Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы ликвидации крупнокусковой горной массы 8
1.1 Анализ специальных машин и оборудования для ликвидации негабаритов 8
1.2 Анализ специальных машин и оборудования для выполнения оборки откосов уступов в карьере 19
1.3 Анализ теоретических исследований выбора параметров рабочего оборудования горных машин 22
Постановка задач исследования 30
2. Выбор параметров челюстного захватного устройства карьерной погрузочно-транспортной машины 32
2.1 Методика выбора параметров челюстного захватного устройства карьерной погрузочно-транспортной машины... 32
2.2 Исследование сил внедрения челюстного захватного устройства карьерной погрузочно-транспортной машины в процессе оборки откосов уступов 42
2.3 Исследование устойчивости положения карьерной погрузочно-транспортной машины в процессе оборки откосов уступов 58
2.4 Обоснование грузоподъёмности челюстного захватного устройства карьерной погрузочно-транспортной машины 69
Выводы 77
3. Выбор параметров карьерной погрузочно транспортной машины 80
3.1 Исследование рабочего процесса разгрузки негабаритов 80
3.2 Расчёт конструкции самоустанавливающейся платформы карьерной погрузочно-транспортной машины для транспортирования негабаритов . 89
3.3 Разработка общей схемы карьерной погрузочно-транспортной машины 101
3.4 Разработка основных узлов конструкции карьерной погрузочно-транспортной машины 106
Выводы 109
Заключение 111
Библиографический список
- Анализ специальных машин и оборудования для выполнения оборки откосов уступов в карьере
- Исследование сил внедрения челюстного захватного устройства карьерной погрузочно-транспортной машины в процессе оборки откосов уступов
- Обоснование грузоподъёмности челюстного захватного устройства карьерной погрузочно-транспортной машины
- Расчёт конструкции самоустанавливающейся платформы карьерной погрузочно-транспортной машины для транспортирования негабаритов
Введение к работе
Актуальность работы. При открытых горных разработках выход негабаритов может достигать 20 % от общей взорванной массы. В большинстве случаев размер негабаритов в максимальном измерении составляет 0,7 - 3 м. Складирование негабаритов внутри карьера затрудняет ведение горных работ, снижает производительность добычного и транспортного оборудования и, в конечном счёте, повышает себестоимость добычи полезных ископаемых. При вскрышных работах, когда разрушаемые в процессе вторичного дробления негабариты представляют собой пустую породу, затраты на их разрушение также увеличивают издержки предприятия. Также важным вспомогательным процессом горных работ является оборка откосов уступов, т. е. ликвидация нависающих кусков горной массы, представляющих опасность при обрушении. Таким образом, создание специальной погрузочно-транспортной машины и обоснование параметров её исполнительного оборудования для повышения эффективности рассмотренных выше процессов горных работ являются актуальными.
Объект исследования – карьерная специальная погрузочно-транспортная машина (ПТМ), предназначенная для погрузки и транспортирования негабаритов, а также выполнения оборки откосов уступов.
Предмет исследования – основные параметры исполнительного органа и специальной платформы карьерной погрузочно-транспортной машины.
Идея работы – повышение эффективности ПТМ достигается за счёт объединения функций оборки откосов уступов, погрузки и транспортировки негабаритов в конструкции одной машины с учётом режима её работы и условий эксплуатации.
Цель работы – обоснование и выбор основных параметров и конструктивных схем исполнительного оборудования ПТМ на основе математического моделирования и анализа её рабочего процесса.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи: – на основе анализа конструкций современных горных машин разработать
принципиальную схему ПТМ и её исполнительного оборудования, обеспечивающего эффективность выполнения вспомогательных горных работ;
– разработать математическую модель функционирования специальной платформы ПТМ для транспортирования крупнокусковой горной массы, позволяющую обосновать параметры упруго-диссипативных характеристик подвески, обеспечивающие устойчивость положения равновесия подрессоренной массы;
– разработать методику выбора параметров исполнительного органа ПТМ, предназначенного для захвата и перемещения кусков горной массы, с учётом определения сил внедрения в неё его зубьев и обеспечения грузовой устойчивости машины при выполнении работ;
– определить условия эффективного применения ПТМ на основе статистических данных по распределению объёмов негабаритов в карьере.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Рациональные геометрические параметры исполнительного органа карьерной погрузочно-транспортной машины определяются на основе условия рав-нопрочности его зубьев с учётом параметров извлекаемого куска, откоса уступа и допускаемой массы зуба.
