автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Разработка методов расчета тяговых органов бесцепных систем подачи очистных комбайнов, обеспечивающих повышение прочности и снижение металлоемкости реечных ставов

• í 4i ,

Тульский ордена Трудового Красного Знамени политехнический

институт

На нравах рукописи Н0СЕ1Ш0 Сергей Иванович /^з^ч.^

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ТЯГОВЫХ ОРГАНОВ БЕСЦЕННЫХ СИСТЕМ ПОДАЧИ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОВШШИЕ ПРОЧНОСТИ И ШШШйЗ МЬТАЛЛОШКОСТИ РЕЕЧНЫХ СТАВОВ

Специальность 05.05.06 - Горные машины

Автореферат

диссертации на соискание учзноц^генени кандидата -технических наук

Тула 1991

- г -

Работа выполнена в Тульском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте.

Научнлй руководитель

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

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Харитонов Н.И.;

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Геллер Б.М.

Ведущее предприятие

Подмосковный научно-исследовательский и проектно-конструкторский угольный институт

•Защита диссертации состоится " 30 " января_ Г992 г

в 14 часов на заседании специализированного совета К 063.47.04 Тульского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института по адресу: 300600, г.Тула, пр.Ленина, 92, 9 учебный корпус, ауд.101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института.

Автореферат разослан " Р.?" декабря 19ЭГ г.

Ученый секретарь специализированного совета

'^ОТМ. Пискунов

I

- 3 -

. -г-*.;. -. j • ---------ОБЩАЯ. ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Ак-туал.ьность р а б о-т ц. Увеличение объемов добычи угля в настоящее время обеспечивается ростом энерговооруженности выемочной техники, что приводит к повышению нагру-женности и снижению надежности работы их.систем подачи.

В последние два десятилетия в СССР и ведущих в угольном ма-шностроёнии зарубежных странах для перемещения.очисти комбайнов в лаве нашли широкое применение бесценные системы подачи (БСП) с механизмом подачи типа "тяговое колесо-рейка". Опыт их эксплуа-тащж показывает, что наибольшее количество отказов БСП приходится на тяговый орган - наиболее металлоемкий и дорогостоящий элемент. Недостаточная изученность процесса погружения реечного става при его взаимодействии о комбайном а забойным конвейером, а также отсутствие научно-обоснованных методов исследования налря-кенпо-дефоршровантого состояния реечных секций не позволяет иа стадии проектирования определять рациональные параметры тяговнх органов", удовлетворяющие условиям эксплуатации выемочных мапчш. Это приводит к росту их металлоемкости и удорожанип.

Изложенное определяет актуальность разработки методов расчета тяговнх органов БС1Т очистных комбайнов, обеспечивающих повышение прочности и сттепче металлоемкости реечных ставов.

% Работа выполнялась в соответствии с комплексной научно-технической программой Минвуза Р05СР "Человек в окрулавщая среда", тематическими планами Подмосковного НИУИ и по темам НИР тулПП № гос.per.01900004452, 029I00I792I).

Цель работы - повышение прочности и снижение металлоемкости реечных ставов БСП очистных комбайнов за счет выбора их рациональных параметров, определяемых на основе разработанных методов расчета тяговых органов.

Идея работы. Определение рациональных параметров реечного става БСП осуществляется посредством применения для прочностного расчета реечных секций метода конечных элементов (ГЖЭ) с учетом комплекса нагрузок, действующих на тяговый орган БСГГ л процессе его взаимодействия с комбайном и забойным конвейером.

Методы исследований. Теоретические исследования нагрузок, возникающих в элементах зацепления реечных

секций, основаны на теории плоских зацеплений. Аналитические исследования кинематического взаимодействия тяговых органов с забойным конвейером выполнены на основе положений аналитической геометрии. Аналитические и экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния реечных секций ЕСП проведет с использованием 1.ЖЭ, методов планирования экспериментов и регрессионного анализа.

