Все більш широке застосування на шахтах України останнім часом знаходять прохідницькі комбайни (ПК) стрілоподібного типу, розробником яких є інститут Дондіпровуглемаш. Показники їх роботи в 1,5 – 2 рази перевищують аналогічні показники таких комбайнів, як 1ГПКС і 4ПП2М, вживаних на шахтах до упровадження в гірське виробництво розробок інституту Дондіпровуглемаш. Проте аналіз сучасного світового рівня техніки показує, що для підтримки конкурентоспроможності комбайнів на світовому ринку, необхідне підвищення ефективності їх роботи шляхом вдосконалення вузлів і підсистеми управління машиною. Одним з напрямів вдосконалення є розробка мехатронічних підсистем приводу виконавського органу прохідницьких комбайнів [7].
Об’єктом дослідження в даній роботі є прохідницький комбайн КПД. Цей комбайн призначений для руйнування гірського масиву, прибирання і транспортування зруйнованої гірської маси при проходці підготовчих вироблень арочної, трапецієвидної і прямокутної форми перетином від 9 до 25 м2 в проходці з кутом нахилу +-12° по вугіллю і змішаному забою з максимальною межею міцності порід при одноосному стисненні aсж <= 100 МПа (f <= 7) і абразивною порід до 15 мг, в шахтах, небезпечних по газу і пилу.
На пластах, небезпечних по раптових викидах вугілля і газу, комбайн може застосовуватися в безпечних зонах, встановлених прогнозом. Конструктивні особливості
- Стрілоподібний телескопічний Виконавчий орган оснащений двома різцевими коронками у вигляді комбінованих еліпсів з поперечною віссю обертання, що забезпечують ефективне руйнування гірського масиву із збереженням стійкого положення комбайна і зменшенням переборів породи при проведенні вироблення.
- Виконавчий орган може оснащуватися як двигуном потужністю 110 кВт (п=1500 об/хв), так і двигуном потужністю 75 кВт (п=1000 об/хв), що дозволяє отримати дві швидкості різання (для слабих порід і вугілля і для міцніших абразивних порід).
- Наявність опорного живильника і задніх аутригерів підвищує стійкість комбайна під час руйнування гірської маси.
- Відкрита по всій довжині вантажна гілка конвеєра армована листами із зносостійкої сталі.
- Управління комбайном дистанційне з виносного пульта і місцеве з блоку управління, управління конвеєром з окремого ношеного пульта.
- Апаратура управління і діагностики здійснює контроль і візуальне відображення параметрів основних вузлів і складових частин комбайна.
Основними керованими при зміні властивостей руйнованих масивів параметрами для прохідницьких комбайнів стрілоподібного типу можуть бути [1]:
- швидкість переміщення Vп виконавчого органу у складі підсистеми його підвіски і переміщення;
- швидкість різання Vр для різців фрези у складі підсистеми приводу виконавчого органу;
- одночасно швидкості Vп і Vр (двопараметричне регулювання).
Нажаль, на даний момент в області керування режимними параметрами при обробці масиву виконавчими органами для подавлючої більшості гірничих машин нема системи управління, яка б була прогресивною і відповідала сучасному рівню розвитки техніки. Часто виймальна машина має тільки одну швидкість подачі і в якості режимних параметрів виступають величина заглиблення в масив і товщина руйнованого шару, що спричиняє коливання (втрати) продуктивності машини і є на сьогоднішній день неприйнятним. У кращому випадку є два значення швидкості подачі: робоча і маневрова, але цей варіант є вже теж нераціональним. У якості режимного керованого параметра повинно виступати значення товщини стружки, а отже потрібна ефективна система автоматизованого управління.
Автоматизоване управління гірськими машинами відповідає управлінню, при якому запуск структурних одиниць даних технічних об'єктів здійснюється оператором, а подальша їх робота виконується автоматично на основі вироблення управляючих дій підсистемами автоматизації без участі обслуговуючого персоналу.
