Исследоввание, разработка и обоснование рациональных технических решений по созданию подземных гидрофицированных погрузчиков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Тулупов, Виктор Павлович

• Тулупов, Виктор Павлович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тулупов, Виктор Павлович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ТЕХНИЧЕСКИХ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ ШАХТНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ

В ОТЕЧЕСТВЕННОЙ И ЗАРУБЕЖНОЙ ПРАКТИКЕ

1.1. Общие тенденции изменения структуры парка шахтных погрузочных машин за период 1985-96 г.г

1.2. Погрузочные машины и погрузочные органы с нагребающими рычагами-лапами

1.3. Ковшовые погрузочные машины

1.4. Погрузочные органы оригинальной конструкции

1.5. Постановка задач исследований

Выводы по главе

2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ШАХТНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

2.1. Методика сбора и обработки информации о работоспособности погрузчиков в производственных условиях

2.2. Особенности установления показателей надежности шахтных погрузочных машин

2.3. Технические показатели надежности шахтных погрузочных машин

2.4. Характерные отказы погрузочных машин и причины их возникновения при эксплуатации

2.5. Пути повышения эффективности применения погрузчиков при подземой разработке

Выводы по главе

65

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ГИДРОПРИВОДЕ ШАХТНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ

3.1. Математические модели переходных процессов в гидроприводе машины

3.2. Обоснование динамической модели гидрофицированного ходового привода погрузочной машины

3.3. Анализ результатов теоретических исследований переходных процессов в гидроприводе ходовой части погрузочной машины

3.4. Математическое моделирование переходных процессов в гидроприводе погрузочного органа типа ПНБ и с клиновыми нагребающими элементами

3.5. Оценка качества переходных процессов и эффективности предлагаемой системы гидрофицированного привода

Выводы по главе

4. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ ГИДРОПРИВОДА В КОНСТРУКЦИИ ШАХТНЫХ ПОГРУЗОЧНЫХ МАШИН

4.1. Результаты экспериментальных исследований машины МПНК на заводском стенде

4.2. Оценка адекватности результатов моделирования динамики переходных процессов в гидроприводе ходовой части

4.3. Анализ результатов производственных наблюдений за работоспособностью гидрофицированных ходовых частей шахтных погрузчиков

4.4. Методика определения расчетных нагрузок ходовой трансмиссии гидрофицированных погрузчиков

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Нумерационный перечень рефератов из реферативного журнала Торное дело. Сводный том", рассмотренных при оценке тенденций

развития погрузочных машин

Приложение 2. Технические данные, конструкция основных узлов и гидравлические схемы шахтных гидрофицированных погрузчиков ОАО

«Копейский машиностроительный завод»

Приложение 3. Результаты оценки работоспособности машин с электромеханическими (2ПНБ2) и гидрофицированными (МПНБ) ходовыми частями

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследоввание, разработка и обоснование рациональных технических решений по созданию подземных гидрофицированных погрузчиков»

ВВЕДЕНИЕ

Осуществляемая в последние годы реструктуризация угольной отрасли России ставит цель: создать систему высокоэффективных конкурентоспособных угольных шахт, на которых будет обеспечена бездотационная добыча угля для покрытия внутренней потребности страны и сохранения или наращивания уровня экспортных поставок топлива. Достижение поставленной цели возможно осуществить путем концентрации горных работ и увеличением нагрузки на очистной забой, что, в конечном счете, должно привести к существенному росту производительности труда на перспективных угольных шахтах. Решающее значение в выполнении этой программы принадлежит горноподготовительным работам (ГПР), обеспечивающим воспроизводство фронта очистных работ. В последние годы показатели ГПР существенно ухудшились: средняя скорость проходки в 1995 г. составила 55,2 м. в месяц, производительность труда - 1,02 м3 на человека в смену, что соответственно на 20 и 25% ниже, чем в 1990г. Основной причиной сложившегося положения является игнорирование принципов системного подхода при создании проходческих машин, существенно уступающих показателям эффективности зарубежным аналогам. К кризисному состоянию экономики и неплатежеспособности шахт России добавилась высокая степень изношенности горной техники из-за сокращения объемов поставок горно-проходческих машин. В этой связи следует признать актуальными научные исследования и разработки, направленные на повышение эффективности технологии и средств механизации горнопроходческих работ. Несмотря на снижение объемов финансирования научных исследований в последние годы, в основных научных центрах и угледобывающих регионах России продолжается изучение рабочих процессов и создание новых горнопроходческих машин. Проблемами механизации погрузки горной массы занимаются ученые и производственники из институтов и предприятий стран СНГ: институт горного дела им. А.А.Скочинского,

ЦНИИподземмаш, институт "КузНИИШахтострой", Кузбасский и Новочеркасский технические университеты, ОАО "Ростовуголь", Южно-Российское отделение Академии горных наук РФ, АО "Ростовшахтострой", а также машиностроительные предприятия - Ясногорский и Копёйский машиностроительные заводы и АО "Буран" (г. Донецк, Украина).

Суммарный объем проведения подготовительных выработок на шахтах Российского Донбасса составил в 1995 г. - 133,7км из них 84 % - пройдено буровзрывным способом с применением погрузочных машин и только 2% -комбайновым способом. Таким образом, регион является своеобразным полигоном для испытания и оценки эффективности проходческой техники при буровзрывном способе проходки. Кафедрой "Горные машины и оборудование" Шахтинского института Новочеркасского государственного технического университета (1ПИНГТУ) многие годы совместно с Копейским машзаво-дом систематически ведутся исследования работоспособности погрузочных машин УПЗ, 1ПНБ2, 2ПНБ2Б, ППМ4, 1ППН5, МПКЗ, МПНБ и др. Накоплен значительный объем информации, обобщение которой позволяет сделать новый шаг по обоснованию технических решений в области совершенствования подземных погрузчиков для угольной промышленности на базе гидрофика-ции основных рабочих операций при погрузке горной массы. В этом смысле представленные в настоящей работе результаты исследования, разработки и обоснования рациональных технических решений по повышению эффективности гидрофицированных погрузчиков актуальны и представляют научный и практический интерес для создателей проходческой техники.

Соответствие диссертации плану работ НГТУ и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках комплексной целевой программы "Создание и совершенствование существующих технологий, механизации, автоматизации и робототизации разработки пологих пластов угля Восточного Донбасса некондиционной мощности с целью повышения полноты выемки запасов, производительности труда и безо-

пасности работ" (программа "Уголь"), утвержденной приказом Минвуза РСФСР №73 от 28.01.86 г., научного направления НГТУ "Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей й охрана труда", утвержденного ученым Советом в 1994 году .

Цель работы. Повышение эффективности функционирования подземных погрузчиков путем создания и внедрения гидропривода ходовых частей и погрузочных органов непрерывного действия в конструкции погрузочных машин производства ОАО «Копейский машиностроительный завод»..

