УДК 622.232.72

      П. А. ГОРБАТОВ, доктор техн. наук, Н. М. ЛЫСЕНКО, И. Н. МАРЧЕНКО, кандидаты техн. наук (ДонГТУ), Ю. В. СЕРДЮК, инж. (Донгипроуглемаш).

      

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА УКД В СОСТАВЕ КОМПЛЕКСА 1МКД-80

      Один из факторов, характеризующих эффективность функционирования очистного комбайна, — его способность сохранять заданное положение в пространстве забоя при работе. На основании анализа силовой картины нагружения современных комбайнов можно сделать вывод об актуальности рассматриваемого вопроса применительно к машинам для тонких пластов, корпус которых расположен в уступе забоя. Наличие такой компоновочной схемы приводит к смещению центра масс комбайна за контур опорной системы, из-за чего сила тяжести машины будет направлена на ее опрокидывание, а не на формирование восстанавливающего момента [1, 2], что имеет место при расположении корпуса над конвейером. Эту картину могут усугублять внешние нагрузки на исполнительных органах при разрушении пласта и погрузке отбитой массы на конвейер. Поэтому для таких комбайнов полная устойчивость (формирование во всех опорах машины положительных реакций), как правило, невозможна.

      Нарушение устойчивости комбайна происходит в результате его разворота с конвейером вокруг оси, проходящей через носок зачистного лемеха, с возможной стабилизацией данного состояния при достижении равенства между опрокидывающим и восстанавливающим моментами, формирующимися за счет соответствующих сил [1]. Очевидно, если в этом стабилизированном положении комбайн способен выполнять свое функциональное назначение при нормальной работе взаимодействующего с ним оборудования, то оно и может рассматриваться в качестве устойчивого положения. Таким образом, под устойчивым положением системы «комбайн - конвейер» будем понимать такое ее положение, при котором обеспечиваются нормальные (или допустимые) условия его работы и взаимодействующего с ним оборудования.

      В качестве критерия устойчивости указанной системы в составе механизированного комплекса целесообразно [1] рассматривать угол поворота корпуса комбайна α относительно проходящей через носок зачистного лемеха оси, определяемый как сумма угла поворота α_р, опорных рештаков (между завальными опорами машины) и угла d, соответствующего выбору зазоров в сопряжениях обратных захватов завальных опор с направляющей навесного оборудования конвейера. Устойчивое положение сохраняется при условии α<α_д, (где α_д - допустимое значение, устанавливаемое исходя из обеспечения допускаемого зазора Н между корпусом комбайна и перекрытиями секций крепи, удовлетворительной работы шнеков по резанию и погрузке угля и приемлемой степени управляемости комплекса по гипсометрии пласта).

      Ниже приведены результаты исследований устойчивости комбайна УКД, выполненные по заказу Донгипроуглемаша применительно к системе «комбайн УКД — конвейер СПЦ-162» в комплексе 1МКД-80. На основании анализа конструктивных особенностей рассматриваемых объектов по согласованию с заказчиком установлено значение α_д=3.6^o, что соответствует уменьшению зазора Н на 60 мм и заглублению в почву пласта забойных торцов шнеков также примерно на 60 мм.

      При компоновке корпуса комбайна в уступе главная роль в формировании восстанавливающего момента М_в принадлежит рештачному ставу конвейера и жестко с ним связанному навесному оборудованию. При определенных условиях на величину М_в могут оказывать влияние взаимосвязи секций механизированной крепи с конвейером. Для исследуемой системы были проанализированы конструктивные и кинематические связи между соответствующими элементами и сделан вывод о том, что для данного случая секции крепи не оказывают влияния на величину m_в.

