автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Совершенствование методов проектирования и обоснование параметров зубчато-реечных систем подачи очистных комбайнов

Миннстерстг.о общего и професснаиллъ:;сго обрглозашгя РФ Тульский государственный университет

РГБ ОД

2 г июн шз

На npasax рукописи

КОВАЛЕВА Татьяна Владнмирозна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ¡МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗУБЧАТО-РЕЕЧНЫХ СИСТЕМ ПОДЛ «Iii ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ

Специальность 05.05.06 - Горные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТУЛА - 1993

Работа выполнена и Тульском государственном университете.

Научный руководитель - Заслуженный деятель пауки и техники РФ, лауреат ГосударстЕспноп премии СССР, до;;т. техн. наук, профессор Бргинер О.Л.

О-.'-лц'лзлмале огм'гмпт: тс гл. наук, проф. П.Г.Сндоро?.

г.тлгд. 7схи. иг.ук Л.БЛухненко

Оглуи:-; ОАО «Туяауголкг

Читтщ'хсс-:1г<-а-\ч сокггстсп -.Л^)-_____> „^

■гаегдамн;-. <2!ссетйч:;з:шс1ч> си-.ми Д .:.'о?.*Г/.01 «ол '»у;:г.г.::;?.. •». -

'¡о ^УСлл,- г, Туп", 1.Т). ;к"Л:;. Г.', у " : •

•„■ уд-: г>1р:;:1 ¡¡/¡.

С днегергац!^;! ';о::ло озкикодм.г; - ,• Сл.Сл,'ОГс::5 1 уш-елг ;г го;уд::.'-л -¡;;:»:аого ушоерелк.-;«.

,..11,

Атор^л&рг.т р.ц^&оллл ________________Г^уЗ '.

УчгныН догргпцк* / /

дигсертацг«ошшго \ ] ^

етлеш, гсаэд. тех», ¡пуг: (¿^¿ДЙО.ГЛ.1;;гл;уг„ол

ОБШ/Ш ХЛРЛКТЕРМСШгСЛ РАБОТ?.г

Астуальность работы. Повышение эффективности применения4 очистных комбайнов в значительной степени зависит от системы перемещения, создающей требуемые усилия и заданную скорость подачи. Эксплуатационные показатели движителей бесцепной системы подачи (}?СГ1) зубчато-реечного типа, получивших наибольшее распространение, закладываются на стадии их проектирования. Однако известные методы конструировании зубчато-реечных систем подачи разработаны для движителей с профилями" з>бь-• еа колес, не применяемых в настоящее время, либо содержат предпосылки, позволяющие использовать их лишь в частных случаях.'При расчете и анализе движителей не в полной мере учитывается взаимодействие нх с реечным ставом при пересопряжешш и необоснованно выбирается положение фазы зацепления. Кроме того, при разработке зубчато-реечных систем подачи следует учитывать реальный опыт проектирования комбайнов. На практике движитель проектируется при заданном межосевом расстоянии," а еушеет-пугошпе методы расчета, ¡сак показал анализ, эту особенность не учитываю!.

В угольной промышленности широкое распространение получили мно-вые органы ПСГ1 в виде цевочных реек, в частности, ЗБСП. С реечным станом ЗБСП очистные комбайны работают но пластах с сопротивляемостью угля резанию А до 350 кН/м. При этом рейки, имеющие достаточный ресурс па крепких углях, при использовании нх на слабых с А до 120 кИ/м оказывают ся громоздкими,.с излишней металлоемкостью, чрезмерно большими запасами прочности, и высокой стоимостью. Однако исследования по определению влияния геометрических параметров реек ЗБСП на их прочность не проводились, а закономерности Их изнашивания для оценки ресурса на стадии проектирования не устанавливались. В последнее время начали применяться и зубчатые рейки, но На сегодняшний день отсутствует рациональная конструк-* тнвная схема такого тягового органа, а недавно запущенная в производство зубчатая рейка РКД недостаточно исследована.

Все это требует дальнейшего развития исследовании, направленных на совершенствование методов проектирования и обоснование параметров зубчато-реечных систем подачи очистных комбайнов, и определяет актуальность работы.

Диссертационная работа выполнялась л соответствии с тематическими планами Подмосковного ИИУИ и -по темам НИР ТулГУ (№ гос. рл\ 01900004452, 02910017921).

Цель работы. Совершенствование методов расчега н аналша 'почаю реечных систем подачи и обоснование на этой основе их параметров. <л"с..-; •-

чнвающпх повышение эффективности применения современных очистных комбайнов.