Идея работы. Использование индивидуального гидропривода на ходовой части погрузчика с повышенными показателями надежности и ремонтопригодности.

Научные положения, разработанные лично соискателем и их новизна:

- способы определения фактических показателей надежности и их структура при оценке работоспособности машины требуют уточнения в отличии от общепринятых методик в отраслях общего машиностроения;

- динамика привода ходовых частей машины рассматривается в совокупности с режимом погрузки горной массы, что позволяет установить не только влияние характеристик трансмиссии на режим нагружения в гидроприводе, но и получать на выходе важный показатель исследуемой системы -производительность машины;

- закономерности взаимодействия гидрофицированных рабочих органов с погружаемым материалом и адекватные им математические модели учитывают форму клиновых нагребающих элементов, траекторию его движения по приемной плите питателя, а также влияние угла наклона питателя к почве выработки с помощью коэффициентов, полученных на основе результатов графоаналитических и экспериментальных исследований;

- в отличии от общепринятой методики назначения расчетных нагрузок предложен способ определения ожидаемых усилий, в ходовой трансмис-

сии с учетом особенностей переходных процессов в основных, режимах работы ходовой части, оборудованной гидромотором.

В работе защищаются:

- основные положения методики определения количественных показателей надежности и полученные результаты при оценке работоспособности погрузочных машин УПЗ, 1ПНБ2, 2ПНБ2, 2ПНБ2Б, МПКЗ, МПНБ;

- разработанные на основе анализа и обобщения тенденций изменения парка погрузочных машин и результатов производственных наблюдений за период 1985-1996 гг. пути повышения эффективности применения шахтных погрузочных машин за счет внедрения гидрофицированных погрузчиков;

- расчетные схемы и методика выбора конструктивных параметров гидрофицированных ходовых частей машины МПНБ и МПКЗ;

- математические модели и вычислительный алгоритм определения нагрузок в гидрофицированном приводе погрузочного органа с клиновыми нагребающими рычагами-лапами машины МПНК;

- основные положения методики назначения расчетных нагрузок в ходовой трансмиссии погрузчика, оборудованного гидроприводом.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных методов исследований: анализ научно-исследовательских работ, посвященных исследуемому вопросу; применение апробированных методов графоаналитического исследования предельно напряженного состояния сыпучей среды; применение статистических методов планирования и обработки результатов экспериментов, проведенных на экспериментальном образце погрузочной машины; выполнение расчетов на современных ЭВМ; адекватность теоретических моделей реальному процессу (расхождение расчетных и опытных данных в большинстве случаев не превышает 10%); достаточность объема экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,9 и коэффициенте вариации не превышающем 0,18.

Значение работы. Научное значение работы состоит в установлении тенденций развития средств механизации погрузки в отечественной и зарубежной практике и обобщении уже имеющегося и разработке оригинального математического аппарата применительно к реализации идеи исполнительных механизмов с целью создания надежных с высокой степенью ремонтопригодности шахтных погрузчиков.

Практическое значение работы заключается в том, что ее результаты использованы при проектировании гидрофицированных частей серийных машин типа МПЫБ, МПКЗ, МПК1000Т. Разработана инженерная методика назначения исходных нагрузок в трансмиссии ходовой части, спроектирован и изготовлен опытный образец машины МПНК с оригинальной конструкцией рабочего органа.

Внедрение результатов диссертационных исследований. Результаты исследований настоящей работы использованы:

- при проектировании и изготовлении гидрофицированных ходовых частей погрузочных машин МПКЗ и МПНБ (машины выпускаются в настоящее время серийно);

при проектировании и изготовлении опытного образца машины МПК1000Т;

- при проектировании и изготовлении экспериментального образца гидрофицированного органа МПНК с клиновыми лапами.

Рекомендуется использовать результаты исследований:

- ИГД им. А.А.Скочинского, КузНИИШахтострой, ЦНИИПодземмаш при разработке перспективных проходческих машин и комплексов;

- машиностроительными заводами России и СНГ при модернизации и разработке погрузочных органов оригинальной конструкции на базе гидропривода поступательного действия.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на заседаниях секции советов НТО Копейского маши-

ностроительного завода (г.Копейск, 1986-1997гг.), на научно-практических конференциях Новочеркасского государственного технического университета (1989-1997 гг.), Института горного дела им.А.А.Скочинского (1991 г.), про-ектно-конструкторского института ЦНИИПодземмаш (1986-1992 гг.), на семинаре и научно-практической конференции по горнопроходческим работам (г.Гуково, ноябрь 1997 г.), на технических совещаниях по проблемам ГПР в системе компании «Росуголь» (1993-1997 гг.), на научных конференциях и семинарах кафедр «Горные машины и оборудование» (ШИ НГТУ и НГТУ).

Публикация. По теме диссертации опубликовано 5 статей, получено 4 авторских свидетельства и 1 патент.

Работа выполнена на кафедре "Горные машины и оборудование" Шах-тинского института НГТУ, коллективу которой автор выражает глубокую признательность за оказанную помощь при постановке и решении задач исследований.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ТЕХНИЧЕСКИХ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ ШАХТНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ В ОТЕЧЕСТВЕННОЙ И ЗАРУБЕЖНОЙ

ПРАКТИКЕ

Разработкой и созданием погрузочных машин в России и странах СНГ занимаются такие фирмы, как ОАО "Копейский машиностроительный завод", "Ясногорский машиностроительный завод", "Александровский машиностроительный ", АО "Буран" (г. Донецк, Республика Украина),

Институты ЦНИИПодземмаш, ВНИПИРудмаш, ИГД

имАА.Скочинского, КузНИИшахтострой, НИПИГормаш и ряд других организаций выполняют работы в области модернизации выпускаемых машин и создания принципиально новых конструкций. Исследованиями процессов взаимодействия погрузочных органов со штабелем взорванной горной массы и общей методологией создания и оценки качества горнопроходческих систем занимаются ученые научных школ под руководством профессоров Горбунова В.Ф. (ИГД СО АН РФ) и Хазанович Г.Ш. (Шахтинский институт НГТУ).

Настоящий анализ технических тенденций развития конструкций шахтных погрузочных машин подготовлен в результате просмотра доступных источников , в которых находит отражение состояние развития горношахтного оборудования, в частности погрузочных, погрузочно-транспортных машин и проходческих буровзрывных комплексов на их основе.

Просмотренные источники включают: литературу [1.1 ... 1.13] ; реферативный журнал «Горное дело» (Приложение 1); реферативный журнал «Горное и нефтепромысловое машиностроение»; обзоры института ЦНИЭИуголь по сериям «Строительство предприятий угольной промышленности», «Механизация и автоматизация производственных процессов», «Угольное машиностроение» и др.; отчеты о патентных исследованиях, выполненные лабораторией погрузочных машин кафедры «Горные машины и оборудование»

Шахтинского института НГТУ; новые промышленные каталоги, серия 1 "Оборудование горной промышленности".

