УДК 681.5(075.8):622.3
Гаврилов П. Д., Гимельшейн Л. Я., Медведев А. Е.
Автоматизация производственных процессов. Учебник для вузов. - М: Недра, 1985, 215 с.
Стр. 48-51.
3.1. ГОРНЫЕ МАШИНЫ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ КАК ОБЪЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
Для достижения высокой эффективности добычи полезных ископаемых необходима концентрация горных работ и высокая нагрузка на выемочный забой. Специфичные тяжелые условия работы и характер нагружения горных машин, определяемые горно-геологическими и горнотехническими факторами, предъявляют жесткие требования к системам комплексной механизации и автоматизации процессов.
В настоящее время на производительность забойной машины (например струга или комбайна) и, следовательно, на производительность технологического комплекса (в том числе и транспортных машин, обеспечивающих данный забой), накладывают много ограничений, а от устройств автоматики требуют их обеспечения: по прочности машины, мощности и механическим характеристикам приводов резания и перемещения, по содержанию метана в воздухе, скорости крепления, производительности транспорта от забоя до погрузочного пункта (а иногда даже до ствола или железнодорожного вагона).
Но наиболее трудно технически преодолеваемым и поэтому наиболее важным в настоящее время является ограничение по содержанию метана, хотя и в этом направлении есть существенные успехи как в области проветривания, так и дегазации. Вторым по важности является, ограничение габаритов и, следовательно, мощности машины объемом призабойного пространства, в пределах которого допустимо при данной технологии и системе разработки размещать забойную машину или ее рабочий орган. Только они могут явиться объективными ограничениями производительности комплекса на данном уровне науки и техники при определении для конкретных горно-геологических условий оптимальных значений производительности, рентабельности и других показателей шахты, очистного забоя.
Условия работы горных машин определяют необходимость управления производительностью и состоянием их и всех других машин технологического комплекса, т. е. целенаправленного взаимосвязанного изменения режимов их движения и нагружения. В зависимости от вида добываемого полезного ископаемого и технологии добычи в очистных забоях используют различные горные и транспортные машины: узкозахватные комбайны с индивидуальной крепью или в составе механизированного комплекса, шнекобуровые машины, одноструговые установки, многоструговые и конвейероструговые агрегаты, подземные экскаваторы, буровые и погрузочные машины, скреперные лебедки, скребковые конвейеры и виброконвейеры. По характеру их главной производственной операции — разрушению горного массива (пласта) или отделения горной массы от штабеля ковшами и нагребающими лапами — эти машины (кроме скреперных лебедок и конвейеров) имеют общие закономерности. Общими с ними свойствами по этой главкой операции также обладают процессы, реализуемые аналогичными исполнительными органами проходческих комбайнов и дробилок применяемых в шахтах и на поверхности для дробления руд и горных пород, используемых для закладки. Поэтому и рассматривать их нужно вместе, а специфичные закономерности и задачи автоматизации отдельных машин и процессов потом дополнить. Это позволит лучше усвоить общие закономерности, задачи и принципы их выполнения.
Рис. 3.1. Характеристики процесса прорезания твердых включений комбайном:
— графики относительных значений моментов в трансмиссии
и на исполнительном органе
; б - графики относительных значений скольжения ротора двигателя
и исполнительного органа
— частота вращения холостого хода и под нагрузкой соответственно двигателя и исполнительного органа; 1 и 2 — различные механические характеристики двигателя
Рис. 3.2. Осциллограммы параметров, отражающих режимы работы конвейёроструга с нерегулируемым (а) и регулируемым (6) электроприводами, струговой установки (в) и привода перемещения добычного комбайна (г):
, х, vп — соответственно мгновенная скорость вращения приводной звездочки, скорости перемещения струга и комбайна; vср, х — средняя скорость и путь, пройденный стругом; F — усилие в тяговой цепи
Характер взаимодействия исполнительных органов (ИО) с разрушаемыми горными породами и случайные изменения сопротивляемости пород разрушению создают резкопеременные случайные моменты (силы) сопротивления на ИО, зачастую даже стопорящие ИО. Кинетическая энергия, запасенная в движущихся частях (наибольшая ее часть у большинства горных машин сосредоточена в роторе двигателя), создает при резких стопорениях нагрузки, в 4—8 и более раз превосходящие номинальные.
Так как электродвигатели и гидродвигатели машин связаны с ИО передаточными механизмами, обладающими большей или меньшей упругой податливостью, в этих машинах при изменении вращающего момента со стороны двигателя (являющегося управляющим, воздействием для механической части) или момента (усилия) сопротивления на валу ИО (возмущающего воздействия) возникают колебания момента (усилия) и скоростей ротора и ИО, превышающие средние значения в несколько раз (рис. 3.1, 3.2). Они сопровождаются вибрациями машин и даже сбрасыванием комбайна с конвейера. В машинах с цепными тяговыми органами и двумя приводами по концам образуются и резко выбираются ослабления цепи (большие зазоры) с упругими ударами. Поэтому цепи, канаты, ИО и их опоры — наименее долговечные элементы горных машин.