Содержание к диссертации
Введение
1. УПРАВЛЯЕМОСТЬ ШАХТНЫХ САМОХОДНЫХ ВАГОНОВ В ГОРНОЙ
ВЫРАБОТКЕ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1. Особенности управляемости шахтных самоходных вагонов в условиях, калийных рудников 9
1.2. Требования к рулевому управлению шахтных самоходных вагонов 16
1.3. Состояние вопроса управляемости шахтных самоходных вагонов при движении в горных выработках 23
1.4. Цель и задачи исследования 32
ВЫВОДЫ 33
2. ОЦЕНОЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КУРСОВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ШАХТНЫХ
САМОХОДНЫХ ВАГОНОВ И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 35
2.1. Расчетная схема траектории движения шахтного самоходного вагона в горной выработке 35
2.2. Оценочные параметры курсовой устойчивости шахтных самоходных вагонов 45
2.3. Обоснование метода определения оценочных параметров курсовой устойчивости шахтных самоходных вагонов 47
ВЫВОДЫ 55
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛШЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КУРСОВОЙ УСТОЙЧИ
ВОСТИ ШАХТНЫХ САМОХОДНЫХ ВАГОНОВ 56
3.1. Объект, аппаратура и программа экспериментальных исследований 56
3.2. Экспериментальное определение статистических характеристик оценочных параметров курсовой устойчивости 67
3.3. Реакция шахтных самоходных вагонов на управляющее воздействие водителя 104
ВЫВОДЫ 113
4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 115
4.1. Методика расчета габаритной полосы и скорости движения шахтных самоходных вагонов 115
4.2. Рекомендации по совершенствованию конструкции шахтных самоходных вагонов и их практическое внедрение 123
4.3. Экономическая эффективность выполненных исследований 132
ВЫВОДЫ 140
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 140
ЛИТЕРАТУРА 143
ПРИЛОЖЕНИЯ 154
- Особенности управляемости шахтных самоходных вагонов в условиях, калийных рудников
- Расчетная схема траектории движения шахтного самоходного вагона в горной выработке
- Объект, аппаратура и программа экспериментальных исследований
- Методика расчета габаритной полосы и скорости движения шахтных самоходных вагонов
Введение к работе
В принятых на ХШ съезде КПСС "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" предусмотрено довести выпуск минеральных удобрений в 1985 году до 150-155 млн.т [і]. Существенный вклад в выполнение этой важной народно-хозяйственной задачи,являющейся составной частью Продовольственной программы, должна внести калийная промышленность. К 1990 году производство калийных.удобрений достигнет 37-39 млн.т ( в пересчете на 41,6 % ^0 ), при этом объём добычи руды должен возрасти до II5-I25 млн. т .
В настоящее время практически все калийные рудники переведены на наиболее прогрессивный и перспективный в техническом , экономическом и социальном отношениях комбайновый способ выемки и машинную доставку горной массы шахтными самоходными вагонами (ШСВ) .
Большая заслуга в разработке и внедрении прогрессивной технологии добычи калийных солей принадлежит чл.- корр. АН СССР проф. А.С. Спиваковскому [2,3], академику АН УССР Н.С.Полякову [4]» докторам технических наук А.В. Евневичу [5,б], Б.А.Кузнецову [7], Я.Б. Кальницкому [8-Ю], Н.В.Тихонову [11,12], создавшим теорию шахтных транспортных машин .
Оснащенность рудников самоходным оборудованием постоянно повышается, только на конец 1983 года в эксплуатации на калийных рудниках находилось свыше 700 единиц различных типов ШСВ .
Широкому распространению и внедрению ШСВ в качестве доста -вочной техники в значительной степени способствовало творческое содружество специалистов институтов ВНИИГ,Гипроуглегормаш,производственных объединений "Уралкалий","Белорускалий" и Воронежского завода горно-обогатительного оборудования, являющегося веду- щим в стране предприятием по производству самоходного горного оборудования на пневмоколесном ходу.
Учеными, конструкторами и инженерами институтов и завода в кратчайший срок был выполнен комплекс научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ по созданию унифицированного ряда шахтных самоходных вагонов грузоподъемностью 10,15 и 20 т , что позволило приступить к их серийному производству и уже в начале 70-х годов полностью отказаться от импорта шахтных самоходных вагонов.
Накопленный опыт создания и эксплуатации пневмоколесного транспорта явился основой для разработки модернизированного са -моходного вагона 5БСІ5М, серийное производство которого осуществляется в настоящее время. Близятся к завершению работы по соз -данию самоходного вагона грузоподъемностью 25 т.
