий орган погрузочной машины / С.И.Носенко, В.Н.Семерников, В.В.Семенов, А.С.Носенко.

5. Г.Ш. Хазанович, Ю.М. Ляшенко, A.C. Носенко, Е.А. Сафонцева. Погрузочная машина с клиновым нагребающим носком. // Рационализаторские предложения и изобретения, рекомендуемые министерством для внедрения в угольной промышленности. Науч. -техн. реф. сб. -№ 8,- 1988.

6. Г.Ш.Хазанович, И.Ф.Хребто, Ю.М.Ляшенко, А.С.Носенко и др. Результаты проектирования, изготовления и испытания узлов гидрофи-цированного погрузочно-транспортного модуля проходческого комплекса.// Изв. Сев.- Кавк. науч. центра высш.шк. Техн. науки.-1989.-№1.

7. А.С.Носенко. Теоретические исследования формирования сопротивлений внедрению клиновых нагребающих лап в штабеле сыпучего материала.// Шахтный и карьерный транспорт. -М.:Недра, 1990.-Вып.11.

8. Е.И.Киселев, С.И.Носенко, В.В.Семенов, А.С.Носенко. Рабочий орган погрузочной машины безредукторного типа с клиновыми нагребающими лапами.// Шахтный и карьерный транспорт.-М.:Недра, 1990.-Вып.11.

9. А.С.Носенко, Е.А.Сафонцева. Выбор параметров погрузочного органа типа ПНБ с гидроприводом поступательного действия.// Система "Человек-машина-среда" в горном деле. Настоящее и бедующее; Тез.докл. Всесоюз. науч.- техн. конф. молодых ученых и специалистов угольн. пром.-М.,1990.

10. A.C. 1544689 СССР, МКИ В65 G65/10. Погрузочный орган./

А.С.Носенко, В.К.Голованов Е.З.Переплетчиков - Заявл.12.Ю.87;Опубл. 23.02.90, Бюл.№7.

11. A.C. 1720407 СССР, МКИ В65 G65/10. Погрузочная машина./

A.С.Носенко, В.Г.Хазанович, Ю.М.Ляшенко, Е.А.Сафонцева -.Заявл. 22.02.89;Опубл. 15.01.91, Бюл.№2.

12. A.C. 1686187 СССР, МКИ Е21 F13/00. Рабочий орган погрузочной машины./ А.С.Носенко, В.В.Волков, В.Г.Хазанович, А.Г.Скуров,

B.П.Тулупов - Заявл.21,04.89;0публ. 23.10.91,Бюл,№39.

13. A.C. 1709120 СССР, МКИ E21F13/00. Погрузочный орган./ Ю.М.Ляшенко, А.С.Носенко, В.Г.Хазанович, А.Г.Скуров, Е.А.Сафонцева - Заявл.21.04.89;Опубл.30.01.92,Бюл.№ 4.

14. А.С.Носенко, Е.А.Сафонцева. Основные положения методики назначения нагрузок в приводе клиновых нагребающих лап.// Изв. Сев,-Кавк.научн. центра высш.шк.-10с.- Деп. в ВИНИТИ 01.12.90, №7244.

15. А.С.Носенко, Е.А.Сафонцева. Основные положения методики назначения рациональных параметров погрузочных органов с клиновыми элементами.// Новочерк. политехи. ин-т.-Новочеркасск, 1991.-18с. Деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш. 12.02.91. №8743.

16. А.С.Носенко, Е.А.Сафонцева. Моделирование рабочих процессов погрузочных органов непрерывного действия с объемным гидроприводом. // Второй семинар по угольному машиностроению Кузбасса: Тез. докл.22-23 октября 1991г.-Кемерово, 1991,-С.51-52.

17. А.С.Носенко, В.К.Голованов С.И.Носенко, Е.А.Меньшенина. К вопросу об оценке производительности погрузочных машин типа ПНБ. Вопросы горной электромеханики: Сб.науч. тр./ Новочерк. гос.техн. ун-r.-Новочеркасск, НГТУ, 1994.-С.92-96.

18. А.С.Носенко, В.Г.Хазанович. Применение гидроприводов поступательного действия на погрузочных органах как фактор повышения надежности.// Вопросы горной электромеханики: Сб. науч.тр./ Новочерк. гос. техн. ун-т,- Новочеркасск, НГТУ, 1994.-С.92-96.

19. Патент №2022894 РФ, МКИ В65 С65/10. Погрузочный орган./ А.С.Носенко, В.К.Голованов Е.З.Переплетчиков, В.И.Есин - За-явл.25.09.90; Опубл. 15.11.94,Бюл.№21.

20. Патент №2042830 РФ. МКИ Е21 F13/00. Погрузочный орган./

A.С.Носенко, В.К.Голованов, Е.З.Переплетчиков, Е.А.Сафонцева

B.И.Есин - 3аявл.26.03.91.Опубл. 27.08.95.Бюл.№24.

21. А.С.Носенко, И.А.Яковлев, Е.А.Меньшенина. Перспективы развития гидросистем погрузочно-транспортных машин.// Совершенствование машин и технологий в горнодобывающей промышленности и стройиндустрии: Тез. докл., научн.-техн. конференции ШИНГТУ, 1996.-

C.7-8.

22. А.С.Носенко, Е.А.Меньшенина. Исследования переходных процессов в гидросистеме ходовой части погрузочной машины МПК-1000Т, // Механизация и электрификация горных работ: Материалы науч.-техн. конф. ШИНГТУ, апрель 1996 г./ Новочерк. гос.техн.ун-т.- Новочеркасск; 1996.-C.33-37.

23. А.С.Носенко, И.А.Яковлев. Экспериментальная оценка работоспособности гидропривода клинового перегружателя. // Механизация и электрификация горных работ: Материалы науч.-техн. конф. ШИНГТУ, апрель Новочеркасск; 1996 г./Новочерк. гос.техн.ун-т. 1996.-С.57-58.

24. А.С.Носенко, В.Г.Хазанович. Разработка и результаты испытаний погрузочного органа комбайна КП20. // Механизация и электрификация горных работ: Материалы науч.-техн. конф. ШИНГТУ, апрель 1996 г./Новочерк. гос. техн. ун-т,- Новочеркасск; 1996.-С.26-29.

25. А.С.Носенко, С.Д.Сазонов. Методика экспериментальных исследований процесса погрузки клиновыми нагребающими элементами. // Механизация и электрификация горных работ: Материалы науч.-техн. конф. ШИНГТУ, апрель 1996 г./ Новочерк. гос.техн.ун-т.- Новочеркасск; I996.-C.51-53.

26. А.С.Носенко, В.П.Тулупов, С.И.Носенко В.Г.Хазанович и др. Методика организации сбора информации об эксплуатационных качествах проходческого оборудования угольных шахт. // Механизация и электрификация горных пябот: Материалы науч.-техн. конф. ШИНГТУ, апрель 1996 г./ Новочерк. гос.техн.ун-т.- Новочеркасск; 1996.-С.55-57.

27. Патент №2057695 РФ. МКИ B65G23/44, 19/00. Натяжное устройство скребкового конвейера погрузочной машины./ А.С.Носенко,

Г.Ш.Хазанович, В.К.Голованов, В.И.Есин, Е.З.Переплетчиков, Е.А.Меньшенина - Заявл.28.09.92. Опубл. 10.04.96. Бюл.№ 10.

28. А.С.Носенко, Е.А.Меньшенина. Теоретические исследования особенностей динамических процессов в гидроприводе погрузочной машины МГЖ1000Т. // IV Международный форум "Минерально сырьевые ресурсы стран СНГ". Тез. докл. симпозиума "Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология"(29.10 -2.11.96) / Санкт-Петербург, 1996 г.

29. А.С.Носенко, В.Г.Хазанович. Погрузочный орган опытного образца проходческого комбайна КП-20. И IV Международный форум "Минерально сырьевые ресурсы стран СНГ". Тез. докл. симпозиума "Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология"(29.10 -2.11.96)/Санкт-Петербург, 1996 г.

30. А.С.Носенко, С.Д.Сазонов. Расширение области применения погрузочных органов с клиновыми нагребающими элементами. // IV Международный форум "Минерально сырьевые ресурсы стран СНГ". Тез. докл. симпозиума "Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология"(29.10 - 2.11.96) / Санкт-Петербург, 1996 г.

