Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований . 11
1.1 Промышленное использование комбайнов для добычи калийных руд 11
1.2 Сравнительная характеристика и анализ параметров и показателей: работыпроходческо-очистных комбайнов 17.
1.3. Анализ результатов исследований нагруженности резцов при разрушении калийных руд 34
1.4. Анализ методов и,результатов расчета и проектирования исполнительных органов проходческо-очистных комбайнов 41
1.5. Анализ опыта применения режущего инструмента на исполнительных органах;комбайнов «Урал» 48
1.6. Цель и задачи исследований .53
2. Совершенствование метода расчета нагруженности резцов и обоснование параметров резания и показателей свойств калийных руд . 54
2.1. Установление рациональной величиньг угла скола при разрушении калийных руд резанием 54
2.2. Определение угла установки резцов на планетарно-дисковых исполнительных органах комбайнов 61
2.3. Установление связей предела прочности калийных руд на сжатие с показателями их сопротивляемости резанию 64
2.4. Усовершенствование расчетных зависимостей по определению нагрузок, действующих на резцы 78
2.5. Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований по определению нагруженности резцов; 83
2.6. Исследование влияния заднего угла резца на его нагруженность 87
Выводы 91
3. Расчет и проектирование исполнительных органов проходческо-очистных комбайнов 94
3.1. Основные положения 94
3.2. Алфавитный указатель обозначений и терминов 95
3.3. Методика расчета и выбора конструктивных и режимных параметров исполнительных органов комбайнов для добычи калийных руд 101
3.3.1. Определение параметров снимаемой резцом стружки 101
3.3.2. Определение установочных и рабочих параметров резцов 105
3.3.3. Определение нагруженности инструмента при резании калийной руды 106
3.3.4. Определение нагрузки приводов 112
3.3.5. Расчет напорного усилия механизма подачи 116
3.3.6. Погрузочная способность фрезы и шнека 118
Выводы 119
4. Обоснование рациональных параметров и выбор резцов испонительных органов комбайна «Урал-61» 121
4.1. Общие положения 121
4.2. Главный планетарно-дисковый исполнительный орган 122
4.2.1. Резцовые диски 122
4.2.2. Роторный забурник 130
4.2.3. Планетарно-дисковый забурник 132
4.2.4. Обобщение результатов исследований главного планетарно-дискового исполнительного органа 134
4.3. Бермовый орган 140
4.3.1. Бермовые фрезы 141
4.3.2. Шнеки 145
4.3.3. Процесс погрузки 148
Выводы 151
5. Обоснование рациональных параметров и выбор резцов планетарно-дискового испонительного органа комбайна «Урал-20Р» 155
5.1. Общие положения 155
5.2. Обоснование рациональных параметров и выбор резцов исполнительного органа комбайна «Урал-20Р» при высоте выработки 3,1 м 157
5.2.1.Основные (периферийные) резцовые диски 157
5.2.2. Центральные (дополнительные) диски и роторный забурник 159
5.2.3. Суммарная загрузка приводов планетарно-дискового исполнительного органа 161
5.3. Обоснование рациональных параметров и выбор резцов исполнительного органа комбайна «Урал-20Р» при высоте выработки 3,7 м 168
5.3.1. Основные (периферийные) резцовые диски 168
5.3.2. Центральные (дополнительные) диски и роторный забурник 170
5.3.3. Суммарная загрузка приводов планетарно-дискового исполнительного органа '. 172
5.4. Сравнительные аналитические исследования исполнительных органов комбайнов «Мариетта-900А» и «Урал-20Р» 178
5.5. Определение напорного усилия механизма подачи комбайна «Урал-20Р» 194
Выводы 198
Заключение 202
Список литературы 205
- Анализ результатов исследований нагруженности резцов при разрушении калийных руд
- Установление связей предела прочности калийных руд на сжатие с показателями их сопротивляемости резанию
- Определение нагруженности инструмента при резании калийной руды
- Обобщение результатов исследований главного планетарно-дискового исполнительного органа
Введение к работе
Актуальность работы. Основная часть мировых запасов калийной руды приходится на Канаду (38 %), Россию (33 %) и Белоруссию (9 %), где расположены соответственно три крупнейших бассейна - Соскачеванский, Верхнекамский и Старобинский. Добычу и переработку калийных руд в России осуществляет крупнейшее предприятие — ОАО «Уралкалий». В 2010 году добыча калийных руд в России выросла по сравнению с 2009 г. на 40 % (10290 млн. тонн КС1), тем не менее, страна по-прежнему уступает по этому показателю Канаде.