В связи с наметившейся в последние годы тенденцией роста технической производительности и энерговооруженности комбайнов на первый план выдвигается решение проблемы эффективной отгрузки горной массы от комбайнов [13] . Одним из неиспользованных до настоящего времени резервов повышения производительности и эффективности работы всего комплекса является увеличение скорости транспортирования горной массы пневмоколесным транспортом.Как показывает опыт эксплуатации,средняя скорость движения ШСВ не превышает 1,39-1,67 м/с,а её увеличение на IO-5QJ5 повышает производительность транспортирования горной массы в условиях калийных рудников на 5-30J5,причем тем выше,чем больше длина доставки. [14].
Однако дальнейшее повышение скорости движения ШСВ в стесненных условиях горных выработок (зазор между стенкой выработки и движущимся ШСВ составляет 350-400 мм) при недостаточной освещенности и обзорности лимитируется способностью машины обеспечить достаточную курсовую устойчивость и минимальную габаритную поло- су при прямолинейном движении, зависящую от ряда факторов, основными из которых, помимо психофизиологических особенностей и квалификации водителя, являются: тип и конструктивные особенности рулевого управления, кинематическая схема машины в целом, а также специфика условий эксплуатации ;
Наличие четырех ведущих и управляемых колес уже предопределяет низкую курсовую устойчивость ШСВ, а специфика эксплуатации -челноковый способ движения - ограничивает или полностью исключает возможность применения на ШСВ таких апробированных конструк -тивных решений по повышению курсовой устойчивости, принятых в автомобильной промышленности, как: схождение управляемых колес , продольный наклон шкворней, автоматическое отключение привода управления задней (по направлению движения) оси и установка привода рулевого управления, обеспечивающего запаздывание поворота задних управляемых колес по отношению к передним .
Настоящая работа предусматривает решение проблемы повышения курсовой устойчивости при движении ШСВ в горной выработке, учитывая конструктивные особенности и специфику условий эксплуатации, на основе совершенствования конструкции рулевого управления.
В такой постановке данная проблема предполагает рассмотре -ние следующих основных вопросов: исследование закономерностей прямолинейного движения ШСВ в горной выработке,определение оценочных параметров курсовой устойчивости и их зависимости от типа рулевого управления и режимов движения, анализ полученных данных и на этой основе установление методов расчета габаритной полосы, скоростного режима движения в зависимости от параметров курсовой устойчивости и разработка рекомендаций по совершенствованию конструкции рулевого управления.
Предложенные расчетные методы определения габаритной полосы движения и эксплуатационной скорости движения ШСВ в горной выра- ботке, проводимой комбайнами, рекомендации по совершенствованию конструкции рулевого управления основываются на разработанных автором научных положениях, заключающихся в установлении: зависимости курсовой устойчивости ШСВ от типа, конструктивных параметров рулевого управления и режимов движения ; средних квадратических отклонений курсового угла в ка ~ честве основного критерия курсовой устойчивости ШСВ при движении в горной выработке;
3)закономерности формирования габаритной полосы движения с учетом вероятностного характера изменения курсового угла и реакции машины на поворот рулевого колеса ;
4) зависимости скорости движения ШСВ в горной выработке от чувствительности рулевого управления к внешним возмущениям и фактора "неуравновешенности" в рулевом приводе
Настоящая работа выполнена в Карагандинском научно-исследовательском, проектно-конструкторском и экспериментальном институте Гипроуглегормаш и Карагандинском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте в соответствии с тематическим планом по совершенствованию конструкции ШСВ и созданию новых средств пневмоколесного шахтного транспорта ( № Гос.регистрации 78033434) .
Основные результаты работы использованы институтами Гипро -углегормаш и Воронежским заводом горно-обогатительного оборудо -вания при разработке, модернизации и освоении серийного произ ~ водства подземных пневмоколесных транспортных машин.
Реализация разработанных рекомендаций по совершенствованию конструкции уравновешенного'рулевого управления, защищенного а.с. № 453332, рулевого привода с обратной гидравлической связью и установка гидрозамков в магистрали силовых цилиндров, позволили создать универсальную унифицированную модель самоходного вагона
5BGI5M, тем самым решив проблему элективной работы ШСВ в более низких (1,9 - 2,3 м) выработках.
В настоящее время рулевой привод с обратной гидравлической связью и гидрозамками в гидросистеме является основным типом рулевого управления для подземного пневмоколесного транспорта и установлен, помимо ШСВ, на погрузочно-транспортных машинах ГЩ-2, ЦД-3, ІЩ-5 и машинах семейства BOM , выпускаеглых Воронежским заводом горно-обогатительного оборудования.