Идея работы. Повышение эффективности применения очистных комбайнов достигается за счет обоснованного выбора конструктивных параметров зубчато-реечных оIсхем подачи на основе совершенствования методой их проектирования при заданном межосевом расстоянии с учетом характера пс-р&сопряжсния и закономерностей взаимодействия элементов зацепления.

Метод исследования - комплексный, включающий научный анализ и обобщение опыта проектирования и эксплуатации БСП и результате» ранее выполненных работ по зубчато-реечным системам подачи; теоретические исследования, основанные на современных-методах теории плоских зацеплений; экспериментальные исследования процесса изнашивания БСП зубчато-реечного типа в шахтных условиях с обработкой результатов методами математической статистики. «

Научные положении, разработанные лично соискателе,1и, п их потопа:

- усовершенствованы методы расчета и анализа зубчато-реечных систем подачи, отличагощисся'подходом ¡.' определению положения фазы зацепления на основе учета характер.! пересопряжепПя элементов зацепления при заданном межосевом расстоянии, что обусловлено реальным опытом проектирования очистных комбайнов;

- установлены закономерности изменения кинематических характеристик и формирования нагрузок в движителях с различными типами реечных ставов с учетом их геометрии и колебания межосевого расстояния, обеспечивающие обоснование режимных, силовых и качественных показателей работы систем перемещения очистных комбайнов;

- определены зависимости влияния диаметра цевки и ширины борта цевочных реей на их" прочностные показатели, позволяющие снизить металлоемкость реечных ставов;

- установлены закономерности изнашивания цевочных реек% с учетом изменения горно-геологических условий эксплуатации и суммарной добычи угля, позволяющие оценить ресурс тягового органа на стадии проектирования.

Достоверность научных положении, выводе» н рекомендации подтверждается корректностью постановки задач; использованием апробированных современных методов исследований теории зацеплений; результатами тсоре-Iичеекпх и экспериментальных исследований; корре.тшьм г'.шменишем методов теории вероятности н математической статистики; удовлетворительной сходимостью расчетных данных с результатами экс^ериыснтои (отлюнекче не превышает 12 %).

Нзучноз зизчгии® работы заключается а усовершенствовании методой-

проехтаропяння. зубчато-реечных систем подачи и обосновании их парадгет-роп с учетом реального опыта проектирования очистных комбайно» ¡i закономерностей взаимодействия движителей с реечным ставом.

Практяпгскоз знзчшна работы:

- установлены конструктивные параметры рейки РКГП' и разработана схема ее привязки к конвейеру; . .

- спроехтирозан двигкитель комбайна ККЛ, работающий с реечным ставом РКГП;;

- разработана модернизированная конструкция серийной рейки ЗБСП -реечный стаз ЗпСП - 93;

- спроектирован движитель комбайна КШ1КГУ, работающий с реечным стаг.он ЗБСП - 93;

- получены расчетные зависимости по определению износа цевочных реек ЗБСП (ЗБСП - ОЗ^н eri интенсивности;

- разработан и реализовал из персональном компьютере пакет программ для расчета и анализа геометрии, кинематики и пагру'.кенноезн дай.кителей БСП чубчаю - реечного типа.

^г-Ь'ги.счи'ч г .".ул'-лгле > рчботм. Установлеиичс конструкпп'.ние параметры дтг.хтелп комбайна KICJI п рейки РКГП, а также схема ее нрииязкн к конзечепу использованы ОАО «ПНИУИ» при разработке технической доку-меш:.>шш на реечный стан. Разработанная конструкция рейки ЗБСП - 93 нс-"пояьзогака ОАО «ТулауЛьтч» при эксплуатации очистного комбайна КШПСГУ на инте «Влалимпроапсал».

ЛпрсЗэдчя -Результаты исследований и огиозные положения

диссертационной работы докладывались На XXVIII - ХХХШ научно-технических конференциях профсссорско-преподавательсксго состава ТулПИ дТулГУ/ г.Тула, 1292 - 1998 гг.); технических. сояетзх ОАО «Тулауголь» (г. Тула. 1092 - !•)'// гг.) и ОАО «ПНПУКг(г. Нопоиоскозск, I99S г.), 1 - он ' региональной конференции «Проблемы разработки месторождении полезных ископаемы* Центрального района Российской Федерации» (г.Тула, 1998 г.).

? >> Ллгггс;—:». Но результатам выполненных исследований опубликовано 6 статей и получено азторск;е сзздетеяьсчзо на изобретение.

Структура и r^Heiv pafevsi. Диссертация состоит из ¡введения, 4 разделов и заключения, изложенных на Ü9 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок, 5 таблиц, списо.. использованной литературы из 95 наименований и 4 приложения. ' ' .