Научные п. о л о ж е н и я, разработанные лично соискателем, их н о в и о н а:

1. Разработан метод анализа нагрузок, действующих на элементы зацепления реечных секций БСТ1, отличающийся учетом крутящих моментов, возникающих в них при взаимодействии с приводными колесами комбайна.

2. Разработан метод анализа кинематического и силового взаимодействия тяговых органов БСД с забошшм скребковым конвейером, учитывающий конструктивные особенности соединений рештатного става.

3. Разработан метод расчета пространственных конструкций реечных секций БСП на прочность, позволяющий определять рациональные сочетания их основных конструктивных параметров и несущую способность с учетом нагрузок, возникавших при- взаимодействии частых органов с приводными колесами, онорно-направляшпм механизме?!

С0117.1) комбайна и забойным конвейером.

4. Установлены закономерности изменения наиряквнно-дефодг мированного состояния реечных секций при варьировании параметров их внешнего нагрунения.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций гюдт в ервдае тся:

- корректным использованием математического аппарата аналитической геометрии и МКЭ;

- применением современных методов экспериментальных исследований и регистрирующей аппаратуры;

- удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и стендовых исследований (расхождение не превышает 18 %) и их соответствием результатам шахтных наблюдений.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей нагружения реечного става и

вменения напряженно-деформированного состояния его секций на эснове разработанных методов расчета тяговых органов БСП очистных комбайнов.

Практическое значение работы заключается в разработке:

- математического обеспечения расчета реечных секций БСП очистных комбайнов на прочность, учитывающего их конструктивные особенности и комплекс нагрузок, действующих на тяговый орган в процессе его взаимодействия с комбайном и конвейером;

- пакета прикладных программ, позволяющих проводить много-нариантные вычислительные эксперименты на ЭШ, направлсшше на исследование напряженно-деформированного состояния реек БСП;

- рекомендаций по выбору рациональных конструктивных параметров реечных секций тяговых органов, обеспечивающих повышение их прочности и снижение металлоемкости.

Реализация выводов и рекомендаций работы:

- результаты аналитических исследований использованы при разработке РД 12.16.240-91 "Комбанки очистные. Бесценные системы подачи. Расчет пространственных конструкций реечных секций на прочность";

~ результаты исследований напряненно-деформпрованнсго состояния реечных секций и их несущей способности использовались в 1Ь.м.;осковном 15ПУ11 при проектировании тягового органа с зубчатой реочноп секцией, изготавливаемой методом проката.

(кидаемый экономический эффект от внедрения рекомендаций диссертационной работы составил 0,5'тыс.рублей на один комплект г.еечних секций.

Апробация работы. Основные положения дне-."¿ртацпи и ее отдельные разделы докладывались и обсундались на Республиканской конференции "Проблемы безопасной разработки ка-лий!шх месторождений" (г.солигорск, 1950г.);на ХХУ1-ХШ1 научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава 7/льского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института (г.Гула, 1990, 1991 гг.); ¡га заседании кафедры "Горные машины и комплексы" ТулПИ (г.Тула, 1991 г.); на научно-техническом совете Подмосковного ШУИ (г.Новомосковск, 1991г.).

П у б л и к а ц и и. Основные положения диссертации отражены а 6 работах и авторском свидетельстве на изобретение.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и заключения, излохенных на 245 страницах, и содержит 88 рисунков, 7 таблиц, список использованной литературы из 99 наименований и приложения.

СОДВР&ШИЕ РАБОТЫ

Комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проведенных ИГД мы.А.А.Скочинского, Цшроуглемашем, ПИШИ, СКБ К,13 им.С.М.Кирова, Донтинроугдемаыем, ДИН, МШ, ЛГИ, ТулПй и другими организациями, привел к созданию очистных комбайнов 2П.'г-66Б, ЮС--1К1У, ШШЭ, РШО, РШ6, 1РКУП20, КБ8, оснащенных бесценными система!.«] подачи, для отработки пластов мощностью от 1,0 до 4,2 м с углами падения до 35°.