-
Математическая модель, описывающая выбор грузоподъёмности исполнительного органа погрузочно-транспортной машины на основании гипотезы применения экспоненциального закона распределения объёмов негабаритов в карьере и определение допускаемых сил сопротивления внедрению в горную массу его зубьев в процессе оборки откосов уступов с учётом обеспечения грузовой устойчивости машины.
-
Устойчивость положения равновесия подрессоренной массы погрузочно-транспортной машины обеспечивается выбором упругих характеристик её подвески в зависимости от массово-геометрических параметров специальной самоустанавливающейся платформы в процессе погрузки в неё негабаритов в соответствии с предложенным критерием.
Научная новизна работы:
– разработана методика определения рациональных геометрических парамет-
ров исполнительного органа ПТМ с учётом условия равнопрочности его зубьев в зависимости от параметров куска горной массы, извлекаемого из откоса уступа при выполнении оборки, а также обеспечения допускаемой массы зуба;
– разработана методика расчёта допускаемых сил сопротивления внедрению в горную массу зуба исполнительного органа ПТМ с учётом обеспечения её грузовой устойчивости при выполнении оборки откосов уступов в карьере;
– получены зависимости, позволяющие оценить влияние формы зубьев исполнительного органа ПТМ на величину силы сопротивления их внедрению в горную массу в процессе выполнения оборки откосов уступов;
– разработана математическая модель функционирования специальной платформы ПТМ, позволяющая обосновать параметры упруго-диссипативных характеристик её подвески, обеспечивающие устойчивость положения равновесия подрессоренной массы и затухание её колебаний.
Методы исследований: анализ и синтез данных научных исследований (статистический и системный анализ); аналогия; методы, основанные на принципах классической механики, математическая обработка результатов.
Практическая значимость работы:
– разработана общая компоновка ПТМ, выполнен анализ её рабочего процесса;
– предложены принципиальные конструктивные схемы основных узлов ПТМ;
– получены критерии выбора основных параметров ПТМ, основанные на разработанных математических моделях;
– разработана методика выбора параметров исполнительного органа ПТМ;
– показана возможность повышения эффективности транспортирования крупнокусковой горной массы и выполнения оборки откосов уступов в карьере;
– разработана методика расчёта сил сопротивления внедрению в горную массу зубьев исполнительного органа ПТМ с учётом условий их равнопрочности;
– основные технические результаты защищены шестью патентами.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется корректным использованием положений теоретической механики, сопротивления материалов, теории устойчивости механических систем, математиче-
ской статистики, применением современных методов исследований и обработки данных, а также подтверждается сходимостью полученных теоретических зависимостей с результатами исследований аналогичных исполнительных органов с расхождением, в зависимости от исходных данных, от 0,1 % до 18,1 %.
Апробация работы. Основные положения работы и её отдельные результаты докладывались на XII Международной научно-практической конференции «Проблемы карьерного транспорта» (ИГД УрО РАН, Екатеринбург, 2013 г.); VII Всероссийской конференции «Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых» (ПНИПУ, Пермь, 2014 г.); VIII Всероссийской молодёжной научно-практической конференции «Проблемы недропользования» (ИГД УрО РАН, 2014 г.); Международной научно-технической конференции «Чтения памяти В. Р. Кубачека. Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (УГГУ, Екатеринбург, 2014 г.).
Публикации. По теме работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе 5 в ведущих рецензируемых научных журналах, получено 6 патентов.
Личный вклад автора заключается в формировании основной идеи, постановке задач, выборе метода исследований, анализе, обработке полученных результатов и разработке на их основе методик расчёта и рекомендаций, а также в подготовке патентных заявок.
