Введение к работе
Актуальность работы
При проходке горных выработок и на очистных работах основным средством погрузки отбитой горной массы являются шахтные погрузочные машины непрерывного действия бокового захвата с парными нагребающими лапами, обладающие высокой производительностью и надежностью.
Однако, вследствие несовершенства механизма исполнительного органа, заявленная машиностроительными предприятиями производительность в процессе работы, как правило, не достигается. Это объясняется тем, что механизм исполнительного органа известных машин не обеспечивает эффективный захват и передачу насыпного груза на конвейер, что приводит к накоплению материала в зоне перед приемным окном конвейера, а траекторией движения передней кромки нагребающей лапы не охватывается значительная часть приемной плиты.
Исследования, проведенные в ОАО «ЦНИИподземмаш», ОАО «Институт по проектированию горнорудных предприятий Гипроруда», институт Гипрорудмаш, а также ОАО «Копейским машиностроительным заводом» указывают в основном на то, что устранить недостатки можно выбором рационального механизма исполнительного органа.
Большой вклад в изучение данного вопроса внесли Н.В. Гонтарь, Н.В. Тихонов, К.С. Гурков, Я.Б. Кальницкий, И.Д. Мариан, И.Ф. Рюмин, Е.А. Крисаченко, Е.А. Лоховинин, Г.Ш. Хазанович, Б.Г. Горбачев и др. авторы. В их работах проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния различных факторов на сопротивление внедрению исполнительного органа, установлены функциональные зависимости изменения максимальных нагрузок от угла наклона и глубины внедрения нагребающей лапы, а также разработаны методики расчета производительности погрузочных машин.
Тем не менее, влияние геометрических параметров механизма на технические показатели работы шахтной погрузочной машины с нагребающими лапами типа ПНБ является недостаточно изученным.
Учитывая, что погрузка отбитой горной массы занимает до 30% времени цикла проведения выработок буровзрывным способом, повышение производительности погрузочной машины является актуальной задачей.
Цель работы. Выявление закономерностей изменения параметров исполнительного органа, обеспечивающего эффективный захват насыпного груза за каждый цикл нагребания и определение размеров механизма, удовлетворяющего заданным условиям и обеспечивающего получение наилучших качественных показателей работы погрузочной машины.
Идея работы. Повышение производительности шахтной погрузочной машины достигается обоснованием рациональных параметров механизма исполнительного органа без изменения габаритных размеров приемной плиты.
Научная новизна работы:
-
Установлены функциональные зависимости между углом поворота кривошипа и геометрическими параметрами механизма, определяющими траекторию движения передней кромки лапы, внутри которой заключена максимальная площадь захвата горной массы в габаритах приемной плиты погрузочной машины.
-
Методом метрического синтеза установлены параметры механизма нагребающей лапы с учетом ограничений и требований к траектории движения передней кромки лапы в процессе захвата насыпного груза.
Задачи исследований:
-
Обзор и анализ конструкций шахтных погрузочных машин с нагребающими лапами.
-
Обзор и анализ ранее выполненных научных исследований в области изучения процесса погрузки шахтными погрузочными машинами непрерывного действия с нагребающими лапами и выбор направления дальнейшего исследования.
-
Проведение метрического синтеза кривошипно-балансирного механизма нагребающих лап для определения рациональных длин звеньев и координат осей вращения, обеспечивающих наибольшую площадь захвата отбитой горной массы на приемной плите.
-
Проведение кинематических исследований кривошипно-балансирного механизма исполнительного органа шахтной погрузочной машины с нагребающими лапами.
-
Кинетостатическое исследование кривошипно-балансирного механизма, определение реакций в кинематических парах, а так же определение уравновешивающей силы и уравновешивающего момента на кривошипе в зависимости от заданного закона изменения сил сопротивления.
-
Обработка методом системного анализа осциллограмм мощности, полученных в промышленных условиях при погрузке машиной 2ПНБ2 сланца в длинном забое с буровзрывной технологией проведения очистных работ.
Методы исследований. В работе использован комплексный метод, включающий: научный анализ и обобщение опыта проектирования и эксплуатации шахтных погрузочных машин с нагребающими лапами, метрический синтез и математическое моделирование. Основные теоретические результаты получены с использованием классических положений теоретической механики и теории механизмов и машин. Для обработки экспериментальных данных использовались методы системного анализа, включающие спектральный анализ.
Защищаемые положения:
-
Увеличение длины радиуса кривошипа и определение положения координат оси вращения балансира обеспечивают увеличение на 20-40% площади в пределах замкнутой траектории, описываемой радиус-вектором передней кромки лапы в габаритах приемной плиты.
-
Увеличение радиуса кривошипа на 10% способствует снижению коэффициента неравномерности вращения ведущего звена на 11% за счет увеличения момента инерции приводного диска. При этом для синтезированного механизма нагрузки на звенья и кинематические пары сохраняются на прежнем уровне.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, разработанных в диссертации, подтверждена удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Практическое значение работы:
-
Обоснованы рациональные значения геометрических параметров звеньев механизма исполнительного органа шахтной погрузочной машины типа ПНБ с нагребающими лапами, обеспечивающие увеличение производительности на 20 %.
-
Обоснована методика использования метрического синтеза механизма нагребающей лапы погрузочной машины с учетом требований к траектории движения передней кромки лапы.
-
Предложена методика определения геометрических параметров звеньев механизма, влияющих на улучшение технических показателей работы погрузочной машины с нагребающими лапами.
Личный вклад автора. Проведен анализ методик проектирования и расчета современных шахтных погрузочных машин с нагребающими лапами. Разработана математическая модель механизма нагребающей лапы погрузочной машины. Проведена обработка осциллограмм мощности, полученных при проведении промышленного эксперимента при погрузке сланца в очистном забое шахты.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на:
Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса (СПб, 2009 г.);
Международном форуме-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (СПб, 2009 г.);
Конференции молодых ученых в TFH Georg Agricola (Бохум, Германия 2011г.).
Принято участие в:
Международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого – взгляд в будущее», (Тула, 2011 г.);
VI международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения», (Томск, 2011 г.);
9-ой международной научно-практической конференции «Освоение ресурсов Севера: проблемы и решения», (Воркута, 2011 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 4 работы в издании, рекомендованном ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 главы и заключения общим объемом 125 страниц, содержит 52 рисунка, 18 таблиц, 1 приложение, а также список литературы из 106 наименований.