Глубина просмотра источников в основном 10 лет.

1.1. Общие тенденции изменения структуры парка шахтных погрузочных машин за период 1985 - 1996 г.г.

В мировой практике находят применение погрузочные машины в основном с ковшовым рабочим органом и с парными нагребающими лапами. Судя по объему публикаций, обзорам выпускаемых конструкций, а также номенклатурному составу машин, отраженному в промышленных каталогах, преимущественное применение в горнодобывающих отраслях и при строительстве подземных сооружений зарубежных стран находят машины с ковшовым погрузочным органом в различных исполнениях . В России и странах СНГ объемы применения машин с нагребающими лапами и ковшовых примерно одинаковы. Из общего числа проспектов зарубежных фирм - 41, опубликованных в новых промышленных каталогах в 1982 - 1985 г.г. и отражающих практически всю номенклатуру выпускаемых погрузочных машин, машины непрерывного действия с нагребающими лапами бокового захвата встречаются в 4 каталогах (Швеция, США : фирмы «Джой» и «Гудмен»), В каталогах 1991 - 1995 г.г. они отсутствуют полностью.

В соответствии с распределением структуры парка погрузочных машин, сложившейся в 90-е годы, основной объем публикаций, относящихся к машинам непрерывного действия, приходится на отечественные издания. Подобная ситуация имеет место и при анализе числа патентов и авторских свидетельств.

В небольших объемах используют машины с другими рабочими органами - с вращающимися рифлеными дисками; с подгребающими лапами, приводимыми от гидро- или пневмопривода (типа ХЕГГЛОУДЕР).

Ковшовые машины выпускаются в мировой практике в следующих конструктивных вариантах:

- прямой погрузки на колесно-рельсовом, гусеничном и пневмошинном ходу с осевой (фронтальной) и боковой разгрузкой ковша; с пневматическим электрическим (электрогидравлическими) и дизельными приводами; с одним или двумя ковшами;

- ступенчатой погрузки с промежуточным конвейером на колесно-рельсовом или гусеничном ходу.

Наряду с этим в последние годы появляется все большее число комбинированных конструкций, в которых погрузочные ковшовые машины сочетаются с буровыми, поддирочными машинами, с крепеустановщиками и др.

Среди основных конструктивных групп, выпускаемых и эксплуатируемых на шахтах Великобритании, США, Швеции, ФРГ, Франции, а также Польши и Чехословакии, необходимо отметить:

- машины с боковой разгрузкой ковша на гусеничном ходу с электрогидроприводом;

- ковшовые погрузочно-транспортные машины на пневмошинном ходу с дизельным (электрическим) приводом.

Машины на колесно-рельсовом ходу с катящейся рукоятью имеют ограниченное распространение, выпускаются в ФРГ, Швеции, Японии.

Колесно-рельсовые машины ступенчатой погрузки в зарубежных каталогах или публикациях не встречаются.

Машины с нагребающими лапами (совершающими движение в плоскости наклонной приемной плиты) сохранили традиционную компоновку - гусеничная ходовая часть; заборно-погрузочный орган, соединенный с рамой ходовой части с возможностью малого перемещения в вертикальной плоскости; привод лап - электромеханический через группу редукторов; передаточный конвейер скребковый подъемно-поворотный.

К основным прослеживаемым тенденциям развития конструкций шахтных погрузочных машин относятся:

- комбинирование машин для бурения, погрузки и установки крепи на единой раме, например, конвейере;

- комбинирование машин для разрушения и погрузки (подрывочные) с быстрой сменой исполнительных органов;

- буропогрузочные машины;

- упрощение конструкций погрузочных органов путем выноса из зоны прямого взаимодействия с горной массой приводов погрузочных органов;

- расширение номенклатуры и объема выпуска ковшовых самоходных погрузочно-транспортных машин для различных отраслей горнодобывающей промышленности;

- применение элементов дистанционного, полуавтоматического и автоматического контроля и управления на погрузочных и погрузочно-транспортных машинах различных типов;

- оснащение погрузчиков сменным рабочим оборудованием, расширяющим область его применения;

- улучшение санитарно-гигиенических условий работы операторов погрузочных и погрузочно-транспортных машин (снижение уровней шума и вибраций, воздействующих на оператора).

1.2. Погрузочные машины и погрузочные органы с нагребающими

рычагами-лапами

Анализ публикаций, проспектов зарубежных фирм, образцов машин, представленных на международных выставках горного оборудования, позволяет заключить, что машины с нагребающими лапами, выпускаемые в СНГ и за рубежом, не претерпели за последние годы принципиальных изменений. Вместе с тем , улучшается качество машин, их надежность, ресурс, расширяются функциональные возможности, возрастает техническая производитель-

ность. Каждая из этих тенденций может быть подтверждена аналитически или фактическими данными.

Так, в СНГ создана широкая гамма машин типа ПНБ массой от 4 до 35 т для погрузки горной массы крепостью до 20 по шкале проф.М.М.Протодьяконова эти машины используются во всех горнодобывающих отраслях и при строительстве подземных сооружений; для проведения выработок и на очистных работах, при погрузке в горизонтальных и уклонных выработках. Благодаря наличию свободной зоны над рабочим органом, на машинах этого типа успешно используется навесное бурильное оборудование. Применяются системы дистанционного управления.

Машины с нагребающими лапами характеризуются повышенной конструктивной сложностью, большим числом узлов, непосредственно контактирующих с горной массой. В связи с резко переменным характером нагрузок, нерегулируемым асинхронным приводом, высоким темпом абразивного износа конструкций, нарушением уплотнений редукторных групп эти машины имеют сравнительно невысокую наработку на отказ и коэффициент готовности. Последний существенно зависит от ремонтопригодности узлов, в частности, погрузочного органа, на долю которого приходится наибольшее число отказов

Поэтому в опубликованных материалах [1.8, 1.9, 1.10] прослеживаются тенденции развития этих машин путем нейтрализации негативных свойств конструкции. Эти тенденции можно разделить на следующие группы:

1) отказ от электромеханического многоредукторного привода нагребающих лап путем замены его гидравлическим или пневматическим безре-дукторным;

2) применение регулируемого гидравлического, в т.ч. адаптивного, привода ходовой части и исполнительного органа;

Исследования работоспособности машин УПЗ и 1ГТНБ2 в производственных условиях проведены в конце 60-х и начале 70-х годов, устарели и поэтому требуются новые исследования показателей надежности машин 1ПНБ2 и 2ПНБ2 выпуска 90-х годов.

3) разработка устройств стабилизации нагрузок в основных узлах совместно с частичной автоматизацией управления подачей машин на штабель.

