Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, постановка задач исследований 10
1.1. Способы и схемы механического разрушения угольного массива. Номенклатура и объемы применения различных типов исполнительных органов угледобывающих машин 11
1.2. Основные типы шнековых исполнительных органов, их конструктивные особенности, параметры и номенклатура 14
1.3. Основные понятия и определения при оценке эффективности функционирования исполнительных органов 20
1.4. Характеристики разрушаемое угольных пластов, используемые в расчетах, связанных с выбором параметров исполнительных органов 22
1.5. Методы определения силовых и энергетических параметров процесса резания угля 24
1.6. Основные методические положения при проведении исследований . 28
1.7. Задачи исследований 33
2. Исследование и выбор характеристик разрушаемости угольных пластов, влияющих на нагруженность исполнительных органов комбайнов 34
2.1. Анализ характеристик разрушаемости угольных пластов основных бассейнов России 34
2.2. Выбор и обоснование критерия для интегральной оценки характеристик разрушаемости угольных пластов применительно к выбору параметров исполнительных органов 47
2.3. Исследование прочностных свойств неоднородностей типичных для основных угольных бассейнов литотипов 54
Выводы по главе 63
3. Исследование влияния толщины стружки и производительности комбайнов от характеристики разрушаемости угольных пластов. нагруженность резцов при изменении их пространственной ориентации в процессе наработки исполнительного органа 64
3.1. Экспериментальные исследования влияния характеристик разрушаемости пластов на толщину стружки при резании 64
3.2. Влияние показателя эквивалентной сопротивляемости пласта резанию Аэ на производительность комбайнов 72
3.3. Влияние показателя Аэ на удельные энергозатраты при резании 75
3.4. Исследование нагруженности резцов при изменении их пространственной ориентации 77
3.5. Исследование процесса резания и усилий на резцах в процессе изнашивания гнезд резцедержателей 85
Выводы по главе 91
4. Разработка методики определения параметров шнеков применительно к конкретным условиям эксплуатации по показателю АЭ 92
4.1. Расчет усилий на резцах с учетом изменения кинематических углов резания по мере наработки исполнительных органов 92
4.2. Разработка методики расчета параметров шнеков для конкретных условий эксплуатации 98
4.3. Разработка автоматизированной системы расчета параметров исполнительных органов с использованием электронной базы данных о характеристиках разрушаемости шахтопластов 106
4.3.1. Формирование базы знаний подсистемы оценки условий применения исполнительных органов 106
4.3.2. Моделирование процесса выбора параметров исполнительных органов применительно к конкретным условиям эксплуатации при их проектировании 110
Выводы по главе 115
Заключение 116
Литература
- Основные типы шнековых исполнительных органов, их конструктивные особенности, параметры и номенклатура
- Выбор и обоснование критерия для интегральной оценки характеристик разрушаемости угольных пластов применительно к выбору параметров исполнительных органов
- Влияние показателя эквивалентной сопротивляемости пласта резанию Аэ на производительность комбайнов
- Разработка методики расчета параметров шнеков для конкретных условий эксплуатации
Введение к работе
Практически весь объем подземной добычи угля в России приходится на узкозахватные очистные комбайны, оснащенные шнековыми исполнительными органами (в дальнейшем изложении шнек). Шнек, оснащенный режущим инструментом, является начальным звеном во всей технологической цепи добычи угля. Поэтому, от того насколько правильно и в соответствии с условиями эксплуатации определены его параметры, зависит эффективность функционирования комбайна в целом.
Выпускаемые в настоящее время в России шнеки имеют параметры рассчитанные, как правило, для усредненных по группам типовых условий эксплуатации. Поэтому в ряде случаев, особенно когда разрабатываются угольные пласты, содержащие трудноразрушаемые породные прослои и крупные твердые включения, параметры серийных шнеков не отвечают требованиям по производительности комбайна, его динамической нагруженно-сти, требуемой сортности угля и надежности. Особенно это становится актуальным при переходе шахт на технологические схемы "лава-горизонт" и "лава-шахта", где нагрузки на очистной забой достигают 10 тыс. т в сутки и более.
