автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Разработка и выбор рациональных параметров гидрофицированного погрузочного органа проходческого комбайна избирательного действия

РГБ ОД

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОЧЕРКАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ХАЗАНОВИЧ Владислав Григорьевич

УДК 622.619

РАЗРАБОТКА И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОФИЦИРОВАННОГО ПОГРУЗОЧНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА ИЗБИРАТЕЛЬНОГО

ДЕЙСТВИЯ

05.05.06 - "Горные машины"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск 1996

Работа выполнена в Новочеркасском государственном техническом университете (НГТУ)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Крапивин М.Г.

Официальные оппоненты- доктор технических наук, профессор

Глебов Н.А.

кандидат технических наук, доцент Чефранов В.В.

Ведущее предприятие - АООТ "Копейский машиностроительный

завод"

Защита диссертации состоится 20 декабря 1996 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 063. 30.02 при Новочеркасском государственном техническом университете по адресу: 346400, г.Новочеркасск, Ростовской обл., ГСП-1, ул. Просвещения, 132 (гл. корпус, к. 107).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке университета.

Автореферат разослан " 11 " ноября 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент

В.С.Баранов

Общая характеристика работы

Повышение эффективности добычи угля подземным способом непосредственно связано с уменьшением трудоемкости и ускорением проведения подготовительных выработок, которые являются одним из важнейших технологических звеньев, определяющих качественное и своевременное воспроизводство очистного фронта, сроки подготовки новых горизонтов и реконструкции действующих шахт.

В 1995 году на угольных шахтах России из общего объема - 940 км проходческими комбайнами пройдено 376 км (40%), буровзрывным способом

- 515 км (54,8%), гидравлическим - 49 км (5,2%) выработок. Перспективы скоростного проведения выработок могут быть реализованы при использовании буровзрывных проходческих комплексов или агрегатов по крепким породам и комплексов на основе проходческих комбайнов избирательного действия по более мягким породам. При этом проходческие комплексы, в т.ч. комбайновые, оснащаются, как правило, погрузочными органами непрерывного действия с нагребающими лапами.

Научно-исследовательские, проектно-конструкторские организации -ИГД им. A.A. Скочинского, ЦНИИПодземмаш, КузНИУИ, вузы - МГГУ, НГТУ, ТулГУ и другие ведут работы по исследованию процессов разрушения горных пород, а заводы изготовители - Копейский и Ясиноватский - по совершенствованию исполнительных органов проходческих комбайнов избирательного действия. При этом значительно меньшее внимание уделяется изучению процесса взаимодействия погрузочного органа с разрушенным материалом, повышению его эффективности, несмотря на то, что исполнительный и погрузочный органы комбайна обладают кинематическими и конструктивными связями. Изучение возникающих при работе комбайна физических процессов - разрушения породного массива, формирования штабеля разрушенной горной массы, ее погрузки, а также совершенствование узлов комбайна - исполнительного, погрузочного органов и ходовой части, должны проводиться комплексно с учетом их структурных взаимосвязей. Наблюдения за режимами работы комбайнов избирательного действия, выполненные на шахтах НГТУ и Копейским машиностроительным заводом (КМЗ), показали:

- в выработках, проводимых по углю и мягким породам, поступление разрушенного материала превышает максимальную производительность погрузочного органа, что приводит к нарастанию объема неубранной горной массы и дополнительным затратам времени на ее погрузку, повышению нагрузок в приводе погрузочного органа и, как следствие, к снижению надежности элементов привода;

- погрузочные органы типа ПНБ, применяемые на серийно выпускаемых комбайнах избирательного действия, вследствие расположения их приводных

элементов в зоне погрузки под плитой питателя недостаточно надежны и трудоемки в ремонте, что снижает техническую и эксплуатационную производительность комбайна в целом;

- из-за последовательного разрушения участков забоя исполнительным органом происходит неравномерная загрузка погрузочного органа, а конструкция его приводов и исполнительных элементов не позволяет адаптироваться к процессу разрушения (изменять фронт погрузки, частоту черпаний нагребающих лап), что приводит к снижению производительности погрузки и комбайна в целом.

Таким образом, разработка погрузочных органов комбайнов с повышенными показателями производительности и надежности, с возможностью адаптации к процессу разрушения массива, методов расчета производительности комбайна с учетом структурных взаимосвязей его элементов и выбора параметров погрузочных органов является актуальной.

