Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, методология проведения и постановка задач исследований 10
1.1 Эффективность функционирования исполнительных органов. Основные понятия и определения 11
1.2 Анализ факторов, влияющих на выбор параметров и эффективность функционирования исполнительных органов 13
1.2.1 Свойства угольных пластов, как объектов разрушения резцами исполнительных органов 13
1.2.2 Силовые и энергетические показатели процесса разрушения 15
1.2.3 Надежность исполнительных органов 16
1.2.4 Теоретическая производительность комбайнов 18
1.3. Общие сведения о базах данных и моделях представления данных... 19
1.4. Разработка методологии и объемы проведения исследований 21
1.5 Задачи исследований. 30
Глава 2. Исследование характеристик разрушаемости и геологического строения угольных пластов, влияющих на эффективность функционирования исполнительных органов 31
2.1 Анализ характеристик разрушаемости и геологического строения угольных пластов. 31
2.1.1 Кузнецкий угольный бассейн 32
2.1.2 Печерский угольный бассейн 34
2.1.3 Восточная часть Донецкого бассейна 35
2.1.4 Челябинский бассейн 37
2.1.5 Месторождения Восточной Сибири, Приморья и о. Сахалин 37
2.1.6 Подмосковный угольный бассейн 38
2.2 Экспериментальные исследования сопротивляемости резанию различных типов породных прослоев и твердых включений 39
2.3. Разработка типизации угольных пластов по особенностям их геологического строения и разрушаемости 42
2.4. Описание базы данных для оценки свойств угольных пластов 50
Выводы по главе 2. 54
Глава 3. Исследование влияния характеристик разрушаемости угольных пластов на показатели эффективности функционирования исполнительных органов 55
3.1 Анализ параметров шнеков и режущего инструмента 55
3.2 Исследование показателей надежности и эффективности применения резцов в различных условиях по разрушаемости пластов 59
3.3 Исследование надежности исполнительных органов в зависимости от показателя Аэ 72
3.4 Влияние характеристик разрушаемости пластов на скорость подачи и теоретическую производительность комбайнов: 78
3.5 Влияние характеристик разрушаемости пластов на удельные энергозатраты и сортность угля при добыче. 86
3.6 Влияние параметров шнеков на показатели эффективности их функционирования в различных условиях эксплуатации 88
Выводы по главе 3 97
4. Разработка математической модели и методики для выбора конструкций исполнительных органов применительно к конкретным условиям эксплуатации 99
4.1 Обоснование целевой функции при выборе конструкции исполнительного органа. 99
4.2 Описание математической модели выбора конструкции исполнительного органа при эксплуатации в конкретных условиях 100
4.3 Алгоритмы расчета основных показателей эффективности функционирования исполнительных органов 103
4.4 Разработка алгоритма расчета обобщенного критерия Су.э ПО
4.5 Проверка адекватности математической модели 115
Выводы по главе 4 118
5. Разработка прикладных программ для выбора исполнительных органов применительно к конкретным условиям эксплуатации по показателю Аэ 120
5.1. Формирование базы знаний подсистемы оценки условий применения исполнительных органов 120
5.2 Описание модуля программы для представления данных, характеризующих прочностные свойства пласта и особенности его геологического строения 123
5.3 Описание модулей программы для расчета показателя Аэи определения принадлежности пласта к конкретной группе типовых условий 127
5.4 Описание модуля программы для выбора конструкции исполнительного органа применительно к типовым условиям эксплуатации 132
Выводы по главе 5 134
Основные выводы 135
Литература 137
Приложение А 150
Приложение Б 171
- Свойства угольных пластов, как объектов разрушения резцами исполнительных органов
- Экспериментальные исследования сопротивляемости резанию различных типов породных прослоев и твердых включений
- Исследование показателей надежности и эффективности применения резцов в различных условиях по разрушаемости пластов
- Описание математической модели выбора конструкции исполнительного органа при эксплуатации в конкретных условиях
Введение к работе
Эффективность функционирования очистных комбайнов в значительной мере зависит от работы шнекового исполнительного органа (в дальнейшем изложении шнек), резцы которого непосредственно контактируют с угольным забоем и формируют его суммарную и динамическую нагруженность. Известно, что нагруженность шнека определяется его параметрами, типом режущего инструмента и прочностными свойствами разрушаемого угольного массива. Поэтому соответствие параметров шнеков и режущего инструмента характеристикам разрушаемости пласта имеет важное значение, поскольку от этого зависит общая нагруженность комбайна а, значит, его теоретическая производительность и нагрузка на очистной забой в целом.