Реализация результатов. Результаты исследований приняты к использованию при проектировании зубьев ковшей экскаваторов ПАО «Уралмашзавод» с ожидаемым экономическим эффектом 100-170 тыс. руб. в год на каждую единицу выпускаемой техники. Конструктивное решение и расчёт самоустанавливающейся платформы предложены для включения в программу инновационного развития АК «АЛРОСА» (ПАО), связанного с поиском новых предложений в области открытых и подземных горных работ, с ожидаемым экономическим эффектом до 210 тыс. руб. на каждую единицу модернизированной техники.
Структура и объём диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения и 2 приложений, изложена на 127 страницах печатного текста, содержит 54 рисунка, 26 таблиц, библиографический список из 129 наименований.
Анализ специальных машин и оборудования для выполнения оборки откосов уступов в карьере
Оборка откосов уступов бортов в карьере от кусков породы, образовавшихся при первичной отбойке массива, является важным процессом вспомогательных горных работ, связанных с обеспечением безопасных условий выполнения основных производственных процессов. В результате влияния различных факторов, таких как наличие подземных вод, изменяющих свойства массива и приводящих к деформации откосов, сейсмического эффекта при буровзрывных работах, берма и откосы могут находиться в нарушенном состоянии, иметь участки деформации в виде заколов, «козырьков», «нависей» и интенсивно осыпаться, что осложняет ведение работ. В условиях Крайнего Севера из-за смерзания отбитой горной массы данные нарушения массива создают большую опасность для техники и персонала. Наиболее распространённым видом деформации откосов уступов в карьере являются осыпи, проявляющиеся в виде отрыва отдельных кусков от массива и падения их к подошве откосов.
При разработке месторождений открытым способом регулярная оборка уступов от «нависей» и «козырьков», ликвидация заколов являются обязательными процессами. Прогнозирование и предупреждение осыпей откосов уступов в карьере невозможно без анализа изменяющейся горно-геологической обстановки, а также состояния пород прибортового массива. Несистематичность оборки откосов и зачистки берм можно объяснить отсутствием специального оборудования. Требования Ростехнадзора о существенной корректировке организации проверок связаны с возникающими обрушениями, в том числе одиночных кусков горной массы, не только при ведении подземных, но и в условиях открытых горных работ.
Так, при отгрузке горной массы в ЗАО «ОРМЕТ» рудника «Барсучий Лог» (г. Орск, Оренбургская обл.) произошло обрушение из верхней части забоя смёрзшейся глыбы, находившейся в рыхлой породе, повлёкшее за собой несчастный случай. Одной из причин указанного случая является ведение работ без учёта фактического состояния горно-геологических условий в карьере. Другим характерным случаем, произошедшим на Северно-Восточном вермикули-товом карьере ОАО «Ковдорслюда» (г. Ковдор, Мурманская обл.), является падение куска руды, следствием чего стало тяжёлое травмирование начальника горного цеха, проводившего осмотр экскаватора [44]. В ОАО «Горевский ГОК» (Красноярский край, Енисейское межрегиональное УТЭН) в результате обрушения смёрзшегося грунта вскрышного уступа получил травму машинист экскаватора [45]. Несчастный случай, повлёкший смерть помощника машиниста экскаватора горного участка, производившего уборку бортовой рамы механизма хода, произошёл в Качарском рудоуправлении АО «ССГПО» (Костанайская обл.) по причине падения куска скальной породы с уступа.
На практике оборку откоса уступов проводят механизированным способом с применением экскаватора, оборудованного с этой целью специальными приспособлениями, например, «лопатой-скребком», зубьями с режущей кромкой и др. [46, 47]. Также встречается выполнение оборки откосов уступов вдоль транспортной бермы бригадой проходчиков горных склонов при помощи лома с изогнутым концом, способствующим захвату кусков, или перфоратора. Ручная оборка кровли проходчиками (оборщиками), в перечень работ [48] которых входит осмотр состояния горных выработок после производства взрывных работ, оборка боков и кровли от нависших глыб и кусков породы, а также уборка горной массы с выработки, является тяжёлой и опасной работой и выполняется по наряду-допуску под непосредственным наблюдением руководителя смены или бригадира. По причине низкой эффективности этих способов оборка откосов зачастую не проводится.