Тенденции первой группы проявляются путем создания машин с нетрадиционными видами нагребающих лап и их приводов. К ним относятся погрузочные органы типа ХЭГГЛОУДЕР (Швеция) и с клиновыми нагребающими лапами (Россия). В обоих случаях заборно-погрузочная часть машины упрощается за счет отказа от приводных редукторов, значительно улучшается доступность узлов при ремонтах, сокращается число узлов, на которые непосредственно воздействует горная масса.

В машинах типа ХЭГГЛОУДЕР нагребающие лапы располагаются на вынесенной над наклонным питателем стреле с возможностью совершения захватывающих поворотных движений в вертикальной плоскости от гидро-или пневмоцилиндров (рис. 1.1). К недостаткам такой схемы следует отнести трудности, возникающие с установкой на погрузочной машине бурильного оборудования.

Машины с клиновыми нагребающими лапами запатентованы в СССР (Россия) , имеется также один патент ФРГ. Разработан совместно НПИ, КМЗ и ИГД им.А.А.Скочинского ряд принципиально новых технических решений погрузочных органов с клиновыми лапами, совершающими поступательное, вращательное и плоское движение, с верхним и нижним расположением гидроцилиндров привода, с силовыми и моментными цилиндрами [6,7,8]. Предложенные решения отличаются простотой, повышенной ремонтопригодностью.

Разработан, изготовлен и прошел испытания на натурном стенде ШФ НПИ экспериментальный образец машины 1ПНБ2 с погрузочным органом в виде клиновых нагребающих лап с приводом от гидроцилиндров с верхним расположением (рис.1.2.). Машина оборудована вынесенной силовой масло-станцией и отдельным приводом конвейера [9].

Конструктивная схема машины с нагребающими рычагами-лапами

верхнего действия

Рабочий орган погрузочной машины с клиновыми лапами и верхним расположение гидроцилиндров

1 - стол; 2 - клиновая лапа; 3 - гидроцилиндр привода, 4 - поворотная опора; 5 - направляющий паз; 6 - передаточный конвейер. Рис. 1.2

Клиновые нагребающие лапы под действием силовых гидроцилиндров совершают плоское движение с частотой до 30 циклов в минуту ( частота регулируется ). Главное преимущество такого погрузочного органа - безредук-торная схема, минимальное время на ликвидацию отказов или замену узлов погрузочного органа.

Предусмотрена возможность установки на машине лап с возвратно-вращательным движением с двумя гидроцилиндрами (рис. 1.3.а) и одним силовым гидроцилиндром с двумя штоками (рис. 1.3.6).

Прошел испытания экспериментальный образец машин с регулируемым гидроприводом, созданных на основе оригинальных разработок НПИ (на кафедрах ПТМ и ГПА) [11]. Машина снабжается гидромоторами привода нагребающей и ходовой частей, связанных между собой так, что при увеличении нагрузки на лапах скорость подачи машины на штабель уменьшается с возможностью реверсирования хода при опасных перегрузках исполнительного органа. При снижении нагрузки на исполнительном органе подача автоматически увеличивается.

Разработаны также системы авторегулирования электрического привода постоянного тока для машин с нагребающими лапами, различные варианты гидровставок в ходовую часть для плавного регулирования скорости подачи.

Стабилизация нагрузок и автоматическая подача машины по заданному уровню нагрузок возможна также при использовании на машинах ПНБ асинхронных нерегулируемых двигателей. Машина 1ПНБ2Д, оборудованная регулятором подачи, прошла успешно испытания на ш.Ленинградская ПО «Ленинград сланец» [10]. Авторегулятор подачи прост, не увеличивает практически стоимость машины; вместе с тем происходит стабилизация нагрузок нагребающей и ходовой частей, создаются комфортные условия управления машиной, повышается производительность труда, т.к. в сочетании с дистан -

Рабочие органы типа ПНБ с гидроприводом поступательного действия а - с двумя гидроцилиндрами и синхронизирующим валом $ * 7/3

б - с двуштоковым гидроцилиндром_

Б 3 14 2 6

1 - нагребающая лапа; 2- гидроцилиндр; 3 - ведущие диски; 4 - плита питателя; 5 - гидрораспределитель; 6 - паз; 7 - синхронизирующий вал. Рис. 1.3

ционным управлением авторегулятор подачи создает возможность управления машиной одним оператором.

1.3. Ковшовые погрузочные машины.

Как следует из п. 1.1 за рубежом основное применение находят ковшовые машины с гидроприводом и боковой разгрузкой ковша, а также ковшовые погрузочно-транспортные машины с дизельным или электрическим приводом. В последнем случае машины снабжаются аккумуляторами или кабельными барабанами.

Для ковшовых погрузочных машин с гидроприводом характерны следующие тенденции развития:

- боковая и фронтальная разгрузка ковша;

- выталкивание груза боковой и задней стенками от гидроцилиндров;

- поворот ковша относительно стрелы в горизонтальной плоскости;

- оборудование ковшей пневмо- или гидроударниками для подрывки почвы;

- навесное бурильное оборудование с энергопитанием от единой масло-станции машины;

- телескопическая поворотная стрела, обеспечивающая уменьшение нагрузок и повышение надежности ходовой части;

- сменное рабочее оборудование для выполнения работ по оборке забоя, креплению выработок , выполнению других вспомогательных операций;

- применение негорючих эмульсий в качестве рабочей жидкости;

- регулируемый привод ходовой части по схеме «регулируемый насос -гидромоторы».

Рассмотрим некоторые особенности этих тенденций. Одним из существенных недостатков машин с боковой разгрузкой ковша, выполненных по традиционной схеме, является большая габаритная высота с

поднятым ковшом, что ограничивает их применение в выработках малых сечений в сочетании с рельсовым транспортом. Ведутся многими фирмами работы по нейтрализации этого недостатка путем использования фронтальной передней разгрузки, применения выталкивателей груза задней или боковой стенками. При этом наилучший результат может быть получен в сочетании выталкивателей с системой поворота ковша в горизонтальной плоскости относительно стрелы так, чтобы при разгрузке он становился параллельным вагонетке. В последние годы ведущие фирмы перешли на выпуск машин с боковой разгрузкой с телескопической поворотной стрелой (рис.1.4.). Такие машины решают две задачи: повышение производительности погрузки и увеличение надежности машины за счет сохранения ресурса ходовой части.

К числу важных тенденций относится также применение комбинированных проходческих машин - буропогрузочных, буропогрузочно-транспортных агрегатов. Комбинированные машины создаются на базе единой ходовой части, либо монтируются на раме скребкового конвейера.

Таким образом, тенденции развития погрузочных машин с боковой разгрузкой ковша за рубежом направлены на уменьшение влияния присущих им недостатков: большая габаритная высота при погрузке в вагонетки, высокая продолжительность цикла, повышенный износ ходовой части, сложность комбинирования машин с другими машинами, предназначенными для обслуживания смежных процессов.