31. А.С.Носенко, Е.А.Меньшенина. Рабочие органы шахтных погрузочных машин непрерывного действия с гидравлическим приводом. II Монография / Новочерк. гос. техн. ун-т.- Нозочеркасск:НГТУ, 1997-63с.

32. А.С.Носенко, В.П. Тулупов, В.Г. Хазанович, С.Д. Сазонов. Эксплуатация горнопроходческого оборудования и надежность шахтных погрузочных машин в условиях Восточного Донбасса. // Технология и механизация горнопроходческих работ. Сб. науч. тр. / Южно-Рос. отд. АГНТ РФ; Новочерк. гос. техн. ун-т.-Новочеркасск: НГТУ, 1997-с. 80.

33. А.С.Носенко, В.П Тулупов, Е.А. Меньшенина, С.Д Сазонов. Разработка и исследования перспективных погрузочных органов горнопроходческого оборудования. // Технология и механизация горнопроходческих работ. Сб. науч. тр. / Южно-Рос. отд.АГНТ РФ; Новочек. гос. техн. ун-т.-Новочеркасск: НГТУ, 1997-с. 83 - 84.

34. Г.Ш Хазанович, Ю.М Ляшенко, А.С.Носенко, А.А Останов-ский, Е.В Никитин. Разработка гидрофицированных погрузочных и транспортных модулей горнопроходческих машин. // Научно-технические проблемы строительства вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок. Сб. научн. тр./ АО "Ростовшахтострой"; Новочерк. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск, 1998-с. 159.

35. А.С.Носенко, И.А Яковлев. Концепция оптимизации параметров шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами. // Механизация и электрофикация горных работ: Материалы XXXXHYI научно-технической конф. ШИНГТУ, Апрель 1997 г. / Новочерк. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск, НГТУ, 1998 - С. 11 - 13.

36. Патент № 2112145 РФ, МКИ E21F13/00. Многогребковый погрузочный орган. / Ю.М.Ляшенко, В.Г.Хазанович, А.С.Носенко, В.П.Тулупов, С.Д.Сазонов - 3аявл.21.03.96. Опубл. 27.05.98. Бюл.№ 15.

37. Патент № 2108954 РФ, МКИ B65G25/08. Конвейер для транспортировки сыпучих и кусковых материалов./ Г.ШХазанович, Ю.МЛяшенко, А.С.Носенко, Р.В.Каргин - Заявл. 31.12.96. Опубл. 20.04.98. Бюл.№ 11.

38. Патент № 210234 РФ, МКИ B65G25/08. Конвейер для транспортировки сыпучих и кусковых материалов./ Г.Ш. Хазанович, Ю.М.Ляшенко, А.С.Носенко, Р.В.Каргин - Заявл. 16.01.96. Опубл. 20.01.98 Бюл.№2.

39. А.С.Носенко, В.П. Тулупов. Основные результаты исследований, разработки и создания шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами. // Механизация и электрофикация горных работ: Сб. науч. тр. / Юж.-Рос. гос. техн. ун - т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999. С. 54

40. А.С.Носенко. Методические аспекты оптимизации параметров погрузочных машин с гидравлическими приводами.// Механизация и автоматизация горных работ: Сб. науч. тр./ Юж.- Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 1999. - С.128 - 132.

-58.

/

ВВЕДЕНИЕ.

РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ В ОБЛАСТИ СОЗДАНИЯ ПОГРУЗОЧ-НЫХ МАШИН С ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ

ПРИВОДАМИ.

1.1 Основные тенденции развития шахтных погрузочных машин.

1.2. Разработка предложений по использованию гидравлических приводов на шахтных погрузочных машинах.

1.3. Методические подходы к выбору рациональных технических решений и параметров погрузочных машин.

1.4. Пути повышения надежности и критический анализ методов оценки эффективности эксплуатации шахтных погрузочных машин в угольной промышленности.

1.4.1. Состояние теории эксплуатации оборудования применительно к шахтным погрузочным машинам.

1.4.2. Анализ работ в области теории и практики технического обслуживания горно-шахтного оборудования на шахтах России.

1.4.3. Состояние вопроса в области надежности погрузочных машин.

1.5. Методологические аспекты выбора рациональных технических решений шахтных погрузочных машин с учетом закономерностей взаимодействия с внешней средой, внутренней динамики и ожидаемых показателей надежности.

1.6. Формулирование задач и этапов исследований.

РАЗДЕЛ 2. РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ И КИНЕТОСТАТИЧЕСКАЯ

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОГРУЗОЧНЫХ ОРГАНОВ С КЛИНОВЫМИ НАГРЕБАЮЩИМИ

ЭЛЕМЕНТАМИ (ЗАДАЧА 1 УРОВНЯ).

2.1. Механизм взаимодействия погрузочного органа с сыпучей средой.

2.2. Методика и результаты графоаналитических исследований формирования сопротивлений внедрению клинового элемента в штабель сыпучего материала.

2.3. Математические модели и схема алгоритма расчета основных показателей погрузочного органа с клиновыми нагребающими элементами и гидроприводом.

2.4. Основные положения методики выбора параметров погрузочных органов с клиновыми нагребающими элементами и гидроприводом.

2.4.1. Цели и задачи методики. Взаимодействие основных узлов исследуемого погрузочного орган.

2.4.2. Целевая функция оптимизируемой системы.

2.4.3. Обоснование и формализация функций - ограничений.

2.4.4. Выбор метода оптимизации. Схема алгоритма расчета.

2.4.5. Пример расчета и выбора параметров рабочего органа шахтной погрузочной машины МПНК с клиновыми нагребающими лапами и гидроприводом.

РАЗДЕЛ 3. ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ГИДРОСИСТЕМАХ ШАХТНЫХ ПОГРУЗОЧНЫХ МАШИН (ЗАДАЧА 2 УРОВНЯ).

3.1. Обоснование объекта исследования и кинетостатический анализ традиционных погрузочных органов типа ПНБ с гидроприводом поступательного действия.

3.2. Обоснование методики выбора рациональных параметров гидропривода погрузочного органа и результаты расчетов.

3.3. Исследование динамики гидропривода погрузочных органов.

3.3.1. Разработка эквивалентных гидродинамических схем.

3.3.2. Математическое моделирование переходных процессов в гидроприводе погрузочных органов.

3.3.3. Алгоритм расчета и анализ результатов моделирования.

3.4. Исследования динамики гидропривода ходовых частей шахтных погрузочных машин.

3.4.1. Математические модели переходных процессов в гидро -приводе ходовой части погрузочной машины.

3.4.2. Разработка и обоснование эквивалентной динамической модели гидропривода ходовой части погрузочной машины.

3.4.3. Анализ результатов исследований переходных процессов в гидроприводе ходовой части погрузочной машины.

РАЗДЕЛ 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И НАГРУЗОК В ГИДРОПРИВОДАХ ШАХТНЫХ ПОГРУЗОЧНЫХ МАШИН.

4.1. Методика и результаты экспериментального определения фактической производительности шахтных погрузочных машин непрерывного действия в производственных условиях.

4.1.1. Общая концепция оценки производительности погрузочных машин непрерывного действия.

4.1.2. Устройство измерения мгновенной производительности методом кино - видеосъемки.

4.1.3. Устройство измерения мгновенной производительности электромеханическим способом.

4.1.4.Характеристика объекта условий проведения замеров.

4.1.5. Результаты и анализ замеров производительности.

4.2. Экспериментальные исследования полноразмерного образца погрузочной машины с клиновыми нагребающими лапами и гидроприводом поступательного действия.

4.2.1. Цели и основные положения методики экспериментальных исследований.

4.2.2. Результаты исследований и оценка адекватности математических моделей.

4.3. Оценка адекватности результатов моделирования динамики переходных процессов в гидроприводе ходовой части.

4.3.1. Методика и аппаратурное обеспечение экспериментальных исследований.

4.3.2. Результаты экспериментальных исследований нагрузок в гидроприводе ходовой части машины МПК1000Т.

РАЗДЕЛ 5. НАДЕЖНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ПРИМЕНЕНИЯ ШАХТНЫХ ПОГРУЗОЧНЫХ МАШИН ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ В УГОЛЬНОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

5.1. Результаты производственных исследований и обобщение показателей надежности шахтных погрузочных машин массового производства.

5.1.1. Методические аспекты получения и обработки информации.

5.1.2. Сравнительная оценка показателей надежности основных узлов, сборочных единиц и гидрооборудования погрузочных машин с парными нагребающими лапами и ковшового типа.