Мировой калийный рынок замкнут и жестко поделен между производителями, образуя сбалансированную систему, резкие изменения которой способны его дестабилизировать. Негативными для рынка являются спорадические действия отдельных поставщиков, направленные на достижение индивидуальных преимуществ. Эти действия могут привести к снижению цен на хлористый калий, лишить российские предприятия долгосрочных конкурентных преимуществ и ослабить их позиции на рынке. Вместе с тем, экспортные затраты России (Китай, Индия, Бразилия) становятся все более сопоставимыми с затратами мировых производителей калия при меньшей эффективности производства, что сдерживает развитие российской калийной отрасли. Перспективен путь консолидации сил, позволяющий противостоять конкурентам, в том числе и в области совершенствования добычной техники, что даст возможность калийной промышленности России сохранить позиции на мировом рынке.
Одной из первоочередных задач совершенствования существующих отечественных комбайнов является увеличение их производительности, направленное на повышение эффективности комбайновой выемки в целом. Повышение производительности комбайнов достигается не только за счет повышения энерговооруженности исполнительных механизмов, но и за счет новых конструктивных решений по исполнительному и погрузочному органам благодаря рационализации их параметров и режимов работы, а также более эффективного использования установленной мощности приводов. Однако специальных научных исследований в этой области применительно к исполнительным органам комбайнов нового поколения «Урал-61» и «Урал-20Р» до настоящего времени не проводилось, что и определяет актуальность работы.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР и ОКР ТулГУ (шифр тем 032702 и 320802) и Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов, а также при поддержке аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 гг.)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (гос. контракт № Ш120).
Целью работы является установление новых и уточнение существующих закономерностей процесса резания калийных руд для обоснования рациональных параметров и выбора резцов комбинированных исполнительных органов проходческо-очистных комбайнов нового поколения, обеспечивающих увеличение производительности по отбойке и погрузке калийной руды.
Идея работы заключается в том, что увеличение эффективности комбайновой выемки достигается путем обоснованного выбора резцов и реализации рациональных параметров комбинированных исполнительных органов, установленных на основе усовершенствованных зависимостей по определению нагруженности инструмента при разрушении калийных руд и более полного использования мощности двигателей исполнительных органов.
Метод исследования - научный анализ и обобщение опыта расчета, проектирования и эксплуатации проходческо-очистных комбайнов для добычи калийных руд и результатов ранее выполненных работ по их разрушению режущим инструментом; аналитические исследования процесса резания калийных руд; проведение и обработка результатов численных экспериментов с применением методов математической статистики и использование результатов экспериментальных исследований других авторов и промышленных испытаний опытных образцов комбайнов для сопоставления этих результатов с расчетными данными.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Рациональное значение угла скола при резании калийных руд, обеспечивающее минимальные удельные энергозатраты на разрушение, определяется по зависимости, учитывающей угол резания и коэффициент трения руды по передней поверхности резца.
-
Угол установки резца, который обусловливает угол резания, должен определяться:
расстоянием по оси резца, установленного в кулаке, от его режущей кромки до точки пересечения этой оси с радиусом вращения кулака, перпендикулярным опорной поверхности последнего;
радиусом режущего диска по резцам планетарно-дискового исполнительного органа, частотой его вращения в относительном движении и скоростью подачи комбайна;
утлом заострения конуса твердосплавного керна поворотного резца или твердосплавной вставки в вертикальной плоскости неповоротного резца, а также их задним углом;
3. Учет прочностных свойств калийных руд при расчете нагруженности
резцов должен осуществляться на основе зависимостей между показателями
сопротивляемости резанию калийных руд, определяемыми различными спо
собами, и пределом прочности на одноосное сжатие, а также между предела
ми прочности калийных руд на одноосное сжатие и сдвиг.
4. Расчет нагрузок, действующих на резцы планетарно-дисковых исполнительных органов при разрушении калийных руд, необходимо производить по усовершенствованным зависимостям, которые учитывают:
взаимосвязь угла скола с углом резания и трением руды по передней грани резца;
взаимосвязь угла резания с углом установки резца и задним углом;
угол между плоскостями, проходящими через ось резца при его развороте и вектор абсолютной скорости движения центральной точки его главной режущей кромки;
тип резца и форму его передней грани.