Результаты теоретических и экспериментальных'.исследований выемочных машин с БОЛ приводятся в работах А.Р.Аграната, Н.Г.Бой-ко, В.А.Бреннера, В.Н.Брилинга, П.И.Буцыка, Б.М.Геллера, Л.М.Гепь-^лцца, В.З.Гончарова, П.А.ГЬрбатова, В.Г.Гуляева, А.Д.Игнатова, М.Д.Коломпйцоьа, В.Г.Лукиенко, Л.П.Полосатока, В.М.Рачека, П. Г. Сидорова, СЛ1.Смирнова, В.И.Солода, В.Г.Старовойтова, А.Ю.Ткачева, ХЛиХазаноьа, А.А.Якобсона и да. авторов.

Анализ проведенных исследований и опыта эксплуатации очистных комбайнов с БСП показал, что распространение комбайновой выемки на пласты большой мощности, рост нагрузки на лаву сопровождаются снижением надежности работы их систем подачи в ряде бассейнов (Карагандинском, Кузнецком). При этом наибольшее количество отказов приходится на тяговый орган - наиболее металлоемкий и дорогостоящи' элемент БСП. В то ко время запаси прочности секции реечного става, спроектированного для наиболее '^шелых условий работы, в 5...7 раз превышают необходимые при эксплуатации в бассейнах с более благоприятными горно-геологическими условиями (например, Подмосковном), а следовательно, приводят к неоправданным затрата!,I металла.

Сложившаяся ситуация сшзана с недостаточной изученностью нагрузок, действующих на тягошй орган БСП при его взаимодействии с приводным колесом комбайна и забойным конвейером, а та1с:;е от-

сутствием нэучно-обоснованных методов определения прочности конструкций его секцийо

Изложенное позволило определить направление исследований, связанных с необходимостью повышения прочности и снижения металлоемкости реечных ставов БСП за счет выбора рациональных параметров реечных секций на базе разработки методов их расчета на прочность с учетом комплекса нагрузок, действующих на тяговый орган.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решались следующие задачи;

- разработать метод анализа нагрузок, возникающих в элементах зацепления реечных секций БСП в процессе взаимодействия с приводным колесом комбайна, и провести исследования влияния на них формы профиля элементов при изменении меяосевого расстояния в зацеплении;

- исследовать механизм взаимодействия тяговых органон БСЛ очистных комбайнов с забойным конвейером и разработать метод анализа кинематических и силовых параметров взаимодействия, учитывающий конструктивные особенности.соединений рештачного става;

- обосновать метод расчета конструкций реечных секций на прочность и разработать их обобщенную расчетную схему;

- разработать математические модели расчета на прочность секций реечного става, отражающие их конструктивные особенности к характер силового взаимодействия с приводным колесом, ОНМ комбайна, забойным скреб ковш конвейером и сменными секциями;

- установить закономерности изменения напряжений, возникав щих в конструкциях реечных секций, от параметров внешнего нагруке ния;

- провести экспериментальные исследования напрякенно-дефор-мированного состояния реечных секций для проверки достоверности результатов теоретических исследований;

- разработать рекомендации по выбору рациональных параметров реечных секций и новые технические решения, обеспечивающие повышение -прочности и снижение металлоемкости реечных ставов БСП.

Решение задачи- повышения прочности и снижения металлоемкости тяговых органов БСП очистных комбайнов на стадии проектирования может быть получено при учете в применяемых методах их расчета комплекса нагрузок, действующих на реечный став. В процессе работы очистного комплекса тяговый орган взаимодействует с комбайном

И забойным конвейером, на котором он устанавливается, и воспринимает усилия, действующие со стороны приводных колес, OHM комбайна и узлов навески его секций на конвейер.