5.1.3. Характерные отказы погрузочных машин и причины их возникновения при эксплуатации.

5.2. Обоснование критерия эффективности применения погрузочных машин с учетом показателей надежности и долговечности узлов и деталей.

5.2.1. Выбор и обоснование номенклатуры показателей надежности применительно к шахтным погрузочным машинам.

5.2.2. Априорный анализ надежности погрузочной машины, как сложной системы.

5.3. Разработка методики и алгоритма определения затрат потребителя при эксплуатации шахтных погрузочных машин.

5.3.1. Метод статистических испытаний как механизм исследования случайных процессов.

5.3.2. Моделирование потока отказов и восстановлений и определение удельных затрат при эксплуатации погрузочной машины.

5.3.3. Оценка надежности и сопоставительный анализ эффективности применения серийной машины 2ПНБ2 (МПН) и экспериментального образца машины МПНК.

5.4. Исследование влияния конструктивных компоновок гидрофицированных рабочих органов на эффективность применения шахтных погрузочных машин.

5.5. Основные положения методики прогнозной оценки эффективности применения шахтных погрузочных машин в угольной промышленности.

РАЗДЕЛ 6. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

РАЗРАБОТКА, ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ШАХТНОЙ ПОГРУЗОЧНОЙ МАШИНЫ С ГИД -РОФИЦИРОВАННЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ НОВОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ.

6.1. Структурно - логическая схема методики выбора параметров и оценки эффективности применения шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами.

6.2. Разработка и производственные испытания опытного образца шахтной погрузочной машины МПНК с гидрофицированным рабочим органом.

6.3. Краткий обзор методических разработок по результатам исследований, принятых и использованных при модернизации серийных и создании новых образцов шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами.

Актуальность проблемы. В России ежегодно добывается 240 -250 млн. тонн угля и его доля устойчиво составляет 12 - 14 % в энергетическом балансе народного хозяйства страны, а в производстве тепловой энергии - 24 - 28 %. При этом угольная промышленность страны является основным потребителем горнопроходческой техники.

Разработанная и действующая Федеральная целевая программа создания и освоения производства современного горно-шахтного оборудования состоит из проектов, систематизированных по трем основным направлениям:

- разработка и освоение производства техники новых поколений;

- модернизация пользующегося потребительским спросом оборудования и совершенствование технологии его производства;

- создание современной системы технического обслуживания и ремонта горных машин и механизмов.

Программа является новой концепцией развития угольного машиностроения, предусматривающей индивидуальный подход к разработке и созданию техники, ориентированной на конкретные горнотехнические условия ее применения. Предполагается использование гибких технологий проектирования, изготовления и сервиса современного горного оборудования, обеспечивающих комплексное и быстрое реагирование на требования потребителей. Такой подход в полной мере относится к горнопроходческой технике, в частности к шахтным погрузочным машинам.

При любом способе проведения подготовительных выработок погрузка и доставка горной массы является неотъемлемой частью технологического цикла. При буровзрывной проходке используются погрузочные и погрузочно-транспортные машины. Одним из перспективных направлений их развития в России и за рубежом является применение гидравлических приводов исполнительных механизмов. Это подтверждается созданием ряда ковшовых погрузчиков, например "Deilmann-Haniel " 9

- К-312, К- 313, G-210 и др. Разработаны и успешно действуют отечественные погрузочные машины МПКЗ, МПНБ. Прошли производственные испытания опытные образцы машин МГЖ1000Т, ПНБЗД2М, проходческого комбайна КГОО (с гидрофицированным погрузочным органом).

Существующие в настоящее время методы создания оборудования базируются на изучении рабочих процессов, структурно-функциональном синтезе технических решений, их параметрической оптимизации, учете фактических или требуемых показателей надежности. При этом отсутствуют концептуальные подходы, отвечающие методологии выбора рациональных параметров машин на основе конечной оценки эффективности их применения и эксплуатации. Следуя принципам системного подхода, предлагается решать проблему оптимизации параметров и создания горно-проходческого оборудования, в частности шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами, постановкой и решением многоуровневой задачи, предусматривающей поэтапное формулирование критериев с учетом закономерностей рабочих процессов, динамических характеристик привода и ожидаемых показателей надежности создаваемого объекта. Использование единого функционала цели нецелесообразно, так как поставленная задача является многофакторной и требует итеративного подхода.

Суммарный объем проведения подготовительных выработок на шахтах Российского Донбасса в 1999 г. составил. - 73 км, из них 84 % -пройдено буровзрывным способом с применением погрузочных машин и только 2% - комбайновым способом. Регион является своеобразным полигоном для испытания и оценки эффективности проходческой техники при буровзрывном способе проведения выработок. Кафедрой "Горные машины и оборудование" Шахтинского института ЮжноРоссийского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) многие годы совместно с ОАО "Копейский машиностроительный завод" систематически ведутся производственные наблюдения за работоспособностью погрузочных машин 1ПНБ2, 2ПНБ2Б, МПКЗ, МПНБ и др. Накоплен значительный объем информации, которая позволяет обоснованно подойти к определению

10 исходных данных при прогнозировании ожидаемых затрат потребителя вновь создаваемой техники в реальных условиях эксплуатации.

Таким образом, созданы условия для разработки принципов многоуровневого выбора основных параметров и создания шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами на основе технико-экономической оценки конечной эффективности их применения, что является актуальным.

Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа входит в состав исследований по научному направлению: "Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда", утвержденному решением Ученого Совета ЮРГТУ(НПИ) от 25.01.95 г., и выполнена в рамках тем 27.94 "Разработка научных основ автоматизированного проектирования проходческих систем" и П-53-767 " Исследование рабочих процессов и совершенствование конструкций горнопроходческих машин", проводимых кафедрой "Горные машины и комплексы" в рамках НИР ЮРГТУ (НПИ).

Цель работы. Разработать принципы выбора основных параметров шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами на основе технико-экономической оценки эффективности их функционирования.

Идея работы. Использование закономерностей рабочих процессов, динамических характеристик гидравлических привЬдов и фактических показателей надежности элементов шахтных погрузочных машин для решения многоуровневой оптимизационной задачи выбора параметров и оценки эффективности шахтных погрузочных машин методом статистических испытаний.

Научные положения: - оптимизацию параметров горно-проходческого оборудования, в частности шахтных погрузочных машин, целесообразно осуществлять постановкой и решением многоуровневой задачи, предусматривающей поэтапное формулирование критериев с учетом закономерностей рабочих процессов, динамических характеристик привода и ожидаемых по

11 казателей надежности создаваемого объекта; конечный критерий оптимальности технического решения - минимизация удельных затрат потребителя на момент отработки установленного ресурса при обеспечении технической производительности не ниже заданной;

- область допустимых параметров шахтных погрузочных машин определяется из условия достижения ими максимальной производительности с минимизацией остаточных силовых и энергетических ресурсов, с учетом переходных процессов в гидроприводе, динамики системы в целом, реализуемых траектории движения и формы нагребающих элементов, фактических зон обрушения и выдавливания сыпучего материала и его физико-механических характеристик при помощи экспериментально полученных зависимостей, подтверждающих теоретически разработанные модели;

- переходные процессы в гидравлических приводах шахтных погрузочных машин подчиняются закономерностям, характеризуемым системой нелинейных дифференциальных уравнений и соответствующей эквивалентной гидродинамической схемой, включающей один или несколько гидродвигателей, регулируемые дроссели и алгоритм управления последними, обеспечивающий моделирование работы принятых к исследованию компоновочных схем исполнительных механизмов с гидравлическими приводами;

- исследуемый класс шахтных погрузочных машин по характеру основных процрссов, определяющих переход в предельное состояние, относится к изнашиваемым при преобладании абразивног о и усталостного видов износа, по фактическим условиям и показателям применения - к восстанавливаемым изделиям конкретного назначения; допускается их нахождение в некотором частичном нерабочем состоянии, отказы не приводят к последствиям катастрофического характера, а также возможны их техническое обслуживание и обезличенный ремонт, что позволяет использовать применительно к данному набору отличительных признаков конкретную номенклатуру показателей надежности: коэффициент сохранения эффективности кэф, вероятность безотказной работы P{tn), вероятность восстановления P(te), сред

12 нее время восстановления Те и наработки до отказа Та, средний ресурс до списания Тр ср сп и до капитального ремонта Трсркр ;

- при использовании метода статистических испытаний, для оценки эффективности эксплуатации шахтных погрузочных машин достаточно иметь возможность генерировать три потока: случайных чисел, подчиненных экспоненциальному, экспоненциально-степенному и логарифмически-нормальному законам распределения, причем для потока отказов рекомендуется принимать к исследованию экспоненциально-степенной закон (распределение Вейбулла) с показателем степени k = 0,8. 1,5, для потока восстановлений, кроме экспоненциального, возможно применение и логарифмически-нормального закона распределения;

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным применением современных методов исследований: анализа научно-исследовательских работ, посвященных исследуемому вопросу; апробированных методов графоаналитического исследования предельно напряженного состояния сыпучей среды; статистических методов планирования и обработки результатов экспериментов, проведенных на экспериментальных образцах погрузочных машин; выполнением расчетов на ПЭВМ; адекватностью теоретических моделей реальному процессу (расхождение расчетных и опытных данных в большинстве случаев не превышает 10%); достаточностью объема экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,9 и коэффициенте вариации не превышающем 0,18.