Соответствие диссертации плану работ НГТУ и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления НГТУ "Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда", утвержденного ученым советом в 1994 г., хозяйственных договоров НГТУ с КМЗ "Исследование погрузочных органов машин и проходческих комбайнов избирательного действия и разработка предложений по повышению их производительности" (№ ГР. 01880011085), "Повышение эффективности погрузочных органов проходческих комбайнов избирательного действия" (№ ГР 01900009394).

Цель работы. Повышение эффективности функционирования погрузочных органов проходческих комбайнов избирательного действия путем совершенствования их конструкции и выбора рациональных параметров на основе исследований процессов взаимодействия с разрушенной горной массой.

Идея работы. Использование многогребковых поворотных клиновых лап с приводом от гидроцилиндров и особенностей процессов их взаимодействия с разрушенной горной массой для разработки погрузочного органа проходческого комбайна избирательного действия с рациональными параметрами и улучшенными эксплуатационными показателями.

Научные положения, разработанные лично соискателем и их новизна:

- при формировании производительности проходческого комбайна избирательного действия находятся во взаимосвязи процессы разрушения массива, образования пггабеля горной массы и ее захвата погрузочным органом; в отличие от известных подходов производительность проходческого комбайна

необходимо определять объемом погруженного материала в единицу времени;

- объем единичного захвата клиновой поворотной лапы, имеющей в плане излом, имеет области оптимальных значений по углу развала (излома) и частоте черпаний, а суммарный момент сопротивлений повороту лап при внедрении и зачерпывании практически не изменяется от угла развала;

- производительность и нагрузки в приводе многогребкового погрузочного органа существенно изменяются от взаимного расположения на питателе основных и периферийных гребков, центров их вращения, менее существенно влияние относительного направления их движения - встречного или однонаправленного;

- в отличие от общепринятого, выбор рациональных параметров погрузочного органа проходческого комбайна, обеспечивающих эффективность погрузки, производится по критерию удельных энергозатрат при заданной максимальной производительности комбайна в совокупности с конструктивными, кинематическими, геометрическим и и силовыми ограничениями, относящимися к процессам разрушения и погрузки.

В работе защищаются:

- конструктивно-компоновочная схема многогребкового погрузочного органа с клиновыми лапами и гидроприводом поступательного действия, отличающаяся повышенными показателями производительности и надежности (а.с. 1686187, 1709120, 1721268);

- метод экспериментального измерения производительности технологического оборудования, основанный на замерах мгновенных значений площадей поперечного сечения потока горной массы;

- закономерности и математические модели производительности и нагрузок в приводе погрузочного органа с учетом геометрических и кинематических параметров, в том числе направления движения, формы, конструктивных размеров и взаимного расположения клиновых гребков;

- методика и алгоритм расчета производительности проходческого комбайна как единой системы и нагрузок в приводе погрузочного органа на основе моделирования процессов разрушения горного массива, формирования штабеля горной массы, отбора ее погрузочным органом;

- основные положения методики и алгоритм выбора параметров многогребкового погрузочного органа с клиновыми поворотными лапами для проходческого комбайна избирательного действия.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных методов исследований: анализом научно-исследовательских работ по теме диссертации; статистическими методами планирования и обработки экспериментов, прове-

денных на модели, серийно выпускаемых комбайнах ГПКС и опытном образце комбайна КП-20; использованием современных ЭВМ для выполнения расчетов и обработки экспериментальных данных; оценками адекватности результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение расчетных и опытных данных в большинстве точек исследованной области не превышает 10%, что удовлетворяет данному типу исследований); достаточным объемом экспериментальных данных (при доверительной вероятности 0,9 коэффициент вариации не превышает 0,18).

Значение работы. Научное значение работы состоит в установлении закономерностей процессов формирования производительности комбайном, нагрузок в приводе погрузочного органа и в разработке математического аппарата для выбора рациональных параметров многогребковых погрузочных органов с клиновыми лапами с учетом физико-механических свойств разрушенного материала.

Практическое значение работы заключается в том, что ее результаты

- инженерная методика и алгоритм выбора параметров погрузочного органа использованы КМЗ при создании гидрофицированного многогребкового погрузочного органа опытного образца комбайна КП-20, испытания которого подтвердили работоспособность и эффективность применения погрузочных органов такого типа.

Кроме того, методики расчета производительности серийно выпускаемых комбайнов ГПКС и комбайнов с предлагаемыми погрузочными органами приняты для использования КМЗ в инженерной практике.

Внедрение результатов диссертационных исследований. Результаты исследований настоящей работы использованы:

- при разработке методики выбора параметров многогребкового погрузочного органа;

- при создании и испытаниях опытного образца проходческого комбайна КП-20 с гидрофицированным погрузочным органом, разработанным КМЗ и НГТУ;

- в методиках расчета производительности комбайнов семейства ГПКС и комбайнов новой серии КП с предлагаемым погрузочным органом.