Исследования, касающиеся определения факторов, влияющих на выбор параметров шнеков и закономерностей этого влияния достаточно широко проводились в ННЦ ГП - ИГД им. А.А.Скочинского и в Московском государственном горном университете. В частности, в ИГД им. А.А.Скочинского разработаны научные основы и инженерные методы расчета параметров и схем расстановки режущего инструмента на исполнительном органе. В качестве основного критерия, характеризующего прочностные свойства угольного массива, принят показатель сопротивляемости пласта резанию Апл, а при оптимизации схемы расстановки принята неравномерность нагруженности
шнека, которая наряду с другими факторами зависит от толщины стружки, задаваемой в расчетах произвольно, исходя из фиксированной величины радиального вылета резца.
Однако, как показывает опыт эксплуатации, толщина стружки а, значит, и неравномерность нагруженности шнека, а также производительность комбайна и очистного забоя в целом, зависят от условий эксплуатации, характеризуемых целым рядом показателей разрушаемости угольного массива. В свою очередь принятая в расчетах параметров шнеков величина показателя сопротивляемости пласта резанию Апл не достаточно весомо реагирует на изменение таких характеристик пласта как содержание в пласте породных прослоев и твердых включений и их прочностных свойств. Между тем из практики известно, что наличие в пласте крепких породных прослоев и крупных твердых включений резко снижает производительность очистного комбайна и в значительной мере сказывается на их надежности.
Поэтому параметры шнека, рассчитанные по радиальному вылету произвольно принятого резца в ряде случаев, особенно при эксплуатации в сложных условиях, приводят к существенным ограничениям по производительности комбайна, его динамической нагруженности, пылевыделению и т.д. Кроме этого существующие методики расчета сил резания и подачи на исполнительных органах комбайнов не учитывают изменение в процессе наработки шнека кинематических углов резания при износе гнезд резцедержателей, что искажает точность расчетов, связанных с определением потребляемой мощности и выбором электродвигателей.
Таким образом, в научном плане речь идет об исследовании, имеющем двоякую направленность. С одной стороны необходимо исследовать характеристики разрушаемости угольных пластов и на их основе обосновать обобщенный критерий, весомо реагирующий на изменение прочностных свойств и содержание в пласте неоднородностей. С другой стороны необходимо установить закономерности его влияния на толщину стружки и производитель-
ность комбайна с учетом изменения кинематических углов резания в процессе изнашивания резцедержателей. С практической точки зрения необходимо разработать уточненную методику, позволяющую рассчитывать параметры при проектировании шнеков для эксплуатации в любых условиях по разрушаемое и сложности строения угольных пластов. В этом состоит общая направленность и актуальность проведенных в рамках данной диссертационной работы исследований.
Целью работы является исследование зависимостей параметров процесса резания угольных пластов сложного строения от характеристик их разрушаемое и разработка уточненной методики расчета параметров и силовой нагруженности шнеков применительно к конкретным условиям эксплуатации.
Идея работы заключается в том, что параметры и нагруженность исполнительных органов должны определяться с учетом показателя, интегрально характеризующего прочностные свойства и особенности строения угольных пластов, влияющего на толщину стружки и скорость подачи комбайна при добыче.
Основные научные положения, разработанные лично соискателем и их новизна:
В качестве обобщенного критерия разрушаемости угольных пластов при выборе параметров шнековых исполнительных органов применительно к конкретным условиям эксплуатации очистных комбайнов может быть принят показатель эквивалентной сопротивляемости пласта резанию Аэ, оценивающий влияние на нагруженность исполнительных органов сопротивляемости резанию всех компонентов (угля, породных прослоев и твердых включений), слагающих пласт, с учетом их удельного содержания в массиве.
Средняя и максимально возможная в конкретных условиях эксплуатации толщина стружки, равно как скорость подачи и производительность комбайна, зависят от показателя Аэ. С его увеличением толщина стружки,
скорость подачи и производительность комбайна гиперболически снижаются. При этом средняя толщина стружки при одинаковых Аэ зависит от установленной мощности комбайна и числа резцов в линии резания, а максимальная кроме этого ограничивается величиной радиального вылета резца.
Нагрузки на резцах шнекового исполнительного органа при определении мощности комбайна необходимо рассчитывать с учетом изменения, по мере изнашивания гнезд резцедержателей, кинематических углов резания в их функциональной связи с показателем эквивалентной сопротивляемости пласта резанию, режимными параметрами комбайна и наработкой исполнительного органа.