В последнее десятилетие ННЦТП-ИГД им. А. А. Скочинского, ОАО «Гипроуглемаш» и «ПНИУИ» разработали и передали на заводы угольного машиностроения России более пятидесяти типоразмеров шнеков, отличающихся типом применяемых резцов, схемой их расстановки на корпусе, диаметром, шириной захвата и другими конструктивными особенностями. Каждому из типоразмеров шнеков соответствует вполне определенная область применения по характеристикам разрушаемости и вынимаемой мощности угольного пласта, сортности добываемого угля и назначению по типу комбайна. Вместе с тем в подавляющем большинстве случаев используются однотипные шнеки, оснащенные, как правило, недорогими поворотными резцами с конической режущей частью, применение которых на вязких углях сопровождается по сравнению с другими известными типами резцов повышенной энергоемкостью резанию и неудовлетворительной сортностью добываемого угля. В значительной мере это связано с отсутствием научно обоснованных рекомендаций и критерия оптимизации, по которому должен выбираться тот или иной шнек, увязанный со свойствами угольного массива, для отработки которого он предназначен. Кроме этого отсутствует доступная для работ-
ников энергомеханических служб шахт информация о существующей номенклатуре шнеков и их технических возможностях. Между тем, наметившиеся в последние годы тенденции на создание технологий высокопроизводительной выемки угольных пластов по технологическим схемам «лава-горизонт» и «лава-шахта», требуют индивидуального подхода к выбору средств добычи угля, в том числе и к исполнительным органам. Только в том случае, когда конструкция и параметры исполнительного органа комбайна будут соответствовать характеристикам разрушаемости угольного массива и эксплуатационным требованиям по производительности, сортности угля и надежности комбайна, можно говорить о высокоэффективной работе очистного забоя по добыче угля. Поэтому в научном плане необходимо на основе сформированной базы данных об условиях эксплуатации очистных комбайнов установить закономерности влияния характеристик разрушаемости угольных пластов на показатели эффективности функционирования исполнительных органов и на их основе разработать пакет прикладных программ, позволяющий оперативно оценивать условия эксплуатации комбайна и выбирать для них оптимальный вариант конструкции шнека.
В этом состоит общая направленность и актуальность проведенных в рамках данной диссертационной работы исследований.
Целью настоящей работы является исследование закономерностей влияния характеристик разрушаемости угольных пластов на показатели эффективности функционирования шнеков очистных комбайнов, и разработка на этой основе экономико-математической модели для выбора области рациональной эксплуатации шнеков различных конструктивных исполнений.
Идея работы заключается в комплексном учете влияния характеристик разрушаемости угольных пластов и параметров шнеков на эффективность их функционирования.
Основные научные положения, разработанные лично соискателем и их новизна:
При оценке условий применения шнеков, наряду с сопротивляемостью угля резанию, определяющей средние нагрузки при резании, необходимо учитывать особенности геологического строения пласта, влияющие на максимальные нагрузки и определяющие динамическую нагруженность комбайна. При этом типизация угольных пластов по особенностям строения применительно к определению области рационального применения шнеков должна осуществляться с учетом широкой вариации сопротивляемости резанию породных прослойков.
Выбор области рационального применения различных типов шнеков должен осуществляться по разработанной экономико-математической модели, определяющей величину удельной стоимости добываемого угля с учетом затрат, связанных с расходом резцов и шнеков, потерями технической производительности при их замене и энергоемкостью выемки угля в конкретных условиях применения по показателю эквивалентной сопротивляемости пласта резанию.