Новизна научных положений заключается:

- в разработке и обосновании нового сочетания критериев эффективности и функций ограничений, обеспечивающих выбор параметров шахтных погрузочных машин, отвечающих требованиям минимизации удельных затрат потребителя на момент отработки установленного ресурса и достижения производительности для принятого технического решения на уровне не ниже заданного;

- в уточнении математических моделей формирования сопротивлений внедрению клиновых нагребающих элементов в штабель сыпучего

13 материала, учитывающих ограниченность длины, форму и траекторию движения элемента, а также взаимное расположение зон обрушения и выдавливания материала коэффициентами, полученными в результате проведения теоретических исследований графоаналитическим методом интегрирования уравнений предельного напряженного состояния сыпучей среды и подтверждения комплексом экспериментальных исследований на полноразмерных образцах шахтных погрузочных машин;

- в универсальности разработанных эквивалентных динамических схем и математических моделей работы гидроприводов погрузочных машин, позволяющих производить качественную и количественную оценку переходных процессов на этапе проектирования и оптимизации параметров с учетом реальных ожидаемых режимов нагружения для принятых технических решений;

- в определении отличительных признаков и конкретной номенклатуры показателей надежности, необходимой и достаточной для проведения исследований и прогнозной оценки эффективности шахтных погрузочных машин по критерию минимальных затрат к моменту отработки ресурса;

- в определении конкретной принадлежности законов распределения случайных чисел потокам отказов и восстановлений узлов и деталей шахтных погрузочных машин.на основе экспериментально полученных данных.

Значение работы. Научное значение заключается в формулировании и уточнении основных принципов выбора параметров шахтных погрузочных машин, общих и частных критериев оптимизации на каждом из последующих этапов расчета и получении исходных данных для математического моделирования нагрузок, формирующихся при взаимодействии исследуемых механизмов с сыпучей средой, переходных процессов в гидравлических приводах и потоков отказов и восстановлений, с последующим определением ожидаемых удельных затрат при эксплуатации машины к моменту отработки ресурса.

Практическое значение состоит в том, что ее результаты использованы при оценке технического уровня шахтных погрузочных машин

14 массового производства (1ПНБ2, 2ПНБ2, МПНБ,ПНБЗД2М, МПКЗ), совершенствования экспериментальных и опытных образцов машин с гидравлическими приводами (МПК1000Т, КП20), а инженерные методики расчета, алгоритмы и программное обеспечение легли в основу создания, изготовления и испытания шахтной погрузочной машины непрерывного действия с клиновыми нагребающими лапами и гидроприводом поступательного действия МПНК как объекта нового технического уровня.

Внедрение результатов диссертационной работы.

Результаты исследований нашли отражение:

- в "Методике выбора параметров погрузочных органов с клиновыми нагребающими элементами", утвержденной ОАО " Копейский машиностроительный завод" (КМЗ) и использованной при разработке проекта, изготовлении и испытании опытно-экспериментального образца гидрофицированной погрузочной машины МПНК;

- в "Методике выбора рациональных параметров погрузочной машины типа ПНБ с гидрофицированным рабочим органом " и "Исходных требованиях и данных на проектирование экспериментального образца погрузочной машины с гидрофицированным рабочим органом ", утвержденных Ясногорским машиностроительным заводом (ЯМЗ) и институтом ВНИПИРудмаш;

- в "Методике экспериментального определения мгновенной производительности шахтных погрузочных машин типа ПНБ", утвержденной и принятой к использованию заводом ЯМЗ, институтами ВНИПИРудмаш и ДжезказганНИПИцветмет;

- в "Методике организации сбора и анализа информации об эксплуатационных качествах проходческого оборудования в условиях Российского Донбасса", утвержденной и принятой к использованию ОАО "Ростовуголь", ОАО Туковуголь" и ОАО "КМЗ";

- при разработке, создании и испытании ОАО "КМЗ" опытно-экспериментальных образцов погрузочных машин (1ПНБ2к, МПНК, МПК1000Т) и проходческих комбайнов избирательного действия (КП20) с клиновыми нагребающими элементами;

15

- при модернизации отдельных узлов и деталей серийно выпускаемых погрузочных машин (МПНБ) и проходческих комбайнов (ГПКС).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы нашли отражение и получили одобрение на заседаниях Советов НТО Копейского и Ясногорского машиностроительных заводов (1983 - 1999 г.г.), на научно-практических конференциях Шахтинского института ЮРГТУ (НПИ) (1983 - 1999 г.г.), на научных семинарах кафедр "Горные машины и оборудование", "Подъемно - транспортные машины" ЮРГТУ (НПИ) (1984 - 1999г.г.), на научном семинаре кафедры "Горные машины и комплексы" Московского горного института (1989 г.), на семинарах лаборатории буровзрывных проходческих комплексов ИГД им. А.А.Скочинского (г. Люберцы, 1985 - 1989 г.г.), на научно - технических семинарах институтов ВНИПИРудмаш и ДжезказганНИПИцветмет (г.г. Кривой Рог, Джезказган, 1990 - 1992 г.г.), на техническом совещании отдела новой техники Норильского ГМК (1989 г.), на семинарах Северо - Кавказского горно-металлургического института (г. Владикавказ, 1989 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции молодых специалистов угольной промышленности - система "Человек - машина - среда" (г.Москва, 1990 г.), на втором семинаре по угольному машиностроению Кузбасса (г. Кемерово, 1991г.), на межотраслевом семинаре "Горноподготовительные работы на шахтах - состояние, проблемы, перспективы развития" (г. Гуково, 1995 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 54 научные работы, в том числе 1 монография, 31 статья, получено 12 авторских свидетельств и патентов, оформлено 10 отчетов по результатам НИР.

Объем работы. В диссертации, изложенной на 414 страницах машинописного текста с рисунками и таблицами, содержится введение, шесть глав, заключение и список использованных источников из 171 наименования и оформленные отдельным томом приложения.

10. Основные результаты и научные положения легли в основу методических разработок по созданию и технико-экономической оценке принципиально новых рабочих органов шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами, выбору их рациональных параметров. Один из вариантов воплощен в экспериментальном образце шахтной по

261 грузочной машины нового технического уровня с клиновыми нагребающими элементами и гидроприводом поступательного действия МПНК, созданной и испытанной ОАО "Копейский машиностроительный завод".

262

1. Козлов С.В. Развитие производства современного оборудования для угольной промышленности Российской Федерации // Горные машины и электромеханика. М.: Машиностроение, 2000 г., № 1.

2. Техника и технология горноподготовительных работ в угольной промышленности / Под ред. Нильвы Э.Э. М.: Недра, 1991. - 315 с.

3. Проходчик горных выработок: Справочник рабочего / Под ред. Петрова А.И. -М.: Недра, 1991.

4. Евневич А.В. Транспортные машины и комплексы. М.: Недра, 1975.-415 с.

5. Малевич Н.А. Горнопроходческие машины и комплексы. М.: Недра, 1980. - 384 с.

6. Григорьев В.Н., Дьяков В.А., Пухов Ю.С. Транспортные машины для подземных разработок. М.:Недра, 1984. - 383 с.

7. Пухов Ю.С. Транспортные машины. М.: Недра, 1987. -232 е.

8. Архангельский А.С. Проходческие комбайны. М.:Углетехиздат, 1956. -176 с.

