модернизация конвейера. НИРМ Акбасов. Отчет по научноисследовательской работе магистранта специальности 6М072400 технологические машины и оборудование
 Скачать 2.47 Mb.
|
|
1.2 Технологические схемы применения проходческих комбайнов При интенсификации выемки тонких пластов необходимыми требованиями к ПК являются: высокая производительность; скорость перемещения ПК; усилия, приложенные к массиву для его разрушения; температура нагрева элементов приводов и рабочих органов; действующие нагрузки в приводах исполнительных механизмов. Предлагаемая система перемещения проходческого комбайна состоит из трех секций механизированной крепи поддерживающего типа, таким образом, перемещение проходческого комбайна производится путем передвижки секций крепи, что одновременно позволяет передвижку конвейера. В процессе работы произведена поддержка породы кровли, что позволяет повысить устойчивость проходческого комбайна. Управление такой системой перемещения проходческого комбайна значительно упрощается тем, что для передвижки комбайна требуется только управление механизированной крепью, не включая дополнительно никаких электроприводов.  Рисунок 1.1 – Структура ходовой части ПК вид сверху. Для анализа влияния интенсивности выемки тонкого пласта на темпы был произведен расчет длины суточной проходки зависящей от суточной производительности на пластах различной мощности m=(0,5;0,7)м.  Рисунок 1.2 – Структура проходческого комбайна для проведения подготовительных выработок при интенсивной выемке тонких пластов. Одним из возможных направлений обеспечения высоких темпов проходки, является сокращение времени, затрачиваемого на маневровые операции путем повышения технического уровня проходческого комбайна. Способность комбайна обеспечить совмещение операций во времени позволяет значительно сократить длительность рабочего цикла прохождения выработки и сокращение времени, затрачиваемого на монтаж и демонтаж комбайна, а возможность прохождения выработок с высоким качеством боковых поверхностей и почвы – значительно повысит эффективность его работы за счет снижения объема забутовки. Возможность работы комбайна по крепким породам с меньшей энергоемкостью и более высокой производительностью. Для повышения технического уровня проходческого комбайна для эффективной проходки подготовительных выработок при интенсивной выемке тонких пластов была предложена структура системы перемещения ПК, в которой исключается ходовая часть ПК. Предлагаемая структура системы перемещения значительным образом изменяет и всю конструкцию проходческого комбайна. Система перемещения комбайна состоит из трех секций механизированной крепи, что обуславливает перемещение ПК вдоль линии забоя за счет передвижки крепи меж секционными гидродомкратами и передвижку скребкового конвейера. Механизированная крепь обеспечивает поддержку породы кровли забоя, тем самым повышается устойчивость комбайна. Для простоты крепления кровли и боковых поверхностей подготовительных выработок, выемка разрушаемого массива производится прямоугольным сечением выработок. 2. Анализ программных элементов при разработке расчетной схемы взаимодействия элементов исполнительного органа проходческого комбайна Известные конструкции рабочих органов проходческих комбайнов имеют ту или иную степень ремонтопригодности, но степень их адаптации к изменяющимся условиям эксплуатации является недостаточной. Конструкции исполнительных органов позволяют расширить область применения проходческих комбайнов на разрушение структурно-неоднородных сред забойных массивов горных пород, включая негабариты, причиной появления которых являются процессы отжима и внезапных выбросов угля, породы, газа в призабойные пространствах подземных горных выработок. Основной научно-технический результат предлагаемых исполнительных органов заключается в повышении эффективности проведения горных выработок путем совмещения процессов разрушения, дробления и погрузки в исполнительном органе проходческого комбайна. На рисунках 2.1–2.4 представлены конструкции исполнительных органов с дисковым и резцовым инструментами на многогранных призмах. Исполнительные органы проходческих комбайнов избирательного действия могут иметь два варианта конструктивного исполнения (рисунок 2.1) и содержат стрелу 1 с двумя разрушающе-погрузочными коронками 2, кинематический связанных между собой через раздаточный редуктор.  