Результаты исследований рекомендуются к использованию: ИГД им A.A. Скочинского, ЦНИИПодземмашу при разработке перспективных проходческих комбайнов и комплексов; Копейскому, Ясногорскому машиностроительным заводам при модернизации и разработке исполнительных органов погрузочных машин и погрузочных органов проходческих комбайнов избирательного действия.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на заседаниях секций совстов НТО Копейского маши-

ностроительного завода (г. Копейск, 1988 - 1996 гг), СКБ г. Ясиноватая (1987г); на научно-практических конференциях Новочеркасского государственного технического университета (1988 - 1996 гг). Института горного дела им. A.A. Скочинского (1990 г), Института угля СО АН СССР (г.Кемерово, 1991 г); на научных семинарах кафедр "Горные машины и оборудование" Шахтинского института НГТУ, "Горные машины и оборудование" и "Подъемно-транспортные машины и роботы" НГТУ (1988 - 1996 гг).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 статей и получено 3 авторских свидетельства.

Работа выполнена на кафедре "Горные машины и оборудование" НГТУ и в научно-исследовательской лаборатории кафедры "Горные машины и оборудование" Шахтинского института НГТУ, коллективам которых автор выражает глубокую признательность за оказанную помощь при постановке и решении задач исследований.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений; изложена на 230 страницах, в том числе на 119 страницах представлен текст, 56 страницах - рисунки, 15 страницах -таблицы и 34 страницах приложения; список использованных источников из 59 наименований приведен на 6 страницах.

Основное содержание работы

В главе 1 проведен анализ тенденций развития проходческих комбайнов избирательного действия, их надежности, методов выбора параметров комбайнов, исследований формирования грузопотока комбайном.

Исследования по совершенствованию проходческих комбайнов и погрузочных машин проводились в различное время Бароном Л.И., Бреннером В.А., Буниным В.И., Водяником Г.М., Гетопановым В.Н., Глатманом Л.Б., Глебовым H.A., Горбуновым В.Ф., Губиным Н.Т., Дмитраком Ю.А., Заго-роднюком В.Т., Зайковым В.М., Кальницким Я.Б., Кантовичем Л.И., Картавым Н.Г., Костылевым А.Д., Крапивиным М.Г., Крыловским А.Л., Малевичем H.A., Малиовановым Д.И., Михиревым П.А., Первовым K.M., Сильня В.Г., Солодом В.И., Сысоевым НИ., Топчиевым A.B., Щепетковым С.А., Чернявской Т. А., Эллером А.Ф. и многими другими.

На основе анализа конструкций комбайнов и патентного обзора установлено, что при повышении энерговооруженности исполнительных органов, применении гидропривода для их перемещений, погрузочные органы выполняется в основном по схеме, подобной погрузочным машинам типа ПНБ с электромеханическим приводом, расположенным в зоне погрузки. Погрузочные органы в таком исполнении недостаточно надежны, трудоемки в ремонте. Например, частота отказов на 1000 м3 вынутой горной массы для погру-

зонного органа комбайна типа ГПК составляет 0,37, для исполнительного органа - 0,26, а трудоемкость ремонтов относительно комбайна в целом составляет для погрузочного органа - 20,8%, для исполнительного органа -10,7%. Используемые погрузочные органы не обеспечивают необходимое расширение фронта погрузки разрушенной горной массы.

Анализ состояния вопроса приводит к выводу, что известные методы выбора параметров комбайнов дают возможность определять характеристики процесса разрушения и конструктивные размеры исполнительного органа. При этом взаимодействие погрузочного органа со штабелем не учитывается, что не позволяет обоснованно выбирать параметры погрузочного органа и приводит к несоответствию разрушающей и погрузочной способностей комбайна.

Существующие методы расчета теоретической производительности комбайна опираются на утверждение, что производительность комбайна - это производительность исполнительного органа. Реальный же процесс формирования грузопотока включает: разрушение массива; формирование штабеля горной массы; ее погруз^. С учетом этого предложено внести изменение в понятие теоретической производительности комбайна, которая определяется величиной грузопотока, формируемого в процессе разрушение-погрузка горной массы.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие

задачи:

1. Проведение шахтных исследований для получения фактических количественных данных о производительности комбайна и нагрузок в его приводах, которые используются при математическом моделировании.

2. Обоснование и выбор конструктивно-кинематической схемы погрузочного органа комбайна с повышенными показателями эффективности.