Автоматизація забезпечує поліпшення техніко-економічних показників і соціальної ефективності експлуатації гірських машин в порівнянні з дистанційним і, тим більше, ручним безпосереднім управлінням за рахунок:
- підвищення рівня безпеки і зниження енергетичних витрат і стомлюваності робітників;
- збільшення продуктивності праці і поліпшення параметрів надійності, зменшення питомих енерговитрат при роботі гірських машин.
При використовуванні ефективних підсистем автоматизації створюються умови для висновку персоналу в безпечні зони, що особливо важливо при відробітку масивів, небезпечних по раптових викидах газу, вугілля і породи.
Крім того, для ряду гірських машин нового покоління автоматизація обов'язкова, оскільки ручне управління не може забезпечити їх працездатності.
Аналіз описаного вище дозволяє стверджувати, що одним з оптимальних на сьогоднішній день можна враховувати варіант однопараметричного безступінчатого автоматизованого управління швидкістю Vр (рис. 2).
Рис. 2 - Графік залежності момента М(Vp;h)
Це досягається побудовою підсистем приводу виконавчого органу на базі сучасних частотно-регульованих асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором, що представляється особливо актуальним для виїмки міцних порід. Таким чином ми поставили першу задачу дослідження.
Рис. 3 - Кінематична схема комбайна КПД (рисунок є посиланням на програму розрахунку основних характеристик ПСПВО прохідницького комбайна)
Аналіз кінематичної схеми редуктора виконавчого органу комбайна КПД (рис.3) показує її складність і громіздкість, у тому числі зважаючи на конічної передачі, яка володіє рядом вельми істотних недоліків, таких як: знижена несуча здатність, необхідність регулювання при збірці положення коліс конічної пари з метою отримання необхідної плями контакту зубів, підвищена чутливість до перекосів валів, наявність осьових зусиль і необхідність установки осьових підшипників, що сприймають ці зусилля, ускладнена конструкція валів в зборі, які в своїй сукупності значно погіршують показники надійності редуктора; що породжує задачу розташування електродвигуна в редукторі так, щоб його вал був паралельний до валу виконавчого органу, тим самим позбавлення конічної передачі.
Завдяки використанню системи автоматизованого управління, ми в змозі максимально спростити кінематичну схему (реалізувати мінімальне передатне число), тим самим підвищити надійність редуктора, що і візьмемо в якості наступної задачі.
Слід зауважити також, що в області динамічних навантажень у підсистемі приводу виконавчого органа (ПС ПВО) ПК стрілоподібного типу зараз є досить суттєвий пробіл, але ж ці навантаження досить суттєво впливають і на показники надійності системи, і на ефективність її роботи в цілому. Тому окремою задачею роботи є вдосконалення кінематичного ланцюга ПС ПВО комбайна шляхом зниження динамічних навантажень на підсистему завдяки вбудовуванню у кінематичну схему віброзахисного пристрою.
Отже всі задачі поставлені. Рішенням усіх цих задач є досягнення наступної цілі. Розробка мехатронічної підсистеми ПВО з вітрозахисним пристроєм (ВЗП), яка отримує назву мехатронічної підсистеми, оскільки повинна створюватися у вигляді органічно цілісного електро-механо-електронного технічного об'єкту, що включає в якості вихідно однаково важливих, технічно рівноправних не тільки електричні і механічні структурні одиниці, але і апаратуру автоматизації. Така побудова даної підсистеми дозволить підвищити її техніко-економічний рівень за рахунок спрощення конструкції редуктора, зниження динамічних навантажень на ПС ПВО та поліпшення параметрів надійності редуктора, що є важконавантаженим структурним елементом, що особливо актуально при експлуатації комбайна в прохідницьких забоях з міцними породами.
1. Горбатов П.А., Воробйов Є.А., Некрасова Н.І. Проектування віброзахисно-відключаючого пристрою для підсистем мотивів виймальних машин // ?Інженер?. - Донецьк: ДонНТУ, 199?. - С. 110 - 112.
2. Стандарт підприємства СТП-50-0135-90 Комбайни очисні. Система приводу виконавських органів з віброзахисними пристроями. Вибір раціональних динамічних і конструктивних параметрів віброзахисних пристроїв. Методика. - Горловка: Горлівський машинобудівний завод ним. С.М. Кирова, 1990. – 16 с.