Одним из основных факторов внешнего нагрукения реечного става является его взаимодействие с приводными колесами комбайна. Величина и направление результирующей силы в зацеплении колеса с цевками (зубьями) реечных секций определяется как величиной крутящего момента на валу колеса, так и параметрами движителя, и, в частности, геометрическими параметрами контактирующих профилей. Достоинства движителей с радиусным профилем зубьев колеса при изготовлении и эксплуатации определили их преимущественное применение в механизмах подачп очистных комбайнов.

Для исследования нагрузок, действующих на элементы зацепления реечных секций при их взаимодействии с колесом, разработан метод анализа, отличающийся учетом возникающих в цевках (зубьях) крутящих моментов. Их появление является следствием того, что результирующая сила в зацеплении в общем случае не проходит через центр тяжести цевки (зуба) реечной секции. Получены зависимости, определяющие величины крутящих моментов и усилий, действующих па элементы зацепления рейки вдоль и перпендикулярно ее оси, для конструктивных схем движителей "колесо-цевочная рейка" и "колесо-зубчатая рейка". В частности, крутящий момент, возникающий в цевках реечной секции, на угловом интервале фазы зацепления определяется зависимостью:

И 'R^CtgY^ cosí - sin ü)cosX ~ (cosx V sin í) sin y] M =-; i

*p fy cosf V vVcos*

где

p e. ? e. = axccos L (o2p- (R0+ Rn) sin*)/ Яцп 1 J

M - крутящий момент на валу колеса, |3ЦП - радиус округлости, на которой расположены центры профилей зуба колеса, R0 - радиус цевки, а2р - мекосевое расстояние в паре "колесо-цевочная рейка";

X - угол давления; 6; - фазовый угол поворота центра кривизны профиля зуба; ^ - угол трения в зацеплении; tT - радиус круга трения в опоре колеса..

В этой зависимости верхние знаки относятся к дополгасному зацеплению, нижние - к запоюэсному.

Исследования нагруженпя элементов зацепления цевочных и зубчатых реек выполнены па примере трехэлементны?: движителей комбайна

- э -

'КЛО при M = vqi и M = const , что позволило определить влияние (ары "колесо-рейка" на исследуемые параметры. Установлено, что тшающее влияние на величину крутящего момента, возникающего в ;евке или зубе реечной секции при номинальном или увеличенном мжосевом расстоянии в зацеплении, оказывает усилие, действующее ¡а элемент зацепления вдоль оси рейки. Уменьшение максимальной величины усилия в движителях; конструктивной схемы "колесо-зубча-еая рейка" с наиболее рациональным углом профиля зубьев ci. = 8° 10 сравнению со схемой "колесо-цевочная рейка" на 32 % сопровождается увеличением крутящего момента в элементах зацепления в 2,8 ?аза. При этом коэффициент неравномерности М^ на угловом интервале фазы зацепления увеличивается в 16 раз.

Шполненный анализ нагрузок, действующих в элементах зацепления реечных секций, а такие проведенные рядом авторов исследования усилии, приводимых к корпусу комбайна и передаваемых реечному отаву через OHM, позволили определить параметры погружения тягового органа БСП при его взаимодействии с выемочной машиной. Для получения полной картины его пагружения необходимо исследовать взаимодействие реечного става с забойным конвейером.

Анализ опыта эксплуатации БСП очистных комбайнов и конструкций узлов навески секций тягового органа на конвейер позволил установить, что при копирования рештачным ставом профиля почвы пласта в сложных горно-геологических условиях реечный став может образовывать дополнительные кинематические связи со скребковым конвейером, ограничивая его вписываемость в профиль опорной по-хиэг~.",:. Для анализа кинематики взаимодействия тягового органа с ::онв-тЛером предложена расчетная схема рештачного става (рис.1), огрпкагацая конструктивные особенности соединений смежных секций, ¡.'^тя трехзвснпая схема позволяет исследовать не только относи-то лт ;п:е повороты смеавнх рештаков в пространстве, но и одновременен их раздвижку вдоль лавы со сдвигом поперек забоя.