Рисунок 2.1 – Исполнительный орган с двумя радиальными реверсивными коронками: а – конструктивная схема; б – схема дробления негабаритов; 1 – стрела; 2 – разрушающе-погрузочные коронки; 3 – раздаточный редуктор; 4, 5 – меньшее и большее основание коронок; 6 – трехгранная призма; 7 – дисковый инструмент. В первом варианте исполнительного органа корпус каждой из разрушающе погрузочных коронок 2 выполнен в виде усеченной конической поверхности, объединяющей меньшее основание 4 со стороны забоя с большим основанием 5 со стороны раздаточного редуктора 3. На наружных поверхностях каждой из разрушающе-погрузочных коронок 2 жестко закреплены трехгранные призмы 6 с дисковыми инструментами 7 без возможности монтажа-демонтажа по неизменяемым вариантам схем набора. Во втором варианте корпус каждой из коронок выполнен в виде усеченной многогранной пирамиды с возможностью монтажно-демонтажных операций с изменяемыми вариантами схем набора трехгранных призм по ширине захвата. Для повышения эффективности монтажно-демонтажных операций узла крепления дискового инструмента в трехгранных призмах исполнительных органов в виде радиальных разрушающе-погрузочных коронок проходческих комбайнов избирательного действия в призабойном пространстве подземной горной выработки, представлен вариант конструктивного исполнения (рисунок 2.2, а). Конструкция содержит трехгранную призму 1, дисковый инструмент 2, установленный с возможностью вращения на жестко закрепленной цапфе-втулке 3 с дистанционными торцевыми шайбами 4 в виде упорных подшипников, зафиксированных в осевом направлении внутренней торцевой поверхностью буртика оси 5, которая размещена внутри цапфы-втулки 3 и сопряжена с ней цилиндрической поверхностью и шпоночным соединением со шпонкой-фиксатором 6 и имеет глухое резьбовое отверстие, внутри которого размещен крепежный винт 7, зафиксированный от поворота через стопорную шайбу 8 и собственную шестигранную головку, жестко прижатую к торцу цапфы-втулки 3. По второму варианту конструкция содержит сквозное резьбовое отверстие внутри оси 5.  Рисунок 2.2 – Варианты узла крепления дискового инструмента в трехгранной призме: а – с глухим резьбовым отверстием; в – с трехгранной крышкой. Для защиты внутреннего пространства трехгранной призмы с узлом крепления дискового инструмента от проникновения разрушенной горной массы при эксплуатации комбайна, а также для повышения эффективности монтажных и демонтажных операций, предложена конструкция на рисунке 2.2, б. Конструкция содержит трехгранную призму 1, жестко закрепленную на наружной поверхности разрушающе-погрузочной коронки 2 и трехгранную крышку 3 с технологическими камерами-канавками 4 для демонтажа. Конструкция трехгранной призмы 1 включает в себя забойную грань 5 со сквозным цилиндрическим отверстием 6. Трехгранная крышка 3 имеет опорную перегородку 7 с полуцилиндрическим зевом, опирающимся на неподвижную цапфу-втулку 8, а с другой стороны имеет крепежную стойку 9, опирающуюся на поверхность корпуса разрушающе-погрузочной коронки 2. Цапфа-втулка 8 жестко закреплена на внутренней поверхности забойной грани 5 трехгранной призмы 1, консольная часть которой проходит через отверстие 6 во внешнее пространство. Дисковый инструмент 10, установленный с возможностью вращения на цапфе-втулке 8 с дистанционными торцевыми шайбами 11, зафиксированных в осевом направлении внутренней торцевой поверхностью упорного буртика оси 12, которая размещена внутри цапфы-втулки 8. Наружная цилиндрическая поверхность оси 12 с упорным буртиком через шпонку-фиксатор 13 соединена подвижно в осевом направлении с внутренней поверхностью цапфы-втулки 8. Ось 12 содержит сквозное резьбовое отверстие, внутри которого размещен крепежный винт 14 с цилиндрической головкой и шестигранным углублением под ключ и с упорным торцом в виде конуса, переходящим в цилиндрическую ступень, которая переходит в фаску с участком длинной резьбы крепежного винта 14. Для фиксации от осевого смещения по шпоночному соединению, ось 12 имеет консольный участок с внешней резьбой во внутреннем пространстве трехгранной призмы 1 для размещения круглой шлицевой гайки 15 и стопорной много лапчатой шайбы 16. Цилиндрическая поверхность крепежного винта 14 размещена в конически-цилиндрическом отверстии 17 крепежной стойки 9 и фиксирует от перемещений трехгранную крышку 3 с уплотнительным кольцом 18. Для осуществления пылеподавления при разрушении, дроблении и погрузке горной массы трехгранными призмами с дисковым инструментом с обеспечением возможности проведения монтажно-демонтажных операций в призабойном пространстве в процессе эксплуатации проходческого комбайна избирательного действия предлагается устройство пылеподавления на рисунке 2.3.  Рисунок 2.3 – Реверсивная коронка проходческого комбайна с дисками: а – общий вид коронки; б – схема формирования струй системы пылеподавления. Данное устройство содержит трехгранную призму 1, жестко закрепленную на наружной поверхности разрушающе-погрузочной коронки 2 и трехгранную крышку 3 с технологическими камерами-канавками 4. Дисковый инструмент 5 установлен с возможностью вращения на цапфе-втулке с дистанционными торцевыми шайбами 6, зафиксированными в осевом направлении внутренней торцевой поверхностью упорного буртика оси 7. На поверхности внешней забойной грани трехгранной призмы 1 размещены две бонки 8. На верхней поверхности каждой бонки 8 установлены форсунки 9 под углом атаки γ. Выходные сопла форсунок 9 размещены на радиусе ri относительно оси вращения разрушающе-погрузочной коронки 2 в плоскости параллельной плоскости забойной грани трехгранной призмы 1 внутри пространства, ограниченного расстоянием t. При этом оси выходных сопел форсунок 9 расположены в плоскости, пересекающей обод дискового инструмента 5 с кольцевой режущей кромкой по сегменту, хорда которого удалена от оси вращения дискового инструмента 5 на 4/5 его радиуса Rd. Патрубки 10 и 11 присоединены к бонкам 8, и между собой соединены тройником 12, который в свою очередь присоединен к ниппелю 13 с обратным клапаном 14. Для повышения эффективности монтажно-демонтажных операций в призабойном пространстве подземной горной выработки при замене узла крепления дискового инструмента в трехгранной призме предлагается устройство (рисунок 2.4).  Рисунок 2.4 – Устройство трехгранной призмы с узлом крепления дискового инструмента: а – вид сверху; б – радиальное сечение. Предлагаемый узел крепления дискового инструмента на рабочем органе горного комбайна содержит трехгранную призму 1, жестко закрепленную на наружной поверхности коронки 2 проходческого комбайна и трехгранную крышку 3. Со стороны передней грани внутренняя поверхность трехгранной крышки 3 содержит опорную силовую стойку-фиксатор 4, которая в виде единой пластины, содержащей конструктивно-сопряженные между собой внутренний полуцилиндрический зев с двумя направляюще-ориентирующими усами из прямоугольных призм, толщина которых меньше ширины проточки 5 оси 6 с упорным буртиком на величину допустимого осевого люфта. 2.1 Анализ методик исследований напряженно-деформированного состояния породоразрушающего инструмента горных выемочных машин Для изучения вопросов напряженного состояния породоразрушающего инструмента были проанализированы методики различных испытаний. Исследования напряженного состояния тангенциальных поворотных резцов (ТПР) с различными формами головной части и технологическими дефектами. Рассмотрено влияние различных дефектов на прочность ТПР, расчет производился с использованием численного метода (метода конечных элементов). Вид конечного элемента и его размер оказывают существенное влияние на достоверность результатов расчета. Метод конечных элементов (МКЭ) основан на идеализации сплошного тела (континуума) совокупностью конечных элементов, взаимодействующих между собой в конечном числе узловых точек и вполне подходит для предварительного суждения о напряжениях и деформациях. Для расчета автором была использована система Ansys 9.0 интегрированная в программный комплекс Solid Works 2007. Эта программа позволяет выполнять расчеты двух- и трехмерных тел для случаев плоского и объемного напряженного-деформированного состояний, результаты вычислений соответствуют 3 (теория максимальных касательных напряжений) и 4 (критерий максимальной энергии формообразования) теории прочности и выводятся в качестве напряжений по Мизесу и интенсивности напряжений. В качестве конечного элемента был выбран SOLID 95 (рисунок 2.5), применяемый при расчетах трехмерных тел и представляющий собой объемный шестигранник подобный SOLID 45, но имеющий не 8, а 20 узлов. К узлам, находящимся в вершине, добавлены промежуточные узлы на серединах сетки. Он поддерживает элементы вырожденной формы: четырехугольные, призматические, пирамидальные. Объектом для расчета принята упрощенная модель резца. Упрощение заключалось в принятии корпуса резца и твердосплавной вставки, как однородной конструкции. На рисунке 2.6 представлено приложение нагрузки к ТПР.  Рисунок 2.5 – Элемент SOLID 95.  Рисунок 2.6 – Приложения нагрузки и ограничений к ТПР: а – головная часть резца представлена жесткозакрепленной консольной балкой; б – закрепление, моделирующее неполную посадку резца, P – изгибающая сила.  