OCHOßKOE СОДЕРЖАЛ!IE РАБОТЫ

Анализ результатоь исследований, выполненных А.Д.Аграаатом, Н.Г.Бойко, В.А.Бреннером, В.Н.Брнлипгом, Н.И:Буцыком, Б.М.Геллером, Л.Н.Геяьфандом, Э.Г.Годынскнм, Н.А.Горобцоы, П. А. Горбатовым, В.Г.Гуляевым, В.Т.Коиоиалоцьш, М.Д.Коломщщевым, В.Г.Лукиепио, Л.В.Лукнен-ко, С.И.Носенко, Е.З.Познным, Л.П.Полосагоаьш, В.Д.Потаповым, В.А.Потапенко, В.М.Рачеком, Л.А.Серовым, П.Г.Сидоровым, С.Н.Смирновым, В.И.Солодом, А.Ю.Ткачевым, Ю.Д.Федороисьлш, Х.И.Хазаиояьш и другими учеными, а также опыта создания и эксплуатации очистных комбайнов с БСП зубчато-реечного тина покачал, что:

- основными схемами доикитеяя в настоящее врем:; являются «шестерла - колесо - рейка» и «колесо - рейка»; ч

, широкое распространении получили цевочные рейки, в частности ЗБСП;

- начинают находить применение тагоиые органы с трапециевидным профилем зуба, например, реечный став РКД;*

- возможно применение прямоугольного профиля зуба рейки;

- наиболее технологичным является радиусный профиль зуба колеса.

Известные методики оценки, выбора, расчета и г.шишза констру.шш-

цых схем, кинематических, параметров и Ш1гру>::етюстн БСП разреботаны для дыпкителей с профилями зубьез колее, не применяемы;; в настоящее время, либо содержат предпосылки, позволяющие использовать эти методики лишь в частных случаях.

Проведенный анализ методоз расчета основных геометрических naya-петров движителей БСП зубчато-реечного типа позволил установить, что результаты, полученные по некоторый m честным зависимостям не ест противоречивый характер или требует уточнения; необосноь-шшо рыБирпотсл по ло:кйние фазы зацепления; не учтены параметры пересо1фЛ".:;ешн;, оказывающие значительное влияние на геометрию движителя. Кроме того, ю опыте создания очистных комбаииоп известно, что движитель проектируется npi заданном межосевом расстоянии, а существующие истцы расчета, как пека зал анализ, эту особенность не учитывают. В то >;:е время методам анализ; кинематических и качественных характеристик спроектированных дышите лей с целью выбора варианта, в наибольшей степени отвечающего требова ниям проектировщика, уделено недостаточное внимание. Так, в большинства методов расчета анализ полученных результатов сводится к определению от ноентелыюй скорости подачи^на входе в зацепление и выходе нз него, сило вого коэффпниета, а также коэффициента запаса профиля, что не в полно!

-71

мере характеризует качество спроектированного движителя. Недостаточное внимание уделяется также определению нагружениости зубчато-реечных систем подачи. Зависимости, характеризующие силовые показатели зацепления, далеки от совершенства, а исходные данные для них выбираются необоснованно, что приводит к искажеиию.результатов проектировочных расчетов.

В практике отечественного угольного машиностроения сложилась тен-. денцня проектирования тяговых органов для наиболее тяжелых условий работы с последующим распространением их на любые, в том числе и достаточно легкие условия применения. Проведенный предварительный анализ запасов прочности секций реечного става ЗБСП показал, что они значительно превышают необходимые при эксплуатации на пластах-с сопротивляемостью угля резанию до 120 кН/м, а следовательно, приводят к усложнению монтаж-но-демонтажнмх работ, неоправданным затратам металла и удорожанию речного става. Однако исследования по влиянию геометрии реек ЗБСП на их прочность отсутствуют, а закономерности изнашивания цевочных реек для оценки ресурса на стадии проектирования ие;Изучались. Кроме того, зубчатые рейки РКД, которые только начинают поступать в эксплуатацгао, практически не исследованы, и п настоящее время отсутствует обоснованная ра-ниональная конструктивная схема движителя БСП, работающего с зубчатой рейкой. ' ,

На основании изложенного, а также в соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи исследований: I

- усовершенствовать методы расчета и анализа геометрических и кинематических 11 ара метро», а также нагружениости движителей, имеющих радиусный профиль зуба и взаимодействующих с различными типами реечных стапоп; - .. •

- уточнить и установить влияние параметров зацепления на кинематические характеристики; а также качественные и силовые показатели работы движителей;

- провести теоретические исследования йзаммодейстзия движителя БСП с репкой РКД и обосновать его рациональную конструктивную схему с зубчатой рейкой;

- пронести теоретические исследования .по установлению влияния геометрических параметров рейки ЗБСП на ее прочность и разработать конструкцию цевочной репки с уменьшенной металлоемкостью для выемки пластов с сопротивляемостью угля резанию до 120 кН/м; -

- прозестн экспериментальные исследования по установлению закономерностей изнашивания цевочных реек в шахтных условиях.

