Введение к работе
Актуальность работы. Современная заинтересованность в разработке источников торфяного сырья базируется на получении местного, альтернативного стремительно дорожающему газу топлива, производстве удобрений для сельского хозяйства, способных в несколько раз повысить плодородие почв, а также на сокращении возникновений торфяных пожаров на заброшенных площадях, которые наносят колоссальный вред экологии и хозяйствующим субъектам. Стратегия развития торфяной отрасли предполагает достижение к 2020 году уровня добычи торфа в 50 млн тонн в год, в то время как в 2010 году добыто всего 1,41 млн тонн. Столь амбициозная задача может быть решена лишь при значительной модернизации торфодобывающего оборудования и использовании инновационных решений для повышения эффективности торфяных компаний. Одним из направлений модернизации отрасли является внедрение машин на пневмоколесном ходу, особенно на уборочно-транспортных операциях, так как на один добывающий фрезер или валкователь в комплекте приходится 3-4 уборочно-транспортные машины. Торфодобывающая техника России существенно отстает от иностранной (Финляндия, Канада, Ирландия и т.д.) по применению в конструкциях пневматического колесного хода. В последние годы, несмотря на общий спад торфяного производства, наметился позитивный сдвиг в развитии конструкций торфяных машин. Внедрение в отрасль тракторов на пневмоколесном ходу потребовало срочного создания прицепных агрегатов с меньшей крюковой нагрузкой. Эксплуатация уборочно-транспортных машин на пневмоколесном ходу, который менее энерго- и металлоемок по сравнению с гусеничным, позволит торфодобывающим компаниям увеличить производительность машин за счет развития больших поступательных скоростей и заняться вывозом добытого торфа с производственных площадок к потребителям, что ликвидирует ярко выраженную сезонность работ. Новые экономические условия делают выгодным применение и других способов добычи торфа, не требующих осушения больших площадей, что влечет за собой применение агрегатированных пневмоколесных торфяных машин в условиях повышенной влаги залежи. Создание и совершенствование этих машин направлено на повышение их производительности (эффективности), долговечности (надежности), безопасности и экологичности.
Вместе с тем, анализ отечественных и зарубежных научных публикаций и патентной документации свидетельствует о том, что сегодня в недостаточной степени разработаны научные основы создания и рационального применения пневмоколесных ходовых устройств в условиях торфяных компаний. Многие вопросы взаимодействия пневмоколесного хода и торфяной залежи еще недостаточно изучены. Так, не учитывается в расчетах взаимное деформирование пневматического колеса и торфяной залежи, определяющее проходимость технологического оборудования по залежам, не сформулированы требования к пневмоколесной технике, не выявлены границы параметров пневмоколесных машин, соответствующие рациональным режимам их работы.
Таким образом, создание новых и совершенствование существующих горных машин путем обоснованного выбора параметров пневмоколесного хода агрегатов по добыче торфа с учетом неоднородности качественных характеристик торфяной залежи, переменной нагрузки и динамики таких горных машин является актуальной научной проблемой, имеющей важное хозяйственное значение.
Цель работы состоит в обосновании и выборе параметров пневматического колесного хода торфяных уборочно-транспортных машин с учетом неоднородности условий их использования для повышения эффективности в работе.
Идея работы заключается в учете взаимного деформирования торфяной залежи и пневматического колеса, позволяющем более точно обосновывать параметры пневмоколесного хода торфяных уборочно-транспортных агрегатов.
Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использовалась теория торфяных машин, математический аппарат теории вероятностей, эксплуатационные наблюдения за работой горных машин, методы математической статистики, математического и масштабного моделирования с применением компьютерной техники.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Метод расчета и оценки площади контактной поверхности взаимно деформированных торфяной залежи и пневматического колеса при нелинейном ее изменении, основанный на зависимости нормальной деформации пневмоколеса от параметров колесного хода и характеристик опорной поверхности, позволяющий более точно оценивать проходимость техники и подбирать параметры колесного хода в соответствии с условиями работы.
-
Закономерности влияния конструктивных особенностей торфяных уборочно-транспортных агрегатов и качественных характеристик торфяной залежи на резистивные свойства залежи нарушенной структуры, положенные в основу выбора параметров пневмоколесного хода.
-
Математическая модель функционирования пневмоколесного хода торфяных уборочно-транспортных агрегатов, дающая возможность определять резистивные свойства залежи в системе «торфяная залежь - пневматическое колесо».
-
Метод аналитического определения дополнительных вертикальных сил, изменяющих нагрузку колесного хода тягача торфяного агрегата и обусловленных действием сил инерции прицепной машины, позволяющий установить состав операций, на которых целесообразно использовать тягач, оснащенный автоматической трансмиссией.
-
Обоснование выбора пневмоколесного тягача торфяных уборочно-транспортных машин, учитывающее энергонасыщенность, взаимное деформирование колес и залежи, специфику сервиса и позволяющее находить оптимальное решение для агрегатирования машин с тягачами.
6. Сравнительный анализ компоновочных решений, применяемых в конструкциях торфяных уборочных агрегатов, позволяющий обосновывать параметры колесного хода для работы машин в рациональном режиме.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: корректностью использованных теорий торфяных машин, вероятности, надежности и математической статистики; адекватностью математических моделей процессу функционирования горных машин и использованием данных, полученных с доверительной вероятностью не менее 0,9 при величине относительной ошибки не более 0,1.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
- сформулированы основные положения теории взаимного
деформирования пневматического колеса и торфяной залежи, определяемого
параметрами колесного хода и характеристиками торфяной залежи;
-разработан метод определения формы и площади контактной поверхности деформированного пневматического колеса и торфяной залежи;
-установлены закономерности влияния параметров колесного хода торфяных транспортных агрегатов (размеров колес, давления воздуха в шинах, вертикальной нагрузки) и качественных характеристик торфяной залежи (влаги, плотности) на силу сопротивления передвижению машин;
-установлены закономерности и режимы рациональной работы сдвоенных пневматических колес;
-разработана математическая модель взаимодействия пневмоколесного хода торфяных транспортных машин с торфяной залежью;
- установлены закономерности влияния на пневмоколесный ход тягачей
дополнительных вертикальных нагрузок, вызванных силами инерции от
прицепных торфяных машин.
Научное значение заключается в развитии теории взаимодействия пневматических колес с торфяной залежью, выразившемся в разработке принципов и моделей функционирования торфяных агрегатов на пневмоколесном ходу в условиях изменяющихся режимов нагружения.
Практическое значение работы заключается в разработке методик:
- расчета на проходимость торфяных уборочно-транспортных машин на
пневмоколесном ходу;
оценки влияния несоответствия колеи передних и задних колес торфяных агрегатов на силу сопротивления передвижению;
выбора колесного тягача для агрегатирования с торфяными уборочно-транспортными машинами, учитывающего особенности торфодобывающей компании и специфику сервисного обслуживания;
оценки использования торфяных транспортных средств на пневмоколесном ходу в общей системе операций торфяного производства;
-расчета площади контактной поверхности деформированной шины с деформированной торфяной залежью;
-проведения лабораторных экспериментов с моделью пневмоколесного хода.
Реализация результатов работы. Методика расчета на проходимость и рекомендации по компоновке торфяных машин внедрены и используются в производственной деятельности НПО «Тверской ремонтно-механический завод» при проектировании и изготовлении уборочных машин. Методика оценки влияния несоответствия колеи передних и задних колес торфяных агрегатов на силу сопротивления передвижению в виде расчетов на проходимость и рекомендаций по комплектации торфяного транспортного средства внедрена и используется в производственной деятельности ООО «Тверьстроймаш» при проектировании и изготовлении торфяных прицепов-самосвалов. Методика выбора колесного трактора-тягача с учетом условий предприятия внедрена и используется в практической деятельности ООО «Обслуживание легких тракторов производства Евросоюза (ОЛТЕС)». Методика оценки использования торфяных транспортных средств на пневмоколесном ходу внедрена и используется в практической деятельности ООО «ИЦ Энерго» в виде определения максимально возможной цены транспортных машин. Методики расчета площади контактной поверхности деформированной шины с деформированной торфяной залежью и проведения лабораторных экспериментов с моделью пневмоколесного хода (патент РФ № 105430) внедрены и используются в учебном процессе при подготовке студентов специальностей 150403 «Технологические машины и оборудование для разработки торфяных месторождений» и 190603 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования» ФГБОУ ВПО «ТвГТУ».
Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы на различных этапах проведения исследования докладывались на научных симпозиумах: II Научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ТвеПИ (г. Тверь, 1991 г.), VII Международной конференции физикохимии торфа и сапропеля (г. Тверь, 1994 г.), X Всероссийской конференции «Образование в XXI веке» (г. Тверь,
2010 г.), ежегодных симпозиумах «Неделя горняка» в Московском
государственном горном университете (г. Москва, 2010-2011 гг.), IX и X
Международных конференциях «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и
природоохранные технологии освоения недр» (г. Котону, 2010 г.; г. Махачкала,
2011 г.), V Международной конференции «Горное, нефтяное, геологическое и
геоэкологическое образование в XXI веке» (г. Грозный, 2010 г.),
VI Международной научно-практической конференции «Современные
проблемы гуманитарных и естественных наук» (г. Москва, 2011 г.),
Всероссийском торфяном форуме (г. Тверь, 2011 г.), Международной научной
конференции «Технические науки в России и за рубежом» (г. Москва, 2011 г.),
IX Международной научно-технической конференции БНТУ (г. Минск, 2011 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликованы 34 научные работы, из них 17 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России. Новизна научно-технических решений отражена в двух патентах РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из общей характеристики работы, введения, пяти глав основного текста, заключения и
приложений, включает 95 рисунков, 37 таблиц и список использованных источников из 225 наименований.