1.4. Погрузочные органы оригинальной конструкции.

Постоянно в разных странах предпринимаются попытки создания новых погрузочных органов, которые бы содержали только лучшие качества предшественников. Новым рабочим органам посвящено много патентов и авторских свидетельств по классам Е02 Р, Е21 Р. Можно отметить рифленные

Погрузочная машина с телескопической поворотной стрелой

(МПКЮООТ)

1 - стрела телескопическая; 2 - гидроцилиндры подъема и поворота стрелы; 3 - ковш; 4 - гидроцилиндр зачерпывания; 5 - ходовая часть; 6 - силовая установка. Рис. 1.4

диски, выдвижной конвейер с заостренной передней частью, клиновые погрузочные элементы.

Среди приоритетных направлений, развивающихся в СНГ , -нужно отметить рабочий орган в виде рамки с клиновым носком (рис. 1.5). Отдельные технические решения этого погрузочного органа защищены 12 авторскими свидетельствами (см.Приложение 1).

Погрузочный орган с нагребающим клиновым носком может быть смонтирован на поворотно-подъемном манипуляторе и обеспечивать, выгрузку штабеля по всей ширине при осевом движении базы. При этом он сохраняет постоянный контакт со штабелем и поэтому пригоден в качестве основы для автоматизированной, в перспективе, погрузочной машины или погрузоч-но-транспортного комплекса (рис.1.6.).

Аналогичными свойствами обладает погрузочный орган с клиновыми нагребающими лапами и расширяющимся питателем (совместное НПИ, КМЗ и ИГД им.А.А.Скочинского авторское свидетельство).

Машины с поворотным в плане или регулируемым по ширине питателем с гидроприводом клиновых или других погрузочных элементов (лапы, рамка и др.), с автоматизированной системой выгрузки штабеля по фронту и глубине, скомбинированные с машинами для бурения шпуров, установки крепи, представляют собой, по нашему мнению, достижимый мировой уровень развития погрузочно-транспортной техники до 2000 года.

По мнению профессоров Ляшенко И.В., Мелькова А.Д., Хазанович Г.Ш. и других научных сотрудников ИГД им А.А.Скочинского, Института угля СО АН РФ, Шахтинского института НГТУ [2] эта группа рабочих органов позволит разработать и внедрить систему агрегатированного проходческого оборудования, обеспечивающую совмещение операций во времени, функций операторов и орудий труда. В предлагаемой системе горнопроходческих машин функциональные элементы отделения и уборки горной массы

Рабочий орган в виде рамки с клиновым носком

Рис. 1.5

Погрузочная машина с нагребающим клиновым носком на

манипуляторе

выполнены в виде буропогрузочных модулей, включающих самоходные погрузочные машины с навесным бурильным оборудованием, напочвенного призабойного перегружателя, снабженного передним погрузочным модулем, и устройства для обмена вагонеток, а подсистема закрепления образовавшегося пространства - в виде монорельсовой платформы с грузоподъемным устройством. Полная механизация процессов при высокой их производительности достигается благодаря параллельному выполнению каждой операции несколькими проходческими машинами - тремя бурильными установками, двумя погрузочными модулями совместно с передним погрузочным устройством с клиновыми погрузочными элементами. Привод - электрогидравлический, большинство рабочих операций выполняется с помощью гидропривода поступательного действия.

1.5. Постановка задач исследований.

В соответствии с методологией системного анализа [12] рассмотрим процесс создания и использования проходческой буровзрывной системы (БВПС) в рамках единого подхода. Следуя этой методологии, введем понятие обобщенной (укрупненной) 800 - системы, в пределах которой реализуется обобщенная операция (оо), имеющая два последовательных периода: 1-й период - создание проходческой системы (реализационный период); 2-й период - использование созданной БВПС в качестве активного средства для достижения цели операции (период полезной жизни системы). Применительно к проходческим системам необходимо достигнуть цель: создание комплекса машин для образования полости в горном массиве с минимальными удельными издержками потребителя. Таким образом, требуется выбрать рациональный вариант технической системы, спроектировать и организовать процесс ее производства в соответствующие сроки так, чтобы потенциальная

эффективность этой технической системы в операции, направленной на достижение цели, была по возможности наибольшей.

На рис. 1.7 приведена типовая схема обобщенной операции до созданию и эксплуатации технической системы, на которой показано постепенное сужение множества допустимых стратегий и при переходе от одного этапа жизненного цикла к другому.

Множество определенных факторов X расширяется вследствие поступления информации о решениях, принимаемых на каждом этапе жизненного цикла системы. Системы 8ооН,8оо0,800п,8ооИ, реализующие соответствующие этапы обобщенной операции, на рис. 1.7 изображены частично пересекающимися прямоугольниками. Высота такого прямоугольника условно показывает глубину проработки вопросов на соответствующем этапе, а сторона основания прямоугольника - широту охвата вопросов. Кривая в нижней части схемы показывает, как увеличивается глубина проработки и сокращается широта охвата вопросов с течением времени.

На стадии внешнего проектирования должна быть спланирована система обеспечения информацией с указанием способа получения информации по ее видам на всех стадиях НИР и ОКР.

Применительно к используемым в отечественной практике БВПС создание и анализ подобных схем зачастую осложняется тем обстоятельством, что входящие в проходческий комплекс машины выпускаются разными заводами-изготовителями, сведения об эффективности отдельных составляющих по бурению, погрузке и транспорту отрывочны и получены в различных горнотехнических условиях эксплуатации.В этой связи может оказаться полезным метод статистических испытаний, который позволяет осуществлять построение имитационной модели процесса выемки полости в горном массиве как случайного процесса. При этом возможно использование имеющихся (накопленных ранее) данных по результатам испытаний аналогичных конструкций (прототипов) или узлов и вносить коррективы в потоки случайных вели-

Схема обобщенной операции по созданию и эксплуатации технической

системы

Реализационный период Период'полезной жизни системы

ИР1Р

(НИОКР)

окр - |

Серийное производство < 1 \ Эксплуатация

1 ! кслользобание

Решение о разработке системь

Утбержде\ Шшениё

иие техни- о серийном

внешнее \ёнутренм)гР°иАоа'

ббодд эксплуатацию

Решение а пикои-дац-ии

иг

по г г

ин, и0, ип, ии - множество допустимых стратегий на этапах соответственно НИР, ОКР, производства и использования системы; Хн, Х°, XXй - множество определенных факторов на соответствующих этапах жизненного цикла системы. Рис. 1.7

29 Г

чин при ограниченных объемах информации за сравнительно короткий период наблюдений.

Для характеристики надежности используются показатели, которые наиболее полно описывают работоспособность, поддаются расчету на стадии проектирования, могут быть определены при испытании или эксплуатации и включаются в отраслевые в качестве нормируемых [13].