Автор выражает глубокую благодарность коллективам отдела и лаборатории пневмоколесного шахтного транспорта института Гипро— углегормаш, кафедры "Промышленный транспорт" КПТИ, а также кан -дидатам технических наук Вейнгардту Г.Р., Шендеровичу 10.М., Таирову К.Б. за постоянную помощь и ценные советы при выполнении диссертационной работы .
class1 УПРАВЛЯЕМОСТЬ ШАХТНЫХ САМОХОДНЫХ ВАГОНОВ В ГОРНОЙ
ВЫРАБОТКЕ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ class1
Особенности управляемости шахтных самоходных вагонов в условиях, калийных рудников
Под управляемостью понимается способность ШСВ, управляемого водителем, сохранять заданное направление движения в условиях горных выработок или изменять его по желанию водителя путем воздействия на рулевое управление [15].
Из этого определения следует, что в зависимости от условий эксплуатации требования к управляемости должны быть различны. Один и тот же тип ШСВ, характеризуемый некоторыми параметрами управляемости, в одних условиях может полностью соответствовать условиям эксплуатации , в других - наоборот. Такая зависимость управляемости от условий эксплуатации предполагает необходимость более детального рассмотрения их особенностей.
Наиболее широкое распространение в качестве доставочных машин шахтные самоходные вагоны получили при разработке Верхнекамского и Старобинского пологопадающих месторождений калийных руд. Для подземных доставочных машин условия их эксплуатации и скоростной режим транспортирования горной массы определяются целым ря -дом факторов, главными из которых являются: горно-геологические (мощность пласта и угол его падения, устойчивость пород и т.п.) и горне-технические (способ вскрытия, система разработки , длина, профиль, форма выработок, производительность выемочных машин и т.д.) .
Верхнекамское месторождение калийных солей характеризуется разнообразием условий, сложным строением и залеганием. Мощность рабочих пластов на основных площадях (90$) составляет 1,8-4,2 м. Кровля пластов представлена неустойчивыми "коржами" мощностью до 1,2 м, требующими специальных мер по их обрушению или креплению. Оба пласта смяты в складки шириной 5-20 м ; продольные и поперечные утлы наклона почвы в большинстве камер достигают 5-10, Разработка пластов осложняется недостаточно мощной водозащитной толщей и газодинамическими явлениями в виде внезапных выбросов соли и газа.
Пласты Старобинского месторождения имеют мощность преимущественно 1,8-3,0 м (второй горизонт) и 3,8-4,5 м (третий горизонт). Оба пласта сложены чередующимися слоями сильвинита и каменной соли мощностью 0,5-1,5 м, имеют спокойное, практически горизонтальное залегание, выдержаны по мощности и строению. Однако в кровле обоих пластов залегают склонные к обрушению неустойчивые прослои глины, сильвинита и каменной соли, а пласт третьего горизонта опасен по газодинамическим явлениям.
class2 ОЦЕНОЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КУРСОВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ШАХТНЫХ
САМОХОДНЫХ ВАГОНОВ И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ class2
Расчетная схема траектории движения шахтного самоходного вагона в горной выработке
В результате анализа горно-технических условий эксплуатации установлено, что трассы движения ШСВ в очистных горных выработ -ках от комбайнов (бункеров-перегружателей) до пунктов разгрузки носят прямолинейный характер. Задача водителя при движении по . этим трассам, учитывая стесненность условий горных выработок , заключается в том, чтобы постоянно удерживать ШСВ на определен -ном расстоянии от стенок выработки .
При выполнении этого условия водителем радиус кривизны всех возможных, в пределах ширины горной выработки, траекторий движения ШСВ составляет не менее 300-400 м, что позволяет считать такой вид движения прямолинейным [81]. Однако движущийся ШСВ постоянно находится под действием внешних возмущающих сил, под ко -торыми подразумевается совокупность сил и моментов, возникнове -ние которых не связано с поворотом управляемых колес, например, составляющие силы тяжести, моменты, обусловленные неравенством касательных реакций на ведущих колесах и коэффициентов сопротивления качению колес правого и левого бортов ;силы,моменты, вызываемые движением колес через дорожные неровности и прочее .
Под действием этих сил ШСВ описывает некоторую зигзагооб -разную траекторию, угол которой с направлением дороги обычно отличен от нуля. Вполне естественно, что на величину угла отклонения от направления дороги оказывают влияние психологические особенности и квалификации водителя.
Представим в качестве фактической траектории движения ШСВ правильную зигзагообразную линию с равными отрезками под одина кошми утлами 7 (рис. 2.1).
