Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ исследований процесса погрузки угля на доставочные средства струговых агрегатов 9
1.1. Состояние вопроса 9
1.2. Цель и задачи исследований 24
1.3. Обоснование конструктивной схемы объекта исследований 26
В ы во д ы 28
2. Аналитические исследования особенностей процесса погрузки угля во фронтальном агрегате с кольцевым струговым исполнительным органом 31
2.1. Общие замечания 31
2.2. Определение параметров грузопотока, циркулирующего по контуру "машинная дорога- конвейер- машинная дорога" 33
2.3. Анализ процесса погрузки полезного ископаемого носком лавного конвейера при фронтальной подачи базы агрегата на забой .57
Б ы в о д ы 65
3. Экспериментальные исследования процесса погрузки полезного ископаемого 68
3.1. Условия, методика и результаты шахтных исследований 68
3.2. Лабораторные исследования, методика проведения, результаты 77
В ы в о д ы 94
4. Выбор рациональных параметров выемочно-доставочной подсистемы фронтального стругового агрегата для тонких пластов 95
4.1. Обще замечания 95
4.2. Основные расчетные зависимости и принципы выбора рациональных параметров 96
4.3. Методика определения основных конструктивных и режимных параметров выемочной и доставочной подсистем агрегата для тонких пластов 105
4.3.1. Алгоритм нахождения рациональных параметров выемочно-доставочной подсистем агрегата 109
4.3.2. Поиск рациональных параметров с применением ЭВМ 118
4.4. Определение рациональных параметров выемочно-доставочной подсистем агрегата 122
Выводы 125
Заключение 127
Литература 129
Приложение 139
- Состояние вопроса
- Общие замечания
- Условия, методика и результаты шахтных исследований
- Основные расчетные зависимости и принципы выбора рациональных параметров
Состояние вопроса
В СССР систематически ведутся научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы в области создания фрон -тальных струговых агрегатов для выемки угля без постоянного присутствия людей в забое.
В настоящее время над проблемой создания агрегатов для пластов различной мощности работают коллективы ученых и инженеров ИГД им.А.А.Скочинского, Гипроуглемаша, МГИДонуги, ІШИУИ, Донгипроуглемаша,ІЖХТНіШІ и других организаций.
Впервые в мировой практике Гипроуглемашем создан фронтальный агрегат АК-3,принятый в серийное производство.
Научные основы создания струговых агрегатов разработаны в трудах советских ученых: А.В. Топчиева, А.В.Докукина, В.И. Солода, Н.Г.Картавого, А.С.Бурчакова, В.Н.Хорина, А.Д.Игнатьева, В.Н.Гетопанова, Л.И.Чутреева, А.М.Долинского, А.А.Карлен-кова, В.И.Капырина и др.
Вопросы,связанные с повышением производительности агрегатов, были рассмотрены в работах [11-14,17,71 J . Определению сил резания, нагруженности различных подсистем в различных режимах работы агрегата, статической оценке9вопросам динамики, управляемости и надежности агрегата-посвящены работы С15,18, 22-28, 30-32, 34,40-44, 49,5&-58,60,61,72,74-81 ] . Вопросы взаимодействия выемочно-доставочных подсистем агрегатов и процесса нагрузки угля струговыми исполнительными органами изучались И.А.Аксельродом, СП.Балаклейским, А.Б.Голодом, Н.С.Гудилинші, И.Н.Иваненко, М.А.Кирилловым, М.Т.Коленцевым, О.Л.Колосовым, В.М.Рачеком, И. Л. Шпиль б ергом -. и другими учеными и нашли наиболее полное отражение в работах [2,5-7,19-21, 34,37-39,45,49-52,65,66,82-85,87] .
Большое внимание в работах уделялось процессу погрузки полезного ископаемого на транспортное средство, что объясняется активным его участием в формировании усилий в тяговом элементе исполнительного органа агрегата /на преодоление усилий погрузки затрачивается от 13 до 38% мощности электродвигателей привода выемочной системы/ и заметным влиянием на работоспособность агрегата в целом.
Так в работе [70] , выполненной проф. В.И.Солодом, установлены основные закономерности протекания процесса погрузки полезного ископаемого струговым исполнительным органом, дана оценка влияния на его количественные показатели параметров выемочной и доставочной подсистем агрегата. Автором было показано, что обязательным условием существования погрузки является наличие перед стругом определенных размеров штабеля угля /тела волочения/, обеспечивающего подпор, необходимый для подъема полезного ископаемого на высоту погрузки и перемещения его на транспортное средство. Геометрические размеры тела волочения зависят от параметров исполнительного органа и конвейера, а также-- от физико-механических свойств погружав -мого материала и в совокупности с последними определяют величину усилий погрузки.
Общие замечания
В идеальном случае производительность исполнительного органа агрегата по выемке равняется его производительности по погрузке. Однако в реальных условиях, каждой каретке приходится грузить не только тот уголь который отбит от забоя ею же, но и часть угля, попадающего на машинную дорогу перед ней в результате его падения с конвейера на участке между рассматриваемой и предшествующей ей по ходу движения цепи исполнительного органа кареткой, а также просыпания в зазоры между корпусом последней и забоем, корпусом последней и бортом конвейера.