Рассматривая БВПС как технологическую систему, следует отметить нестабильность параметров ее функционирования. Изменяющиеся условия проходки, пространственные перемещения рабочего места, специфика подземных работ приводят к тому, что невозможно точно сказать, когда и какой длительности произойдет отказ проходческой машины, т.е. процесс функционирования проходческой системы можно рассматривать как совокупность случайных величин, чередующихся во времени.

В связи с этим задача исследования надежности БВПС решается как задача исследования вероятностных свойств систем, когда по заданным вероятностным характеристикам параметров элементов определяются аналогичные характеристики параметров системы.

Произведенный в настоящей главе критический разбор тенденций развития проходческих машин позволяет заключить следующее: нейтрализация недостатков, присущих эксплуатируемым в настоящее время шахтным погрузочным машинам, возможна, главным образом, путем гидрофикации их механизмов передвижения и рабочих органов. Эта тенденция может быть реализована двумя способами:

- путем отказа от электромеханического многоредукторного привода рабочих погрузочных органов и перехода на гидравлический безредукторный привод;

- применением регулируемого гидравлического, в том числе адаптивного, привода ходовой части и исполнительного органа.

Учитывая изложенное выше, целью настоящей работы является повышение эффективности применения шахтных погрузчиков путем создания гидрофицированных погрузочных машин для погрузки горной массы при буровзрывном способе проходки. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1.5.1. Разработка и уточнение методики сбора информации о надежности и работоспособности погрузочных машин, организация пунктов наблюдений на шахтах в условиях Российского (Восточного) Донбасса.

Предусмотренные общемашиностроительным ГОСТом и отраслевым руководящим документом РД 12.25.120-88 методики определения показателей надежности не учитывают режимных особенностей эксплуатации погрузочных машин - цикличность работы и нестабильность параметров функционирования. Нестабильность обусловлена изменяющимися условиями проходки: крепостью пород, кусковатостью, разбросом горной массы после взрыва, типом подрывки и т.д.. Средневзвешенная крепость вынимаемой горной массы в условиях ОАО «Ростовуголь» и «Гуковуголь» является самой высокой в сравнении с аналогичными показателями других угольных бассейнов России и составляет 6-8 единиц по шкале проф.М.М.Протодъяконова [2]. Поэтому принятый к исследованию регион является своеобразным полигоном для испытаний и оценки эффективности проходческой техники при буровзрывном способе проходки.

1.5.2. Обработка и анализ как уже имеющейся, так и вновь полученной при настоящих исследованиях информации о работоспособности машин отечественного производства: УПЗ, ППМ4э, 1ППН5, 2ППН5, ППН7, 1ПНБ2, 2ПНБ2. В отличие от уже имеющихся результатов производственных наблюдений предусматривается произвести сравнительную оценку работоспособности и тяжести отказов отдельных узлов для определения принципиально новых подходов к устранению причины частых отказов машин при эксплуатации.

1.5.3. Теоретические исследования переходных процессов в гидроприводе ходовой части машины: обоснование математической модели, анализ результатов исследований внутренней динамики в трансмиссии при выполнении рабочих перемещений с учетом упругости элементов гидросистемы.

В отличие от общепринятых методик аналогичных исследований необходимо рассмотреть многомассовую задачу с упругими связями применительно к ковшовой машине МПКЗ и погрузчику с нагребающими лапами МПНБ.

1.5.4. Математическое моделирование и исследование переходных процессов в гидроприводе погрузочных органов типа ПНБ и с клиновыми нагребающими лапами.

Предпринятая ранее оптимизация параметров погрузочного органа с клиновыми нагребающими элементами [14] позволила определить рациональные параметры и разработать проект рабочего органа машины МПНК. Динамика привода при этом исследована только с точки зрения оценки устойчивости гидропривода. Динамика переходных процессов в основных режимах и с учетом работы распределителей требует более глубокого теоретического анализа.

1.5.5. Разработка рекомендаций и изготовление с учетом этих рекомендаций конструкции гидрофицированных ходовых частей погрузчиков МПКЗ и МПНБ и экспериментального образца гидрофицированной машины МПНК.

1.5.6. Экспериментальные исследования работоспособности гидрофицированных ходовых частей машины МПКЗ и МПНБ в производственных условиях и оценка достигнутых показателей надежности и ремонтопригодности в сравнении с ходовыми частями машин типа 1ПНБ2 и 2ПНБ2, оборудованных электромеханическим приводом.

1.5.7. Проверка работоспособности нового погрузочного органа машины МПНК в условиях натурного заводского стенда, определение кинематических и динамических параметров гидропривода и сравнение фактических по-

казателей переходных процессов с результатами теоретических исследований.

1.5.8. Разработка на базе результатов теоретических и экспериментальных исследований инженерной методики назначения исходных нагрузок при проектировании и создании гидрофицированных погрузочный машин.

Выводы по главе.

1. Состояние дел с изготовлением и эксплуатацией подземных, погрузчиков для угольной и рудной промышленности регулярно освещается в реферативных журналах «Горное дело» и «Горное нефтепромысловое машиностроение», в обзорах институтов ЦНИЭИуголь, промышленных каталогах и другой специальной литературе и отчетах проектно-конструкторских, исследовательских и учебных институтов. В работе приводится нумерационный перечень рефератов из реферативного журнала «Горное дело. Сводный том.», составленный в результате просмотра за 1983-98 г.г., что позволяет объективно и достаточно оперативно оценивать тенденцию развития конструкций погрузочных машин в угольной и горно-рудной промышленности. Анализ литературных источников позволил определить одну из основных тенденций в развитии парка шахтных погрузочных машин: замена электромеханического привода гидравлическим.

2. Анализ авторских свидетельств и патентов последних 5 лет в области совершенствования погрузочных органов свидетельствует о том, что появилась представительная группа предложения по использованию гидропривода поступательного действия с целью выноса редукторов из зоны прямого взаимодействия исполнительных механизмов с горной массой.

3. Задачу исследования надежности составляющих буровзрывной проходческой системы и повышение эффективности применения подземных погрузчиков необходимо решать как задачу исследования вероятностных свойств системы. Произведенный разбор тенденций развития проходческих

машин позволяет заключить: нейтрализация недостатков, присущих эксплуатируемым в настоящее время погрузчикам, возможна, главным образом, путем гидрофикации рабочих органов и механизмов их передвижения.

4. Для устранения имеющих место конструктивных недостатков современных погрузчиков в главе изложены основные пути достижения поставленной цели в настоящей диссертации - повышение эффективности применения шахтных погрузчиков путем создания гидрофицированных ходовых частей и рабочих органов.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ШАХТНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ ПЛАСТОВЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

Представленные в настоящей главе результаты исследований получены в условиях шахт Российского Донбасса, где объем применения буровзрывного способа в сочетании с погрузочными машинами составил более.50% от суммарного по Российской Федерации [2], Суммарный объем проведения подготовительных выработок на шахтах этого угольного района составил в 1995 году 133,7 км. Выработки проходятся, главным образом, по угольным пластам с присечкой боковых пород. Крепость угля составляет 1,5-2 единицы по шкале М.М.Протодъяконова (/); крепость вмещающих пород, разрушаемых в забоях подготовительных выработок, изменяется в широких пределах - от 3-3,5 (глинистые сланцы) до 14-16 (мелкозернистые песчаники и известняки); в отдельных случаях крепость достигает 20 единиц. Около 45% выработок проводится по породам со средневзвешенной крепостью /ср< 8, более половины - с /ср = 8... 16. Таким образом, основной объем горнопроходческих работ приходится на породы выше средней крепости и крепким и, следовательно, регион является своеобразным полигоном для испытания и оценки эффективности проходческой техники при буровзрывном способе проходки.

2.1. Методика сбора и обработки информации о работоспособности погрузчиков в производственных условиях.

Сбор и обработка информации о работоспособности погрузочных машин производилась в соответствии с ГОСТ 16468-70 , ГОСТ17526-72 и ГОСТ 27002-86, при этом ставились следующие задачи:

- определение причин возникновения и времени устранения отказов и неисправностей;

- установление технических и экономических показателей надежности машин и их отдельных частей и узлов;

- выявление быстроизнашиваемых деталей и узлов, лимитирующих надежность машин;

- исследование влияния условий и режимов эксплуатации на показатели надежности машин;

- установление структуры и величины трудозатрат на поддержание машин в работоспособном состоянии;

- выявление существующих схем технического обслуживания погрузочных машин и определение фактического расхода запасных частей.

В качестве первичной и основной формы учета информации надежности погрузочных машин приняты журналы наблюдений, в которых регистрировалась наработка, продолжительность и способ устранения отказа, а также количество человек, занятых на ликвидации отказа или планово-предупредительных ремонтов (ППР). Вышедшие из строя детали и узлы фотографируются. Для повышения достоверности информации о работоспособности погрузочных машин и снижения трудоемкости сбора производственных данных применялись карточки регистрации отказов, в которых перечислялись быстроизнашиваемые узлы и детали взятой под наблюдение машины. Карточки заполнялись ежесменно или машинистом погрузочной машины или дежурным слесарем. Периодически для оценки общего состояния машины составлялись с участием ответственных работников службы шахты акты технического осмотра машин. Опросные листы также являются одной из первичных форм учета информации. После выполнения запланированного объема наблюдений заполнялись формы-накопители эксплуатационной информации по машинам в целом и отдельно по основным частям машин и быстроизнашиваемым узлам или деталям.

Данные, полученные с помощью журналов наблюдений, следует рассматривать как случайные величины, на которые влияют многие независимые друг от друга факторы (горно-геологические условия, режим эксплуатации, квалификация обслуживающего персонала, субъективность при сборе информации и т.д.). Поэтому при исследовании показателей надежности одной из первоочередных задач является установление минимально необходимого объема данных, которые гарантировали бы с определенной доверительной вероятностью (3 заданный уровень отклонения от генерального среднего. При достаточно большом числе данных (более 20-30) и большом количестве случайных факторов отклонения оценки Мот генерального среднего Ш, согласно предельной теореме [15], подчиняется нормальному закону распределения. Зададимся условием, чтобы доверительный (допустимый) интервал отклонений от генерального среднего не превышал точности инженерных расчетов, которая в практике принимается равной 10% от искомой величины.

Обычно в математической статистике определяется вероятность накрытия интервалом =( М - ; Ш + генерального среднего. Допустимое

отклонение в обе стороны числовой оси от генерального среднего для рассматриваемого случая принимается равным

^ = 0,1т (2.1.)

Предположим, что рассеивание данных нам известно и задано оценкой дисперсии Ь, тогда для нормально распределенной случайной величины отклонение определяется по формуле:

где ат - среднее квадратичное отклонение оценки т ;

= - функция, обратная нормальной функции распределения

*' Оценкой параметра называется его приближенное значение, вычисленное на основе ограниченного числа опытов.

Ф*(Х) (значения tp приведены в таблице 4.3.1 [15] в зависимости от доверительной вероятности Р).

В формуле (2.2) : <ут = 4В/п , где п - число экспериментальных данных. Подставив (2.2) в (2.1) и раскрывая полученное выражение относительно п , получим минимально необходимое количество данных для определения среднего с ошибкой, не превышающей 10% при заданной доверительной вероятности 0:

=100 и2

п

. В

min 1 v'v' 45 ~

т

(2.3)

где

т=

i=l к

TÍXí-mJ

D = ^-

K-l

К

- оценка среднего случайной величины;

оценка дисперсии случайной величины;

- количество данных выборки.

Изложенным способом устанавливается минимальный объем наблюдений при регистрации наработки V, общего Тов и технически необходимого Ттв времени восстановления отказов. Для оценки представительности данных при определении коэффициента готовности Кг, являющегося производным от V, Тов и Ттв, воспользуемся методом линеаризации случайных аргументов [15]. При линеаризации функции нескольких независимых случайных аргументов математического ожидания и дисперсии зависимости У между случайными величинами равны:

Му = ф(тх1;тх2;...;тхп)

Dv= I

г =7

í/ф KdXi j

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Тулупов, Виктор Павлович

Выводы по главе.

1. Результаты, полученные в главе 3 настоящей работы, позволили спроектировать и изготовить рабочий орган с клиновыми лапами и приводом от гидроцилиндров поступательного действия: к заводским испытаниям был подготовлен опытный образец машины МПНК, созданный на базе серийной погрузочной машины МПНБ.

2. Разработанная и реализованная на опытном образце машины МПНК гидросистема обеспечила надежное перемещение лап. Управляющее воздействие на главный гидроцилиндр, осуществляемое с помощью двух вспомогательных гидрораспределителей механическим путем при достижении нагребающими лапами крайнего положения, выполнялось безотказно за весь период испытания. Видеозапись работы машины на экспериментальном заводском стенде свидетельствует о том, что принятые конструктивные решения оказались удачными: гидроцилиндры привода лап работали устойчиво без сбоев при перегрузке запланированного объема - 120 м .

3. Представленные в настоящей главе видеограммы выгрузки штабеля сыпучего материала высотой 0,3; 0,6 и 0,9 м свидетельствует об устойчивом отборе материала: смещение сыпучего в сторону от питателя машины практически отсутствует.

4. Оценка адекватности результатов моделирования динамики переходных процессов в гидроприводе ходовой части, осуществленная в результате специальных замеров усилия в гидросистеме при проведении производственных испытаний погрузчика МПКЮООТ на шахте «Гуковская» ОАО «Гуковуголь», что позволила заключить: сходимость по амплитуде хорошая, отклонения не превышали общепризнанной в практике ошибки у< 10%, а частота колебательных процессов при моделировании почти в два раза выше реального процесса. Последнее обстоятельство следует учитывать при составлении расчетного цикла нагружения элементов ходовой трансмиссии.