При разработке метода расчета геометрических параметров движителей БСП были уточнены зависимости по определению угла между центрами кривизны соседних профилей и боковых зазоров на входе в зацепление и выходе из него для пары «колесо - .цевочная рейка»; радиусов окружностей выступов и впадин и окружности, на которой расположены центры впадин, а также угловой толщины зуба колеса на окружности вершин для пары «колесо - зубчатая рейка»; координат центра кривизны профиля зуба шестерни, входящего в зацепление, центра кривизны правого (нерабочего) профиля зуба шестерни, выходящего из зацепления; центра шестерни, центра кривизны правого профиля зуба колеса, а также угловой толщины зуба на окружности вершин для пары «шестерня - колесо».

Проведенные аналитические- исследования позволили разработать уточненный метод расчета геометрических параметров движителей БСП зубчато-реечного типа, позволяющий сократить сроки проектирования за счет полученных зависимостей, характеризующих параметры пересопряжения в парах «колесо - рейка» (цевочная или зубчатая) п «шестерня - колесо» при заданном межосевом расстоянии, что обусловлено реальным опытом проектирования очистных комбайнов.

Анализ установленных зависимостей, отражающих связь углов давления на входе в зацепление и выходе из него с радиусом цевки, показал, что с уменьшением радиуса цевки от 25 до 15 мм значения этил углов находятся и допустимых пределах от 4 до 12°. Кроме того, получены зависимости координат входа в зацепление и выхода »5 него от межосезога расстояния На примере рейки РКД показано, что с увеличением а^х-р от 220 до 240 мм значения этих координат уменьшаются по линейным зависнмостшгПри этом ордината точки входа зуба колеса б зацепление не должна превышать 65 мм.

Совершенствование метода расчета геометрических параметров потребовало разработки уточненного метода анализа кинематических характеристик движителей БСП, имеющих радиусный профиль зуба, с использованием мегода заменяющих механизмов, позволившим уточнить зависимости для распета угловой скорости и крутящего момента на колесе, к также определять аналоги скорости подачи и скольжения с учетом обоснованного выбора углового интервала фазы зацепления. На Примере комбайна КСП показано, чте колебания передаточного отношения ггомелтов вращения в паре «шестерня ■ колесо» для движителя, работающего с рейкой РКД, на 20 % больше по сраа нению с цевочной рейкой. В результате анализа исследований для дг>«;хнтеле£ комбайнов КСП, КШ1КГУ и 1КШЭ установлено, что уьеличение рабоче] част линии зацепления в паре «шестерня - колесо» имеет определенные прс лелы, превышение которых может привести к подрезанию рабочей часп

профиля, а следовательно, к уменьшению коэффициента перекрытия. При этом целесообразно производить выбор рабочего участка зацепления таким образом, чтобы выход из зацепления происходил бы в районе близком к линии межосевого расстояния. Показано, что при проектировании пары «шестерня - колесо» необходимо стремиться к минимизации разностей величин углов входа в зацепление и выхода из него. Это позволит снизить силу удара входящих в зацепление зубьев и повысить плавность работы движителя. При проведении исследований получены зависимости для определения коэффициентов удельного скольжения, учитывающие геометрические и кинематические параметры зацепления в паре «шестерня - колесо», Установлено, что удельное скольжение зубьев колеса относительно профиля зуба шестерни сначала возрастает, а затем стабилизируется, меняя знак на противоположный. Удельное скольжение зубьев шестерни относительно профиля зубьев колеса незначительно в начале контакта, затем резко возрастает.

Показано, что- обоснованный расчет положения фазы зацепления в первой и второй парах движителя улучшает качество зацепления. При этом коэффициент неравномерности скорости подачи и силовой коэффициент уменьшаются на 7 и 8 % соответственно, а коэффициент запаса профиля увеличивается на 5 % для движителей комбайнов КСП, 1КШЭУ, работающих с рейкой РКД.

Предложено при проектировании движителей использовать, как одну цз качественных характеристик зацепления, коэффициент формы зуба, для определения которого получена следующая расчетная зависимость:

г? $1пг(агссо8——~—— - ф)

у = _^Г«ГЧЧ ■__/1-1

где г« - радиус сопряжения активного профиля зуба с впадиной; гвд - радиус окружности, на которой расположены центры профилей; Гп - радиус профиля зуба; а параметры |, +/ и: 1 определяются формулами

Ф = агссо8—; ■ — - ггсш —^; = агссоз • —--<?}

.^»-цп 2г. г,(11 р^

. Э:>г*э1й?-гсвП1|г, ,

где г, - радиус окружности вершин; 3» - ширина зуба по окружности вершин.