3. Анализ процесса взаимодействия исследуемого погрузочного органа со штабелем горной массы. Проведение экспериментальных исследований на модели погрузочного органа для изучения влияния его геометрических параметров, формы и размеров штабеля на производительность погрузи! и сопротивления при перемещении лап и построения математических моделей и алгоритма расчета рабочего процесса.

4. Разработка методики выбора параметров погрузочного органа проходческого комбайна, базирующейся на результатах экспериментальных и теоретических исследований.

5. Разработка и испытание в составе проходческого комбайна погрузочного органа для проверки его работоспособности, оценки эффективности использования, адекватности математических моделей реальному процессу и

установления показателей надежности на стадии проектирования и изготовления.

В главе 2 получены данные о производительности проходческого комбайна и нагрузках в его приводах при проведении экспериментальных исследований в производственных условиях.

В качестве объекта для проведения исследований выбраны комбайны семейства ГПКС, наиболее распространенные при проведении выработок по углю и породам средней крепости.

Использовались хрономегражные и аппаратурные замеры. Хрономегражные замеры позволили определить время, затраченное на отдельные операции проходческого цикла. С помощью аппаратуры проводились замеры: производительности, нагрузок в приводах погрузочного и исполнительного органов.

При подготовке производственных экспериментов разработан метод замера производительности комбайна, основанный на изменении сопротивления электрических цепей датчиков, копирующих рельеф потока горной массы. Электромеханическое устройство 1 (рис. 1) устанавливается на бортах конвейера 3 и закрепляется струбцинами 2; регулируется по высоте перемещением по направляющим 4. Внутри каждой секции датчиков размещены резисторы, ползуны которых перемещаются при повороте щупов 5 на угол подъема а. Все резисторы подключены к регистрирующему прибору 6 и источнику питания. Устройство регистрации результатов замеров преобразует аналоговый сигнал в цифровой, который фиксируется на магнитном носителе.

Анализ результатов хрономегражных наблюдений и аппаратурных замеров позволил сделать следующие выводы:

- ширина погрузочного органа недостаточна для погрузки материала по всему фронту забоя, что приводит к маневрированию и, как следствие, к снижению производительности комбайна на 16%;

- в отдельные моменты проходческого цикла производительность погрузочного органа ниже, чем производительность разрушающего органа; за счет несовмещения операций разрушения и погрузки материала снижается производительность на 24%;

- длительность горизонтальных резов в 7,5 раз выше, чем вертикальных, следовательно, при моделировании можно пренебречь разрушением при вертикальных резах;

- зависимости производительности комбайна и мощности двигателя погрузочного органа от крепости угля и вмещающих пород выработки, угла поворота стрелы в вертикальной плоскости <р„ начальной величины надвига-

ния материала на питатель 8но, угла откоса штабеляр, крупности материала могут быть использованы при разработке математических моделей;

- при принятом уровне достоверности 0,9 ошибки в определении средних значений не превышают 17-18%, что соответствует точности исходных экспериментальных данных.

Устройство замера производительности

Рис. 1.

В главе 3 на оснований анализа 1сон(^укции погрузочных органов с клиновыми лапами и гидроприводом, являющихся альтернативными традиционным, обоснована необходимость и разработана схема многогребкового погрузочного органа комбайна со встречным или параллельным движением основных и периферийных гребков.

Погрузочный орган (рис.2) работает следующим образом. Рабочая жидкость одновременно подается в поршневую полость одного из гидроцилиндров 4 и штоковую полость другого. При подаче рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра 4 его шток 5 выдвигается, поворачивая при этом рычаг 6 и основной гребок 2 относительно опоры 8. Система рыча-

гов 7 позволяет совершать периферийному гребку 3 вращательное движение относительно опоры 9 навстречу основному гребку 2. Основной гребок 2, перемещаясь от конвейера 10, внедряется в штабель горной массы. При этом движущийся навстречу основному гребку 2 периферийный гребок 3 перемещает материал через клиновидные поверхности основного гребка 2, увеличивая тем самым объем горной массы, которую может захватить основной гребок 2 при обратном ходе. При обратном ходе основного гребка 2 и периферийного 3, который начинается при изменении направления подачи рабочей жидкости, происходит втягивание штока 3, захват материала и перемещение его по наклонному питателю 1 на конвейер 10 вертикальными стенками основного гребка 2. Одновременно периферийный гребок 3 перемещается от конвейера 10, внедряясь при этом в штабель горной массы. Упоры 11 препятствуют сбрасыванию горной массы с питателя. При синхронном движении основных и периферийных гребков системы рычагов 7 заменяются.