9. Проходческие комбайны / Базер Я.И., Крутилин В.И., Соколов Ю.Л. и др. -М.: Недра, 1974. 383 с.

10. Нильва Э.Э., Игнатьев В.И. Основные направления развития техники и технологии проведения подготовительных выработок за рубежом // Добыча угля подземным способом: Реф. науч.-техн. сб. / ЦНИИЭИуголь. М., 1982. - № 8. - 40 с.

11. Циферблат В.JI., Михальчук М.В. Шахтные погрузочные и по-грузочно-транспортные машины за рубежом// Черная металлургия: Бюллютень научно-технической информации.-1981/-№16.

12. Ивановский Э.С., Юсипов А.А. Погрузочные машины за рубе-жом//Цветная металлургия.-1984.-№3.

13. А.С. 870311 СССР, МКИ G65G65/02. Погрузочная машина/ В.Г.Сильня, Г.Ш.Хазанович, В.В.Волков.- Заявл 01.06.78; Опубл.17.Ю.81, Бюл.№ 37.

14. А.С. 1138519 СССР, МКИ E21F13/02. Рабочий орган погрузочной машины / Е.И.Киселев, В.В.Семенов, С.И.Носенко, В.Н.Семерников, А.С.Носенко.- Заявл. 04.08.83; 0публ.07.02.85, Бюл.№5.

15. А.С. 12099000 СССР, МКИ E21F13/00. Рабочий орган погрузочной машины / В.В.Семенов, С.И.Носенко, В.Н.Семерников Заявл. 18.09.84; 0публ.07.02.86, Бюл.№ 5.

16. А.С. 1686187 СССР, МКИ E21F13/00. Рабочий орган погрузочной машины / В.В.Волков, В.Г.Хазанович, А.Г.Скуров, В.П.Тулупов, А.Ю.Головченко Заявл.21.04.89; Опубл.23.10.91, Бюл.№ 39.

17. А.С. 1709120, МКИ E21F13/00. Погрузочный орган / Ю.М.Ляшенко, В.Г.Хазанович, А.Г.Скуров, Е.А.Сафонцева Заявл.21.04.89; Опубл.30.01.92, Бюл.№ 4.

18. Рюмин И.Ф., Водяник Г.М. Научные основы создания математической модели системы "погрузочная машина 1 ПНБ2 забой" // Гидропневмоавтоматика и гидропривод технологических машин: Межвуз. сб.-Новочеркасск, 1982.

19. Гидрофицированный погрузочно-транспортный модуль проходческого комплекса / Г.Ш. Хазанович, И.Ф. Хребто, С.И. Носенко, Ю.М. Ляшенко, А.С. Носенко // Изв. Сев.-Кавк. науч. центра ВШ. Техн. науки. -1989. -№1. С. 17-23.

20. А.С. 1678724 СССР, МКИ В65 G65/02. Погрузочная машина / Ю.М. Ляшенко, Е.В. Никитин, Г.Ш. Хазанович, В.Г. Сильня, В.Е. Александров Заявл. 30.01.89; Опубл. 23.09.91. Бюл. № 35.264

21. Патент №2112145 РФ, МКИ МКИ E21F13/00./ Ю.М. Ляшенко, В.Г.Хазанович, С.И. Носенко, А.С. Носенко, В.П.Тулупов, С.Д.Сазонов -Заявл. 21.03.96; Опубл. 27.05.98. Бюл. № 15.

22. А.С. 1544698 СССР, МКИ B65G65/10. Погрузочный орган / А.С.Носенко, В.К.Голованов, Е.З.Переплетчиков Заявл.12.10.87; 0публ.23/02/90; Бюл.№7.

23. Патент № 2022894 РФ, МКИ МКИ B65G65/10. Погрузочный орган / А.С.Носенко, В.К.Голованов, Е.З.Переплетчиков, В.И.Есин За-явл.25.09.90; Опубл. 15.11.94; Бюл.№21.

24. Патент № 2057695 РФ, МКИ B65G23/44, 19/00. Натяжное устройство скребкового конвейера погрузочной машины / Г.Ш. Хазанович, А.С. Носенко, В.К.Голованов, В.И.Есин, Е.З.Переплетчиков, Е.А.Меныненина Заявл.28.09.92; 0публ.10.04.96; Бюл.№10.

25. Патент № 2108954 РФ, МКИ B65G25/08. Конвейер для транспортирования сыпучих и кусковых материалов / ГШ. Хазанович, А.С. Носенко, Ю.М. Ляшенко, Р.В.Каргин Заявл.31.01.96; 0публ.20.04.98; Бюл.№>11.

26. Кальницкий Я.Б. Вопросы терминологии и классификации погрузочных машин / Тр. ин-та "Гипроникель". Горное оборудование. Ленинград, 1958. - Вып. 2.

27. Кальницкий Я.Б., Родионов Г.В. Общая классификация шахтных погрузочных машин // Кальницкий Я.Б., Абрамсон Х.И., Родионов Г.В. Подземная механизированная погрузка. М.: Г.Н.-Т.И. литературы по горному делу, 1961. - С. 5-8.

28. Ляшенко Ю.М. Синтез функциональных модулей систем горнопроходческих машин/Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 1995.-73 с. -Деп. в ВИНИТИ 06.12.95, № 3253-В95.

29. Хазанович Г.Ш. К вопросу о систематизации погрузочно-транспортных подсистем проходческих комплексов. / Новочерк. политехи, ин-т. Новочеокасск, 1991. Деп. в ЦНИИЭИуголь 08.07^91, № 5319-УП91. -14 с.

30. Солод В.И., Первов К.М. Основы проектирования выемочных комплексов и агрегатов. М.: Изд-во МГИ, 1972. -170 с.265

31. Солод Г.И. Структурообразование и классификация конвейеров / А.Г. Шахмейстер, Г.И. Солод. Подземные конвейерные установки. -М.: Недра, 1976.-С. 31-37.

32. Горбунов В.Ф., Эллер А.Ф., Скоморохов В.М. Основы проектирования буровзрывных проходческих систем. Новосибирск: Наука, 1985. -185 с.

33. Проектирование и расчет проходческих комплексов / Горбунов В.Ф., Аксенов В.В., Эллер А.Ф. и др. Новосибирск: Наука, 1987. - 190 с.

34. Родионов Г.В. Некоторые вопросы теории рабочего цикла породопогрузочных машин периодического действия // Вопросы механизации погрузки скальных пород: Сб. тр. / ГГИ ЗСФ АН СССР Новосибирск, 1957.-Вып. 19.-С. 177-201.

35. Родионов Г.В., Михерев П.А. Основные закономерности при взаимодействии ковша со штабелем насыпного груза // Вопросы механизации погрузки скальных пород: Сб. тр. / ГТИ ЗСФ АН СССР Новосибирск, 1957. - Вып. 19. - С. 7-18.266

36. Родионов Г.В. Усилия, действующие на ковш при черпании скальных пород// Вопросы механизации погрузки скальных пород: Сб. тр. /ГГИ ЗСФ АН СССР.- Новосибирск,1957. -Вып. 19. С.47-54.

37. Родионов Г.В. О методике определения основных технических параметров породопогрузочных машин // Горные машины / ЦИТИугля. -М.: Углетехиздат, 1958. № з. - с. 67-72.

38. Родионов Г.В., Костылев А.Д. О геометрической форме ковшей породопогрузочных машин. Уголь, 1955. - № 9. - С. 30-34.

39. Костылев А. Д. Влияние геометрии ковша на сопротивление черпанию // Вопросы механизации погрузки скальных пород: Сб. тр. / ГТИ ЗСФ АН СССР. Новосибирск, 1957. - Вып. 19. - С. 55-70.

40. Костылев А.Д. О размерах ковшей погрузочных машин // Вопросы механизации погрузки скальных пород: Сб. тр. / ГГИ ЗСФ АН СССР. -Новосибирск, 1957. Вып. 19. - С. 73-80.

41. Тихонов Н.В. Погрузочные машины на рудниках. М.: ГНТИ литературы по горной и цветной металлургии, 1955. - 248 с.

42. Тихонов Н.В. Погрузочная машина с парными нагребающими лапами для скальных пород. Горный журнал, 1971. № 1. - С. 56-57.

43. Тихонов Н.В. Транспортные машины и комплексы горнорудных предприятий // М.:, 1975. 288 с.

44. Кальницкий Я.Б. Производительность машинной погрузки // Тр. ин-та Гипроникель. Ленинград, 1959. - Вып. 5. - С. 62-85.