В случае невозможности произвести ликвидацию заколов или оборку уступа при помощи экскаватора все работы в опасной зоне должны быть остановлены, люди выведены, а опасный участок ограждён предупредительными знаками. В отдельных случаях допускается оборка уступов с применением буровзрывных работ по специальному проекту [49].
В настоящее время многие известные способы укрепления откосов уступов бортов карьера и средства механизации [47, 50-52], предназначенные для оборки, остаются проектными решениями и практически не применяются.
В условиях подземных горных выработок для оборки кровли широко используется техника компаний «Atlas Copco Scaletec MC» (Швеция), «Paus» (Германия), «Breaker Technology Inc.» (Канада) с навесным оборудованием (гидромолотом, вибропикой). Некоторые из них представлены на рис. 1.14, а, б.
Известны машины и механизмы, при помощи которых возможно осуществлять работы по оборке откосов уступов в карьере. В качестве рабочего органа таких машин, в зависимости от характеристик полезного ископаемого, применяются вращающиеся резцы [53], смонтированные на подвижных элементах, стальные грузы, закреплённые на гибких связях [51], отбойные каретки и гидравлические клинья [54-56], зачищающие ковши вскрышных агрегатов [51]. В настоящее время информация о практическом применении таких установок отсутствует. Установка, предложенная Криворожским институтом и ЦНИИС Минтрансстроя [51], не обеспечивает выборочной оборки откосов уступов, может создавать вероятность неполного извлечения кусков, а в отдельных случаях образовывать новые «заколы», представляющие опасность, что требует принятия дополнительных мер, связанных с постоянным мониторингом состояния откосов и избирательной их зачисткой.
Анализ рассматриваемых процессов вспомогательных работ показывает, что в связи с высокой трудоёмкостью их выполнения, большой вероятностью выхода из строя основного технологического оборудования, недостаточным обеспечением мер безопасности, а также отсутствием эффективных специализированных машин, возникает необходимость создания техники для транспортирования негабаритной горной массы и оборки откосов уступов на основе использования накопленного опыта и существующего передового оборудования
Исследование сил внедрения челюстного захватного устройства карьерной погрузочно-транспортной машины в процессе оборки откосов уступов
Одной из важных задач при проектировании ЧЗУ является обеспечение внедрения его зубьев в горную массу и извлечения определённого куска из откоса. Возникающие при этом силы сопротивления влияют на основные параметры ПТМ в зависимости от условий её эксплуатации [80].
Рассмотрим две схемы внедрения в откос двухчелюстного захватного устройства, нижняя челюсть которого является грузонесущей и содержит два зуба, а верхняя содержит один зуб (рис. 2.7). Схема «А» (рис. 2.7, а) предполагает внедрение нижней челюсти в горную массу ниже извлекаемого куска, а верхней челюсти – выше его. Схема «Б» (рис. 2.7, б) предусматривает внедрение челюстей в горную массу соответственно слева и справа от куска.
При расчёте сил сопротивления, действующих на зубья ЧЗУ при их горизонтальном внедрении в горную массу, принимаем следующие допущения:
1. По аналогии с применяемой в расчёте вертикального погружения свай [103], модель взаимодействия зубьев ЧЗУ и горной массы является чистопла-стической, при этом сила сопротивления внедрению каждого зуба равна сумме лобовой и боковой сил, а участок упругой деформации горной массы при внедрении зуба весьма мал по сравнению с длиной зуба, в связи с чем эта деформация не учитывается.
2. Удельные силы сопротивления на лобовой и боковых поверхностях зубьев являются такими же, как при вертикальном внедрении на соответствующую глубину, т. к. они определяются горизонтальными и вертикальным напряжениями от собственного веса GК вышележащего слоя горной массы, которые могут приниматься равными по величине согласно [76].