Величина смещения реечных сеедий относительно рештаков определяется вычислением изменения координат соответствующих точек в связанных с секциями конвейера системах отсчета. При этом направляющие косинусы осей системы отсчета, связанной о "подвижным" рештаком, относительно системы, связанной с "неподвижным" рештаком, выражены через утлы поворота.смежных секций конвейера в горизонтальной, вертикальной плоскостях и утол их скручивания. Эти углы,

а такие координата начала системы отсчета, связанной с "подвижным" рештаком, в системе отсчета "неподвижного" рештака определяются при анализе взаимодействия элементов предложенной обобщенной расчетной схемы узлов соединения смежных секций конвейера. Исследования серийно выпускаемых в настоящее время забойных скребковых конвейеров в соответствии с разработанным методом анализа позволили установить, что максимальные углы поворота смежных рештаков превышают паспортные на 2...30, а углы их скручивания приближаются к 4°.

Исследования механизма взаимодействия серийно изготавливаемых тяговых органов БСП с забойным конвейером показали, что наиболее существенные ограничения на вписываемость конвейера в профиль опорной поверхности реечный став накладывает в вертикальной плоскости (рис.2). При отом действующие на тяговый орган со стороны приводных колес, ОНМ комбайна и узлов его навески на конвейер вертикальные усилия приводят к возникновению растягивающих или сжимающих реечный став усилии. Их величина для участков вдоль лавы определяется зависимостью:

Н= [(QiR)eK-n + &Д А - Ь^З/Ahe ,

где к

A=&^tJ.(2m-p); k = n,t=o,5,p=! для A; k=a,5n,t=4, р=Ч ( п - четное), р=0 ( п - нечетное) для В ; Q - вер-

Схема взаимодействия реечных секций ЗБСП с рештачным ставом забойного конвейера

тикальная сила, передаваемая через ОТП-Л комбайна; R - усилие, действующее на элемент зацепления рейки, перпендикулярно ее оси;

GK - вес рештака; п - количество реек, находящихся на участке мезду секциями реечного става, кинематически связашшш с конвейером; ?к - длина рештака; hD - высота установки узлов навески реечных секций относительно узлов соединения рештаков конвейера.

Аналогичные зависимости получены для участков реечного става на сопряжении лавы со штреком.

Теоретические исследования механизма взаимодействия серийно выпускаемых реечных ставов с забойным конвейером позволили установить, что конструктивные зазоры в узлах навески реечных секций на конвейер обеспечивают их смешение относительно рештаков при максимально возможном повороте в вертикальной плоскости не более двух секций конвейера с их раздвижкой вдоль лавы. Например, смещение реечной секции ЗБСП относително рештаков конвейера.СУ ОКП мо-к&т доходить до 40 ш, в то время, 'как запас евободного хода составляет 70 ил. При этом для схемы, показанной на'рис.2, величина снимаемого усилия в реечном ставе при его взаимодействии с комбайном РКУЮ монет доходить до 500 кН, что в два раза превышает усилия, создаваемые движителем.

Величина смещения реечных секций относительно рештаков определяется параметрами узлов соединения секций конвейера и высотой установки относительно них узлов навески реечного става. В связи с этим одним из направлений решения проблем! формирующихся дополнительных кинематических связей ыезду реечным и рештачным ставами, а следовательно, и уменьшения нагрукешюсти тягового органа является установка на одном уровне узлов соединения рештаков и узлов навески реечных секций.

Одной из необходимых предпосылок повышения прочности и снижения металлоемкости реечпнх ставов БСП является применение на стадии проектирования методов численного расчета на прочность реечных секций. Анализ конструкций реек позволил обосновать целесообразность использования для их расчета метода конечных элементов. Для описания пространственных конструкций реечных секций в разработанной обобщенной расчетной схеме (рис.3) приняты, исходя «з конфигурации основных составных частей реек и соотношений размеров их поперечных сечений, прямолинейные стержневые элементы с постоянными по длине кесткостиыми параметрами. Внешние нагрузки,

- 13 -

Обобщенная расчетная схема реечных секций БСП

Графики изменения максимальных напряжений в элементах рейки ЗБСП при росте усилия подачи

I - максимальные наполнения п цепках; 2 - максимальные напряжения в бортах; 3 - коэффициенты запаса прочности в цевках; 4 - коэффициенты запаса прочности в бортах.