45. Кальницкий Я.Б., Зеленкин В.Н. Опыт и перспективы применения погрузочных машин для выпуска руды в днищах блоков // Тр. ин-та Гипроникель. Ленинград, 1971. - Вып. 52. - С. 12-23.

46. Кальницкий Я.Б., Филимонов А.Т. Самоходное погрузочное и доставочное оборудование на подземных рудниках. М.:, 1974,- 302 с.

47. Музгин С.С. Методика определения параметров подземного экскаватора // С.С. Музгин. Экскавация крупнокусковой горной массы. -Алма-Ата: Изд-во Наука Каз. ССР, 1973. С. 100-106.

48. Музгин С.С. Погрузка руды самоходными машинами. Алма-Ата: Наука, 1984. - 224 с.267

49. Соловьев А.А. Применение механики сыпучих тел к определению сил сопротивления внедрению плоскости в штабель // Науч. тр. Харьк. горн, ин- та, Харьков, 1958. - Том VI. - С. 279-297.

50. Водяник Г.М., Дровников А.А., Васильев Ю.А. Погрузочная машина бокового захвата с автоматическим регулируемым режимом работы // Известия СКНЦ ВШ. Техн. науки. Ростов н/Дону, 1973. - № 1. -С. 29-33.

51. Верклов Б.А., Жуков В.А., Ровенок А.И. Система автоматического регулирования нагрузки погрузочных машин непрерывного действия // Горный журнал, 1970. № 10. - С. 59-61.

52. Верклов Б.А., Ровенок А.И. Энергетические характеристики погрузочной машины непрерывного действия // Горные машины и автоматика: Реф. науч.-техн. сб. / ЦНИЭИуголь. -1971. № 8 (137).

53. Экспериментальные исследования погрузочной машины непрерывного действия с регулируемой скоростью подачи / Верклов Б.А., Ровенок А.И. и др. // Физ. техн. пробл. разраб. полезн. иск. 1973. - № 3. - С. 59-61.

54. Хазанович Г.Ш. Динамика погрузочных машин. Погрузочные машины непрерывного действия // Проектирование и конструирование транспортных машин и комплексов : Учебн. пос. для вузов / Штокман И.Г. и др. М.: Недра, 1986. - С. 65-85,319-337.

55. Хазанович Г.Ш., Турушин В.А. К расчету динамических нагрузок в трансмиссии нагребающих лап шахтных погрузочных машин // Тр. Шахтинской науч.-техн. конф. по пробл. горн, науки и техн. (сб. докл.). -Шахты, 1970. С. 203-215.

56. Хазанович Г.Ш., Лоховинин С.Е. К вопросу формирования грузопотока погрузочными органами с нагребающими лапами / Новочер268касск, 1982. 32 с. - Библиогр.: 12 назв. Рук. деп. в ЦНИИТЭИТяжмаш. 20.12.82, № 1039 ТМ-Д82.

57. Хазанович Г.Ш., Лоховинин С.Е. Экспериментальные исследования производительности погрузочного органа с нагребающими лапами // Шахтный и карьерный транспорт. М.: Недра, 1984. № 9. -С.159-164.

58. Михирев П.А. Экспериментальные исследования процесса наполнения ковшей погрузочных машин // Вопросы механизации погрузки скальных пород: Сб. тр. / ГГИ ЗСФ АН СССР. Новосибирск, 1957. - Вып. 19.-С. 19-45.

59. Калмыков С.Г. Кинематическое и динамическое исследование зачерпывающего органа погрузочной машины с катящейся рукоятью // Горн, жур., 1948. № 3.

60. Иванов О.П Определение необходимого веса породопогрузочных машин // Тр. НПИ. Т. 23 / Ростов, обл. изд-во, 1952. - С. 22-27.

61. Сильня В.Г. Методика экспериментального исследования ковшовой погрузочной машины в уклоне // Тр. НПИ. Новочеркасск, 1961. -Т. 130.-С. 35-46.

62. Сильня В.Г. Основные результаты экспериментального исследования работы ковшовой погрузочной машины в уклоне // Тр. НПИ. -Новочеркасск, 1961. Т. 130. - С. 47-64.

63. Сильня В.Г., Михайлов В.Г. К теории работы ковшового погрузочного органа в уклоне // Тр. НПИ.-НовочеркасскД961. Т. 130. - С.5-17.

64. Сильня В.Г., Гагин О.Д., Хазанович Г.Ш. Экспериментальное исследование модели ковшового погрузочного органа в условиях уклонной выработки // Тр. НПИ. Новочеркасск, 1961. - Т. 130. - С.19-34.

65. О геометрии рабочего органа ковшовых погрузочных машин / О Д. Гагин, О.П. Иванов и др. // Тр. НИИ. Новочеркасск, 1963. - Т. 158. -С.79-85.

66. Гагин О.Д., Иванов О.П., Сильна В.Г. Некоторые вопросы теории взаимодействия ковшового погрузочного органа с породой // Вопросы рудничного транспорта: Сб. науч. тр. М.: Недра, 1965. - Вып. 9. -С.298-310.

67. Вопросы теории взаимодействия наклонной плоскости с сыпучим материалом / В.Д. Ерейский, Е.А. Крисаченко и др. // Исследование погрузочных машин, транспортных установок и вопросы их расчета: Сб. науч. тр. / НПИ. Новочеркасск, 1970. - Т. 214. - С. 24-30.

68. Ерейский В.Д., Сильня В.Г., Иванов О.П. Некоторые вопросы теории взаимодействия элементов ковша со штабелем насыпного груза // Механизация и автоматизация горных работ: Докл. III науч. сесс. / НПИ. -Новочеркасск, 1970. С. 9-12.

69. Ерейский В.Д., Полежаев В.Г., Иванов О.П. К определению сопротивления внедрению ковша в сыпучий материал // Грузоподъемные и транспортные установки: Сб. науч. тр. / НПИ. Новочеркасск, 1975. -Т.313. - С. 93-95.

70. Ерейский В.Д. Определение сопротивлений зачерпыванию сыпучего материала ковшовым погрузочным органом // Грузоподъемные иI270транспортные установки: Сб. науч. тр. / НПИ. Новочеркасск, 1975. -Т.313.-С. 96-100.

71. Гонтарь Н.В. Кинематика и динамика исполнительного органа погрузочной машины С-153 // Науч. тр. / Новочерк. политех, ин-т. 1955. -Т. 26.

72. Гонтарь Н.В. Об улучшения забирающего органа машины С-153 // Науч. тр. / Новочерк. политехи, ин-т. -1959. Т. 49.

73. Мариан И.Д. Требования к исполнительному органу погрузочной машины с загребающими лапами // Науч. тр. / Проект, и науч.-иссл. ин-т. Гипроникель. 1958. - Вып. 2. - Горное оборудование. -С.133-161.

74. Рюмин И.Ф., Михайлов В.Г. Исследование работы погрузочной машины непрерывного действия ГНЛ-ЗО по углю в условиях восстающих выработок. // Науч. тр. / Новочерк. политехи, ин-т, 1961. Т. 130. - С.79-94.

75. Рюмин И.Ф., Михайлов В.Г. Улучшение конструкции погрузочной машины ГНЛ-ЗО и исследование ее работы по породе в условиях восстающих выработок // Науч. тр. / Новочерк. политехи, ин-т, 1961. -Т.130.-С. 95-104.

76. Рюмин И.Ф. Обоснование режима работы погрузочной машины с нагребающими лапами // Науч. тр. / Новочерк. политехи, ин-т, 1964. Т. 159.-С. 50.

77. Рюмин И.Ф., Кравченко П.Д. Основные положения методики и стенд для исследования режимов работы погрузочных машин бокового захвата // Механ. и автомат, горн, работ: Докл. Ш науч. сесс. / НПИ. Новочеркасск, 1970. - С. 100-103.

78. Кравченко П.Д., Рюмин И.Ф. Влияние неравномерности перемещения нагребающих лап на производительность и энергоемкость погрузки //Науч. тр. / Новочерк. политехи, ин-т. 1970. - Т. 218. - С.119-125.

79. Методика экспериментального исследования процесса взаимодействия со штабелем погружаемого материала рабочего органа погрузочных машин бокового захвата / Е.А. Крисаченко, В.Г. Сильня и др. //271

80. Исследования погрузочных машин, транспортных установок и вопросы из расчета: Сб. науч. тр. / ИЛИ. Новочеркасск, 1970. - Т. 214. - С. 18-20.