Оперативная оценка условий применения и выбор шнека осуществляется с помощью алгоритмов и программ, позволяющих оценивать характеристики разрушаемости пласта и определять экономическую целесообразность применения для его разработки той или иной конструкцией исполнительного органа.
Обоснованность и достоверность разработанных научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
- анализом характеристик разрушаемости и особенностей строения угольных пластов практически всех угольных бассейнов России (более 300 шахтопластов);
- значительным объемом экспериментальных данных, полученных в шахтных условиях (около 70 очистных забоев в 15-ти угольных компаниях по добыче угля и сланца);
использованием методов математического моделирования и методов статистической обработки полученных данных с использованием программного пакета MS Excel, и языка программирования Visual C++ и др.;
удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с данными, полученными в шахтных условиях: погрешность рассчитанных по разработанным в диссертации математическим моделям значений показателей эффективности функционирования исполнительных органов не превышала 10-15%.
Научное значение работы состоит:
- в установлении зависимостей удельного расхода резцов и ресурса
шнеков от характеристик разрушаемости угольных пластов;
- в разработке экономико-математической модели для выбора конструк
ции исполнительного органа применительно к конкретным условиям эксплуа
тации.
Практическая ценность работы заключается в разработке методики расчета для определения рациональной области применения различных конструкций шнеков применительно к типовым условиям эксплуатации.
Методы исследований. Систематизация и анализ литературных данных, экспериментально-статистический и теоретический методы исследований, графоаналитический анализ, методы математической статистики с использованием программного пакета MS Excel.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы использованы: ННЦ ГП-ИГД им. А.А.Скочинского при разработке «Отраслевой инструкции по выбору шнековых исполнительных органов очистных комбайнов», утвержденной Генеральным директором компании «Росуголь»; при создании программы для ЭВМ «Выбор средств выемки угольного пласта на основе ус-
тановления характеристик его разрушаемое», на которую получено свидетельство об официальной регистрации N 990896 от 10.12.99 г.
Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались на «Неделе горняка», проходившей в Московском Государственном горном университете, а также на объединенном семинаре отделений подземной разработки угольных месторождений и проблем разрушения угля и горных пород ННЦ ГП-ИГД им. А.А.Скочинского.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений, содержит 22 рисунка, 26 таблиц, список использованной литературы из 121 наименования.
Автор выражает сердечную признательность кандидату технических наук Меламеду Владимиру Зиновьевичу за консультации при разработке программного обеспечения для выбора параметров шнеков, а также сотрудникам ННЦ ГП-ИГД им. А.А.Скочинского, любезно предоставившим материалы для анализа горно-геологических условий шахтопластов России и показателей эффективности функционирования исполнительных органов очистных комбайнов.
Свойства угольных пластов, как объектов разрушения резцами исполнительных органов
Современные представления о свойствах угольных пластов как объектов разрушения резцами исполнительных органов, принятые на практике, базируются главным образом на работах А.И.Берона, Б.М. Лейбова, М.М. Про-тодьяконова М.М., Е.З.Позина, И.С.Зильберта, Д.М.Любощинского, С.Е.Чиркова и др. [5, 9-14]. Эти представления основываются на совместном изучении угольных пластов и процесса разрушения. Получаемые при этом показатели разрушаемости служат основой в расчетах нагруженности и возможной производительности угледобывающих машин [16].
Одним из основных интегральных показателей, определяющих свойства угольных пластов как сред, разрушаемых инструментом исполнительных органов, является сопротивляемость резанию угольного массива. Наиболее полно исследования в этой области изложены в монографии Е.З.Позина [15].
В результате изысканий были созданы аппаратура и методики [17-19], позволяющие определить не только сопротивляемость угля резанию, но и производить комплексную оценку сопротивляемости резанию всего массива в зависимости от сложности его строения и состояния под действием горнотехнологических факторов.