Разработанная конструкция имеет приводные элементы, расположенные над плитой погрузочного органа комбайна, что облегчает доступ при поведении ремонтных работ и техническом обслуживании. Использование предлагаемой конструкции позволяет снизить трудоемкость работ за счет повышения производительности погрузочного органа комбайна и сокращения времени на погрузку материала, несовмещенную с отбойкой,' сокращения времени на маневровые операции путем изменения фронта погрузки. Отсутствие в зоне погрузки редукторных групп, синхронизирующих механических элементов повышает эксплуатационную производительность комбайна за счет увеличения наработки на отказ и снижения трудоемкости восстановления работоспособного состояния.

Рассмотрение особенностей рабочего процесса при взаимодействии клиновых многогребковых поворотных лап с погружаемым материалом выявили необходимость проведения экспериментальных исследований на модели погрузочного органа.

Исследования на модельной установке позволили установить следующее: на массу единичного черпания Ge<¡ влияет объем материала над питателем в активной зоне VA, который зависит от угла откоса штабеля <р и величины надвигания материала на питатель SH; наиболее эффективно клиновой гребок работает при угле его поворота 0,4ytmax<y*<0,8ycmax> где /тах -максимально возможный угол поворота гребка в штабеле; установлена целесообразность перемещения лап с частотой ял=55 циклов в минуту; наибольшую захватывающую способность имеет клиновой поворотный гребок с углом развала &=135°; нецелесообразно использование двух и более гребков на

одном диске; встречное движение гребков не имеет значительного преимущества по сравнению с параллельным.

Многогребковый погрузочный орган с встречным движением основных и периферийных гребков

Рис.2.

Ошибка в определении средних значений при уровне доверительной вероятности 0,9, полученная с использованием ¿-распределения Стьюдента не превышает 20%, в большинстве опытов - 10%.

В главе 4 по результатам производственных и экспериментальных исследований разработаны математические модели н алгоритм расчета производительности и нагрузок комбайна с клиновыми многогребковыми лапами.

Расчет теоретической производительности исполнительного органа предусматривает определение максимально возможной производительности разрушения (¿р по величине внедрения короны в забой 1к_вн_ (рис. 3), с учетом обоснованной системы ограничений по условиям проведения выработки.

Штабель горной массы формируется во времени за счет подачи материала, разрушенного исполнительным органом, и отбора его погрузочным органом.

Основные параметры штабеля, влияющие на производительность погрузочного органа и комбайна в целом (), это объемы У^ в произвольный

момент времени над каждой парой гребков, где / - номер гребка: у =1 - периферийный, У =2 - основной.

В случае совмещения процессов разрушения и погрузки материала в каждый момент времени объемы У^ увеличиваются на величину разрушенной горной массы, попавшей в активную зону, и уменьшаются на величину погружаемого материала. Объем материала, расположенный в активной зоне над основными гребками УА2, увеличивается за счет передачи материала периферийными гребками в зону работы основных гребков.

Математические модели применяются для анализа системы "исполнительный орган-штабель горной массы-погрузочный орган" с использованием ЭВМ, поэтому процесс рассматривается во времени как пошаговый, дискретный:

УЛ1 УЛ1(()-а.7,гЛ(+АУЛр1,

Ул2 УЛ2(г)-йФ2 -А1+АУЛр2+(),ргА1.

При разработке математических моделей для расчета производительности комбайна с исследуемым погрузочным органом в качестве базовых использованы закономерности, полученные при изучении рабочих процессов погрузочного органа машины типа ПНБ и комбайнов, а также результаты экспериментальных исследований погрузочного органа с клиновыми поворотными лапами.

Экспериментальные исследования модели погрузочного органа позволили установить, что для клиновых поворотных лап целесообразно использовать математическую модель производительности традиционных нагребающих лап в части влияния площади зачерпывания Б,, высоты слоя материала, захватываемого гребком Лгр, объема материала в активной зоне Ул, а особенности процесса учесть произведением коэффициентов К^ отражающих специфику процесса. С учетом изложенного математическая модель имеет вид:

УА,}

где с - количество учитываемых факторов, отражающих особенности рассматриваемого погрузочного органа при формировании УгрМах./, Угрмах} • максимальный объем материала, зачерпываемого парой гребков; /3=0,35 -коэффициент аппроксимации.

К определению объемов материала в активной зоне УА в произвольный момент времени

1- гребок; 2- питатель; 3- плоскость обрушения; 4- корона исполнительного органа; ап - угол наклона плоскости шпателя к почве выработки; ум - угол наклона плоскости обрушения к почве выработки; Vjip - объем разрушенного материала, поступающий в активную зону; Q,pAt - изменение объема материала в активной зоне за счет отбора его погрузочным органом.