Выбор параметров шнековых исполнительных органов и расчеты по определению их силовой нагруженности следует производить по разработанной уточненной методике, учитывающей конкретные условия эксплуатации комбайна.
Обоснованность и достоверность разработанных научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: использованием апробированных методов математической статистики и теории резания угля, принятых при математической обработке результатов исследований; анализом многочисленных данных о скоростях подачи комбайнов при их работе в 43 очистных забоях; большим объемом статистических данных о сопротивляемости резанию угля, породных прослоев и твердых включений (341 шахтопласт); удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с данными, полученными в шахтных условиях - погрешности расчетов по разработанным в диссертации эмпирическим зависимостям в основном не превышали 15ч-20%.
Научное значение работы состоит:
- в установлении функциональных связей предела прочности на сжатие осж и коэффициента крепости f по проф. Протодьяконову с сопротивляемо-
стью резанию наиболее часто встречающихся в угольных пластах типов породных прослоев и твердых включений;
в обосновании критерия оценки разрушаемости угольных пластов, наиболее полно отражающего действие содержащихся в пластах крепких не-однородностей на нагруженность исполнительного органа, в установлении закономерностей изменения и расчетных зависимостей толщины стружки, скорости подачи и теоретической производительности комбайна в функции от показателя эквивалентной сопротивляемости пласта резанию Аэ;
в установлении расчетных зависимостей, учитывающих влияние на нагруженность шнека в конкретных условиях его эксплуатации толщины стружки, скорости подачи комбайна и меняющихся в процессе наработки шнека кинематических углов резания.
Практическая ценность работы заключается в разработке уточненной методики выбора параметров и расчета сил резания и подачи на шнековых исполнительных органах очистных комбайнов, алгоритма и прикладных программ для определения оптимальной схемы расстановки резцов применительно к конкретным условиям эксплуатации по показателю Аэ.
Методы исследований: систематизация и анализ литературных источников и результатов исследовательских работ по изучению характеристик разрушаемости угольных пластов и их влияния на работу очистных комбайнов; экспериментально - статистический метод с использованием элементов теории случайных функций; методы математической статистики с использованием программного пакета MS Excel.
Реализация работы. Результаты исследований были использованы ОАО ОУК "Южкузбассуголь" при проектировании и изготовлении шнековых исполнительных органов на заводе Тидромаш" для работы комбайнов в конкретных горно-геологических условиях.
Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались на Международной научно-практической конференции, проходившей в ННЦ ГП - ИГД им. А.А.Скочинского в 2002 г., на II Международной конференции "Динамика и прочность горных машин", проходившей в 2003 г. в г. Новосибирске, а также на объединенном семинаре Института горного машиностроения ННЦ ГП - ИГД им. А.А.Скочинского.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений, содержит 26 рисунков, 25 таблиц, список использованной литературы из 94 наименований.
Автор выражает признательность сотрудникам ННЦ ГП - ИГД им. А.А.Скочинского за предоставленную для анализа информацию о характеристиках разрушаемости угольных пластов и многочисленные фактические данные об испытаниях шнеков в различных условиях эксплуатации очистных комбайнов.
Основные типы шнековых исполнительных органов, их конструктивные особенности, параметры и номенклатура
В отечественной практике конструирования типы шнековых исполнительных органов и их основные размеры стандартизованы по ОСТ 12.44.286-85, предусматривающему [6] деление шнеков на три типа в зависимости от исполнения резцов [7], применяемых в линейной части: ШР - оснащенные радиальными резцами (исполнение РО); ШТ - оснащенные тангенциальными резцами (неповоротными) с прямоугольной формой хвостовика (исполнение ТП); ШК - оснащенные тангенциальными поворотными резцами с круглой формой хвостовика (исполнение ТК). Для всех типов шнеков рекомендовано оснащение кутковой части шнека радиальными резцами исполнения РО.
Основные параметры резцов приведены в таблице 1.2. При наличии у всех исполнений резцов радиального вылета тангенциальное расположение тангенциальных резцов на корпусе шнека способствует приближению их режущей кромки к погрузочной поверхности лопасти, что благоприятно влияет на уменьшение передрабливания угля в пространстве между забоем и резцедержателем или корпусом исполнительного органа [1, 8,9]. Направление равнодействующего усилия при резании такими резцами близко к направлению оси резца, расположенной у всех отечественных шнеков типа ШТ и ШК под углом 45 относительно вектора скорости подачи комбайна. Это снижает величину изгибающего момента от сил резания и подачи, и, следовательно, благоприятно сказывается на прочности армировки и корпуса инструмента.