С целью решения ряда технологических задач и углубления исследований в области разрушения горных пород были выполнены исследования по определению абразивности угольных пластов и содержания в них твердых включений [20-29], способности углей к измельчению при резании, хрупко-пластических свойств [30-36].
Выполненные исследования [32-34] по изучению физической сущности измельчения углей при резании легли в основу установленных закономерностей распределения гранулометрического состава угля и разработанного [32] инженерного метода расчета ожидаемой его сортности, который используется при определении рациональных параметров угледобывающих машин и при их оценке по факторам сортности и пылеобразования.
В совокупности указанные методики позволили комплексно оценивать условия разрушения угольных пластов и на этой основе классифицировать пласты основных угольных бассейнов по разрушаемости [37]. В этой связи следует отметить, что применительно к описанию эффективности функционирования исполнительных органов необходимо определить комплекс (сочетание) характеристик разрушаемости пластов, наилучшим образом отражающих процесс выемки угольного массива. В конечном счете одна из задач исследований должна быть направлена на поиск обобщающего критерия свойств разрушаемых пластов для оценки показателей эффективности функционирования исполнительных органов и на разработку на этой основе типизации условий их применения.
Энергетические показатели процесса разрушения угольного массива (энергоемкость выемки) определяются, как известно [5, 38], затратами мощности на резание и подачу комбайна. Поэтому, анализируя исследования по данному кругу вопросов, необходимо, прежде всего, остановиться на работах, посвященных установлению закономерностей процесса резания и нагрузках, возникающих при этом.
Целенаправленные исследования в этой области начаты М.М. Прото-дьяконовым (младшим) [39, 40]. Обобщения, выполненные им, фактически определили становление науки о резании угля как самостоятельной дисциплины.
Исследования в области резания угля в своем развитии производились с позиций теории случайных процессов, что, в сочетании со значительным накопленным материалом, позволило установить закономерности влияния свойств разрушаемого угля, геометрии и параметров режима резания на на-груженность инструмента [5, 38 41-49]. Современные представления о нагруженное и определении параметров исполнительных органов, принятые в современной практике, основываются на работах [5, 49-51, 52-55]. Установленные закономерности легли в основу разработанных в ИГД им. А.А.Скочинского и Донгипроуглемаше инженерных методов расчета нагру женности резцов и исполнительных органов угледобывающих комбайнов. [56, 57], которые позволили сформулировать требования к параметрам резцов [58] и исполнительных органов [59] и разработать инженерные методы их расчета.
В настоящем изложении достаточно ограничиться общими принципами таких расчетов. Расчет нагруженности исполнительных органов включает: расчет средних значений сил подачи и резания с целью определения потребляемой мощности и выбора двигателей; определение максимальных нагрузок на инструментах и исполнительных органах с целью получения исходных данных для расчета трансмиссий на прочность; установление спектров эксплуатационной нагруженности исполнительных органов для расчета трансмиссий на долговечность. Максимальные нагрузки, возникающие на резцах при перерезании крепких включений, главным образом влияют на надежность исполнительных органов. Наиболее опасными являются нагрузки, которые возникают при перерезании карбонатных, карбонатно-пиритных и пиритных включений [46].
Экспериментальные исследования сопротивляемости резанию различных типов породных прослоев и твердых включений
Одними из основных характеристик, определяющих уровень действующих на резцы исполнительного органа нагрузок, которые влияют на показатели эффективности функционирования исполнительных органов, являются сопротивляемость резанию неоднородностей и их удельное содержание в пласте. Удельное содержание неоднородностей в пласте при проведении исследований определялось исходя их структурных колонок и данных планшетных съемок поверхности забоя по известной методике [99]. Значения указанных характеристик для обследованных очистных забоев приведено в Приложении А.
Для уточнения и пополнения уже имеющихся данных о сопротивляемости резанию неоднородностей были выполнены стендовые исследования, заключающиеся в определении нагрузок, действующих на одиночный резец при прорезании наиболее распространенных по типам твердых включений и породных прослоев.