Рис. 3.

Необходимо отметить, что реализуемая на входе в приемный букер производительность Qip.2 определяется условиями работы основных лап; в общем случае приведенная формула описывает процесс для любой пары лап при известных VAj, hrj.

Определены коэффициенты К, влияния основных факторов: относительной величины надвигания (S,/R) материала на питатель - Ksm. (R -

радиус поворота передней кромки лапы); , угла поворота гребка - Кг; частоты циклов поворотов лапы - К„\ угла развала лапы - К&; угла откоса штабеля -К?. При сравнении данных экспериментов и расчетов по базовым моделям получены соотношения:

Кг=1,75-0,005/; К„=1-0,00108(пл-35)2; ,27-КТ4((ЕР-155)2; (Я/Я е 0,1... 0,7; / е 0...1500; €? е 90... 180°; <р е 25...45°).

Рассмотрено определение моментов сопротивлений В общем

случае при работе лап происходит одновременно внедрение гребков на одной стороне питателя и зачерпывание материала гребками на другой, следовательно,

Мх= Мвн+ Мзач+ М&, где Мвн, Мшч, Мхх - моменты сопротивлений соответственно при внедрении, зачерпывании и холостом перемещении лап.

В соответствии с результатами производственных и экспериментальных исследований погрузочного органа целесообразно математические модели Мвм и М1ач представить в виде базовых функций Мен(у) и Ммч(у%я влияние основных факторов учесть путем корректировки параметров базовых функций. Результаты обработки опытных данных по влиянию у' на моменты сопротивлений внедрению и зачерпыванию свидетельствуют о возможности представления базовых функций в виде отрезков синусоид на участках 0<у'<у'тах'

Г

А • Л?

„ + А „ ът ——

У тах '

_ ..... + А*«

¡=1 У тах

где С\, Zi - коэффициенты влияния факторов; К, Ь - соответственно число учитываемых влияющих факторов при внедрении и зачерпывании; М,„„, М,ач_а - постоянные составляющие моментов при внедрении и зачерпывании, определяемые начальными сопротивлениями сдвигу; А,н, Азач - амплитудные значения моментов, соответствующие положению лапы у—0,5у'тах.

С учетом результатов экспериментальных исследований Мвн.о=1620 К*; Мшч,„=1905 К*, Ат=44,15-рнл-УеуЯ, А1ач=94,18 -р,ш • Уед Я,

где рнл - плотность погружаемого материала в разрыхленном состоянии.

Коэффициенты С,-, и Z,- получены аналогично приведенному ранее: Cs/n~l; C&=2,8-0,01-Gf', Zs/R-0,93-Z0=0,009(гР-0,62 (S/R e 0,1...0,7; & e 90... 180°).

Установлено, что с уменьшением угла развала лапы 0 фактический момент сопротивления внедрению увеличивается, а теоретическое значение при постоянной длине лапы остается неизменным. Для процесса зачерпывания имеет место противоположное соотношение. При одновременной работе четного числа лап суммарный момент (Мвн,+М1ач.) практически не зависит от угла <9.

При сопоставлении опытных и расчетных данных относительная ошибка в большинстве случаев не превышает 10% как для объема единичного захвата, так и моментов сопротивлений внедрению и зачерпыванию.

В главе 5 результаты исследования закономерностей взаимодействия с горной массой клиновых поворотных лап и разработанные на их основе математические модели формирования производительности и нагрузок позволили разработать инженерную методику выбора основных параметров, принятую и реализованную Копейским машзаводом при создании погрузочного органа проходческого комбайна КП-20. Проведена оценка надежности и эффективности использования погрузочного органа предлагаемой конструкции на стадии создания опытного образца комбайна КП-20.

Необходимость создания методики вызвана многовариантностью возможных сочетаний параметров при конструировании погрузочного органа: координат центров вращения лап и связанных с ними радиусов поворота передней кромки лап (Rlt R2)\ углов поворота каждой из лап за цикл у2)\ взаимного положения лап на плоскости питателя; перекрытия зон их действия; углов развала (<9j, ©г) и др. Различными могут быть также положения приводных цилиндров, размеры и расположение рычагов передаточного механизма.