Тип резцапоОСТ12.44.165-80 Исполнение резца Обозначение резца по техническим условиям Конструктивный вылет, см Площадь сечения хвостовика, ммхмм Угол установки резца к поверхности резания, град Рекомендуемый диаметр шнека, м Р РО РО.65 65 22x38 0 0,56 -0,8 ЗР4.80 80 22x38 0 0,8 и более 1РО.80 80 22x38 0 0,8 и более Т тп ИТ125С 125 26x38 45 0,8 и более тк РКС-1И 65 25х 53 0,56+1,4 РКС-2 80 32х 53 1,6 и более ) - для резцов исполнения ТК - диаметр хвостовика. Тангенциальные поворотные резцы отличаются от радиальных и тангенциальных неповоротных тем, что первые могут вращаться в резцедержателях относительно продольной оси, что способствует равномерному изнашиванию режущей части инструмента при эксплуатации.
Определению и разработке методов расчета рациональных параметров исполнительных органов, оснащенных различными типами резцов, посвящены многие работы, наиболее представительными из которых являются [10-16]. В результате целенаправленных исследований применительно к различным типоразмерам комбайнов и резцов были рекомендованы параметры, основные из которых для серийных исполнительных органов приведены в таблице 1.3.
По конструктивному исполнению шнеки отличаются по: - номинальным диаметрам (диаметр окружности, описанной по вершинам резцов шнека в плоскости, перпендикулярной его продольной оси), дискретно изменяющимися в пределах 560-г2000 мм для отечественных исполнительных органов; - габаритной длине, обеспечивающей различную ширину захвата комбайнов (0,5; 0,63 и 0,8 м); - числу погрузочных лопастей (2 и 3), зависящему от величины номинального диаметра (2 лопасти при величине диаметра до 1250 мм); - величине хода винтовой поверхности лопасти (перемещение образующего профиля лопасти вдоль оси шнека за один оборот), которая может быть постоянной или переменной при диаметрах шнека до 800 мм и постоянной при остальных диаметрах; - расположению погрузочных лопастей - прямому или наклонному.
Из зарубежных фирм, изготавливающих комбайны и шнеки к ним, наиболее известны "Эйкгофф" (Германия), "Сажем" (Франция), "Андерсон" с дочерними предприятиями (Великобритания), "Джой" (США). Широко развито производство комбайнов в Польше и Чехословакии. Ведущими фирмами, выпускающими горнорежущий инструмент, являются "Sandvik" (Швеция), "Ноу" (Англия), "Kennametall" (США), "Komotzki" и "Krupp Widia" (Германия).
Анализ каталожных данных, литературных источников [17-23], а также патентный поиск [24], который проводился по авторским свидетельствам и патентам СССР, Великобритании, США, Японии, Германии и Польши за 12 лет (период с 1990 по 1991 г.г.) позволили выявить следующие основные данные, касающиеся параметров и конструкции шнековых исполнительных органов зарубежных фирм.
Выбор и обоснование критерия для интегральной оценки характеристик разрушаемости угольных пластов применительно к выбору параметров исполнительных органов
Как уже отмечалось в обзорной главе диссертационной работы, в настоящее время проектирование исполнительных органов очистных комбайнов осуществляется на основе отраслевого стандарта ОСТ. 12.44.258-84 [10], где при расчете их параметров не в полной мере учитываются свойства угольного массива, а при определении усилий резания в качестве интегрального показателя, характеризующего свойства пласта, принята сопротивляемость пласта резанию Апл (Н/мм). Однако этот показатель, по сути являющийся средневзвешенной величиной сопротивляемости резанию угля Ауг, породных прослоев Апп и твердых включений Авкл, слабо реагирует на наличие в пласте твердых включений и крепких породных прослоев, которые в значительной мере определяют динамические характеристики процесса разрушения угольного массива и надежность исполнительного органа комбайна. Поэтому игнорирование свойств неоднородностей в пласте приводит к существенным неточностям в расчетах связанных с выбором параметров шнеков, особенно применительно к пластам сложного строения.