С этой целью в действующих очистных забоях Восточного Донбасса были отобраны образцы различных пород и минералов, которые затем были залиты в углецементные блоки. Эксперименты проводились на стенде ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского, базой которого являлся продольно-строгальный станок с закрепленными на нем динамометром с резцом и угле-цементным блоком. При резании блока усилия с резца поступали на тензодатчики, с которых они передавались на ЭВМ, где в режиме эксперимента производилась их обработка с выдачей информации о минимальной, максимальной и средней за опыт величине.
Из анализа приведенных в табл.2.5 данных видно, что сопротивляемость резанию твердых включений и породных прослоев в зависимости от их литотипа разнится в широких пределах. Так если для карбонатных включений (К), которые составляют основную долю из всех встречающихся в Кузнецком бассейне включений, эта разница не столь значительна, то для породных прослоев она существенна - от 216 Н/мм для углистых аргиллитов (литотип Ар. у) до 660 Н/мм для песчаников (литотипы П-а, А-п). Обращает на себя внимание то обстоятельство, что в пределах одного литотипа сопротивляемость резанию породных прослоев также существенно разнится. Так из табл. 2.5 видно, что сопротивляемость резанию аргиллита изменяется от 217 Н/мм для пласта Бреевского до 320 Н/мм для пласта Г Внутреннего. Аналогичная картина, как видно их табл.2.5, характерна и для других литотипов породных прослоев.
Полученные из опытов значения сопротивляемости резанию неодно-родностей, наряду с уже полученными ранее аналогичными данными [28, 115] по другим породам, использовались в дальнейшем при определении значений сопротивляемости пласта резанию Апл и показателя эквивалентной сопротивляемости пласта резанию Аэ, являющимися интегральными характеристиками свойств угольных пластов.
Систематизация данных о показателях разрушаемости пластов и появившаяся благодаря этому возможность комплексной оценки прочностных свойств угольного массива, послужили основой для уточнения разработанной ранее совместно с автором классификации угольных пластов как разрушаемых сред [98]. При этом комплексная оценка прочностных свойств угольного массива производилась нами путем определения показателя эквивалентной сопротивляемости пласта резанию, который впервые предложили в работе [110] Позин Е.З. и Линник Ю.Н. для оценки надежности шнеков в зависимости от характеристик разрушаемости угольных пластов. Численно он равен Аэ= Ayr + Ан, Н/мм, (2.1) где Ауг - сопротивляемость угля резанию, Н/мм; А н - обобщенный показатель содержания и свойств неоднородностей (прослойков, присечек, твердых включений) в пласте, Н/мм.
Для пластов основных бассейнов значения доли dn включений, перерезаемых резцами, рекомендуется принимать равными: Донецкого - 0,87, Кузнецкого - 0,99, Челябинского - 0,99. Для остальных бассейнов значения d„ можно принимать равными 0,9.
Оценивая степень влияния каждого из показателей Авкл, А„л и АпРЛ на величину А трудно показать, какой из них обладает большим весом. Это объясняется тем, что вес отдельного показателя складывается из целого ряда характеристик таких как: мощность включения или прослойка, сопротивляемость резанию, литотип. Иными словами, твердые включения, обладающие значительной сопротивляемостью резанию, при весьма низком удельном содержании в пласте оказывают меньшее влияние на показатель А „, чем мощный породный прослой с более низкой сопротивляемостью. Таким образом, оценка веса каждого из показателей в формуле (2.2) является затруднительной, и возможна только в случае расчета для конкретного угольного пласта.