Установлеио, что значешш уи для движителей тяжелых машин массой более 30 тонн лежат в пределах 0,059 - 0,068, а.для легких комбайнов - в диапазоне 0,09 - 0,1. '

В результате исследований обосновано применение прямоугольного профиля зуба рейки. При этом определено, что минимальное количество зубьев колеса, взаимодействующего с рейкой РКГП, имеющей прямоугольный профиль зубьев и разработанной при участии автора, равно шести по критерию сохранения работоспособности, а радиус профиля зуба колеса на 50 % больше-по сравнению с колесами, применяемыми и имеющихся системах подачи. Такой результат обеспечивает снижение контактных напряжений и увеличение ресурса движителя. С помощью кинограмм работы движителя удалось установить, что при заданном межосевом расстоянии кромочный контакт в момент вход г зуба колеса в зацепление с рейкой отсутствует, Это объясняется рациональной геометрией колеса, рассчитанной с учетом обоснованного выбора положения фазы зацепления. Весьма важной является способность движителя работать при увеличенном пул-Р. Необходимость в этом вызвана наличием зазора с обратном захвате. Анализ кинограммы работы движителя при увеличенном У\уг-Р на 10 мм (обычная величина зазора в обратном захвате) показал, что работоспособность движителя сохраняется и при этом незначительно уменьшается угол давления на входе зуба колеса в ' контакт с зубом рейки, что обусловливает некоторое уменьшение радиальной силы в зацеплении и увеличение усилия подачи. В результате проведения многовариантных расчетов были установлены следующие конструктивные параметры рейки РКГП: длина, ширина и высота зуба - 60, 75 и 60 мм соответственно, и шаг зацепления - 150 мм.

Для комбайна ККЛ, взаимодействующего с рейкой РКГП, был спроектирован движитель, анализ кинематических параметров которого показал, что характер их изменения аналогичен характеру изменения этих же параметров для движителей, работающих с рейкой РКД. При этом амплитуда колебаний передаточного отношения моментов вращения при использовании рейки РКГП значительно меньше. Кроме того, проведенный анализ позволил определить, что аналоги скорости при пересопражеиии составляют: при входе в зацепление 171 мм и при выходе из него 176 мм; соответственно аналоги скорости скольжения - при входе в зацепление 154,79 мм, а при выходе -•1,79 мм. Таким обратом, аналог скорости соударения при сопряжении зубьев составил 5 мм, что свидетельствует с-с удачно подобранных с этой точки зрения параметрах пары. Импт анионное моделирование с иаюшлог.аиисм системы ЛшоСАГ) показало, что движитель весьма чувет^изе-зен к изменению ьчм, в паре "колесо-рейка», ко трое может прияееш к расгу выталкивающих

усйлнй. Для обеспечения работоспособности движителя необходимо увеличить радиус впадин с те»!, чтобы угол зуба проходил.во впадинах колеса. При этом необходимо внимательно следить за обеспечением прочности зуба. Некоторого улучшения качественных характеристшс зацепления можно добиться за счет уменьшения углового интервала фазы зацепления. Показано, что за счет обоснованного выбора параметров движителя комбайна ККЛ, работающего с рейкой -РКГП, удшгось снизить интервал изменения силового коэффициента по сравнению с аналогичным движителем, работающим с зубчатой рейкой, на 15.%. Это благоприятно отразится на увеличении ресурса разработанного движителя.

На основе имитационного моделирования работы пары «колесо - зубчатая рейка» реечного става Г'КД движителя комбайна 1ССП с помощью кинограмм установлено, что при увеличенном а\уа-р точка входа чуба колеса в зацепление располагается на радиусе сопряжения боковой поверхности чуба рейки с его вершиной, следстрнем чего является неоправданный рос!' рлли-альиых усилий в зацеплении. Показано, что активный участок чуба репки меньше этой же величины у зуба колеса в 3 раза, что предопределяет значительное скольжение в зацеплении. На основе уточненных зависимостей силовых показа'гелей 'работы двухэлементных движителей БСП с цевочной и зубчатой рейками, учитывающих влияние углов входа в зацепление и выхода из него, установлено колебание усилия подачи от 350 до 390 кН за фазу зацепления, что отрицательно сказывается на работоспособности движителя.