      На основании изложенного и с учетом анализа результатов ранее выполненных работ по определению устойчивости очистных комбайнов [1, 2, 3] при разработке расчетной схемы примем следующие допущения:
      корпусную подсистему комбайна будем рассматривать в виде абсолютно жесткого тела с сосредоточенной массой, которое контактирует с четырьмя абсолютно жесткими опорами с рештачным ставом конвейера и равномерно перемещается вдоль забоя;
      результирующее усилие, формирующееся при погрузке угля, приложено в центре площади окна выгрузки опережающего шнека, осуществляющего погрузку основной (до 80%) доли угля. При этом численные значения усилий от погрузки в первом приближении составляют на основании экспериментально установленных в работах [1, 4] оценок соотношений между мощностями на резание и погрузку угля машинами аналогичного класса;
      радиальные усилия, формирующиеся в цевочном зацеплении ведущего элемента подсистемы подачи с жестким тяговым органом, не учитываются, что справедливо при параметрах движителя, определенных по методике [5];
      возможное упругое противодействие на корпус комбайна со стороны штыбовой подушки не учитывается, а положительный эффект при этом отнесен в запас устойчивости.

      На рис.1 с учетом принятых допущений представлена расчетная схема, позволяющая оценить систему «комбайн - конвейер». На схеме приняты обозначения: OXYZ - неподвижная прямоугольная система координат, начало которой находится в плоскости почвы пласта и совпадает с опорным носком лемех-рейки, ось Y направлена па забой, а ось Z перпендикулярна почве пласта; Rа,Rс и Rа’,Rс’ - проекции равнодействующих усилий резания, формирующиеся на опережающем и отстающем шнеках и определяемые для каждого i-го положения шнеков [6]; Fо и Fт - осевая и тангенциальная составляющие результирующего усилия, формирующегося на шнеке вследствие погрузки разрушенного угля; Gк — сила тяжести комбайна; G_p и n_р — сила тяжести одного загруженного углем рештака с соответствующим ему навесным оборудованием и  количество  таких   рештаков,   оторвавшихся   от   почвы пласта.

Рис.1 Расчетная схема для исследования устойчивости системы "комбайн-конвейер".

      Исходя из расчетной схемы, выражение для опреде­ления опрокидывающего момента запишем в следующем виде:
      

      где у_а, z_с, у_а', z_с', у_к, z_о, y_T — координаты приложения соответствующих составляющих внешних сил в системе OXYZ.

      Угол b  (рис. 1)   определяется из зависимости:       

b = arcsin [(z_ош — z_о)/R_ср]

      где  z_ош - координата оси  вращения шнека в системе OXYZ;
      R_ср - средний радиус погрузочной  лопасти  шнека.

      Доля   опрокидывающего  момента,    обусловленная    погрузкой  угля  на конвейер, находится  из  выражения:
      

      где a_л— угол подъема лопасти шнека на радиусе R_ср;
      M_кр— суммарное   значение средних уровней крутящих моментов на валах обоих шнеков;
      k_п — коэффициент,      характеризующий      соотношения между мощностями  на погрузку и  разрушение.

      Величина   восстанавливающего  момента   М_в   будет  зависеть от n_р: М_в=-G_pn_py_p, где y_p - координата центра масс загруженного углем рештака с навесным оборудованием в системе OXYZ.

      В результате детального анализа конструктивных особенностей рештаков конвейера СПЦ-162 и связанного с ними навесного оборудования, а также выполнения расчетов по установлению вероятностных зазоров в узлах сопряжений установлено, что зависимость n_p=f(a) имеет явно выраженный нелинейный характер, сделан вывод о возможности использования для оценочных расчетов зна­чений М_B из следующих соотношений: n_p= 0, a=[0°; 0,6°); n_p=2, a=[0,6°, 0,8°); n_p=3, a=[ 0,8°; 1,0°); n_p=4, a=[1.0°; 1,4°); n_p=5, a=[1,4°; 2,2°); n_p=6, a=[2,2°; 3,6°); n_p=7, a=[3,6°; 5,6°).

      Таким образом, основные этапы реализации инженерной методики по определению принятого критерия устойчи­вости системы «комбайн — конвейер» будут заключаться в следующем. Исходя из области применения комбайна, устанавливаются конкретные горно-геологические условия, задается схема расположения шнеков и средняя скорость подачи. Система «комбайн - конвейер» с шагом Δα ступенчато поворачивается в системе координат OXYZ. Для каждого угла α_i=α_i-1+Δα на основании приведенных выше зависимостей рассчитываются значения Mo (средний уровень m_o) и m_в. В результате сравнения этих величин (с учетом их знака) приходим к выводу: система приняла устойчивое положение (Mo+Mв>0) или не стабилизировалась (Mo+Mв<0) и требуется рассмотрение ее следующего положения при угле α_i+1. Если при достижении α_Д условие Mo+Mв>0 не выполняется, то при заданных горно-геологических и режимных параметрах система «комбайн—конвейер» считается неустойчивой.