3. При внедрении ЧЗУ по схеме «А» на нижнюю челюсть действует дополнительно сила тяжести куска, которая определяет величину сил сопротивления на горизонтальных боковых поверхностях зубьев в соответствии с [83].
4. Поперечное сечение каждого зуба постоянное на всей рабочей длине, соответствующей глубине внедрения в горную массу.
Чистопластическая модель механизма сопротивления горной массы хорошо соответствует экспериментальным данным [81] и предполагает, что меж 44 ду боковыми поверхностями внедряемого зуба и горной массой действуют силы сухого трения, лобовое сопротивление принимается как постоянная по величине сила, т. к. упругая деформация горной массы не учитывается. Таким образом, перемещение зуба возможно, когда движущая сила превышает сумму сил сопротивлений на боковых поверхностях и лобовой поверхности зуба. Тогда суммарная сила сопротивления внедрению одного зуба равна: СУММ = СЖ F + С РЗ LВН , (2.27) где аСЖ - удельное сопротивление горной массы сжатию при вдавливании зуба (по СНиП 2.02.03-85, ГОСТ 19912-2012 или [81]), Па; F - площадь поперечного сечения зуба, м2; ТС - удельное сопротивление, при котором происходит проскальзывание зуба относительно окружающей горной массы [81, 103], Па; рЗ - периметр поперечного сечения зуба, м; LВН - глубина внедрения зуба в горную массу, м. При внедрении ЧЗУ по схеме «А» на его нижнюю челюсть действует дополнительно сила тяжести куска, которая определяет суммарную силу сопротивления на горизонтальных боковых поверхностях двух зубьев [83]: PG = 2-/ТР -GК, (2.28) где/ТР - коэффициент трения скольжения; GК - сила тяжести извлекаемого куска горной массы, Н (GК = mКg). Коэффициент 2 в формуле (2.28) учитывает верхнюю и нижнюю горизонтальные боковые поверхности зубьев. В качестве примера проведён расчёт сил сопротивления при следующих исходных данных: поперечное сечение зубьев - квадрат со стороной h = 0,1 м; LВН = 1 м; тК = 5000 кг;/ТР = 0,45; аСЖ 1500 кПа по опытным данным, определённое при вдавливании квадратного штампа сечением F =10х10 см2; тС«29 кПа [81, 83, 84, 103]. По результатам проведённого расчёта по формулам (2.27), (2.28) сила сопротивления внедрению ЧЗУ для схемы «А» равна 113,2 кН, а для схемы «Б» составляет 79,8 кН. Для снижения указанных сил возможно применение подвижных зубьев [118-120], например, когда головная часть зуба имеет возможность выдвигаться вперёд относительно корпуса зуба с помощью собственного гидропривода. Внедрение подобного челюстного захватного устройства в горную массу целесообразно осуществлять циклически в два этапа на каждом рабочем цикле, причём безударным способом.
На первом этапе относительно неподвижных корпусов поочерёдно выдвигаются головные части каждого из зубьев, а на втором этапе перемещается всё захватное устройство, т. е. в этом случае головные части всех зубьев остаются неподвижны, и их корпуса перемещаются к ним. Таким образом, в процессе второго этапа выполняется холостой ход или «взведение» гидропривода.