В качестве целевой функции принята удельная энергоемкость погрузки aw (кДж/м3), входящая в число стандартных показателей качества горных погрузочных машин и являющаяся критерием, охватывающим многие показатели функционирования машины. Снижение удельных, энергозатрат повышает надежность, снижает темпы износа. Удельная энергоемкость определяет мощность привода. Величина а«, определяется по формуле:

_ (Мсп.2 + мз ац2)у°2 + (мтЛ + М3 ац])у? п а™-2 1000 ■ Veämin 180'

где Уед.тЫ - минимальный объем единичного захвата для пары лап; - средние значения моментов сопротив-

лений при внедрении и зачерпывании центральных и периферийных лап.

Анализ вариантов исполнения схем погрузочных органов показывает, что существенными дополнительными показателями качества могут быть площади "мертвых" зон и направление вектора потока погружаемого материала к бункеру конвейера. С их уменьшением эффективность погрузки повышается: производительность растет, энергозатраты падают.

Система ограничений, внутри которой ведется поиск наилучшего решения, разделена на группы: кинематические, габаритные и силовые.

Таким образом задача выбора рациональных параметров погрузочного органа формулируется следующим образом: выбрать численные значения геометрических параметров погрузочного органа с заданной кинематической схемой, обеспечивающих производительность не менее, чем разрушающего органа проходческого комбайна так, чтобы при заданной совокупности габаритных и силовых ограничений удельная энергоемкость погрузки была бы наименьшей. Расчеты по вариантам проводились графоаналитическим методом.

По результатам выбора основных параметров, спроектирован погрузочный орган с клиновыми многогребковыми лапами, который прошел испытания в составе опытного образца проходческого комбайна КП-20 (рис.4). При создании погрузочного органа использованы оригинальные технические решения по а.с. № 1709120 и 1721268, разработанные с участием автора.

Испытания погрузочного органа в режиме холостого хода и при погрузке горной массы подтвердили его работоспособность.

По результатам испытаний комбайна КП-20 и на основании расчета прогнозных показателей надежности нового погрузочного органа проведено сравнение его технико-экономических характеристик с базовой моделью - комбайном 1ГПКС.

Рис. 4.

Сравнительные технико-экономические показатели погрузочных органов проходческих комбайнов избирательного действия

Показатели Ед. изм Базовый 1ГПКС Новый КП-20

Производительность погрузки горной массы _м! мин 2,5 2,95

Удельная энергоемкость процесса погрузки кДж м3 535 453

Частота циклов поворота нагребающих лап мин"1 35 35

Наработка на отказ и3 360 2800

Межремонтная наработка м3 22000 32000

Средняя трудоемкость восстановления работоспособного состояния челмин 550 186

Заключение

Выполненные исследования закономерностей рабочих процессов при взаимодействии погрузочного органа с разрушенной горной массой, согласно цели работы, позволили разработать многогребковый погрузочный орган проходческого комбайна избирательного действия с приводом клиновых лап от гидроцилиндров, что обеспечило повышение эффективности погрузки материала и работы комбайна в целом. Таким образом, в работе получено новое решение научно-технической задачи, поставленная цель достигнута.

Основные научные и практические результаты работы сводятся к следующему.

1. Анализ тенденций развития комбайнов, их надежности, методов выбора параметров, формирования грузопотока, результаты шахтных замеров позволили сделать выводы о необходимости повышения эффективности процесса погрузки и определения производительности комбайна объемом погруженного материала в единицу времени.

2. Разработано электромеханическое устройство для измерения производительности, принцип работы которого основан на замерах мгновенных значений площадей поперечного сечения потока горной массы.

3. Разработаны и защищены авторскими свидетельствами конструктивно-компоновочные схемы многогребкового погрузочного органа с клиновыми лапами и гидроприводом поступательного действия, отличающиеся повышенными показателями производительности и надежности.

4. На основе закономерностей рабочих процессов погрузочного органа с клиновыми лапами, характеризующихся взаимным расположением основных и периферийных гребков, углами их поворота в штабеле, формой лап, относительным направлением движения разработаны адекватные опытным данным математические модели и алгоритм расчета производительности комбата и нагрузок в приводе нагребающих лап для комбайнов с традиционным и предложенным погрузочным органом.

5. Разработана методика выбора основных конструктивных параметров погрузочного органа комбайна отличающаяся тем, что в качестве целевой функции принята величина удельных энергозатрат при заданной производительности комбайна в совокупности с системой геометрических, силовых и конструктивных ограничений, относящихся как к процессу разрушения, так и погрузки. "Методика выбора параметров гидрофицированного с клиновыми лапами погрузочного органа проходческого комбайна" принята и использована Копейским машзаводом при разработке и изготовлении опытного образца комбайна КП-20.