3. Укрепін С.А. Зниження динамічних навантажень в поворотному блоці різання очисного комбайна ГШ500 - Студентська наукова робота // ?Інженер?. - Донецьк: ДонДТУ, 1999. – 60 с.
4. Горбатов П.А., Гуляєв В.Г., Костюкевіч Ф.В. Динамічні властивості нелінійної системи приводу вугледобувного комбайна з демпфуючим пристроєм // Звістки вищих учбових закладів. Гірничий журнал - Донецьк: ДПІ, 1978. - С. 127 - 130.
5. Гуляєв В.Г., Горбатов П.А., Лисенко Н.М. Деякі питання динаміки електромеханічної системи дворухового приводу виконавських органів вугледобувного комбайна 1ГШ-68 // Звістки вищих учбових закладів. Електромеханіка - Донецьк: Донецький ордени трудового червоного прапора політехнічний інститут, 1976. № 5. - С. 553 - 558.
6. Горбатов П.А., Гуляєв В.Г., Костюкевіч Ф.В. науково-методичні основи оптимізації динамічних властивостей систем приводів виконавських органів Гірничих комбайнів - Донецьк: Донецький ордени Трудового Червоного Прапора політехнічний інститут, 1976. – 35 с.
7, 8. Горбатов П.А., Петрушкин Г.В., Лисенко Н.М. Гірничі машини і устаткування - В 2-х т. Т.1 - Донецьк: РІА ДонНТУ, 2003. - 295 с.
9. Горбатов П.А. Наукові основи розробки мехатронічних підсистем приводів виконавських органів прохідницьких комбайнів // Гірничий інформаційно-аналітичний бюлетень. – М.: МГГУ, 2004.
10. Мізін В.А., Мізін С.В. Обґрунтування кінематичної схеми приводу виконавського органу прохідницького комбайна для оптимізації режимів руйнування порід різної фортеці // Інженер. - Донецьк: ДонНТУ, 2003. № 3. - С. 144 - 146.
11. Дріш С., Кляйнерт Х.В., Хаф Е. Нові матеріали ріжучих вставок різців прохідницьких комбайнів виборчої дії // Глюкауф.-1992.-№5.-С.85-91.
12. Дріш С. Дослідження по вибору конічних різців і економічної швидкості різання для прохідницьких комбайнів виборчої дії // Глюкауф. -1992. -№5. -С. 91-97.
13. Хиценко Н.В. До визначення параметрів системи подачі виконавського органу прохідницького комбайна // Гірничий інформаційно-аналітичний бюлетень. – М.: МГГУ, 2003.
14. Горбатов П.А., Воробйов Е.А., Андибор А.М. Дисипативні параметри віброзахисних пристроїв зубчато-пружинного типу // ?Инженер?. - Донецьк: ДонНТУ, 199?.
15. Горбатов П.А., Воробйов Е.А., Укрепін С.А. Встановлення раціональних параметрів віброзахисного пристрою зубчато-пружинного типу // ?Інженер?. - Донецьк: ДонНТУ, 199?.
16. Гуляєв В.Г., Горбатов П.А., Кондрахин В.П., Лисенко Н.М. Деякі закономірності формування динамічних навантажень у взаємодіючих системах вугледобувних комбайнів // Звістки вищих учбових закладів. Гірничий журнал - Донецьк: ДПІ, 1976. №11 - С. 107 - 110.
17. Гуляєв В.Г., Семенченко А.К., Горбатов П.А., Тарасевіч В.І. Методика дослідження динамічних характеристик і структури трансмісій виконавських органів вугледобувних комбайнів // Звістки вищих учбових закладів. Гірничий журнал - Донецьк: ДПІ, 1973. №11 - С. 106 - 110.
18. Гуляєв В.Г., Горбатов П.А. Дослідження вільних крутильних коливань системи приводу виконавських органів комбайна 1К101 // Звістки вищих учбових закладів. Гірничий журнал - Донецьк: Донецький ордени Трудового Червоного Прапора політехнічний інститут, 1972. №3 - С. 99 - 103.