Рис.4.

действующие на рейки в процессе их взаимодействия с приводным колесом, ОПТ.! комбайна, смежныдга секциями и узлами их навески на рештаки конвейера, аппроксимированы в расчетной схеме системой сосредоточенных сил и моментов,

Силовой анализ расчетной схемы выполнен на основе базовых разновидностей МКЭ, называемых обычно матричными формами метода сил и метода перемещений. При этом соотношение кесткостей различным видам деформации элементов рейки позволяет удерживать в выражении энергии стержневой системы только члены, характеризующие деформации их изгиба и кручения. Векторы изгибающих и крутящих моментов Мт в сечениях расчетной схемы определяются в случае применения метода сил выражением;

мт= с/,п - ит; вт- А т<УЧС' V ¿„р^Р",

где матрица влияния силовых факторов в эквивалентной

системе от компонент вектора единичных неизвестных сил и моментов

; ¿.гпр - матрица влияния силовых факторов в эквивалентной системе от компонент вектора единичных внешних сил Р ; В -матрица податливости всех элементов системы; Р - вектор внешних сил, действующих на реечную секцию; а при использовании метода перемещений - уравнением:

ЯгСАТтит ¡С' АТтУ'Т, •

где А - матрица уравнений равновесия метода перемещений.

В приведенных уравнениях ведется суммирование по индексу т от I до 3.

Напряжения в элементах реек в соответствии с найденными величинами внутренних силовых факторов, действующих в сечениях расчетной схемы, определялись согласно 1У теории прочности.

Показано, что применение метода сил целесообразно правде всего для реечных секций типа ЗБСЛ, имеющих продольную плоскость симметрии, а метода перемещений - для расчета несимметричных конструкций реек типа 2УКПК.

Предложенные метода расчета реечных секций являются варианта;.«! матричного анализа их конструкций, предполагающего формирование матриц уравнений метода сил и метода перемещений и связанного с применением вычислительной техники. Это определило необходимость разработки математических моделей расчета реечных секций на прочность, в виде систем уравнений, определяющих порядок формирования

и величины элементов исходных матриц. Разработанные модели отражают основные конструктивные особенности реек, характер их погружения при взаимодействии с приводил.! колесом, OHM комбайна, забойным скрэбковим конвейером и смежными секциями и позволяют автоматизировать процесс расчетов.

Математические модели реализованы в виде пакета программ, ориентированных на ПЭВМ, обеспечивающих расчет реечных секций на прочность при наличнн исходных данных, включающих информацию о конструкциях: физическую (жесткости элементов), геометрическую (длины элементов и размеры, определяющие их положение в пространстве) и количественную (число элементов определенного типа), а также их внешнем нагружении. Они позволили численным моделированием на ЭШ исследовать напряженно-деформированное состояние серийно изготавливаемой реечной секции ЗБСП при вариации параметров ее нагружения.

Результаты исследований показывают, что наибольшие напряжения, определяющие несущую способность реек, возникают в крайних цевках и в местах ослаблений бортов опорными пазами, что подтверждается шахтными наблюдения;.!!!. Установлено, что если предельная величина тягового усилия, превышение которой приводит к пластическому деформированию цевок, равна 350 кН, то для борта она составляет 180 кН. В связи с этим предложено техническое решение, заключающееся в изменении конструкции узлов навески реек на рештаки конвейера, направленном на исключение пазов в бортах. Оно позволяет уменьшить максимальные напряжения в бортах более чем в 3 раза, обеспечить их большую прочность по сравнению с цевками (рис.4), повысив несущую способность конструкции. Вместе с тем, необходимо учитывать возможность возникновения в тяговом органе при его взаимодействии с конвейером растягивающих (сжимающих) реечный став усилий, которые приводят к многократному увеличению напряжений в с-ортах. Применение в реечных секциях типа ЗБСП элементов зацепления в виде трапециевидных зубьев с утлом профиля = 8° при прочих равных условиях вызывает рост напряжений з этих элемент;« на 30 %, а в бортах - на 18 %.

