Введение к работе
Актуальность работы. Горнодобывающая промышленность является одной из ведущих отраслей, базирующихся на мощной минерально-сырьевой базе Российской Федерации. По ряду важнейших полезных твердых ископаемых, например, таких как каменный уголь, железные и алмазосодержащие руды, РФ по подтвержденным запасам не только занимает ведущее место в СНГ, но и входит в первую десятку государств мира. Основные запасы полезных твердых ископаемых в РФ в основном сосредоточены в районах со сложными горногеологическими условиями.
При разработке скальных и полускальных пород производственный цикл, по сложившейся технологии, включает, как правило, буровзрывную подготовку горного массива и последующую выемку горной массы из навала экскаваторами с погрузкой в транспортные средства. Такая технология обеспечивает высокую производительность выемочно-погрузочного оборудования при разработке пород любой крепости, но не удовлетворяет современным требованиям в отношении качества извлекаемого полезного ископаемого, ресурсосбережения и экологии, поэтому естественным является стремление исключить процесс рыхления массива взрывом. На основе опыта проектирования и эксплуатации шахтных добычных и проходческих комбайнов, а также оборудования для дорожного и аэродромного строительства был разработан ряд образцов комбайнов непрерывного действия для открытой разработки месторождений методом послойного фрезерования (такие комбайны получили название «Krupp Surface Miner», или сокращенно KSM).
В СНГ ведется непрерывный поиск и внедрение в производство технологий с новым оборудованием высокого технического уровня, значительно повышающего эффективность горных работ. Однако первый опыт эксплуатации карьерных комбайнов показал их недостаточно высокую производительность при выемке породных пластов различной мощности. Это объясняется тем, что техническая производительность карьерного комбайна при заданных его конструктивных и энергетических параметрах зависит не только от технологических, но и от динамических параметров.
Таким образом, расширение номенклатуры добычи твердых полезных ископаемых может быть достигнуто на основе модернизации и создания перспектив-
ных конструкций карьерных комбайнов с роторным ковшовым рабочим органом, эксплуатирующихся на месторождениях Российской Федерации, с трансмиссиями, имеющими рациональные динамические параметры.
Поэтому разработка многопараметрической математической модели процесса взаимодействия роторного ковшового рабочего органа с породой для обоснования и выбора рациональных динамических параметров трансмиссий приводов карьерного комбайна в зависимости от характеристик его электромеханической системы является актуальной научной задачей.
Целью работы является установление закономерностей формирования динамических параметров трансмиссии привода роторного ковшового рабочего органа карьерного комбайна в зависимости от характеристик его электромеханической системы.
Идея работы заключается в снижении момента трения роторного ковшового рабочего органа о породу за счет пневмогидравлической упругодемпфирующей заделки хвостовика редуктора привода ротора карьерного комбайна, оснащенной автоколебательным генератором импульсов движущего момента.
Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использовались основные положения и методы теоретической механики твердого тела, газа и жидкости, виброреологии и математического моделирования с использованием современных пакетов прикладных программ.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
формирование динамических характеристик электромеханической системы привода роторного ковшового рабочего органа карьерного комбайна для уменьшения уровня динамических нагрузок может быть осуществлено путем оснащения привода пневмогидравлическим упругодемпфирующим устройством с оперативным регулированием жесткости и демпфирования;
выемка слоя породы с более высокой прочностью без снижения производительности карьерного комбайна может быть достигнута путем оснащения пнев-могидравлического упругодемпфирующего устройства привода роторного ковшового рабочего органа автоколебательным генератором импульсов давления (расхода) рабочей жидкости;
рациональные динамические параметры электромеханической системы приводов карьерного комбайна в режиме номинальной нагрузки и рациональные виброреологические параметры взаимодействия роторного ковшового рабочего органа комбайна с породой могут быть получены на основе имитационной многопараметрической математической модели.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на применении современных научных методов исследований, включающих аналитические исследования, с использованием фундаментальных положений: теоретической механики твердого тела; математического моделирования; системного анализа процесса нагружения приводов силовой установки карьерного комбайна. Сходимость результатов аналитических исследований и математического моделирования при относительной ошибке до 0,15 составляет не менее 85%.
Научное значение работы заключается в разработке многопараметрической математической модели процесса взаимодействия роторного ковшового рабочего органа карьерного комбайна с породой с учетом динамических параметров электромеханической системы привода и в установлении закономерностей изменения производительности карьерного комбайна с роторным ковшовым рабочим органом от физико-механических свойств породы, технологических, энергетических, конструктивных, динамических и виброреологических параметров привода.
Практическое значение работы состоит в разработке методики и программного обеспечения для моделирования и расчета рациональных динамических параметров системы привода роторного ковшового рабочего органа карьерного комбайна.
Реализация выводов и рекомендаций работы.
Основные результаты диссертационной работы нашли применение в про-ектно-конструкторских разработках ООО «ИЗ-Картэкс» по совершенствованию существующих и созданию инновационных конструкций карьерных комбайнов с роторным ковшовым рабочим органом, а также будут использованны в научно-технических разработках конструкторского бюро в 2012-2014гг:
технические требования на модернизацию привода роторного ковшового рабочего органа карьерного комбайна КСМ-2000Р совместной разработки фирмы «Rrupp Fordertechnik» (Германия), ФГУП «ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинско-го», ОАО «ИЗ-КАРТЭКС» (РФ), находящегося в эксплуатации на Талдинском угольном разрезе ОАО «Угольная компания «КУЗБАССРАЗРЕЗУГОЛЬ»;
методика статического и динамического расчета трансмиссии привода роторного ковшового рабочего органа карьерного комбайна с оперативным регулированием её жесткости и демпфирования;
программное обеспечение для моделирования взаимодействия роторного ковшового рабочего органа карьерного комбайна со слоем породы в зависимости от прочности породы, параметров пласта, кинематических, силовых и динамических параметров привода рабочего органа.
Научная новизна и личный вклад автора состоит:
в установлении кинематических особенностей рабочего процесса карьерного комбайна с роторным ковшовым органом;
в разработке многопараметрической математической модели процесса взаимодействия роторного ковшового рабочего органа карьерного комбайна с породой;
в моделировании процесса взаимодействия роторного ковшового рабочего органа карьерного комбайна со слоем породы в зависимости от прочности породы, параметров пласта, кинематических, силовых и динамических параметров привода рабочего органа.
Апробация работы. Основные положения и содержание работы были доложены и обсуждены на: Международных научных симпозиумах «Неделя Горняка» в 2008, 2009, 2010, 2011 гг. (г. Москва, МГГУ); ХПІ, XIV и XV Международных экологических конференциях студентов и молодых ученых «Горное дело и окружающая среда. Инновационные и высокие технологии XXI века» - 2009, 2010, 2011 гг. (г. Москва, МГГУ); Международной научно-технической конференции «Современные техника и технологии горно-металлургической отрасли и пути их развития» - 2010 г., (Республика Узбекистан, Навои); XIV Международной конференции «Технология, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов» - 2010, (г. Москва, МГГУ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, 3 из них опубликованы в журналах, входящих в перечень рецензируемых изданий, утвержденных ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений, списка использованных источников информации из 142 наименований и включает 31 рисунок и 3 таблицы.