Разработка уточненных зависимостей момента, скручивающего цевку и зуб рейки, учитывающих колебания межосевого расстояния и шаг зацепления и позволяющих исследовать нагруженнорть элементов зацепления реечных секций при их взаимодействии с колесом, позволила установить (на примере движителя комбайна КСП с рейкой РКД), что при входе зуба колеса в зацепление величина момента, скручивающего зуб, на 80 % больше, чем при выходе из не£ о. Увеличение межосевого расстояния приводит к резкому возрастанию момента, скручивающего зуб, при выходе из зацепления.

Проведенные теоретические исследования (в том числе н на примере серийной рейки ЗБСП) позволили получить зависимости коэффициента запаса прочности в цевках и бортах рейки от диаметра цевки и ширины борта, представленные на рис. I и 2. Анализ графиков показал, что при работе н благоприятных горно-геологических условиях диаметр цевки можно принимать равным 35 мм, то ссгь в 1,4 меньше, чем у серийных. При этом коэффициент запаса прочности находится в диапазоне 1,2-1,5 а зависимости от ширины борта рейки (см. рис. 1). Рекомендовано для отработки пластов с сопротивляемостью угля резанию до 120 кН/м, характерных, например, дтя Под-

московного бассейна, использовать облегченный борт шириной 20 мм, что обеспечивает более чем двойной запас прочности борта при диаметре цеаки 35 мм (см. рис. 2).

Зависимость коэффициента задаса прочно- Для эшх условий- нами

стнв цевках рейки п„ от диаметра цевки А, предложена конструкция модернизированной цевочной рейки ЗБСП - 93, оснащенной бортами, выполненными в" биде полос цз листовой стали. В данной конструкции предполагается взаимо-"ц э . ■¿^Кг'Г___действие обратных захватов ком-

байна с нижней плоскостью бортов. Таким образом достигается мм 50 экономия металла, что дает ыоз-

. можность отказаться от покупки дорогостоящего прокатного спецпрофиля. Для модернизированной рейки ЗБСЩ - 93 разрабо-Завцсимостн коэффициента запаса прочно- тан движитель применительно к

комбайну КШ1КГУ. Обоснованный расчет углов давления при

b=30 мм \ (ЗБСП)

b s 2D 25 мм MSI

35

40

йп-

Рис. 1.

сти в бортах рейки ntf от ширины борга Ь 6

Ль

пересопряжении позволил уменьшить диаметр колеса на 2,2 %, не В -\-г/—— ухудшив при этом кинематиче-

ские, силовые и улучшив качественные показатели работы движителя.

Исследования по определению влияния шага зацепления цевочных реек Рр на силовые по казатели работы движителя по зволили установить, что с увели чением Рр от 100 до 150 мм неза рис j писимо от межосевого расстоя

ний, усилие подачи и радиальио усилце практически не возрастают, а момент, скручивающий цевку, незначи пыльно ух(еньшается. При этом коэффициент запаса прочности по цевкам сс ставил 2,2.

i (ЗБСП»/

4» =40 им. A(=3Shu

io

25 мл 3D

-р.

Зкспериментальные исследования по установлению закономерностей процесса изнашивания цевочных реек ЗБСП в зависимости от объемов добычи и сопротивляемости угля резанию при фиксированной категории пластов по углу падения проводились па трех шахтах ОАО «Тулауголь» с использованием ряда данных ОАО «ПНИУИ» по другим угольным объединениям. Следует отметить, что на шахте «Владпмировская» в качестве тягового органа были использованы десять модернизированных реек ЗБСП-93, борта которых выполнены нз листовой стали толщиной 20 мм. При проведении экспериментов для совместимости с опорно-направляющим механизмом серийного комбайна КШ1КГУ к бортам рейки были приварены полки, обеспечивающие взаимодействие с обратными захватами комбайна. Диаметр цевки составлял 50 мм, а шаг зацепления - 100 мм. Это было обусловлено необходимостью совмещения предложенных реек с серийным реечным ставом, находящимся в лаве. В процессе исследований замерялись площадки контакта на цевках реек, по величине которых определяли средний износ цевок, характеризующийся изменением их диаметра,

D роультате исследований установлено, что при увеличении обьемов добычи угля до 300 тыс.т. износ растет, затем в связи с приработкой поверхности пальцев и зубьев колеса относительно стабилизируется, а в последующем резко увеличивается.

Обработка экспериментальных данных позволила получить следующую зависимость- для определения среднего износа цевок реек (Д, мм) применительно к угольным пластам с углом наклона, a S Î8° :

А = 3,29х} - 14,'!6xî + 9,23х1, (3)

где xi - добыча з гллп.т.