Физический смысл показателя А н заключается в том, что он отражает приведенную (с учетом SBKJI И Sn П ) сопротивляемость резанию неоднородностей [ПО, 111] Анализ выражения (2.1) показывает, что показатель Аэ всегда либо равен Ауг (для пластов простого строения), либо больше Ауг, причем тем больше, чем больше неоднородностей в пласте и чем больше разница между собственно сопротивляемостями резанию угля и неоднородностей, слагающих угольный пласт. Физический же смысл показателя Аэ в том, что он оценивает способность угольного пласта вызывать постепенные отказы (характеризуемые показателем Ауг) и внезапные отказы элементов шнека. В последующих разделах диссертации будет показан на достаточно большом экспериментальном материале, что между величиной Аэ и показателями эффективности функционирования исполнительных органов существует устойчивая корреляционная зависимость. Переходя к изложению классификации угольных пластов, следует отметить, что в целом она базируется на типизации строения пластов в зависимости от наличия в них различных типов породных прослойков и твердых включений, а также на разделении пластов по категориям разрушаемости в зависимости от сопротивляемости угля резанию и его хрупко-пластических свойств.
Исследование показателей надежности и эффективности применения резцов в различных условиях по разрушаемости пластов
С целью получения представительной и надежной информации, исследования работы режущего инструмента проводились путем непосредственных наблюдений в шахтах с последующим сопоставлением полученных результатов с данными плановой и бухгалтерской отчетностей шахт, а также с данными других исследователей. Исследованиями были охвачены практически все диапазоны изменения условий по разрушаемости и особенностям строения угольных пластов.
За критерии оценки надежности и эффективности применения были приняты следующие показатели: - удельный расход инструмента Nyp (расход инструмента на тысячу тонн добываемого угля) шт/ЮООт; - наработка на отказ резцов Тр (величина обратная удельному расходу), т; - удельный расход твердого сплава Рур (суммарный расход по весу твердосплавных армировок резцов на тысячу тонн добываемого угля) кг/1000т; - удельные затраты на инструмент Цур (суммарная стоимость израсходованных резцов на тысячу тонн добываемого угля), руб/1000т. Исследования выполнялись с наиболее распространенными радиальными резцами ЗР4.80 (1РО80) и тангенциальными поворотными РКС1. Кроме этого анализировались результаты испытаний новых радиальных резцов РОЇ00, тангенциальных неповоротных Т100 и тангенциальных поворотных РГ401иРГ501.
Для решения вопроса о наличии функциональной связи показателей надежности и эффективности применения резцов рассмотрим данные, полученные в результате испытаний резцов 1РО80 при работе комбайнов 1К101У в различных условиях по разрушаемости угольных пластов. Испытания проводились в основном на шахтах ОАО «Ростовуголь» и частично в ОАО «Гу-ковуголь» (шахты «Ростовская», «Гуковская», «Алмазная») и в ОАО «Челя-бинскуголь» (шахты «Центральная» и «Капитальная»). Результаты испытаний резцов приведены в таблице 3.4.
Рассмотрим, как влияют на удельный расход резцов 1РО.80 следующие характеристики разрушаемости пластов: сопротивляемость резанию угля Ауг, и пласта Апл, определяющие общую нагруженность шнеков; удельное содержание в пласте твердых включений SBICI, отражающие, при прочих равных условиях, частоту возникновения пиковых нагрузок, являющихся ответственными за поломочные отказы резцов; абразивность пласта р, влияющая на процесс изнашивания резцов.
Анализируя данные приведенные на рис. 3.2 и 3.3, видно, что взаимосвязи прослеживаются только в зависимостях Nyp = f(Ayr) и Nyp = {(Аш). С увеличением АуГ и А значения Nyp возрастают по криволинейной зависимости. Учитывая это, можно сделать вывод от том, что величина удельного расхода резцов в первую очередь является функцией общей нагруженности шнека. Показатель Ат можно было бы использовать в качестве единственной характеристики разрушаемости, если бы не систематический и существенный разброс в области малых значений Апл 160.. 180 Н/мм.
Для анализа причин нарушения взаимосвязи Nyp с AM в области малых значений сопротивляемости резанию рассмотрим данные, касающиеся ОАО «Челябинскуголь», пласты которых характеризуются низкой сопротивляемо стью угля резанию, но значительным содержанием крупных (валунных) твердых включений. Из таблицы 3.4 видно, что при незначительном изменении значений Апл = 112..155 Н/мм, значения Nyp изменяются в пределах от 7.6 до 129 шт/1000т, т.е. изменяются почти в 17 раз.