Рисунок 2.7 – Напряженное состояние головных частей (S1): с линейной (а), с вогнутой (б), с выпуклой (в) образующей. Результаты расчета представлены напряжениями, действующими на главных площадках (S1, S2, S3), а также нормальными напряжениями (Sx , Sy , Sz) и эквивалентными напряжениями. Исследование напряженного состояния головных частей тангенциальных поворотных резцов позволяет оптимизировать их конструкцию и определить область применения той или иной формы головной части резца. Сравнение напряжений возникающих в теле резца позволило сделать вывод, что наиболее прочной является выпуклая головная часть, а наименее - вогнутая. Наибольшее распространение для получения информации о напряжённо-деформированном состоянии материалов, подвергающихся обработке давлением, получил программный комплекс DEFORM-3D. Положительным аспектом программы DEFORM-3D является и то, что геометрию инструмента и заготовки можно импортировать из CAD (CAE) программ (систем автоматического проектирования - Компас, SolidWorks, Autodesk Inventor, CATIA и др.), что существенно облегчает построение объектов, имеющих сложную конфигурацию. Также программа дает возможность моделировать весь технологический процесс производства изделия, включая термическую и механические обработки. 3. Исследование и разработка параметров исполнительного органа проходческого комбайна КСП32 в условиях шахты Казахстанской В процессе проходки горной выработки, перед каждым рабочим циклом, первоначально осуществляют зарубку двух корончатого исполнительного органа на ширину захвата Bз разрушающе-погрузочными коронками 13, 14 (рисунок 3.1, б). При этом стрела перемещается по направлению движения 1' от кровли выработки к почве с постепенным телескопическим удлинением по стрелке К от Bз = 0 до требуемой величины Bз и после этого производят подъемно-поворотное перемещение стрелы по стрелке Л от почвы к кровле выработки по направлению движения 2'. На рисунке 3.2 представлено начальное положение коронок для иллюстрации взаимного расположения трехгранных призм с дисковыми инструментами в центральной зоне пересечения траекторий движения. При этом бесконтактный режим вращения трехгранных призм с дисковыми инструментами в центральной зоне обеспечен их относительным сдвигом в зоне выступов и впадин на угол 22,5 градуса. На рисунке 3.2, а, б представлено движение коронок вверх и вниз соответственно.  Рисунок 3.2 – Траектории движения трехгранных призм и дискового инструмента с пересечением без контакта в центральной зоне проходческого забоя: 1 – врубовая поверхность; 2 и 3 – радиальные правая и левая коронки; 4 – трехгранная призма; 5 – дисковый инструмент; 6 – семейство окружностей перемещения лезвий дисков; Ви.о. – ширина исполнительного органа; Dмакс. – диаметр максимальной окружности перемещения лезвий дискового инструмента, а) б) ΣРоп ΣMкпп ΣMклп ΣРолп ΣMкпо ΣMкло ΣРопо ΣРоло ΣРопп. В соответствии со схемой набора (рисунок 3.2) и количеством одинаковых групп дисков на трехгранных призмах осуществляется поворот каждой радиальной группы дисков на условно фиксированные угловые положения через 45 градусов. Это составляет в контакте с забоем в секторе его охвата на 180° восемь условных фиксированных положений внедрения диска в забой за один полный цикл оборотов двух реверсивных радиальных коронок. При этом положении коронок с поворотом на 45 градусов обеспечено бесконтактным, кинематические связанным размещением в зоне пересечения траекторий движения трехгранных призм с дисками №4 и №8 правой коронки с опережением на 22,5 градуса трехгранных призм с дисками №2 и №6 левой коронки при встречном направлении вращения со стороны поверхности забоя и соответственно с отставанием на 22,5 градуса от левой коронки при попутном направлении вращения. ΣРопп, ΣРолп – суммарные осевые усилия на правой и левой коронках при подъеме стрелы; ΣРопо, ΣРоло – суммарные осевые усилия на правой и левой коронках при опускании стрелы; ΣРопб, ΣРолб – суммарные осевые усилия на правой или левой коронках при боковых перемещениях стрелы; ΣМкпп, ΣМклп – суммарные крутящие моменты на правой или левой коронках при подъеме стрелы; ΣМкпо, ΣМкло – суммарные крутящие моменты на правой и левой коронках при опускании стрелы; ΣМкпб, ΣМклб – суммарные крутящие моменты на правой и левой коронках при боковых перемещениях стрелы; Vп – направление скорости перемещения стрелы с коронками; ΣРоп= ΣРопп + ΣРолп – суммарные осевые усилия на сдвоенных коронках при подъеме стрелы; ΣРоо= ΣРопо + ΣРоло – суммарные осевые усилия на сдвоенных коронках при опускании стрелы; Py1… Py8 – осевые усилия на каждом из восьми одиночных дисках; Pz1… Pz8 – окружные усилия на каждом из восьми одиночных дисках; Pд1… Pд8 – результирующие усилия на каждом из восьми одиночных дисках. Во время работы дисковый инструмент своей передней частью по дуге ОА внедряется в породу на глубину h (рисунок 3.2, б). При этом каждая точка его лезвия описывает циклоиду. |