В этой связи нами поставлена задача, решение которой позволило бы с одной стороны оценивать условия работы очистной машины не набором ха рактеристик, а с помощью интегрального показателя, весомо реагирующего на наличие в пласте крепких неоднородностей, а с другой - использовать этот показатель в имеющемся алгоритме расчета параметров исполнительного органа.
При установлении критерия для оценки свойств угольных пластов можно воспользуемся инвариантных корреляционных отношений [75], суть которого состоит в том, что исследуется корреляционная зависимость между показателем, характеризующим исследуемый процесс поочередно с каждым из наиболее предпочтительных показателей прочностных свойств угольного массива. В качестве критерия выбирается показатель, с которым исследуемая характеристика наиболее тесно и устойчиво коррелирует. Такой подход, предложенный для решения различных горно-технологических задач, находит широкое применение в практике исследований по разрушению горных пород механическим способом [76]. В качестве исследуемой величины примем средние значения скорости подачи комбайна Vn (м/мин). Выбор скорости подачи основывается на том, что она, при прочих равных условиях, напрямую зависит от общей нагруженности исполнительного органа, которая, как известно, является функцией характеристик разрушаемости угольного массива.
В качестве характеристик, определяющих прочностные свойства пласта были приняты сопротивляемость угля Ауг, сопротивляемость пласта резанию Апл и обобщенный показатель содержания и свойств неоднородностей в пласте Ан, которые имеют одинаковую размерность (Н/мм) и наиболее часто используются в инженерных расчетах, связанных с определением параметров шнеков.
На рис. 2.4 приведены зависимости скорости подачи комбайнов 1К101У, К103 и К85, имеющих примерно одинаковые режимные параметры и установленную мощность, в функции от показателей Ан, Ауг и Апл. Из рисунков 2.4 где приведены соответствующие зависимости, видно, что в большинстве случаев не отмечается сколько-нибудь заметной связи характеристик свойств пласта со скоростью подачи комбайна. Правда, в целом по условиям имеет место взаимосвязь Vn с показателем сопротивляемости пласта резанию Апл. Однако в области малых значений сопротивляемости резанию эта взаимосвязь практически отсутствует. Нарушение взаимосвязи Vn и Апл в области малых значений Апл связано с тем, что именно в этих условиях особенно велико влияние на нагруженность шнека наличие в пласте крепких неоднородностей.
Особенно характерны в этом отношении пласты Кузнецкого и Челябинского угольных бассейнов, которые, имея низкую сопротивляемость угля резанию (80-5-150 Н/мм), содержат крупные твердые включения, сопротивляемость резанию которых в 4-Ї- 10 раз выше, чем угля.
Выполненные оценки позволяют утверждать, что ни одна из рассмотренных характеристик свойств пластов, принятая автономно, не позволяет с необходимой точностью прогнозировать скорость подачи комбайна по всему диапазону измерения горно-геологических условий.
Следует, однако, отметить, что последнее вовсе не означает, что перечисленные выше характеристики свойств пластов не влияют на скорость подачи комбайна. При прочих равных условиях, между характеристиками свойств пласта и скоростью подачи комбайна может существовать корреляционная связь. Так, например, для чистых угольных пластов с незначительным содержанием твердых включений (до 0,05%), отличающихся, главным образом, сопротивляемостью угля резанию А , такая взаимосвязь достаточно устойчива. Аналогичная картина имеет место для всех случаев, когда меняется только одна из характеристик свойств пласта, а остальные остаются примерно постоянными.
Влияние показателя эквивалентной сопротивляемости пласта резанию Аэ на производительность комбайнов
Известно [1], что энергоемкость резания угля определяется затратами энергии на разрушение единицы объема угольного массива. Затраты энергии зависят от уровня нагрузок на резцах исполнительного органа комбайна, определяемых толщиной стружки, и прочностных свойств разрушаемого массива. Выше нами было установлено, что в качестве интегральной характеристики определяющей влияние сопротивляемости резанию на нагрузки при резании может быть принят показатель Аэ, учитывающий прочностные свойства не только угля, но и встречающихся в пласте неоднородностей.