Дальнейший анализ показал, что высокие значений удельного расхода резцов при малых величинах Апл характерны для всех пластов содержащих крупные твердые включения. Наиболее характерны в этом отношении пласты Кузнецкого и Челябинского угольных бассейнов, содержащих, как это было показано в главе 2 настоящей диссертационной работы, карбонатные твердые включения в виде валунов и «запеки». В таких условиях надежность резцов (как правило, низкая) по существу определяется содержанием в пласте включений, существенно более крепких чем уголь. Показатель А , который рассчитывается как средневзвешенная величина между сопротивляемостью резания угля и прослойков в недостаточной мере отражает в этом случае динамическую сторону процесса резания пласта резцами шнека, поскольку не учитывает влияния на сопротивляемость резанию содержания в пласте твердых включений.
По сути дела, динамичность разрушения угольного пласта в момент перехода от резания угля к перерезанию твердых включений, а значит и надежность резцов, особенно в части их поломочных отказов, характеризуется разностью между значениями сопротивляемостью резанию твердых включений и угля (Авкл - АуГ). Нетрудно убедиться, что эта разница особенно велика в области малых значений Ауг, где, как видно из графика Ny.p = f(Aal), приведенного на рис 3.3, отклонение точек от осредняющей кривой наибольшее.
Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод от том, что обобщающий критерий, более точно отражающий влияние изменения характеристик разрушаемости пластов во всем диапазоне эксплуатации очистных комбайнов на показатели надежности резцов, должен базироваться на совместном учете сопротивляемости угля резанию и прочностных свойств не однородностей. В качестве такого критерия рассмотрим показатель эквивалентной сопротивляемости пласта резанию Аэ, предложенный впервые в работе [8] для описания влияния прочностных свойств пластов на характеристики надежности шнеков очистных комбайнов. На рис. 3.4 приведена зависимость Ny.p = f(A3) построенная по тем же данным что и приведенные на рис. 3.2 и 3.3 (см таблицу 3.4)
Дальнейший анализ показал, что характер установленных зависимостей справедлив для вех типов резцов, применяемых в настоящее время на очистных комбайнах. Так из рис. 3.8 видно, что и для резцов РКС-1 отмечается резкое увеличение их удельного расхода, а значит и удельного расхода твердого сплава и удельных затрат на инструмент в условиях с Аэ 180 Н/мм. Для тех условий, в которых определяется расход резцов, нами были систематизированы данные об эксплуатационной (суточной) производительности комбайна. Оказалось (см. рис. 3.7, кривая 2), что с увеличением Аэ и ростом удельного расхода резцов эксплуатационная производительность комбайна Q3 закономерно снижается, что указывает на косвенную связь показателей Nyp и Q3. Эта взаимосвязь обусловлена потерями производительности из-за простоев комбайна при замене отказавших резцов.
Описание математической модели выбора конструкции исполнительного органа при эксплуатации в конкретных условиях
Решение задачи, связанной с выбором оптимальной для конкретных условий эксплуатации конструкции шнека, до постановки настоящей диссертационной работы, как это отмечалось ранее, основывалось только на достижении минимума энергозатрат на выемку при максимальной производительности комбайна и не учитывало влияние на них надежности исполнительного органа, которое в ряде случаев, особенно при выемке трудно разрушаемых пластов (группы 2 и 3 по особенностям строения и категория III по разрушаемости), является определяющим.