81. Крисаченко Е.А. Взаимодействия рабочего органа погрузочной машины с парными нагребающими лапами со штабелем крупнокускового материала//Науч. тр. /Новочерк. политехи, ин-т, 1971. Т.237. - С. 71-78.

82. Носенко С.И., Хазанович Г.Ш. Динамика механизмов передвижения погрузочных машин, транспортных установок и вопросы их расчета // Тр. Новочерк. политехи, ин-та. Новочеркасск, 1970. - Т. 214. -С. 52-61.

83. Полуянский С.А. Исследование динамики рабочего органа электрической погрузочной машины ЭПМ-1 // Вопросы рудничного транспорта : Сб. статей. М.: Госгортехиздат, 1961. - Вып. 5. - С. 406-420.

84. Носенко А.С., Хазанович Г.Ш. Результаты экспериментальных исследований модели погрузочного органа с клиновыми нагребающими лапами / Межвуз. сб.: Грузоподъемные и погрузочные машины. Новочеркасск. РИО. НПИ, 1985. - С. 125-131.

85. Сафонцева Е.А., Носенко А.С. Моделирование рабочих процессов погрузочных органов непрерывного действия с объемным гидроприводом // Второй семинар по угольному машиностроению Кузбасса: Тез. докл., 22 23 октября 1991. - Кемерово. -1991. - С. 51 -52.272

86. Сильня В.Г., Хазанович Г.Ш. Выбор оптимальных параметров ковшовых погрузочных машин с использованием ЭЦВМ // Шахтный и карьерный транспорт. М.: Недра, 1980. - Вып. 6. - С. 194-202.

87. Погрузочная машина типа ПНБ с автоматическим регулированием режима погрузки / А.П. Гадючко, П.Д. Кравченко, И.Ф. Рюмин и др. // Грузоподъемные и транспортные установки: Сб. науч. тр. / НПИ Новочеркасск, 1975. - Т. 313. - Вып. П. - С. 61 -66.

88. Загороднюк В.Т. Автоматизация самоходных бурильных установок. Изд-во Ростов, ун-та, 1975. 208 с.

89. Загороднюк В.Т. Лазерные устройства в горной промышленности и строительстве. Новочеркасск: РИО НПИ, 1978. - 86 с.

90. Перспективы разработки шахтных погрузочных машин с автоматическим управлением / Г.Ш. Хазанович, Ю.М. Ляшенко, В.Г. Сильня, В.Е. Александров / Новочерк. полигехн. ин-т. Новочеркасск, 1985. -36 с.- Рук. деп. в ЦНИИТЭИТяжмаш 28.10.85, № 1552-ТМ.

91. А.С. 1121461 СССР, МКИ Е21 F13/02. Гидропривод рабочего органа / Ю.М. Ляшенко, Г Ш. Хазанович (СССР). № 3621500 /29-03; Заявл. 15.07.83; Опубл. 30.10.84, Бюл. № 40.

92. АС. 1126702 СССР, МКИ Е21 F13/02. Гидропривод погрузочной машины / Ю.М. Ляшенко, Г.Ш. Хазанович (СССР). -№3627240/29-03; Заявл. 26.07.83; Опубл. 30.11.84, Бюл. № 44.

93. А.С. 1165783 СССР, МКИ Е21 С35/24; Е21 F13/00. Способ автоматического управления шахтной погрузочной машиной с поворотным рабочим органом / Г.Ш. Хазанович, Ю.М. Ляшенко (СССР). -№3655920/22-03; Заявл. 24.10.83; Опубл. 07.07.85, Бюл. № 25.

94. Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 томах / В.С.Авдуевский и др. Том 3. Эффективность технических систем / Под редакцией В.Ф.Уткина. М.: Машиностроение, 1988,328 с.273

95. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Недра, 1988.-640 с.

96. Селиванов А.И. Основы теории старения машин. М.: Машиностроение, 1964,403 с.

97. ГОСТ 27.002 89. Надежность в технике. Основные понятия, термины и определения.

98. ГОСТ 27.003 90. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности.

99. Носенко С.И., Хазанович Г.Ш., Сильня В.Г. Некоторые технико экономические показатели эксплуатационной надежности и долговечности погрузочной машины 1111М - 4. В сб. Вопросы рудничного транспорта. Вып. 12. Киев. - Наукова думка, 1972.

100. Кугель Р.В. Долговечность автомобилей./М.: Машгиз, 1957.

101. Проников А.С. Износ и долговечность стан-ков./М. Машгиз, 1957.

102. Валкин Д.М. Резервы повышения долговечности планетарных редукторов угольных комбайнов ./ В сб. Вопросы надежности в горном деле, том 47. Донецкий научно исследовательский угольный институт,1969.

103. Палант Г.Я. Анализ и расчет надежности горных машин при эксплуатации./ В сб. Совершенствование технологии добычи угля на шахтах Донбасса. Том 51. М.: Недра, 1973.

104. Новицкий С.И. Эксплуатационная надежность струговых установок статического действия и пути ее повышения. Автореферат кандидатской диссертации, М.: МГИ, 1972.

105. Рахутин Г.С. Научные основы технического обслуживания. М.: Знание, 1971.

106. Консон А.О. Экономика ремонта машин. М.: Машиностроение,1970.

107. Истомин В.Н.Основные положения и рекомендации по агрегатному методу ремонта забойных машин. М.: Изд во ИГД им. АА.Скочинского, 1959.274

108. Оптимальные задачи надежности. Под редакцией И.А.Ушакова. М.: Изд во Комитета Стандертов, 1968.

109. Ляшенко И.В. Системное исследование проблем интенсификации процессов добычи угля. М.: Недра, 1983.

110. Проблемы компьютерного моделирования буровзрывных проходческих систем / Хазанович Г.Ш., Ляшенко Ю.М., Отроков А.В.: Ново-черк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 1996. - 21 с. - Деп. в ВИНИТИ 30.05.96, № 1776-В96.

111. Ляшенко Ю.М., Остановский А.А. Разработка погрузочно-транспортного комплекса для безлюдной технологии проведения выработок по крепким породам. // Второй семинар по угольному машиностроению Кузбасса (22-23 октября 1991г.). Кемерово. 1991. - С. 67-69.

112. А.С. 1469128 СССР, МКИ Е21 С27/24. Проходческий механизированный комплекс / И.Ф. Хребто, Г.Ш. Хазанович, В.Г. Сильня, В.Е. Александров, И.В. Ляшенко (СССР). № 4115113/23-03; Заявлено 16.05.86; Опубл. 30.03.89, Бюл. № 12.

113. Решение о выдаче патента на изобретение от 8.04.92г., МКИ Е21 D 8/10. Проходческий агрегат / В.Г. Сильня, И.В. Ляшенко, Г.Ш. Хазанович, И.Ф. Хребто, С.А. Логашкин, В.Е. Александров (Россия). -№4880064/03; Заявлено 06.11.90.

114. А.С. 1008458 СССР, МКИ Е21 F13/00. Проходческий щитовой агрегат / В.Ф. Горбунов и др. (СССР). № 3329571/22-03; Заявлено 05.08.81; Опубл. 30.03.81, Бюл. № 12.

115. А.С. 1089276 СССР, МКИ Е21 F13/02. Рабочий орган погрузочной машины / Ю.М. Ляшенко, Г.Ш. Хазанович, В.Г. Сильня, В.Е. Александров (СССР). № 3542073/03; Заявл. 25.01.83; Опубл. 30.04.84. Бюл. № 16.

116. А.С. 1377411 СССР, МКИ Е21 F13/00. Рабочий орган погрузочной машины / Ю.М. Ляшенко, В.Г. Сильня, Г.Ш. Хазанович (СССР). -№ 4082276/03; Заявл. 02.07.86; Опубл. 29.02.88. Бюл. № 8.

117. А С. 1620407 СССР, МКИ В65 G65/02. Погрузочная машина / Ю.М. Ляшенко, В.Г. Хазанович, А.С. Носенко, Е.А. Сафонцева (СССР). -№ 4653760/03; Заявл. 22.02.89; Опубл. 15.01.91. Бюл. № 2.

118. А.С. 1620408 СССР, МКИ В65 G65/02, Е21 F13/00. Погрузочная машина / Ю.М. Ляшенко, Г.Ш. Хазанович (СССР). № 4653835/03; Заявл. 22.02.89; Опубл. 15.01.91. Бюл. № 2.