      При исследовании устойчивости комбайна УКД методика была реализована с использованием ЭВМ, что потребовало разработки специальной программы. При этом в процессе расчета имитировалось разрушение однородного угольного пласта без породных прослойкой и твердых включений, а коэффициент крепости породы почвы пласта принят 3. Оценка коэффициента kп применительно к используемым шнекам составляла 0,15. Взаиморасположение исполнительных органов задавалось в соответствии с двумя рассматриваемыми схемами: I - опережающий шнек расположен у кровли пласта; II - у почвы. В качестве основных варьируемых параметров принимались: Ар — со­противляемость угля резанию (200; 250; 300 Н/мм); vn — средняя скорость подачи (1; 2, 3; 4 м/мин); Нр - расчетная мощность пласта (для схемы I - 0,9; 1; 1,07 м; для схемы - II - 0,9; 1,07; 1,2 м). При независимом переборе указанных уровней варьируемых параметров реализован вычислительный эксперимент. Установлено, что при α_Д=3,6° в случае работы комбайна УКД по схеме I устойчивое положение должно обеспечиваться для всех варьируемых значений Ар, Нр и vn. Если машина работает по схеме II, то устойчивость системы «комбайн—конвейер» проблематична при Нр=1,07 м, если Ар=310 Н/мм; vn>3 м/мин; при Нр=0,9 м, если Ар=250 Н/мм; vn>3 м/мин и если Ар=300 Н/мм; vn>2 м/мин.

      На основании сравнительного анализа полученных результатов сделаны выводы. При дальнейшем совершенствовании машины целесооб­разно стремиться к таким конструктивным изменениям, которые позволили бы сместить центр масс комбайна в направлении завальной сторо­ны. При возможности одновременной реализации двух схем работы для комбайна УКД предпочтение следует отдавать схеме I. Набор режущего инструмента на шнековых органах должен обеспечивать шахматную схему резания.

      Рассмотренные в работе расчетная схема и методика могут быть использованы при оценке устойчивости очистных комбайнов со смещен­ным в забой корпусом, а результаты выполнен­ного вычислительного эксперимента позволят бо­лее обоснованно устанавливать их рациональные режимы работы.
      

ЛИТЕРАТУРА

      1. Григорьян Б. Р. Обоснование рациональных параметров системы комбайн - конвейер, обеспечивающих устойчи­вость выемочных машин со смещенным в забой корпусом: Автореф. дис,... канд. техн. наук.— М., 1980.— 232 с. 2. Бойко Н. Г. Теория устойчивости очистного комбайна со смещенным с конвейера корпусом // Разработка место­рождений полезных ископаемых.— К-: Техніка, 1985.—Вып. 70.—С. 3—10. 3. ОСТ12.44.238—83. Комбайны очистные. Расчет на ус­тойчивость. Методика / Минуглепром СССР.— М., 1983.—121 с. 4. Бойко Я. Г. Погрузочная способность удлиненных шне­ков очистных комбайнов для тонких пластов // Изв. ву­зов. Горн, жури.—1982.—•№ 9.— С. 76—80. 5.РТМ 12.44.058—85. Комбайны очистные. Бесцепные сис­темы подачи. Расчет параметров движителей. Методи­ка // Мннуглепром СССР.—М., 1986.—26 с. 6. ОСТ 12.44.258—84. Комбайны очистные. Выбор пара­метров и расчет сил резания и подачи на исполнительных органах. Методика / Минуглепром СССР.—М., 1984.— 107 с.

Журнал Уголь Украины, 1995 г., № 8, стр. 49-51.
Авторы: Горбатов П.А., доктор техн.наук, Лысенко Н.М., Марченко И.Н., к.т.н.(ДонГТУ);
Сердюк Ю.В., инж.(Донгипроуглемаш)

К началу страницы