Проверки уразнешм (3) по критерию Фишера при уровне значимости а = 0,05 сзвдетеяьстзует о соответствии математической модели экспериментальным данным, а проверка коэффициентов регрессии по критерию Стыо-демта показала, что А не зависит от сопротивляемости угля резанию в исследованном диапазоне (подапляю'щее большинство угольных пластов, принятых к исследованию,'имело А = 120 ::Н/м и только на пластах трех объединений этот показатель составлял 200, 250 и 270 кН/м), поскольку коэффициент регрессии при Л оказался статистически незначим. Коэффициент вариации, характеризующий отклонение экспериментальных данных относительно расчетных по формуле (3), составил 12 %.

В качестве количественной оценки процесса- изнашивания цевок репки

о'Д .,

использовался и показатель интенсивности износа--. В резулыаге экепе-

dXj

= 27,87х? -28,02х, + 0,928(10 + х,),

(4)

риментальных исследований получена следующая зависимость для его определения (в мм/млн.т): '

ад

(IX]

где XI - угол падения пласта. . •

Величина %г понимается как категория пластов согласно общепринятой классификации: пологие пласты с углом наклона а й 18° обозначаются XI = О, а наклонные пласты с а = 19-35° - соответственно ха = +!.

■Показательно, что функция (4), представленная на рис. 3, независимо от угла а имеет один минимум, характеризующий допустимый объем добычи по износу, который составляет около 600 тыс. т.

Зависимость интенсивности износа цевок реек ЗБСП от объемов добычи углп

10

мм млн.т

ад

с!х1

Кроме того, исследования, проаеденные на шахте «Владимировская», Позволили установить, что движитель с модернизированной рейкой ЗБСП-93 вполне работоспособен, а средний износ цевок комплекта этих реек оказался не выше, чем у серийно выпускаемых реек ЗБСП.

Установленные Конструктивные параметры движителя комбайна ККЛ н рейки РКГП, а также схема ее привязки к конвейеру Рис. 3. . ' использованы ОАО

«ПНИУИ» при разработке технической документации па реечный став. Разработанная конструкция рейки ЗБСГ1-93 нспользозана ОАО «Тулаутоль» при эксплуатации очистного комбайна КШ1КГУ иа шахте «Владимировская».

\ 1

\

\ V

\

0,2

0,4 0,6 мл.ч.т 0,8

XI->

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа является научным трудом, в котором на баз« выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований со держится новое решение актуальной задачи совершенствования методов про ектирования зубчато-реечных систем подачи и обоснование на этой основе и: параметров, обеспечивающих повышение эффективности применения совре

менных очистных комбайнов, что имеет большое практическое значение для горной промышленности.

Основные выводы, научные и практические результаты сводятся к следующему:

1. На основе уточнения геометрических и кинематических параметров-зацепления усовершенствованы методы расчета и анализа геометрии, кинематики и нагрулсенпости движителей БСП, имеющих радиусный профиль зуба и глапмодейстдутонщх с различными типами реечных стаиоч, учитывающие обоснованный выбор положения фазы зацепления, реальный опыт проект-рования очистных комбайнов, а тякгге колебания межосевого расстояния.

2. Разработанный уточненный метод анализа проектных решен!»!, полученный па основе реального характера работы движителей, обеспечивает расширение его возможностей, позволяет сократить затрать! на проектирование и доводку зубчато - реечных систем подачи, а также проводить сравнительный анализ альтернативных вариантов. •

3. Предложено при проектировании движителей использовать коэффициент формы зуба как одну из качественных характеристик зацепления. Для определения коэффициента формы зуба, имеющего радиусный профиль, получена расчетная зависимость. Установлено, что для движителей тяжелых комбайнов значения коэффициента формы зуба находятся о пределах 0,059 -0,063, а для легких машин •• в диапазоне 0,09 - 0,1.

4. Ка основании имитационного моделирования работы пары «колесо - зубчатая рейка» реечного става РКД движителя комбайна КСП с помощью кинограмм- установлено, что при увеличенном межосевом расстоянии точка входа зуба колеса в зацепление располагается на радиусе сопряжения боковой поверхности зуба'решш с его ¡.'ершиной, следствием чего является неоправданный рост радиальных упитай в зацеплении. Показано, что активный участок зуба решен меньше этой лее величины у зуба колеса в 3 раза, что предопределяет наличие актирного скольгшшя в зацеплении. Установлено колебание усилия подачи 350 до 330 хН за фазу зацепления, что отрицательно , сказывается на работоспособности дшпхителя.