С целью совокупного учета влияния сопротивляемости резанию и степени хрупкости угля на процесс разрушения угля предложено [51,54] использовать показатель разрушаемости, под которым понимается способность угольных пластов разрушаться с определенными энергозатратами R = ,KBT4CM/M3, (3.18) Е+1 где А - сопротивляемость резанию, оцениваемая либо показателем сопротивляемости угля резанию А , либо сопротивляемостью пласта резанию Апл.
Исследования показали, что с учетом предложенных оценок свойств пласта через показатели А и Апл значения показателя разрушаемости пла ста R изменяются от 2,4 до 65 кВт ч см/м . Однако на наш взгляд эти значения являются заниженными, поскольку, как было показано выше, показатель Аш не весомо реагирует на содержание в пласте неоднородностей в виде твердых включений и крепких породных прослойков, поскольку он не учитывает динамические воздействия на резцы исполнительного органа со стороны разрушаемого массива. Разрушающая же способность пластов, а значит производительность и энергоемкость разрушения, как свидетельствует практика ведения добычных работ, в значительной мере как раз и определяется наличием в пласте крепких неоднородностей. В этой связи вышеизложенное явилось дополнительным аргументом в пользу выбора показателя Аэ для оценки прочностных свойств угольного массива и использования его в расчетах, связанных с определением нагруженности исполнительного органа комбайна и выбором его оптимальных параметров для конкретных условий эксплуатации. Выполненные нами расчеты показали, что в этом случае диа-пазон изменения R увеличивается до 98 кВт ч см/м , т.е. величина показателя разрушаемости пласта R имеет широкий диапазон изменения, достаточный для решения прикладных задач.
Полученные экспериментальные данные позволили количественно оценить влияние каждого из факторов на R. Расчеты показали, что главенствующим является показатель Аэ, при изменении которого от 60 до 330 Н/мм и неизменном значении Е, величины показателя разрушаемости возрастают в 7-г21 раз. Изменение же степени хрупкости угля при постоянном Аэ меняет величину R только в 1,6ч-3,0 раза.
Вопрос о влиянии изменения пространственной ориентации инструмента на эффективность процесса резания угля практически не изучался, за исключением работы [65], в которой приведены рекомендации по развороту тангенциальных поворотных резцов с целью интенсификации их вращения. Некоторые суждения о целесообразности изменения пространственного положения резцов можно сделать, анализируя данные о подрезном резании горных пород, при котором снижаются действующие нагрузки. Однако при параметрах, обычно рекомендуемых для резания угля (h l,5 см; t=5-r6 см) осуществить подрезное резание затруднительно. С практической точки зрения речь может вестись о развороте и наклоне резцов с целью интенсификации процесса резания, выноса режущей части резца за лопасть, исключения передрабливания угля, отделенного от массива.
В применяемых шнековых исполнительных органах ориентация резцов относительно лопастей шнека такова, что его режущая кромка находится над поверхностью торца. При такой ориентации резцов с увеличением скорости подачи комбайна уменьшается расстояние 13 между забоем и торцом лопасти шнека (см. рисунок 3.5). При определенных значениях скорости подачи, являющихся предельно-допустимыми для конкретной конструкции комбайна, величина Із становится соизмеримой с отбитыми кусками угля, и они, попадая между торцом лопасти и забоем, начинают передрабливаться. Процесс дробления сопровождается потреблением части дополнительной энергии. При этом энергоемкость резания возрастает, а сортность угля ухудшается.
Для последовательной схемы резания, реализуемой на большинстве отечественных шнеков, характерна выраженная асимметрия сечения срезаемой стружки, при которой возможен поиск оптимальных параметров пространственной ориентации инструмента. С этой целью были выполнены стендовые исследования нагруженности радиальных резцов ЗР4.80 и танген циальных ИТ-125С [87,88]. Методические исследования были построены следующим образом Резание углецементного блока производилось на продольно-строгальном станке, толщина стружки составляла 2 см, ширина -5 см. Тензосигнал с динамометра после усиления поступал параллельно на осциллограф и вход ЭВМ, производившей обработку информации и распечатку результатов в ритме эксперимента и работавшей в режиме диалога.