Одним из направлений снижения уровня напряжений в реечных секциях является поиск их рациональных параметров. Показано, что изменение положения опорных узлов в различных исполнениях рейки ЗБСП позволяет снизить напряжения в бортах на 25 а уменьшение

высоты установки цевок относительно этих узлов на 30 мм приводит к снижению действующих в элементах зацепления напряжений на 20 %. Обоснована возможность уменьшения металлоемкости реечного става на 0,5 т на лаву длиной 150 м.

Проверка достоверности результатов теоретических исследований выполнена в лабораторных условиях на специально разработанном стецде, позволяющем осуществлять нагружение реечной секции, отражающее характер ее взаимодействия с приводным колесом, ОШЛ комбайна, смежными секциями и узлами их навески на конвейер. В качестве объекта исследований использована серийно изготовленная рейка ЗБСП, в ходе испытаний которой методом тензометрирования определялись деформации цевок и бортов. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований осуществлялось методами математической статистики (расхождение не превышает 18 %).

Программное обеспечение и методика расчета реечных секций на прочность, обеспечивающие повышение качества и снижение сроков проектирования, внедрены в Подмосковном ПИУИ и использовались при создании реечного става БСП на базе прокатного профиля. Ожидаемый экономический эффект составляет 8,5 тыс.рублей на один комплект реек.

3 А К Ji U Ч В Н 1! Е

В диссертационной работе содержится новое решении актуальной научно;; задачи, заключающейся в разработке методов расчета тяговых органов бесценных систем подачи очистных комбайнов, направленных на определение рациональных параметров реечных ставоь с учетом нагрузок, действующих на тягог.ый орган при взаимодействии с комбайном и забойным конвейером, что позволяет повысить прочность и снизить металлоемкости реечных секций.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

I. Разработан метод анализа нагрузок, действующих на элементы зацепления реечных секций БСП, позволяющий исследовать нагружение цевок (зубьев) при их взаимодействии с приводным колесом комбайна с учетом возникающих в элементах зацепления крутящих моментов. Установлено, что применение движителей конструктивной схемы "колесо-зубчатая рейка" с трапециевидным профилем зуба при-

родит к увеличению действующего нй- него крутящего момента н 2,8 раза по сравнению с двикителем схемы "колесо-цевочная вейка" при одновременном уменьшении на 32 % усилия, направленного вдоль осп рейки.

2. Разработан метод анализа кинематического и силового взаимодействия тяговых органов БСП с реытачтш ставоп забойного конвейера, основанный на расчетных схемах, учитывающих конструктивные особенности узлов соединения рештаков. Установлено, что конструктивные параметры узлов навески серийно изготавливаемых ти-ек па секции конвейера могут ограничивать его вписывасмость в копируемую опорную поверхность, а возникающие при этом л реечном ставе растягивающие (снимающие) усилия в 2...4 раза превышать усилия, создаваемые приводным колесом комбайна.

3. Ка основе анализа различных конструкций реечных сетзднй БСП обоснована возможность применения для их расчета на прочность метода конечных элементов. Разработаны обобщенная расчетная схема реек, образованная прямолинейными стержневыми элементами, и математические модели их расчета в виде систем уравнений, определяющих порядок формирования и величины элементов исходных матриц уравнений Ti{3 в форме .метода сил и метода перемещений, предокрогс— ляющпе лозмог.нссть ав'.ч-гтаткзацкв необходимых шчвслшшй.