Научная новизна работы заключается в следующем:
установлена расчетная зависимость угла скола при резании калийных руд от угла резания и коэффициента трения руды по передней поверхности резца;
установлена взаимосвязь угла установки резца, обусловливающего значения угла резания и заднего угла, с типом резца, его конструкцией и кинематикой, а также задним углом;
установлены взаимосвязи между определяемыми различными способами показателями сопротивляемости резанию калийных руд, и пределами прочности на одноосное сжатие и сдвиг;
усовершенствованы зависимости нагрузок, действующих на резцы при разрушении калийных руд, позволяющие учесть большее число факторов, влияющих на процесс резания.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: корректностью постановки задач исследований; корректным использованием апробированных методов исследования процесса резания калийных руд; достаточным и статистически обоснованным объемом и представительностью выполненных численных экспериментов; корректным применением методов математической статистики при обработке и анализе экспериментальных данных; удовлетворительной сходимостью (в пределах 20 %) результатов теоретических и экспериментальных исследований по нагруженности резцов, а также промышленных испытаний опытных образцов комбайнов с расчетными данными; практическим опытом использования усовершенствованной методики расчета и проектирования исполнительных органов проходческо-очистных комбайнов на ОАО «Копей-ский машиностроительный завод».
Научное значение работы заключается в обосновании методических положений расчета параметров процесса резания по прочностным свойствам калийных руд и усовершенствовании расчетных зависимостей действующих на резцы нагрузок при разрушении калийных руд, что позволяет выполнять более полную количественную оценку силовых и энергетических показателей работы комбинированных исполнительных органов проходческо-очистных комбайнов.
Практическая значимость работы:
найден диапазон значений заднего угла, обеспечивающий рациональное значение угла установки резца, а следовательно, и угла резания, при котором нагрузки, действующие на инструмент, будут минимальны;
усовершенствована методика, позволяющая: определять рациональные параметры режима резания, установочные и рабочие параметры резцов, обеспечивающие эффективность процесса разрушения калийных руд; выбирать тип резцов и их количество; рассчитывать силовые и энергетические показатели работы исполнительных органов, а также погрузочную способность бермового органа;
рекомендованы наиболее эффективные типы резцов и рациональные значения углов их установки и разворота на исполнительных органах комбайнов «Урал-61» и «Урал-20Р», обеспечивающие минимум энергозатрат;
обоснованы и выбраны наилучшие варианты сборки главных планетар-но-дисковых исполнительных органов с забурниками комбайнов «Урал-61» и «Урал-20Р», обеспечивающие повышение производительности по отбойке
руды;
установлены рациональные конструктивные и режимные параметры бермового органа комбайна «Урал-61», обеспечивающие эффективную погрузку руды;
получены результаты сравнительных исследований исполнительных органов комбайнов «Урал-20Р» и «Мариетта-900А» («Сандвик» MF320) (США).
Реализация результатов работы.
Результаты исследований использованы ОАО «Копейский машиностроительный завод» при разработке исполнительных органов комбайнов «Урал-61» и «Урал-20Р». Кроме того, результаты исследований внедрены в учебные курсы «Горные машины и оборудование подземных разработок», «Расчет и проектирование горных машин и комплексов» и «Математическое моделирование физических процессов в горном машиностроении» для студентов Тульского государственного университета (ТулГУ), обучающихся по специальности 150402 «Горные машины и оборудование». Программное обеспечение используется при курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических советах ОАО «Копейский машиностроительный завод» (г. Копейск, 1997 - 2010 гг.); технических совещаниях ОАО «Уралкалий» и ОАО «Сильвинит» (г. Березники, 1997 - 2010 г.), ВНИИ Галургии (2005,2007 и 2009 гг.) и ОАО «Галургия» (г. Пермь, 2010); ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 2006 - 2011 гг.); 2-ой и 3-ей Международных конференциях «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства» (г. Тула, 2002 и 2010 гг.); 8-ой Международной научно-практической конференции «Освоение ми-
неральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (г. Воркута, 2010 г.); «Неделе горняка» в Московском государственном горном университете (г. Москва, 2009 и 2010 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 2 патента и 3 авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 156 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 54 таблицы, список использованной литературы из 145 наименований.