Длина головной части зуба LГ, условно равная величине её выдвижения относительно корпуса зуба, и длина корпуса зуба LК при максимальной глубине внедрения в горную массу LВН связаны соотношением: LГ = LВН — LК . (2.29) Суммарную максимальную силу сопротивления внедрению головной части зуба на первом этапе для схемы «Б» можно определить по формуле: Р1 = СЖ -F + С p З -L Г. (2.30) На втором этапе суммарная максимальная сила сопротивления внедрению трёх корпусов зубьев для схемы «Б» равна: Р2=3-С- pЗ- LК. (2.31) Из условия равенства сил сопротивления на первом и втором этапах по формулам (2.30), (2.31) с учётом (2.29) найдём необходимую длину головной части зуба, условно равную величине её выдвижения относительно корпуса: LГ = (3 С pЗ LВН - СЖ F)/4 С pЗ. (2.32) Из физического смысла очевидно необходимое условие: 3-С pЗ LВН - СЖ -F 0. (2.33) С учётом формул (2.27), (2.30), (2.31) получим: Р1=Р2=3-РСУММ/4. (2.34)
Таким образом, применение подвижных зубьев при оптимальном соотношении длин головной части и корпуса зуба по формуле (2.32) и при выполнении условия (2.33) позволяет снизить максимальную суммарную силу сопротивления внедрению трёх зубьев ЧЗУ для схемы «Б» в четыре раза.
Из анализа условий вывода формулы (2.34) следует, что для схемы «Б» при использовании в ЧЗУ n З одинаковых подвижных зубьев максимальная суммарная сила сопротивления внедрению снижается в (n З+1) раз по сравнению с аналогичным устройством, не имеющим подвижных зубьев: Р1=Р2 = n З- РСУММ/(n З +1). (2.35) Как следует из результатов расчёта, при одинаковых параметрах зубьев (поперечном сечении и максимальной глубине внедрения) наиболее эффективно применение подвижных зубьев для случая n З = 3. Результаты расчётов по формуле (2.35) для различного числа зубьев приведены в табл. 2.2.
Обоснование грузоподъёмности челюстного захватного устройства карьерной погрузочно-транспортной машины
Рассмотрим закон движения негабаритного куска горной массы при его сходе с платформы карьерного автосамосвала типа БелАЗ-7540, предварительно принимаемого за базу разрабатываемой ПТМ, которая вращается относительно его рамы под действием гидроцилиндров системы опрокидывания.
Расчётная схема представлена на рис. 3.1.
Обозначим: X0OY0 - неподвижная система координат, жёстко связанная с землей; т. О - ось вращения платформы относительно рамы; XO1Y - подвижная система координат, жёстко связанная с платформой и вращающаяся вместе с ней; т. G - центр масс платформы; т. С2 - центр масс негабарита; L0 - расстояние от т. С2 до оси O1Y в момент начала движения негабарита относительно платформы, м; ОС1 = RП - расстояние от оси вращения платформы до её центра масс, м; осП - угол поворота центра масс платформы от горизонтали в момент начала движения негабарита, рад; МП - момент от системы опрокидывания платформы, действующий на неё, Нм; фП - угол наклона днища платформы к горизонту (в момент начала движения негабарита), рад; GК - сила тяжести куска горной массы (негабарита), Н; GП - сила тяжести платформы, Н.
Для описания движения обеих масс введём две обобщённые координаты: ХС2 - перемещение негабарита 1 относительно платформы 2 автосамосвала в системе координат ХО1 Y вдоль оси О1Х, считая от начального положения т. С2, м; ос0 - угол поворота платформы относительно неподвижной рамы с момента начала движения негабарита относительно платформы, рад. Т. е. (а0+фП) - текущий угол наклона днища платформы к горизонту в данный момент времени, рад. а
Рис. 3.1. Расчётная схема схода негабарита с платформы автосамосвала: а – цельной конструкции; б – с опрокидывающейся задней частью Уравнения движения двухмассовой системы представим в виде уравнений Лагранжа второго рода. При их выводе принимаем следующие допущения: 1. Движение платформы и негабарита рассматривается только в продольной плоскости автосамосвала. 2. Центр масс негабарита движется вдоль оси ОХ системы координат XO1Y, т. е. на одинаковом расстоянии В0 (м) от днища платформы (связь между платформой и негабаритом удерживающая, и негабарит не отрывается от платформы). 3. Коэффициент трения негабарита о днище платформы является постоянным по величине, а сила трения вычисляется так же, как при движении негабарита по неподвижной платформе. 4. Момент от системы опрокидывания платформы, действующий на неё, вычисляется по формуле (3.1).