Разработка методики расчета параметров шнеков для конкретных условий эксплуатации
Как уже отмечалась выше, в настоящее время расчеты, связанные с выбором параметров и схемы расстановки резцов на исполнительных органах очистных комбайнов, осуществляется по методике, приведенной в [10]. Согласно ей выбор параметров шнеков осуществляется исходя из заданной теоретической производительности комбайна и толщины стружки, рассчитываемой по значениям радиального вылета резца, не зависящим от свойств разрушаемого угольного массива. Такой подход приводит к усреднению параметров исполнительного органа, поскольку в конкретных условиях эксплуатации скорость подачи комбайна, а, значит, и толщина стружки за оборот шнека, напрямую зависят от характеристики разрушаемости пласта в конкретном очистном забое. Кроме этого, при определении нагрузок на резцах при резании в качестве характеристики, оценивающей свойства угольного массива, принято расчетное значение показателя сопротивляемости пласта резанию Ар, которое по сути является средневзвешенной величиной сопротивляемости угля резанию и содержащихся в пласте крепких неоднородно-стей и не учитывает динамической составляющей при разрушении сложно-структурных угольных пластов.
Результаты исследований, изложенные в главах 2 и 3 настоящей диссертационной работы, явились основой для учета вышеотмеченных факторов и уточнения в этой связи существующей методики [10]. Полный цикл расчетов включает: - интегральную оценку прочностных свойств угольного пласта; - выбор основных параметров шнека; - разработку схемы расстановки резцов; - расчет нагрузок на резцах при резании; - расчет силовой уравновешенности исполнительного органа.
Входными параметрами при расчете являются: тип комбайна с его характеристиками, диаметр и ширина захвата шнека, расчетная теоретическая производительность Qp и характеристика пласта, необходимые для определения величины Аэ. Выходными данными являются основные параметры и схема расстановки резцов на исполнительном органе, обеспечивающие минимум энергозатрат на резание и силовую уравновешенность шнека при заданной производительности комбайна в конкретных условиях его эксплуатации.
А. Интегральная оценка прочностных свойств угольного пласта
Для определения величины показателя Аэ, который является входным параметром при расчете толщины стружки и усилий на резцах исполнительного органа, была создана электронная база данных, которая является модулем в разработанной с нашим участием [94] прикладной программе выбора параметров шнеков. База данных содержит информацию о структуре и прочностных свойствах угля и содержащихся в пласте неоднородностей. Она позволяет в автоматизированном режиме определять значения Аэ для любого разрабатываемого на территории РФ шахтопласта и место его в классификации по сложности строения и разрушаемости угольных пластов. Алгоритм определения показателя эквивалентной сопротивляемости пласта резанию Аэ полностью приведен в главе 2 диссертации.
Б. Выбор основных параметров шнека Как известно [10], основными параметрами схем резания являются толщина и ширина стружки и образуемое ими сечение.
С учетом вышеизложенных результатов исследований рекомендован следующий алгоритм расчета параметров: 1. Согласно рекомендациям отраслевой инструкции [56] определяется принадлежность шахтопласта, для которого проектируется шнек, к группе типовых условий его применения и выбирается рациональный для разрушения такого пласта тип режущего инструмента. 2. Определяется расчетное среднее значение скорости подачи комбайна, исходя из заданной величины теоретической (расчетной) производительности Qp (т/мин), принятой в техническом задании на проектирование шнека. Вз Нр Туг Vncp= „р ,м/мин, (4.14) где В3 - ширина захвата исполнительного органа, м; ууг - плотность угля, т/и3. 3. Рассчитывается максимально возможная для данного шахтопласта средняя толщина стружки за оборот исполнительного органа h = -hmax (4.15) п Подставляя в (4.15) полученное выше выражение (3.3) для hmax, имеем 132,4 Кмк 1С , h = . "к 102 (4.16) А! 36 прл 4. Определяется средняя оптимальная ширина стружки для забойных резцов в зависимости от средней за оборот шнека толщины стружки и степе ни хрупкости угля Е по известному выражению ——-м« + 07h П dU , /I с мах 1.47 Е ,ллп. 1ОПТЗ - + вк,см, (4.17) Е+1,2 где вк - максимальная конструктивная ширина режущей части резца, см. Подставляя в формулу (4.16) значение hmax, выраженное в функции от Аэ, получим величину оптимальной ширины стружки для конкретных условий эксплуатации по показателям Аэ. 5. Далее по формулам ОСТ 12.44.258-84. [10] определяются шаги резания в кутковой tKi и забойной taj частях шнека.