Автор выражает глубокую признательность канд. техн. наук, доценту И.Г. Шмакину за ценные советы и консультации, а также помощь и поддержку при выполнении настоящей работы.
Анализ результатов исследований нагруженности резцов при разрушении калийных руд
Вначале, на первом этапе, при создании комбайнов для добычи калийных руд отсутствовали методические основы расчета их исполнительных органов, что усложняло обоснование и выбор рациональных параметров. Поэтому исследователи и расчетчики при определении нагруженности инструмента использовали зависимости, полученные при резании углей [23-29] с учетом свойств калийных руд. Например, в работах [4, 30] приводятся такие зависимости для определения усилий резания и подачи, действующих на резец, учитывающие глубину резания, сопротивляемость руд резанию, ширину режущей кромки резца, угол резания и коэффициент обнажения забоя. Недостатком расчетных формул, приведенных в работах [4, 30], является то, что они применимы только для неповоротных резцов. Это объясняется тем, что поворотных резцов в то время еще не существовало. Кроме того, упомянутые формулы нельзя использовать для подрезного режима резания, который, как это было показано в работе [31], характеризуется меньшими усилиями и удельной энергоемкостью процесса резания по сравнению с другими режимами. Если на первом этапе заимствование основных закономерностей резания угля применительно к резанию каменных солей и калийных руд было оправдано, то в дальнейшем по мере развития механизации добычи калийных руд в этой области стали появляться специальные исследования, направленные на установление закономерностей резания калийных руд и определение нагруженности инструмента. Исследованию закономерностей резания калийных руд посвящены работы, которые выполнялись в ПермНИУИ, ИГД им. А.А. Скочинского, ВНИИГалургии и его филиалах, Московском горном институте, Новочеркасском политехническом институте, УкрНИИсоли, Гипроуглемаше, ВНИИПТУглемаше и других организациях [32-44].
В настоящее время в основном известно два метода определения нагрузок, действующих на резцы при разрушении калийных руд: теоретический (аналитический) и экспериментальный. Существует и третий подход — полуэмпирический, сочетающий себе элементы теоретических и экспериментальных исследований.
Экспериментальный, метод определения; нагруженности резцові при разрушении калийных; руд: был использован; например,-Крутил иным-.- В:И; ш Савицким В їВІ, а также рядом? других ученых. Результаты, этих экспериментальных исследованишотраженывработах [11, 13, 45; 46], и были использованышри расчете- исполнительных органов комбайнов «Урал-ЮКС», «Урал-20КС», «Урал-20А» и «Урал-1ОА». Однако слабостью эмпирических расчетных зависимостей: является, как. известно, узкая область применения, ограниченнаядиа-пазономшзменения -влияющих факторов;при ихшолучении.
В работах Крутилина В И. [13; 45, 46]; приводятся эмпирические:зависимости. дляюпределенияшагруженностИїПоворотного резцового инструмента при -разрушении калийныхсруд. Автором установлено,чтоусилие резания (горизонтальная составляющая:, общей нагрузки) пропорционально сопротивляемости резанию калийнойфуды: резцом? РКС w глубине резания; Оно зависит, от парат метра, характеризующего взаимовлияние соседних резов; а также коэффициента;1 характеризующего разворот инструмента. Усилие подачи (вертикальную»составляющую общей; нагрузки ш боковое усилие рекомендуется определять в долях от усилия резания при помощи1 поправочных коэффициентов, учитывающих в первом случае только глубину резания, а во втором - глубину и шаг резания, а.также угол его разворота..
Анализ этих зависимостей показывает, что при их установлении не были учтены такие важные факторы как: геометрия, задний угол и угол установки инструмента, хрупко-вязкие свойства, калийной руды, коэффициент трения руды о поверхность инструмента и его изнашивание в процессе работы. На важность учета этих факторов при расчете нагруженности резцового инструмента при разрушении горных пород указано, например, в работе Леванковского И=А. [47] и работах [48, 49]. Недостатком зависимостей, представленных в работах [13, 45, 46], является также определение усилия подачи в долях от усилия резания. В этом случае не исключены возможные неточности при расчете усилия подачи, связанные с различным его поведением, например, при увеличении или уменьшении шага резания. Кроме того; при установлении расчетных зависимостей автором не была учтена и динамика процесса резания? (отношение средних усилиш кі максимальным),, накладывающая свое; возмущающее воздействие, на нагруженность инструмента в процессе работы..
В исследовании- Єавицкого В.В. [11] представлены уточненные эмпирические; зависимости для определения усилия резания и бокового усилия при разрушении калийных- руд;для неповоротного и поворотного резца, учитывающие сопротивляемость резанию, параметры режима резания и ориентацию инструмента. В і отличие от исследованийзКрутилинаВШ! эти зависимости; учитывают также геометрию инструмента, изнашивание.резцов В; процессе:работы и динамику процесса.резания; Однако учет влияния: хрупко-вязких, свойств; калийной руды врасчетных зависимостях здесь также отсутствует. Автор работы, [11] не приводит расчетной формулы для усилия подачи;резца; на забой; а.боко-вое-усилиерекомендуется определять по расчетной формуле черёз;усилие резания с учетом параметров резания, разворота резца и его изнашивания. Рост усилий резания; обусловленный ориентацией инструмента,, учитывается автором не напрямую в зависимости от угла;разворота, а косвенное зависимости от площади трения рабочей части резца; о материал, которая (площадь) в свою очередь определяется разворотом инструмента. Это будет вносить неточности в расчет нагрузок. Общим недостатком" зависимостей [11] является:то; что они справедливы только для одного значения угла установки инструмента.
Аналогичная по конструкции зависимость усилиярезания; но при разрушении каменной соли неповоротными резцами СТВ 04 и И 79Б стружками большого сечения, была получена Шиловым A.G. [44]. В ней также как и в зависимости, установленной Савицким В:В. [11], и зависимости, представленной в работе. [4],. учитываются сопротивляемость солей резанию;, глубина стружки, угол резания, ширина и форма режущей кромки резца и степень блокированно-сти (обнажения забоя). Усилие подачи предложено Шиловым А.С. определять так же как и в работе [4], то есть как усилие подачи на остром резце с учетом прироста усилия подачи по мере затупления резца. Однако эти зависимости также не учитывают разворот резца, угол его установки, задний угол, динамику процесса резания и хрупко-вязкие свойства солей. Отсутствует № зависимость для определения бокового усилия.
Установление связей предела прочности калийных руд на сжатие с показателями их сопротивляемости резанию
Комбайн «Урал-61» (см. рис. 1.8 и табл. 1.2) разработан и изготовлен как альтернатива комбайну ПК-8МА. Он предназначен для проходки горизонтальных и наклонных (до ± 12) подготовительных горных выработок арочной формы и очистной выемки при камерной системе разработки пластов калийных руд мощностью 3,0 - 3,2 м [5, 17, 117], а также разделки камер разворота-и расширения проводимых выработок. При разработке комбайна предусматривалась максимальная унификация по основным узлам и агрегатам с комбайнами «Урал-ЮКСА». Комбайн механизирует все трудоемкие процессы при отбойке, погрузке горной массы и бурении шпуров под анкерную крепь. Комбинированная режущая часть комбайна «Урал-61» состоит из: - определяющего производительность машины одного главного трехлучевого планетарно-дискового исполнительного органа с тремя режущими дисками, расположенными перпендикулярно забою; - плоского планетарно-дискового забурника, диски которого расположены параллельно забою (или роторного забурника); - двух бермовых фрез, служащих для подрезки углов выработки у подошвы пласта; - двух оснащенных резцами шнеков, предназначенных для выравнивания почвы выработки и погрузки разрушенного материала на скребковый конвейер. Главный исполнительный орган и забурник установлены на одном водиле и имеют два привода, обеспечивающих вращение дисков вокруг своих осей (относительное вращение) и вокруг продольной оси водила (переносное вращение). Каждая бермовая фреза кинематически связана с одним шнеком, и эта пара имеет отдельный привод для их вращения относительно собственных осей.
В соответствии с усовершенствованной методикой (см. разд. 3) и расчетной программой для ПК проведены теоретические исследования по определению загруженности приводов комбинированной режущей части комбайна для заданной его производительности по отбойке. При этом рассматривались различные сочетания конструктивных и режимных параметров отдельных исполнительных органов.
Исследования выполнялись применительно к условиям Старобинскопг месторождения. Разрушению подвергался. самый прочный сильвинит III горизонта Г СгРУ с пределами прочности на одноосное-сжатие 40;5 МПа и на сдвиг 13,4 МПа, что соответствует сопротивляемости калийной- руды резанию стандартным резцом PC-14 (Д6.22) в режиме поверхностного резания 450 Н/мм при? /2 = 1 см [см. ф-лу (3.50)]. Расчет загруженности1 приводов; производился по средней глубине резания и среднему шагу резания.
Привод режущих дисков, а также и планетарных забурников осуществляется от электродвигателя мощностью 200 кВт через главный=редуктор исполнительного органа; раздаточный; редуктор с двумя планетарными забурниками и три редуктора резцовых дисков. Переносное вращение резцовых дисков вместе -с планетарным забурником осуществляется через редуктор переносного вращения от электродвигателя-мощностью 30 кВт [5]. Этот же двигатель может при-водить во вращение и роторный забурник (при замене планетарного), который конструктивно связан с водилом.
Исходные данные для расчета резцовых дисков планетарно-дискового исполнительного органа в целом= приведены в табл. 4. IV Значения производительности комбайна по отбойке обусловлены его технической производительностью, которая в соответствии с: работой [17] составляет 3 т/мин. Поэтому к рассмотрению были приняты значения производительности по отбойке, расположенные в окрестностях этой цифры. В настоящее время комбайн выпускается с тремя режущими дисками, для которых выполнялся расчет. Однако нами прорабатывался вариант и с двумя режущими дисками. Режущие диски оснащались резцами, выбранными нами на основе анализа, представленного в разд. 1.5 (см. табл. 1.3 и рис. 1.12). Вначале исследовался исполнительный орган, оснащенный резцами РС-14 и РКС-1КС (см. разд. 1.5), так как первую партию комбайнов «Урал-61» предполагалось оснащать именно ими. Исходные данные для этого варианта расчета представлены в табл. 4.2., а результаты расчета- в табл. 4.3. Анализ-результатов исследований (см. табл. 4.3) показывает, что при увеличении числа резцов нагрузка на один резец уменьшается, общее число резцов, участвующих в контакте с забоем, возрастает, что ведет к повышению расходуемой мощности как относительного, так и переносного вращения. С увеличением скорости подачи потребляемая мощность также возрастает. При оснащении исполнительного органа резцами PC-14 мощность, потребляемая при относительном движении двух дисков, меньше, чем при использовании трех дисков при всех принятых к исследованию скоростях подачи комбайна. Кроме того, если при использовании двух дисков параметр П3, характеризующий
Определение нагруженности инструмента при резании калийной руды
Несколько другая картина наблюдается при анализе графика, представленного на рис. 4.1, а. По варианту сборки 1 затраты мощности уже при скорости подачи 7 м/ч достаточно велики и в районе V„ = 9 м/ч двигатель работает на пределе. При этом будет обеспечиваться нерациональный режим щелевого резания (П3 1, см. табл. 4.11), а производительность по отбойке будет меньше технической производительности 3 т/мин (см. табл. 4.1). Следовательно, вариант 1 нельзя рекомендовать к применению при работе на прочных рудах.
Анализ графика по варианту 7 (см. рис. 4.1, а) показывает, что при V„ = 11 м/ч потребляемая мощность составляет 100 кВт при установленной мощности двигателя 200 кВт, то есть существует резерв мощности в 100 кВт для увеличения скорости подачи комбайна до 15 м/ч, а следовательно, и производительности. Однако, как видно из рис. 4.1, б, для этого варианта-сборки затраты мощности на переносное движение уже исчерпаны при V„= 11 м/ч и составляют 28,8 кВт, и резерв повышения производительности таким образом отсутствует.
Остальные варианты сборки 2-6 являются приемлемыми для практического использования: W самом.деле, исполнительный орган, собранный по вариантам 2 и 5, может работать при скорости подачи-11 м/ч с производительностью по отбойке 3,2 - 3,4 т/мин (см. табл. 4.1) и иметь при этом резерв ее увеличения. Об этом свидетельствует возможность повышения скорости подачи комбайна до 13 - 14 м/ч (см. рис. 4.1, а).
Однако самыми наилучшими являются варианты 3, 4 и 6, при которых исполнительный орган имеет два режущих диска, оснащенных резцами ПС1-8У в количестве 13 (вариант 3) и 11 штук (вариант 4) и резцами РКС-1КС в количестве 11 штук (вариант 6). Исполнительный орган, собранный по этим вариантам, обеспечивает теоретическую производительность по отбойке руды 3,2-3,4 и 4,3 - 4,6 т/мин (см. табл. 4.1) при скоростях подачи 11 и 15 м/ч соответственно. При этом суммарная мощность, потребляемая резцовыми дисками и дисками забурника при относительном и переносном движениях, не будет превышать мощность установленных двигателей (см. рис. 4.1). Таким образом, к практическому применению можно рекомендовать два варианта сборки планетарно-дискового исполнительного органа комбайна «Урал-61»: - два резцовых диска с 11 резцами ПС1-8У на каждом, которые установ о лены под углом 37 и развернуты на 25, и два, симметрично расположенных относительно геометрической оси водила, диска планетарного забурника с резцами РЄ-14 в количестве 2:штук на каждом; - два резцовых диска с И резцами РКЄ1 -КС на каждом, которые установ о лены под. углом- 42 и развернуты на 25, и два; симметрично расположенных относительно геометрической оси водила, диска планетарного забурника с резцами PG-14 в количестве 2 штук на каждом; Бермовый орган предназначен для разрушения массивам в; нижних углах выработки? с, целью оформления почвы проходимой выработки,, для; транспор-тирования.горной массык приемношчасти-и погрузки на скребковый конвейер: Привод бермового органа состоит из двух двигателей мощностью 55 кВт, которые приводят в действие две боковые фрезы и- два шнека, расположенные между фрезами. Шнеки- имеют правую и левую навивки (спирали). Правый шнек является однозаходным, а левый - двухзаходным. Шнеки насажены на общий вал и могут поворачиваться относительно? друг друга. Этим достигается кинематическое разделение правого и левого приводов бермового органа.
Боковая фреза представляет собой барабан оснащенный погрузочными витками. На торцах каждой фрезы установлено по четыре съемные гребенки, которые снимаются при отгоне комбайна из выработки. Фрезы и шнеки вращаются в противоположных направлениях. В нижней части корпусов бермовых органов установлены щитки, регулируемые по высоте, за счет чего обеспечивается управление комбайном в вертикальной плоскости.
Левая часть бермового органа (смотря на забой по ходу подачи машины) работает в более трудных условиях, так как на нее набрасывается, режущими дисками со стороны их вращения дополнительно недогруженный материал. Поэтому нами исследовалась именно эта, левая, часть бермового органа, состоящая из бермовой фрезы и шнека. При этом общая нагрузка привода складывается из.мощностей, потребных на резание, перемещение всей разрушенной массы материала по погрузочным спиралям вдоль оси шнека и перемещение материала к погрузочному окну (погрузку на скребковый конвейер).
Особенностью процесса резания фрезой и шнеком является наличие небольших глубин резания, не превышающих, казалось бы, вылет резца. В то же время при небольших глубинах резания и большом шаге резания может возникнуть нерациональный режим щелевого резания, когда о целики начнут тереться кулаки. Это обстоятельство также относится к кутковой части фрезы, которая по всей высоте контактирует с массивом и работает в наиболее тяжелом режиме углового резания. В результате исследований [72] установлено, что перегрузка приводов бермовых исполнительных органов комбайнов серии «Урал-10» и «Урал-20» связана с указанными выше причинами-и недостаточной погрузочной способностью установленных на шнеках лопаток. Аналогичные недостатки выявлены и при проведении приемочных испытаний комбайна «Урал-61»(см. разд. 1.2) [18].
С целью повышения погрузочной способности бермового органа настоящие исследования проводились при разных частотах вращения фрез и шнеков [135].
Обобщение результатов исследований главного планетарно-дискового исполнительного органа
Актуальность сравнительных исследований объясняется тем, что основной потребитель отечественных комбайнов серии «Урал» компания «Уралка-лий» подписала контракт [139] на поставку до конца 2011 г. еще пяти роторных комбайновч Мариетта 900А» («Сандвик» MF320) (см. рис. 1.3), производимых в США. Такой комбайн с 2006 г. уже промышленно осваивается-в четвертом рудоуправлении ОАО «Уралкалий» и обеспечивает производительность более 10 т/мин. В то же время действующая на руднике отечественная техника — не более 7,5 т/мин. При этом комбайн «Мариетта 900А» имеет повышенный эксплуатационный ресурс и увеличенный межремонтный срок.
В работе [140] приведены результаты расчета производительности комбайнов «Мариетта 900А» и «Урал-20Р» для случаев их работы в комплексах с двумя типами средств доставки руды из забоя — самоходными вагонами и системой непрерывного транспорта. При этом установлено, что производительность комбайнов «Урал-20Р» и «Мариетта 900А» практически одинакова при использовании их в принятых на ОАО «Уралкалий» комплексах доставки с самоходным вагоном и бункером-перегружателем. Преимущество дорогостоящего комбайна «Мариетта 900А» будет достигнуто только в случае применения отсутствующих пока в ОАО «Уралкалий» средств непрерывного транспорта и увеличении до 600 м длины разрабатываемых камер.
Однако в упомянутых выше работах [139, 140] не указывается прочностные характеристики калийных руд, которые существенно влияют на производительность комбайнов, изменяясь в широком диапазоне для различных месторождений [4]. Поэтому для сравнительных аналитических исследований режимов работы комбайнов «Урал-20Р» и «Мариетта 900А» (сопоставительного моделирования) принята усовершенствованная нами методика, представленная в разд. 3. Методика учитывает свойства разрушаемого пласта при определении теоретической производительности машины, а также особенности конструкции, режимные параметры многорезцового разнотипного исполнительного органа и энерговооруженность его привода. За основу сопоставления принят комбайн «Урал-20Р» для высоты выра-ботки Н= 3,1 м и ее сечения 15,75 м . Исходные данные для расчета комбайна приведены в табл. 5.1, 5.2, 5.4 и 5.5. Вспомогательные органы этого комбайна - бермовый-и отбойное устройство приводятся от двух отдельных электродвигателей по 75 кВт и отдельного электродвигателя мощностью 45 кВт соответственно. Общая мощность электродвигателей всех исполнительных органов комбайна «Урал-20Р» составляет 590 кВт. Необходимые для моделирования режимов работы комбайна «Мариетта 900А» исходные данные приняты по работам [5, 139, 141] и в соответствии со справкой рудника БКПРУ 4 ОАО «Уралкалий» о комбайне «Мариетта 900А» (серийный-№ 71107988) и наработке комбайновых комплексов за 2008 г. Исполнительный орган этого комбайна состоит из двух трехлучевых буровых коронок роторного типа, нижнего и верхнего отбойных барабанов. Трехлучевые коронки диаметром Д. = 3 м вращаются в противоположных направлениях с частотой пк = 14,5 1/мин, обрабатывая 91,1% центральной части забоя. Нижний и верхний отбойные барабаны, вращающиеся с частотой соответственно 75 и 67 1/мин, оформляют верхнюю и нижнюю часть выработки, имеющей общую площадь сечения S = 14,34 м . Все четыре части такого исполнительного органа комбайна «Мариетта-900А», изготовленного фирмой «Фест-Альпине» концерна«Сандвик», приводятся в действие через соответствующий раздаточный редуктор от двух электродвигателей, общая мощность которых составляет 373 2 = 746 кВт. Нижний и верхний отбойные барабаны, имеют защиту в виде срезных-элементов от передаваемых на них повышенных:крутящих моментов: Лучи буровых коронок оснащаются неповоротными І радиальными? резцам ми типа PIG илисРНВ [141] с шагом резания — 8-33 см и количеством т= І в каждой линии резания; Нижний; и верхний барабаны, имеющие диаметры 0,6 м и. 0,675 м соответственно/ оснащаются неповоротными резцами; типа, PC-14 с шагом; резания- . t = 3 см;и количеством т = 1 в каждойшинии резания. . При ширине выработки 4624 мм по нижнему основаниюзабоя и расстоянии 2250 мм; между центрами буровых коронок расчетная; длина нижнего и верхнего?барабанов: по: эквивалентности разрушаемых частей; массива принята соответственно 1,7 и 0;85 Mi Принятые при моделировании режимов работы параметры режущих инструментов приведены:в табл. 5.14. Кроме того, при, моделировании режимов работы комбайна «Мариетта-900А» предполагалось, что резцы-исполнительного органа (см. табл. 5.14), которые являются неповоротными, имеют три степени износа по задней А и боковой Дб грани. Первая степень износа - технически, острые резцы (А-.=-Д б-г= ОД см); вторая - среднеизношенные (А = 0;3 см, Аб = 0-2 см); третья -тупые резцьг(Д = 0,5 см, Дб = 0,3 см).