6. Разработан, создан и испытан в составе проходческого комбайна КП-20 гидрофицировашшй погрузочный орган с клиновыми лапами. Испытания доказали работоспособность предлагаемой конструкции, повышение эффективности за счет увеличения производительности и снижения удельных энергозатрат при погрузке в 1,2 раза.

7. Сопоставительный анализ прогнозных показателей, надежности гидрофицированного погрузочного органа комбайна КП-20 с аналогичными показателями серийно выпускаемого комбайна ГПКС показал преимущество новой конструкции: наработка на отказ увеличивается с 360 до 2800 м3, а межремонтная наработка с 22000 до 32000 м3.

8. Расчетный экономический эффект от создания и использования комбайна избирательного действия с гидрофицированным погрузочным органом составляет в год 17723 тыс. руб. на один комбайн.

Основные результаты диссертационных исследований изложены в следующих публикациях автора:

1. Хазанович В.Г., Скуров А.Г. Основные методические положения по исследованию производительности проходческих комбайнов избирательного действия / Новочеркасск, политехи, ин-т. - Новочеркасск, 1989. -35с.: - Деп. в ЦНИИТЭИТ.ЯЖМАШ 4.09.89. - №454 - М 89.

2. Скуров А.Г., Хазанович В.Г. Общие положения и порядок расчета производительности проходческих комбайнов избирательного действия / Новочеркасск. политехи, ин-т. - Новочеркасск, 1989. - 41 е.: - Деп. в ЦНИЭИУголь 12.04.90. -№5111-ул.

3. Хазанович В.Г. Измерение грузопотока, формируемого горнопроходческой машиной U Тез. докл. Всесоюзн. научн.- техн. конф. молодых ученых и спец. угольной пром. Система "Человек - машина - среда" в горном деле. Настоящее и будущее. - М., 1990. - с.81-82.

4. Хазанович В.Г., Носенко С.И. Испытания гидрофицированного погрузочного органа проходческого комбайна II Тез. докл. Второй семинар по угольному машиностроению Кузбасса. - Кемерово, 1991,- с. 38-40.

5. Хазанович В.Г., Скуров А.Г. Моделирование производительности проходческого комбайна, избирательного действия // Комплексная механизация горных работ: Сб. научн. трудов / ТулПИ. - Тула, 1991г. - с. 93-103.

6. Крапивин М.Г., Носенко С.И., Хазанович В.Г. Выбор конструктивной схемы погрузочного органа проходческого комбайна // Вопросы горной электромеханики: Сб. научн. трудов/НГТУ. - Новочеркасск, 1994г. - с. 75-82.

7. Носенко A.C., Хазанович В.Г. Применение гидроприводов поступательного действия на погрузочных органах как фактор повышения их надежности // Вопросы горной электромеханики: Сб. научн. трудов / НГТУ. - Новочеркасск, 1994г. - с. 97-103.

8. Хазанович В.Г. Математические модели процесса погрузки горной массы многогребковыми поворотными лапами II Механизация и электрификация горных работ: Материалы научн. - техн. конф. ШИНГТУ, апрель 1996 г. / НГТУ. - Новочеркасск, 1996. - с.12-18.

9. Хазанович В.Г., Носенко A.C. Разработка и результаты испытаний погрузочного органа комбайна КП 20 // Механизация и электрификация горных работ: Материалы научн. - техн. конф. ШИНГТУ, апрель 1996 г. / НГТУ. -Новочеркасск, 1996. - с.26-29.

10. A.c. 1686187 СССР, МКИ Е21 F 13/02. Рабочий орган погрузочной машины/ Носенко A.C., Волков В.В., Хазанович В.Г., С куров А.Г., Тулупов В.П., Головченко А.Ю. (СССР). -№4682232/31; заявлено 21.04.89; опубл. 23.10.91. Бюл. №39.

11. A.c.1709120 СССР, МКИ Е21 F 13/00. Погрузочный орган / Хазанович В.Г., Ляшенко Ю.М., Сафонцева Е.А., Носенко A.C., Скуров А.Г. (СССР). -№4682231/03; заявлено 21.04.89; опубл. 1.10.91. Бюл. №4.

12. A.c. 1721268 СССР, МКИ Е21 F 13/00. Многогребковый погрузочный орган / Скуров А.Г., Хазанович В.Г., Юров И.И., Горшков В.В., Гюбнер Г.Э. (СССР). - заявлено 24.04.90; опубл. 23.03.92. Бюл. №11.

Подписано в печать 5.11.96. Объем 1,15 п.л. Тир. 100 экз. Зак. 47.

346300, г. Каменск-Шахтинский, пер. Володарского, 68, к. 26.

Типография ТОО фирма "Эксперт".