5. Обосновано применение прямоугольного профиля зуба рейки. При этом получено, что ш-.нкмклыю? количество зубъез колеса равно шести по критерию сохранения работоспособности, а радиус профиля зуба колеса на 50 % больше по сравкению с колесами, применяемыми а имеющихся системах подачи, что обеспечивает снижение контактных напряжений и соответсп. но увеличение ресурса движителя. Установлены конструктивные параметры рейки РКГП с прямоугольным профилем зуба и спроектирован движитель комбайна ККЛ, работающий с реечным ставом РКГП, характеристики кого-

-Jó-

poro не уступают характеристикам решен РКД. ■

6. Установлено, что основные параметры модернизированной рейки ЗБСП - 93 (йц = 35 мм и Ь = 20 мм), разработанной для работы на пластах.с сопротивляемостью угля резанию до 120 кН/м, имеют приемлемые запасы прочности и меньшую металлоемкость по сравнению с серийной репкой ЗБСП. Предложен вариант упрощенной конструкции цепочной рейки, облегчающий возможность ее изготовления. Для комбайна КШ1КГУ спроектирован движитель, взаимодействующий с реечным ставом ЗБСП - 93, обеспечивающий улучшение качественных показателей,, характеризующих, работу-зацепления. Показано, что с увеличением шага зацепления от ¡00 до-150 мм силовые показатели работы движителя не ухудшаются. При этом коэффициент запаса прочности по цевкам составил 2,2.

7. На основании проведенных шахтных экспериментальных исследований реек ЗБСП и ЗБСП-'Ъ получены регрессионные зависимости, характера- • зующие средний износ цевок и его интенсивность и позволяющие оценить ресурс тягового органа-на стадии проектирования. При этом установлено, что движитель с модернизированной рейкой ЗБСП-ЗЗ ппелне работоспособен, а средний износ цевок комплекта этих реек оказался не выше, чем у серийно гыиускаемых реек ЗБСП. - ' ' '

8. Установленные конструктивные параметры двшкюсия комбайна ККЛ и рейки РКГЛ, а ш'схг схема се ярнвяз;а: к ко:ае;:сру нспопвзовалы ОАО «Ш-ШУИ» при разработке технической документации ш реечный ста;;. Разработанная конструкция рейх« 3FCH-93 испельзоазда ОлС «Туд-Чугокь» ¡;v>; эксплуатации очистного комбайна КШйСГУ "<к; гаодто ("Владимирове-'.as». , "

Основные поло;тгенш диссертации оиу&иикоьаи« в слздудаших

1. Ковалева Т.В. Результаты исследований рэдиопадвимх параметров реечных секции для условий Подмосковного 6acceíl!;a//íy.tex!.uHr.;;u;n ü сг»то матьзашш горных работ на шихтах. - Тула, 1993. С. 37-40.

2. Лукиенко В.Г., Ковалева T.U. Пути совершенствований бесценных .систем подачи, для Подмосковного бассейна//Мехпнизацня и комплексная íib-томати шшя работ на шахтах. - Тула, 1594. С. 33-55.

31 Лукиенко В.Г., Жучкоза Н.Г., Ковалева Т.й. К зоярэсу о повышении эффективности очистных комбайновУ/Мехаинзация и комплексная автоматизация работ на шахтах. - Тула, 1995. С. 38-62.

4. Годы некий Э.Г., Ковалева Т.В. Расчет геометрических параметров БСП очистных комбайнов с горизонтально расположенной пуямобочиой рейкой// Мехами шшя и комплексная автоматизация работ на шахтах. - Тула,

1995. С. 62-67.

5. Ковалева T.B. Уточненный силовой расчет двухэлементного движителя БСП очистного комбайна, взаимодействующего'"с цевочной рейкой/Механизация и комплексная автоматизация работ на шахтах/ Юбилейный-сборник науч. трудов, посвящ. 100-летнго со дня рождения М.И. Сло-' бодкпна - Тула, (997. С. - 42-16.

6. Ковалева Т..В. К вопросу о модернизации цевочных реек бесценной системы подачи очистных комбайноз//Проблсмы разработки месторождений полезных ископаемых Центрального региона РФ/Тез. докл. 1-я региональная конф. - Тула. 1998. - С.74-75-.

7. A.c. 1661413 (СССР). МКИ 4 Е 21С 29/00, 29/22. Направляющая рейка для бесцепНой системы подачи очистных комбайном /Бреннер U.A., Ковале-па Т.В.. Носенко С.И., Ткачеч АЛО. - Опубл. В Б.И.. - 1991. - № 25,- С. 4Г>.

- Подписан© в печать <£ 0.OS.9&- i>op мат оумап« 60\84 I/I6. Бумага типографская JN'e 2 Офссшая печать. Усл.яеч. л. О$9. . Усл. кр.-огг. • Уч. изд. л. •

Тираж JK3. Чаказ '

Тульским государственный университет. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92. Редакииопно- издательским uvtup Тульского государственного университета. 300600, г. Тула, ул. ^олдтш, 151 ,