Наличие некоторого курсового угла У , отличного от нуля, приводит к тому, что направление движения ШСВ и направление дороги не совпадают. Водитель, заметив смещение ШСВ в сторону,начинает вращать рулевое колесо в противоположную по отношению к смещению сторону. В результате воздействий водителя на рулевое колесо по истечении некоторого времени Г ШСВ снова возвращается в первоначальное положение.
class3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛШЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КУРСОВОЙ УСТОЙЧИ
ВОСТИ ШАХТНЫХ САМОХОДНЫХ ВАГОНОВ class3
Объект, аппаратура и программа экспериментальных исследований
Экспериментальные исследования курсовой устойчивости ШСВ проводились в подземных условиях первого рудоуправления ПО "Бело-рускалий". В качестве объектов исследования были взяты самоходные вагоны 4BCI0, 5BCI5 и 5BCI5M производства Воронежского завода горно-обогатительного оборудования. Выбор образцов для исследо -ваний не случаен, поскольку они являются типичными представите -лями целого семейства унифицированных шахтных самоходных вагонов грузоподъёмностью 10, 15 и 20 т, но в то же время имеют сущест -венные различия в механизме и приводе рулевого управления [9б], Самоходный вагон 4BCI0 имеет неуравновешенное рулевое управление с обратной механической связью, самоходный вагон 5BCI5 - уравно -вешенное рулевое управление также с обратной механической связью, а самоходный вагон 5BCI5M - уравновешенное рулевое управление,но с гидравлической обратной связью, и в гидросистеме рулевого управления установлены гидравлические замки. Таким образом, представ -ляется возможным проследить влияние на курсовую устойчивость не -уравновешенности рулевого управления,- типа обратной связи, а также наличия гидрозамков в гидросистеме рулевого управления.
Экспериментальные исследования курсовой устойчивости прово -дились на основных технологических режимах движения ШСВ.
Для ШСВ такими режимами являются:
1) движение вперед с грузом на различных скоростях. Этот режим применяется при доставке горной массы от комбайна до пункта разгрузки (скребковый конвейер, гезенк) ;
2) движение назад без груза на различных скоростях - возвращение самоходного вагона от пункта разгрузки до комбайна .
Скорость движения IIICB в каждом из рассматриваемых режимов была различна : самоходный вагон 4BGI0 испытывался на первой (0,97 м/с) и второй (1,94 м/с) скоростях , а вагоны 5BGI5 и 5BCI5M на первой (0,85 м/с) , второй (1,66 м/с ) и третьей (2,72 м/с) скоростях .
Помимо основных технологических режимов существуют и вспо -могательные, которые пршленяются при доставке оборудования, инструмента, горюче-смазочных материалов, проведении работ по зак -ладке выработанного пространства и т.д. Вспомогательные режимы движения ШСВ не являются типичными для машин данного типа, поэтому в работе не рассматривались
Методика расчета габаритной полосы и скорости движения шахтных самоходных вагонов
В практической деятельности, связанной с эксплуатацией, а также проектированием шахт, в частности транспортных схем, приходится решать два вида задач по обеспечению безопасной и эф -фективной работы ШСВ:
1) прямая задача,когда известны модель ШСВ, его габаритные размеры и необходимо установить ширину проезда, в который может вписаться данная модель ШСВ;
2) обратная задача, когда известны форма и ширина проезда, т.е. размеры горной выработки, и требуется выяснить,какая мо -дель ШСВ и с какими габаритами может в них вписаться.
Для решения как одной, так и другой задачи необходимо знать возможную точность движения ШСВ любой модели при различных ре -жимах, т.е. его параметры управляемости.
Наличие некоторых значений средних квадратических отклонений курсового угла на всех режимах движения указывает на то,что фактическая траектория движения ШСВ отличается от задаваемой водителем, в результате чего и формируется габаритная полоса при прямолинейном движении.
Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе типа ШСВ, поскольку эффективность его эксплуатации зависит от того, насколько рационально назначены габариты ШСВ, в частности его ширина, для конкретного сечения выработки.
Установленные в результате проведенных исследований коли -чественные значения курсового угла на всех режимах, а также реакция ШСВ на поворот рулевого колеса позволяют оценивать вели -чину габаритной полосы движения в зависимости от типа и конструкции рулевого управления.
Анализ полученных в результате обработки экспериментальных данных плотностей распределения курсового угла 7 на всех режимах показывает, что размах колебаний курсового угла при уравновешенном рулевом управлении с обратной гидравлической связью и гидрозамками в гидросистеме рулевого привода не превышает 1,5 в каждую сторону. При этом, для данной схемы рулевого управления время реакции ПІСВ на управляющее воздействие ( пово -рот рулевого колеса ) составляет не более I с.