Так как сила трения в формуле (3.2) вычисляется также, как при движении негабарита по неподвижной платформе, то необходимо определить силу реакции, действующую на негабарит со стороны вращающейся платформы с учётом динамических нагрузок, и оценить допускаемую погрешность расчёта. При нахождении силы реакции используем методику [100]. Принимаем допущение, что сила реакции приложена в центре масс негабарита. Координаты т. С2 в неподвижной системе координат X0OY0:
Погрешность, допускаемую в расчёте при задании силы трения таким же образом, как при движении негабарита по неподвижной платформе, оценим разностью нормальной силы реакции с учётом динамических нагрузок и статической силы реакции: AR = R -GК -cos (фП +0). (3.7) Величину нормальной силы реакции R„, действующей вдоль оси О1 Y подвижной системы координат ХО1 Y, определим, как проекцию полной силы i? реакции на эту ось, по следующей формуле: R = R -sin П +0) + R -cos (фП +0). (3.8) n X \ T / Y \ T / Погрешность по формуле (3.7) может быть значительной, поэтому для уточнения расчёта найдём силу трения в зависимости от нормальной силы реакции с учётом динамических нагрузок. Приближённо принимаем в соответствии с рекомендациями [105], что проекции полной силы реакции в формулах (3.5) и (3.6) находятся при отсутствии трения по следующим выражениям: RY =m w„, (3.9) X К X Rr=mК-wr+GК. (3.10) Далее по формуле (3.8) определим нормальную силу реакции й„и в формуле (3.2) силу трения задаём уже с учётом динамических нагрузок по найденной нормальной силе реакции: О. = GК sinfq)П + 0)- fТР R . Z-s[ \т / / n По разработанной методике был проведён расчёт схода негабарита по платформе цельной конструкции (на примере платформы БелАЗ-7540), а также по платформе с опрокидывающейся частью [122], которая свободно вращается относительно основной части, при следующих исходных данных: тК = 30000 кг, что соответствует GК = 294,3 кH (масса негабарита выбрана равной грузоподъёмности автосамосвала БелАЗ-7540, что обеспечивает максимальные нагрузки на гидроцилиндры системы опрокидывания платформы); GП = 90 кH; RП = 1,63 м; осП = 0,95 рад; JП = 40000 кгм2; JК = 20500 кгм2; В0 =1 м; L0 = 2 м; Lmax = 3,5 м; фП = 0,5 рад; КР=106 Hм; КРД = 107 Нмс;/ТР=0,5. Начальные значения: соП = 0,05 рад/с, ЮПlim = 0,3 рад/с. 2) для опрокидывающейся задней части платформы ПТМ (рис. 3.1,6): GОП = 10 кH; RОП = 1,05 м; JОП = 4000 кгм2; осП = 2,8 рад; КР = 0; КРД = 0, где GОП - сила тяжести опрокидывающейся части платформы, Н; RОП - расстояние от оси поворота опрокидывающейся части платформы (т. 02) до её центра масс (т. С3 - центр масс опрокидывающейся части), м; JОП - момент инерции опрокидывающейся части платформы относительно её оси вращения, кгм2. Начальные значения: соП = 0,104 рад/с; а0 = 0,15 рад; C2 = 2,5 м/с; ХС2 = 2 м; юПlim = 0,1 рад/с. При этом сила трения в зависимости от нормальной силы реакции с учётом динамических нагрузок определялась с учётом формул (3.9), (3.10) в соответствии с рекомендациями [105].
Расчёт конструкции самоустанавливающейся платформы карьерной погрузочно-транспортной машины для транспортирования негабаритов
Основными узлами конструкции ПТМ являются: специальная платформа с опорой на роликах [124], устанавливаемая на базовую машину, исполнительный орган в виде челюстного захватного устройства, навешиваемый на стрелу манипуляторной установки, и пневмогидравлическая подвеска, обеспечивающая выравнивание нагрузок на её гидроцилиндры. Данные технические решения прошли экспертную проверку ФИПС и подтверждены патентами [124, 126-128]. Обоснование параметров базовой машины с манипуляторной установкой в данной работе не рассматривается. Очевидно, что они должны обеспечивать нормальные условия рабочего процесса ПТМ в процессе выполнения оборки откосов, погрузки и транспортирования негабаритов, исходя из условий прочности конструкций, устойчивости и др.