5. Представленная методика назначения исходных нагрузок в ходовой трансмиссии, оборудованной гидромоторами, учитывает крутильные колебания, обусловленные как упругостью кинематической цепи, так и упругостью гидросистемы. При использовании настоящей методики достигается конечная цель: определение расчетной долговечности деталей кинематической цепи от гидромотора до приводной звезды гусеничной цепи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования тенденций развития конструкций шахтных погрузчиков отечественного и зарубежного производства, изучение патентов и предложений по совершенствованию рабочих органов погрузочных машин, сравнительный анализ количественных показателей надежности отдельных частей серийно выпускаемых машин позволили определить и осуществить основное направление настоящей работы - разработать и проверить технические решения по повышению эффективности механизированной погрузки горной массы путем создания гидрофицированного погрузчика нового поколения МПНК. Таким образом, в работе получено новое решение научно-технической задачи и поставленная цель достигнута.

Основные научные и практические результаты работы сводятся к следующему:

1 .Анализ тенденций развития шахтных погрузочных машин и рабочих органов при механизированной погрузке при изучении литературных источников с глубиной поиска более 10 лет свидетельствует об устойчивой тенденции внедрения в производство гидрофицированных погрузчиков. Применительно к ковшовым погрузчикам эта техническая задача практически решена путем применения машин с боковой разгрузкой ковша. Для погрузчиков непрерывного действия, отличающихся повышенной конструктивной сложностью, нейтрализация негативных свойств погрузочного органа с парными нагребающими лапами (высокий уровень отказов из-за наличия редукгорных групп в зоне контакта с погружаемой горной массой) возможна путем внедрения гидропривода поступательного действия.

2. В результате обработки и анализа как уже имеющейся информации в литературе, так и вновь полученной при настоящих исследованиях, позволившей выполнить сравнение количественных показателей надежности и тяжести отказов отдельных узлов серийных машин с целью определения принципиально новых подходов к устранению причин существующих и возможных отказов деталей погрузчика, установлено, что первоочередной задачей при повышении эффективности погрузчиков является задача повышения надежности рабочего органа и ходовой части. Методика сбора и обработки информации учитывала вероятностный характер функционирования погрузочной машины, как составной части буровзрывной проходческой системы.

3. Произведенное обоснование математической модели для анализа динамики в ходовой трансмиссии погрузчика, оборудованного гидромоторами, с учетом упругости элементов гидросистемы и кинематической цепи от привода до гусениц, позволило проанализировать ожидаемые нагрузки и динамику процесса при разгоне, установившемся движении, внедрении и зачерпывании ковшом горной массы с достаточно большой степенью приближения к реальному процессу.

4. Исследования переходных процессов в гидроприводе погрузочного рабочего органа типа ПНБ с клиновыми нагребающими лапами и анализ полученных результатов применительно к наиболее тяжелым условиям работы этого класса погрузчиков свидетельствует о возможности устойчивой работы гидропривода с двумя гидроцилиндрами поступательного действия.

5. На базе проведенных исследований динамики гидрофицированной ходовой части выполнена конструктивная проработка, разработаны рабочие чертежи и изготовлены гидрофицированные гусеничные ходовые движетели к погрузочным машинам МПКЗ, МПНБ и МПК1000Т. Ходовые части МПКЗ и МПНБ доведены до серийного производства. Выполнен цикл наблюдений машинами МПКЗ и сравнительные испытания машин МПНБ и 2ПНБ2 в условиях Российского Донбасса. Анализ полученных результатов показал, что технические решения в этой части оказались эффективными: гидропривод работал устойчиво, количество отказов по гидрофицированным ходовым частям существенно уменьшился в сравнении с электромеханическим приводом.

6. Специальные замеры давления в гидросистеме ходовой части при промышленных испытаниях экспериментального образца машины МПКЮООТ показали практически полное соответствие реальных нагрузок прогнозируемым - как по амплитуде, так и по частоте - при выполнении основных рабочих операций.

7. На базе проведенных ранее в лаборатории погрузочных машин ШФ НПИ исследованиях, а также уточнений по результатам настоящих исследований, выполнена конструктивная проработка погрузочного органа с клиновыми нагребающими лапами и создан опытный образец машины МПНК. Выполненные заводские испытания этой машины доказали эффективность принятых решений по рабочему органу: гидросистема работала устойчиво без сбоев, выгрузка штабеля малой высоты 0,3 . 0,9 м осуществлялась также надежно, как и на стандартном штабеле высотой более 1,5 м.

8. Проведенный цикл теоретических и экспериментальных исследований позволил разработать инженерную методику определения расчетных нагрузок в ходовой трансмиссии с учетом крутильных колебаний, обусловленных как упругостью кинематической цепи, так и упругостью гидросистемы. Достигнута конечная цель этой методики: определение расчетной долговечности деталей кинематической цепи от гидромотора до приводной звезды гусеничной цепи.

9. Результаты промышленной эксплуатации машин МПКЗ и МПНБ подтвердили эффективность разработанных технических решений по гидрофицированным ходовым частям. На уровне опытных образцов подтверждена также целесообразность принятых решений по оборудованию погрузочного органа приводом с двумя гидроцилиндрами поступательного действия. Таким образом, результатами настоящей работы доказана возможность и целесообразность создания специальных гидрофицированных погрузчиков непрерывного действия с повышенными показателями надежности и долговечности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тулупов, Виктор Павлович, 1999 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников.

1. Литература по анализу технических тенденций развития подземных погрузчиков.

1.1. Нильва Э.Э., Игнатьев В.И. Основные направления развития техники и технологии проведения подготовительных выработок за рубежом: Обзор.-М.: ЦНИЭИуголь, 1982,- 48 с.

1.2. Циферблат B.JL, Михальчук М.В. Шахтные погрузочные и погрузочно-транспортные машины за рубежом // Черная металлургия: Бюллетень научно-технической информации,-1981.-№16 (900).

1.3. Алимов А.П., Масленникова В.И. Зарубежный опыт применения погрузочных машин при проведении выработок: Обзорная информация .- М.: ЦНИЭИуголь. ЦБНТИ Минуглепрома УССР, 1984,- 58 с.

1.4. Меркулов В.В., Дмитрак Ю.А., Кузьмин A.A. Совершенствование погрузочных и буропогрузочных машин в СССР и за рубежом: Обзор.-М.: ЦНИЭИуголь, 1983,- 24 с. (ЦНИИПодземмаш).

1.5. Гедеванов А.К., Алешин М.М., Семенов Ю.И. Проходческая техника: Обзор горнопроходческой техники на выставке «Уголь - 83» // