Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Современное состояние добычи полезных ископаемых подземным способом неразрывно связано с широким использованием высокопроизводительного самоходного оборудования.
В этом аспекте в последние годы интенсивно осуществляются работы по расширению области применения подобного оборудования.
С настоящее время предложены прогрессивные технологии проведения
горноподготовительных работ, очистной выемки мощных крутых
нарушенных пластов и отработки ' целиков на действующих шахтах с применением самоходного транспорта.
Проведенные опытно-промышленные испытания самоходных машин на шахтах Карагандинского и Прокопьевского бассейнов, показали, что технико-экономические показатели их значительно возросли { скорость проходки по породе увеличилась на 22...25%. а по углю-на 150%). Кроме того, шахтные самоходные машины. ( ШСМ ) использовались для механизации ряда вспомогательных работ на угольных шахтах.
Одной из главных причин, сдерживающих широкое использование самоходных машин на угольных шахтах, являются тяжелые дорожные условия их эксплуатации. Приспособленность конструкции ШСМ к эффеетивному выполнению перевозок в стесненных шахтных условиях зависит как от свойств машины, так и от свойств дорожных условий.
Настоящая работа f посвященная обеспечению опорно-сцепной
проходимости самоходных машин и обоснованию выбора типов ШСМ для транспортирования горной массы с учетом конкретных условий эксплуатации, является актуальной.
В связи с этим данная проблема направлена на повышение эффективности эксплуатации ШСМ на основе обеспечения их опорно-сцепной проходимости по деформируемым фунтам (почвам) шахтных выработок.
Обеспечение опорно-сцепной проходимости ШСМ основывается на анализа их взаимодействия с деформируемой, по мере продвижения горных работ, почвой. Трудность решения данной проблемы усугубляется тем , что зачастую даже несущую способность грунтов и проходимость по ним колесных машин определяют эмпирическими методами ввиду отсутствия достаточно точных аналитических зависимостей.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Постановлением СМ СССР № 814 от 18.08.83 г и ГКНТ СССР и Госплана СССР № 172/91 от 24,04.84 г. а также по координационному плану АН КазССР № 53 от 03.04.86 г. и по комплексным планам исследовании Гипроуглегормаша и КарПТИ (отчеты № ГР 81088127, Q1.65.0062426, 0186,0067574, 0186.0046786 ).
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является определение основных опорно-сцепных параметроз шахтных самоходных машин при обеспечении их проходимости по деформирующимся фунтам выработок и разработка методики их расчета.
ОСНОВНАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в использовании
закономерностей изменения опорно-сцепных параметров проходимости самоходной машины по деформирующимся грунтам выработок от его конструктипных параметров и прочностных параметров грунта, обеспечиваниях болео высокую точность тяговых и прочностных расчетов и эффективность эксплуатации машин о шахтных условиях.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Теоретические исследования проведены
с использованием основных положений механики сплошной среды, теории предельного равновесия, прочности Кулона-Мора и проходимости колесных машин. Экспериментальные исследования проведень! на устройстое для испытания фунта выработки и опытно-промышленных образцах шахтных самоходных машин, с использованием современного метрологического оборудования в полигонных и производственных условиях.
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ полученные автором и выносимые на защиту:
- Критерии прочности, определяемые напряженно-деформированным
состоянием фунтов выработок, характеризуются как критерии оценки опорно-
сцепной проходимости самоходной машины;
- Несущая способность и максимальное сопротивление сдвигу
деформируемого грунта выработки определяются пределом прочности, и
характеризуются равенством касательных и нормальных напряжений в фунте
под колесами самоходных машин;
Закономерности формирования сил сцепления колеса с фунтом и уплотнения колесом грунта самоходных машин, определяются изменениями соотношении нагрузок на колесо и площади его контакта с фунтом;
Закономерности взаимодействии колес ведущих мостов шахтных самоходных машин с грунтом выработки определяют особенное перераспределения тяговых сип на их колесах при трогании;
- Принципиально новый механизм формирования опорно-сцепных
параметров проходимости шахтных самоходных машин определяет новую
концепцию развития их ходовой части.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов исследования заключается в следующем: .- Впервые рассмотрены закономерности формирования опорно-сцепных
параметров проходимости самоходных колесных машин в предельном
напряженном состоянии грунтов выработок;
- Обоснованы закономерности распределения напряжений в фунте и
установлены теоретические критерии прочности;
- Получены уравнения, определяющие предельное напряженное
состояние фунта под колосами самоходных, машин;
- Установлены закономерности изменений напряжений в деформируемом фунте при воздействии возмущающих нагрузок, соответственно установлена модель прочности деформируемого фунта и методика его определения;
- Получены аналитические зависимости, определяющие несущую
способность, сопротивление сдвигу и многократность деформирования фунта
под колесами самоходных . машин, зависящие только от классических
характеристик фунта;
Выведены аналитические зависимости для определения сил сцепления колес с фунтом и уплотнения колесами фунта самоходных машин;
Установлены закономерности изменения опорно-сцепных показателей ' проходимости самоходных машин в зависимости от их конструктивных параметров и прочностных параметров поча выработок;
- Обоснованы закономерности перераспределения тягоаых сил на
колесах полноприводных шахтных самоходных машин при трогании;
Обоснованы основные параметры и показатели для оценки технического , уровня ходовой части самоходной машины, комплексно учитывающие стадии проектирования и эксплуатации;
Разработана методика расчета основных опорно-сцепных параметров проходимости шахтных самоходных машин.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧИМОСТЬ работы заключается о разработке методики оценки и расчета опорно-сцепной проходимости самоходных машин, которая позволяет оценить и рассчитать показатели опорно-сцепной проходимости самоходных машин при влиянии как параметров машины, так и несущей способности и сопротивления сдвигу фунта выработок. Методика оценки опорно-сцепной проходимости самоходных машин использована при их проектировании и проверена на конкретных примерах опытно-промышпенных испытаний ряда шахтных самоходных машин о полигонных и шахтных условиях, а также реализована в учебном процессе. Фактический материал работы составили результаты научных исследований, проведенные автором в период с 1981 года по 1997 год, позволивший разработать конструкции для определения механических свойств фунта выработок, новые принципы определения несущей способности и сопротивления сдвигу грунта выработок, ноаую концепцию формирования опорно-сцепных показателей проходимости шахтных самоходных машин.
ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ подтверждается корректной постановкой задач исследований, обоснованными теоретическими и экспериментальными исследованиями, удовлетворительной сходимостью (в пределах 5-18%) расчетных и экспериментальных данных.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Разработано и внедрено устройство для испытания поча выработок. Разработана методика расчета опорно-сцепной проходимости шахтных самоходных машин, которая апробирооана в конструкторском отделе НПЦ Типроуглегопмаш" и ПО "Карагандауголь", а также утверждена в-еидо региональной и трастовой.
Предложенная автором мотодика определения несущей способности, сопротивления сдвигу и многократной деформируемости грунта выработок пнедрена при промышленных испытаниях самоходных вагонов 5ВС-15, ВС-15Э и тягача ТГЛ-1 на шахте "Тентекская" ПО "Карагандауголь" и самоходного вагона 0С-5Э на шахте "Коксовая" ПО "Проколызвскугсль".
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения, результаты научных
исследований и выводы диссертации докладывались, обсуждались и получили
одобрения на Ученых Советах НПЦ 'Типроуглегормаш" (1903, 1СБ4, 198В,
19Є9, 1995), на заседании Совета НТО Воронежского завода
горнообогатительного оборудования (Воронеж, 19QS), нзОеешйзаых н Республиканских конференцих и совещаниях по горным машинлм ( Киеа, 1992; Караганда 1983, 1985, 1980, 19S0),-на заседании НТО ПО "Уралкэлий" (Березники, 1989), на 1-ом респуликанском съезде по теоретической и прикладной механике (Алматы,' 1SS6), на международной конференции по механике горных пород (Алматы, 1997), на -международной конференций " научно-технический прогресс - основа рыночной экономики" ( Караганда, 1997} на научных' семинарах кафедры " Промышленный транспорт" КарГТУ (1332-1989), на заседаниях кафедры "Промышленный транспорт" КарГТУ (1996); кафедры "ПТМиГ" КаэНТУ (1996); кафедры "Прикладная математика" КарГУ (1996), на объединенном заседании кафедры "ШПС" КарГТУ (1955), на расширенном заседании кафедры СДМ и ПТМ Казахской Академии транспорта и коммуникации, КазГАСА и кафедр ПТМ и Горные машины КаэНТУ (1996-1998).
Научная стажировка проведена в> Казахском национальном техническом
университете с 5 мая по 5 августа 1997 г. ' *
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 39 научных публикаций, в том числе два авторских свидетельства на изобретения, в которых изложены основйые научные положения, выводы и рекомендации по работе.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 308 страницах
машинописного текста, содержит 60 рисунков и 17 таблиц; состоит из введения, семи .разделов, заключения и списка литературы из -160 наименований и приложений на 93 страницах.
Автор выражает благодарность докт.техн.наук З.Т.Акашеву за постоянное внимание и помощь в процессе подготовки диссертационной работы к защите.