В процессе исследования процесса погрузки и транспортирования негабаритов при помощи ПТМ также были разработаны принципиальные решения, позволяющие ограничить усилия, действующие на гидроцилиндры системы опрокидывания платформы [122, 123]. Как показывает практика, фактические усилия, которые возникают в момент расположения негабарита на консольной части платформы автосамосвала БелАЗ-7540 в процессе разгрузки, превышают предельно допустимые, в результате чего происходят аварийные ситуации.
Разработанная конструкция платформы ПТМ (патент РФ № 137515 «Платформа карьерного автосамосвала») [122], состоит из двух шарнирно соединённых между собой частей – грузоподъёмной, которая воспринимает всю нагрузку при транспортировании негабаритов, и опрокидывающейся, которая имеет возможность относительного поворота в момент расположения на ней негабарита. Предлагаемое решение позволит снизить воздействие на гидроцилиндры опрокидывающего механизма, сохраняя его работоспособность.
Конструкция платформы ПТМ, на которую получен патент РФ № 137516 «Кузов карьерного автосамосвала» [123], предусматривающая её торможение в конце подъёма в процессе выгрузки негабарита упором в задние колёса, позволяет ограничить критические усилия на гидроцилиндры системы опрокидывания давлением в них жидкости при её вытеснении через дроссель.
Как указывалось ранее, неравномерное распределение в платформе горной массы, включающей негабариты, влияет на устойчивость автосамосвала (или ПТМ) при движении. Возможными решениями задачи равномерного распределения нагрузки на правые и левые колёса ПТМ могут быть конструкция грузонесущей части, на которую получен патент РФ № 141200 «Карьерный автосамосвал» [124], либо конструкция подвески в соответствии с патентом РФ № 148358 «Пневмогидравлическая подвеска автомобиля» [126]. Рабочий процесс оборки откосов уступов также связан с проблемами, возникающими на практике. Предлагается конструкция захватного устройства, которая защищена патентом РФ № 150449 «Захватное устройство» [127] и позволяет, в частности, за счёт: – снабжения грузонесущей лапы подвижными зубьями с возможностью возвратно-поступательного движения и поворота относительно лапы обеспечить внедрение лап в горную массу, окружающую кусок горной массы, и последующее его надёжное фиксирование; – смещения лап относительно продольной оси стрелы при захвате куска горной массы обеспечить поворот лап, основания и куска в положение, когда последний опирается на грузонесущую лапу; – наличия тормоза в гидроприводе вращения основания обеспечить удержание куска горной массы при его извлечении из горной массы лапами без их вращения вместе с основанием относительно продольной оси стрелы.
Челюстное захватное устройство, на конструкцию которого получен патент РФ № 148651 «Устройство для перемещения кусковой горной массы» [128], позволяет за счёт снабжения всех зубьев подвижными шипами с возможностью их перемещения при помощи гидропривода внутрь зубьев обеспечить внедрение последних в горную массу, окружающую кусок, а также за счёт выдвижения подвижных шипов в поперечном направлении относительно зубьев обеспечить надёжное извлечение куска из горной массы и дальнейшее его перемещение.
Предложенные выше конструктивные решения позволят повысить производительность ПТМ при её дальнейшем проектировании.
Необходимо заметить, что при внедрении ЧЗУ в откос уступа возможен случай, когда зуб упирается в кусок горной массы. Очевидно, что величина силы сопротивления внедрению будет возрастать в зависимости от размеров этого куска и направления внедрения зуба. Аналогично рекомендациям при экскавации крупнокусковой горной массы [129], в рассматриваемом случае необходимо производить повторный цикл внедрения зубьев ЧЗУ до обеспечения надёжного фиксирования извлекаемого куска.