Рассматривая вопросы выбора конструкции исполнительных органов, прежде всего остановимся на модели, позволяющей научно обоснованно выбирать оптимальный вариант исполнительного органа применительно к конкретным условиям эксплуатации. В данном случае постановка задачи принятия решения (модель причинно-следственных связей) заключается: а) в определении возможных стратегий - необходимо выделить ряд управляемых переменных Z;, значения которых описывают параметры испол нительного органа; б) в определении условий окружающей среды — задаются неуправляе мые переменные Aj, определяющие условия эксплуатации исполнительных ор ганов; в) в определении критерия выбора - тем самым задаются цели и опре деляется их относительная значимость. В вышеперечисленных допущениях модель выбора конструкции испол нительного органа должна рассматриваться как зависимость параметров вы ходной группы Э от совместного действия входных А (неуправляемых) и регу лирующих (управляемых) Z параметров 3 = f{A,Z} - max, (4.1) где А [Аь Аг, ..., Ап] - вектор неуправляемых параметров, описывающих прочностные свойства конкретного угольного пласта; Z [Z\, Z2,..., Zm] - вектор управляемых параметров, отражающий конструктивные особенности исполнительного органа. Совместное рассмотрение всех связей функции (4.1) дает наиболее полное математическое описание выходных параметров и позволяет на этой основе находить их оптимальное сочетание при определении Су.э.
Некоторые математические модели показателей эффективности функционирования исполнительных органов уже были изложены в предыдущих главах диссертации. Поэтому здесь рассматриваются только те алгоритмы, которые ранее не упоминались, а на остальные формулы делаются соответствующие ссылки в приводимых схемах этих алгоритмов.
При определении технической производительности с учетом влияния на нее потерь времени на замену отказавших резцов и шнеков и связанных с этим удельных потерь добычи расчет производится в следующей последовательности (см. блок-схему расчета на рис. 4.3). 1) Определяется техническая производительность комбайна при значени ях времени, расходуемого на замену инструмента и шнеков, равных нулю. Тех ническая производительность комбайна qTex определяется временем, затрачен ным на выполнение цикла по выемке угля ХТШ с учетом потерь Т„, обуслов ленных конструкцией и надежностью комбайна.
Известно [5], что энергозатраты на резание, а, следовательно, и сортность угля (его фракционный состав) могут быть улучшены за счет следующих факторов: увеличения скорости подачи комбайна (толщины стружки); оптимизации схемы резания (оптимального отношения ширины стружки t к ее толщине h) применительно к конкретным условиям эксплуатации; исключения (уменьшения) передрабливания отбитых кусков угля между торцом лопасти и неразрушенным массивом за счет применения соответствующего типа инструмента (тангенциальный, радиальный) и его пространственной ориентации; уменьшения числа резцов в линии резания. С учетом вышеизложенного задача оптимизации параметров исполнительного органа по сортности и энергозатратам на резание должна решаться с учетом всех вышеуказанных факторов. При этом в качестве алгоритма расчета по блок-схеме, приведенной на рис. 4.4, можно принять следующую последовательность вычислений: 1) В качестве исходных данных задаются значения показателя способности угля к измельчению m и сопротивляемости пласта резанию зоне работы исполнительного органа Авпл; 2) По формуле предложенной к.т.н. Меламедом В.З. определяется показатель разрушаемости пласта R. 0.8Авпл-т2 . з (4Л1) R = =-, кВт-ч-см/м exp(2.3m)-4.4-m2 3) По ОСТ 12.44.258-84 рассчитываются удельные энергозатраты на вы емку; 109 4) Рассчитывается показатель приведенной степени измельчения угля Км по формуле [5] HW-0.01R (4.12) R Км = 5) Определяется выход W_dy (%) класса крупности угля менее d мм при работе комбайна, оснащенного исполнительным органом с оцениваемыми параметрами. Расчет производится по формуле [5] W_dy = 100[l-exp(- dym)], % (4ЛЗ) m При этом выход i-тых классов крупности W, (%), по значениям которого собственно и рассчитывается сортность угля, равен W W -W.d /o, (4.14) где d - максимальный размер куска угля, мм.
Имея самостоятельное значение для определения показателей эффективности функционирования исполнительного органа, рассмотренные алгоритмы расчета, как правило, входят составными в другие. При определении критерия эффективности Су.э они включаются в блок-схему основного алгоритма, рассматриваемого в следующем параграфе.