4. Разработан пакет прикладных программ дпя прочностного расчета реечных секций БОТ, позволяющих проводить многовариантнио вычислительные эксперименты на ЭВМ, направленные па поиск национал,~ i:з;х :та;-::.:етров реек с учетом их конструктивных особенностей и характера силового взаимодействия с приводным колесом, опорно-направляющим механизмом комбайна, забойным скребковым конвейером и смежными репками.

5. Установлены общие закономерности изменения напряжений в реечных секциях БСП от параметров их нагрукения на примере конструкции серийно изготавливаемой репки ЗБСП. Установлено, что наибольшие напряжения, определяющие несущую способность реек, -лозпикают в крайних цевках и в местах ослаблений бортов пазами. :V:гена цевок на трапециевидные зубья при прочих равных условиях, вызывает рост напряжений в элементах зацепления на 30 %, а в бортах - на 18 %.

6. Разработаны технические решения, направленные на изменение 'конструкции узлов навески реек ЗБСП на рештаки конвейера,

позволяющие уменьшить максимальные напряжения в бортах более чем в 3 раза. Реализация рекомендаций по выбору рациональных параметров, определяющих взаимное положение в конструкции элементов зацепления и опорных узлов, приведет к снижению до 25 % действующих напряжений.

7, Результаты экспериментальных исследований реечных секций и шахтные наблюдения на предприятиях Кузнецкого и Карагандинского бассейнов подтвердили достоверность аналитических исследований, выводов и рекомендаций.

8- Методика прочностного расчета реек и ее программное обеспечение внедрены в Подмосковном НИТИ, использовались при создании тягового органа ВСЯ на базе прокатного профиля и положены в основу разработки РД 12.16.240-91 "Комбайны очистные. Бесценные системы подачи» Расчет пространственных конструкций реечных секций на прочность. Методика".

Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 8,5 тыс.рублей на один комплект реек.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Потудин О.В., Смирнов С.Н., Носенко С.И. Алгоритм расчета тягового органа БСП очистных комбайнов //Изв.вузов. Горний журнал, 1991. - & I.- С.ВГ-85.

2. Исследование напряженно-деформированного состояния реечной секции тягового органа БСП /В.Т.Лукиенко, О.В.Потудин, С Л.Смирнов, С.И.Носенко //Механизация горных работ на шахтах. - Тула: ТулПИ, 1990. - С.72-78.

3. Лукиенко В.Г., Смирнов С.Н., Носенко С.И. Исследование взаимодействия тяговых.органов БСП с забойным конвейером //Комплексная механизация горных работ. - 1упа: ТулПИ, 1991. - С.136-141.

4. Носенко С. И. Разработка программно-методического обеспечения прочностного расчета реечных секций БСП /ТулПИ - 1ула,1991. - 12 с. - Деп. в ЦШВИуголь, 12.06.91, & 5307.

5. Носенко С. И. Повышение надежности тяговых органов БСП очистных комбайнов //Проблемы безопасной разработки калийных месторождений: Тез.докл.науч.-техн.конф. - Минск, 1990. - С.71-72.

6. РД 12.16.240-91. Комбайны очистные. Бесцепные системы

с

подачи. Расчет пространственных конструкций реечных секций на прочность. Методика. - Тула: ТулПИ, 1991. - 56 с.

?. A.c. I72I236 (СССР). MKJ^ S 2IG 29/02. Механизм подачи очистного комбайна /В.А.Бреннер, С.И.Носенко, С.Н.Смпрнов, A.D.Ткачев. - Ii 4737801/03; Заявлено 18.09.89.

Подписано к печати 2<»Л2.01. формат бумаги 60хЬ'+ 1/16. Бушга типогр. 1й 2. Офсет.печ. Усл.печ.л.1,03. Уч.-изд.л.0,95, Тираж 100 зкз. Заказ № 1104. Бесплатно,

Издано в Тульской ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте. Тула,ул.Еолдина,151. Отпечатано на ротапринте в ТулГШ.