119. А.С. 1654596 СССР, МКИ Е21 F13/00, В65 G65/02. Рабочий орган погрузочной машины / Г.Ш. Хазанович, Ю.М. Ляшенко, Е.В. Никитин, В.Г. Сильня, В.Е. Александров (СССР). № 4642726/03; Заявл. 22.02.89; Опубл. 15.01.91. Бюл. №2.

120. А.С. 1659675 СССР, МКИ Е21 F13/00. Погрузочная машина / Е.В. Никитин, Ю.М. Ляшенко, Г.Ш. Хазанович, В.Г. Сильня, В.Е. Александров (СССР). № 4642786/03; Заявл. 30.01.89; Опубл. 30.06.91. Бюл. № 24.

121. А.С. 1661454 СССР, МКИ Е21 F13/00. Рабочий орган погрузочной машины / Ю.М. Ляшенко, В.Г. Хазанович (СССР). №4642690/03; Заявл. 30.01.89; Опубл. 07.07.91. Бюл. № 25.

122. А.С. 1709120 СССР, МКИ Е21 F13/00. Погрузочный орган / В.Г. Хазанович, Ю.М. Ляшенко, А.С. Носенко, Е.А. Сафонцева, А.Г. Скуров (СССР). № 4682231/03; Заявл. 21.42.89; Опубл. 30.01.92. Бюл. № 4.

123. А.С. 1684184 СССР, МКИ В65 G25/00, 25/08. Конвейер для транспортирования сыпучих и кусковых материалов / В.Г. Сильня, Г.Ш Хазанович, А.А. Остановский (СССР). № 4753039/03; Заявл. 07.09.89; Опубл. 15.10.91, Бюл. №38.

124. А.С. 1237776 СССР, МКИ Е21 F 13/00. Рабочий орган погрузочной машины / В.Г. Сильня, Г.Ш. Хазанович, В.В. Волков, В.Е. Александров, Г.С. Черепанов, Г.Д. Гудков, Ю.М. Ляшенко (СССР).- № 972446/2203; Заявл. 11.08.80; Опубл. 15.06.86, Бюл. № 22.

125. А.С. 1086189 СССР, МКИ Е21 F 13/02. Рабочий орган погрузочной машины / Ю.М. Ляшенко, Г.Ш. Хазанович, В.Г. Сильня (СССР). -№3555052/29-03; Заявл. 21.02.83; Опубл. 15.04.84, Бюл. № 14.

126. А.С. 870311 СССР, МКИ В65 G65/02. Погрузочная машина / В.Г. Сильня, Г.Ш. Хазанович, В.В. Волков (СССР). № 2623029 /27-11; Заявлено 01.06.78; Опубл. 17.10.81, Бюл. № 37.

127. А.С. 1051019 СССР, МКИ В65 G65/02. Погрузочная машина / Г.Ш. Хазанович, В.Г. Сильня, В,Е. Александров, И.Ф. Суслин (СССР). № 3455124/27-11; Заявл. 22.06.82; Опубл. 30.10.83, Бюл. №40.

128. А.С. 1146471 СССР, МКИ Е21 F13/00, В65 G65/02. Погрузочная машина / В.Г. Сильня, Г.Ш. Хазанович, В.В. Волков, В.Е. Александров, Г.Д. Гудков (СССР). № 2972443/22-03; Заявл. 11.08.80; Опубл. 23.03.85, Бюл. №11.

129. А.С. 1121214 СССР, МКИ В65 G65/02. Погрузочная машина / В.Н. Чирков, В.Е. Александров, В.Г. Сильня, И.Ф. Суслин, Г.Ш. Хазанович, В.Н. Семерников (СССР). № 3455663/27-11, 3455662 /27-11; Заявл. 22.06.82; Опубл. 30.10.84, Бюл. № 40.

130. Хазанович Г.Ш., Сильня В.Г. Основные положения методики выбора параметрического ряда погрузочных машин// Шахтный и карьерный транспорт.- М. : Надра, 1983,- Вып. 8.

131. Хазанович Г.Ш.,Сильня В.Г. Выбор оптимальной структуры параметрического ряда погрузочных машин с боковой разгрузкой ковша с применением ЭВМ// Шахтный и карьерный транспорт.- М. : Недра, 1983.277

132. Математическое моделирование вариантов, оптимизация параметров базовых типоразмеров и структуры параметрического ряда погрузочных машин с боковой разгрузкой ковша: Отчет о НИР/ НПИ; Руководитель Г.Ш.Хазанович; № ГР 01860056493, Новочеркасск, 1988.

133. Хазанович Г.Ш., Лоховинин С.Е. Экспериментальные исследования производительности погрузочного органа с нагребающими лапами// Шахтный и карьерный транспорт. М.: Недра, 1984.-№9.

134. Хазанович Г.Ш., Лоховинин С.Е. Исследование и разработка регулятора подачи к погрузочной машине с парными нагребающими лапами // Шахтный и карьерный транспорт. М.: Недра, 1980, № 6. - С.202-208.

135. Ляшенко Ю.М. К определению сопротивлений внедрению погрузочного органа в виде рамки с клиновым носком в сыпучий материал // Грузоподъемные и погрузочные машины: Сб. межвуз. Новочеркасск, 1985. - С. 120-124.

136. Ляшенко Ю.М. Математическое описание рабочих процессов погрузочной машины с клиновым нагребающим носком / Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 1996. - 10 с. - Деп. в ВИНИТИ 08.02.96, №444-В96.

137. Голушкевич С.С. Статика предельного состояния грунтовых масс. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1957,-286 с.

138. Клейн Г.К. Строительная механика сыпучих тел. М.: Гос-стройиздат, 1956. - С. 116-132.

139. А.С.Носенко, Е.А.Сафонцева. Основные положения методики назначения нагрузок в приводе клиновых нагребающих лап/ Изв. Сев -Кавк .науч. центра высш. шк. -10 с. Деп. в ВИНИТИ 01.12.90, № 7244.278

140. Хазанович ГШ, Ляшенко Ю.М. К вопросу о компьютерном моделировании проходческих систем // Комплексное изучение и эксплуатация месторождений полезных ископаемых: Матер, межд. конф. Новочеркасск, НГТУ. 1995. - С. 146-150.

141. Эффективность погрузочных машин с боковой разгрузкой ковша / В.Е. Александров, Г.С. Черепанов, В.Г. Сильня, Г.Ш. Хазанович // Шахтное строительство. -1978.-№ 6. С. 12-16.

142. Пшеничный В.И., Данилин Ю.М. Численные методы в экстремальных задачах.-М.: Наука, 1978.

143. А.С.Носенко, Е.А.Меныпенина. Рабочие органы шахтных погрузочных машин непрерывного действия с гидравлическими приводами. Монография / Новочерк. гос. техн. ун т.- Новочеркасск:НГТУ, 1997 -63 с.

144. Решение дифференциальных уравнений методами Рунге-Кутта// В кн: В.М.Лифшиц, Б.Ф.Левитин. Приближенные вычисления и программирование на ЭВМ.- Л.: Машиностроение.- 1983.

145. Машина погрузочная МПК-3. Каталог деталей и сборочных единиц. МПК3.00.00.000КД. Копейск: Копейский машзавод, 1991.- 279 с.

146. Ковалевский В.Ф., Железняков Н.Г., Бейлин Ю.Е. Справочник по гидроприводам горных машин. М.: Недра, 1973. - 504 с.

147. Коваль Н.В. Гидравлика и гидропривод горных машин. М.: Машиностроение, 1979. - С. 225-227,268.

148. Хазанович В.Г. Измерение грузопотока, формируемого горнопроходческой машиной / Система Человек-машина-среда в горном деле. Настоящее и будущее: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. молодых специал. угольн. прмышл. М., 1990.- с.81 - 82.

149. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М: Физматгиз, 1968.

150. Першин В В. Интенсификация горно проходческих работ при реконструкции шахт.-М.: Недра, 1988.-136с.

151. Методика выбора показателей для оценки надежности сложных технических систем. Госстандарт СССР, М.: ВНИИС, 1979.

152. Бусленко Н.П. и др. Метод статистических испытаний метод Монте Карло). Гос. изд - во физико - математической литературы. М.1962,331 с.1. Новочеркасск 200021. СОДЕРЖАНИЕ1. ТОМ 2.