Указанное обстоятельство ведет к дополнительному расходу энергии на повторную погрузку части отбитого от забоя полезного ископаемого и, как следствие, к увеличению усилий погрузки и ухудшению сортности добываемого угля. При этом образуется дополнительный грузопоток, постоянно циркулирующий по контуру "машинная дорога- конвейер- машинная дорога" /см.рис.2.1/, требующий в ряде случаев существенного увеличения конструктивной площади поперечного сечения конвейера, в то время как в стесненных условиях тонкого пласта такое увеличение нежелательно и не всегда возможно другим отрицательным моментом наличия дополнительного грузопотока является образование на машинной дороге слоя угля, толщина которого в каждой ее точке изменяется по постоянному циклу с периодом, равным времени одного оборота цепи исполнительного органа. При этом нижние резцы последнего работают в зоне, заполненной разрушенной массой, дополнительно переиз -мельчая ее. Постоянная подача базы агрегата на забой способствует в этом случае еще большему переизмельчению угля, находящегося в призабойном пространстве, и росту усилий погрузки каретками исполнительного органа. Да и сами усилия подачи базы значительно возрастают по сравнению со случаем полной зачистки машинной дороги [20] .
Однако, наиболее отрицательным моментом, на наш взгляд, здесь является то, что наличие значительного объема угля на машинной дороге существенно осложняет процесс управления дви-жениеи агрегата в результате- попадания штыба между конвейером и основаниями секций крепи и под них [87] .
Ввиду изложенного выше считаем, что при конструировании струговых агрегатов для выемки тонких пологих пластов необходимо стремиться путем соответствующего выбора режимных и конструктивных параметров системы "исполнительный орган- конвейер" к уменьшению объема угля, циркулирующего по контуру "ма -шинная дорога- конвейер- машинная дорога", конечно в той степени, в которой это не ухудшает другие показатели работы указанной системы.
Условия, методика и результаты шахтных исследований
Исследования проводились на шахте имени 60-летия ВЛКСМ объединения "іуковуголь" в лавах 106,110, оборудованных струговыми комплексами.
Мощность пласта 0,85-1,3 м
Сопротивляемость угля резанию 250 Н/мм
Угол падения пласта 5-6 град.
Состав оборудования комплекса. струговая установка СН-75 с конвейером КСН-75, крепь ІМК97Д
Техническая характеристика струговой установки СН-75
1. Производительность (расчетная), т/мин до 5,6
2. Пределы регулирования высоты исполнительного
органа, мм 570;840
3. Толщина стружки угля, мм 30 - 70
4. Высота средней части конвейера /по борту/ мм 400-560
5,- Скорость движения исполнительного органа, м/с 0,71-0,79 1,39-1,56
6. Скорость движения скребковой цепи конвейера, 0,57-0,64; м/с 1,13-1,27
7. Суммарная мощнасть, кВт :
а) привода струта 160/230
б) привода конвейера 160/230
Исследования проводились при скоростях струга V ==0,79 и 1,56 м/с, скоростях цепи конвейера VK =0,64 и 1,27 м/с, значениях толщины снимаемой стружки угля h = 30 и 50 мм в режиме встречной погрузки. Режим попутной погрузки не рассматривался, т.к. он по своим показателям [I9J значительно усту -пает режиму встречной погрузки.
Проводились 24 серии опытов /по 3-5 опытов в серии/, в пределах каждой из которых значения толщины отделяемой стружки h , скорости резания К , скорости грузопотока угля на конвейере VK » & также коэффициента заполнения конвейера Kj остаются неизменными., /табл.3.1/.
Причем то обстоятельство, что толщина снимаемой стружки для отдельной серии опытов является величиной постоянной,вызывает необходимость для получения заданных значений коэффициента дозагрузки конвейера стругом 1 подсыпать уголь на машинную дорогу, тем самым искусственно увеличивая производительность последнего до требуемой величины.
Порядок проведения эксперимента при этом следующий.
Вначале струг укладывает уголь на неподвижный загруженный конвейер для тош, чтобы в пространстве между забоем и бортом конвейера образовался слой угля достаточно большой толщины. В завершающей фазе этого этапа струг должен находиться в начале разгрузочного конца лавы /см.рис.3.1,а/.
Для нашего случая Vx тй? =0,79 м/с, \/ктах= It27 м/с, L - 190 ми X = 40м. Таким образом, длина промежуточных участков составляла около восьми метров.
Длина участка 2-3 /рис.3.1/ выбирается из условия, чтобы при любом возшжном сочетании скоростей перемещения струга и цепи жонвеиера струг проходил расетояние, равное длине участка 2-3 не медленнее, чем скребок конвейера расстояние, равное длине участка 3-4. Тем самым гарантируется наличие угля на конвейере перед стругом в пределах опытного участка 2-3 для любой серии опытов.
Основные расчетные зависимости и принципы выбора рациональных параметров
Как уже неоднократно упоминалось, одной из основных задач при разработке агрегатов для тонких пластов является минимизация размеров входящего в них оборудования.
Величина конструктивной площади поперечного сечения конвейера фронтального стругового агрегата в общем случае определяется величиной площади поперечного сечения грузопотока полезного ископаемого на выходе с него. Ее минимальное значение может быть найдено из условия равенства производительно стей исполнительного органа и конвейера /с учетом некоторого запаса для конвейера/ согласно формуле или с учетом того, что QaaP - Lhh/J 2 Vx/V , = «s , -1)
Однако, характерной особенностью работы фронтального стругового агрегата является то обстоятельство, что простое равенство номинальных производительностей входящих в его состав исполнительного органа и конвейера еще не гарантирует их нормального совместного функционирования. Необходимо также должным образом выбрать соотношения скоростей перемещения их тяговых цепей [6,45,52,82j, другими словами, формула (4.1) справедлива не для всех, а лишь для оптимальных значений /,
Использование режимов работы с соотношениями скоростей исполнительного органа и конвейера, не относящимися к ряду оптимальных, вызывает необходимость увеличения конструктивной площади поперечного сечения конвейера по сравнению с минимально возможной, что для условий тонкого пласта является нежелательным.
