Введение к работе
Актуальность темы. Карьерные экскаваторы являются основным выемочно-погрузочным оборудованием в горной промышленности. При работе карьерного экскаватора на выемке горных пород повышенной прочности требуется подготовка массива горных пород к экскавации путем использования различных способов подготовки горной массы. В частности, широко используется взрывной способ, предварительное рыхление массива. Выбор способа разупрочнения горного массива зависит от его физико-механических свойств, технологических особенностей производства работ, экологических аспектов, экономических требований и других условий. Общим недостатком всех этих способов является необходимость производства работ по предварительному разупрочнению, что обусловливает в технологическом процессе дополнительный цикл работ, связанных с данной операцией.
Оснащение карьерного экскаватора ковшом с повышенными силовыми возможностями существенно повышает эффективность использования и технологические возможности экскаватора за счет исключения технологической операции по проведению предварительного рыхления или разупрочнения прочного массива перед непосредственным копанием.
Разработка и внедрение ковшей с повышенными силовыми возможностями сдерживаются недостаточной изученностью процесса взаимодействия ковша с породой, отсутствием методик расчета и обоснования рациональных параметров.
Следовательно, исследование процесса взаимодействия ковша с повышенными силовыми возможностями и разрушаемым горным массивом, а также разработка методики выбора основных параметров ковша карьерного экскаватора, являются актуальной научно-технической задачей, отвечающей потребностям дальнейшего развития экскаваторной техники.
Объект исследования – экскаваторный ковш с повышенными силовыми возможностями.
Предмет исследования – процесс взаимодействия экскаваторного ковша с повышенными силовыми возможностями с породой.
Целью работы является обоснование параметров экскаваторного ковша с повышенными силовыми возможностями.
Идея работы состоит в повышении эффективности процесса копания ковшом за счет концентрации рабочих нагрузок на его зубьях.
Методы исследования включают обобщение и анализ литературных источников, планирование и проведение научного эксперимента, применение научных положений математического и физического моделирования, математической статистики, теоретической механики и механики грунтов.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Степень воздействия на породу ковша с повышенными силовыми возможностями определяется кратностью удельных сил на отдельном зубе и на ковше в целом за счет формирования переменной режущей кромки ковша.
2. Процесс взаимодействия ковша с породой определяется режимными параметрами ковша, зубьев и их конструкцией.
3. Рациональные параметры зубьев определяются свойствами породы, конструктивными и режимными параметрами ковша.
Научная новизна результатов исследований:
1. Установлены теоретические и экспериментальные закономерности процесса взаимодействия ковша с породой.
2. Обоснованы рациональные режимные параметры зубьев при разрушении пород повышенной прочности за счет концентрации нагрузок на отдельном зубе.
3. Обоснована методика расчета основных параметров ковша с повышенными силовыми возможностями.
Практическая ценность работы:
предложено новое техническое решение конструкции ковша, обеспечивающее расширение области применения экскаватора;
разработана инженерная методика выбора основных параметров ковша с повышенными силовыми возможностями.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием теоретических и экспериментальных исследований, достаточным объемом проведенных экспериментов, а также удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований. Расхождение расчетных данных и результатов эксперимента не превышает 15%.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в ОАО «Ураласбест». Предложенный для ОАО «Ураласбест» вариант конструкции ковша обеспечивает расширение области применения карьерных экскаваторов на прочных породах.
Получены патенты: № 60948 РФ. Ковш экскаватора; № 65065 РФ. Ковш экскаватора; № 69096 РФ. Ковш экскаватора.
Апробация работы. Результаты и основные положения диссертационной работы представлены на международных и всероссийских научных конференциях: «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности. Чтения памяти В. Р. Кубачека» (г. Екатеринбург, 2004, 2008, 2010, 2011 гг.), «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог» (Пермь, 2005 г.), «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений» (г. Омск, 2006 г.), «Современные проблемы проектирования и эксплуатации транспортных и технологических систем» (г. Санкт-Петербург, 2006 г.), «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (г. Омск, 2008 г.), «Современное состояние и инновации транспортного комплекса» (г. Пермь, 2008 г.), «Нефтегазовое и горное дело» (г. Пермь, 2010, 2011 гг.) и др.
Личный вклад автора заключается:
- в создании новой конструкции ковша;
- в создании конструкции экспериментального стенда, организации, проведении, анализе и обобщении результатов экспериментальных исследований процесса взаимодействия зуба ковша с породой;
- в разработке методики выбора основных параметров ковша.
Публикации. Основные научные результаты опубликованы в 12 работах, в том числе в двух из Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 128 наименований. Работа изложена на 129 страницах машинописного текста, в том числе содержит 45 рисунков, 5 таблиц и 2 приложения на 9 страницах.
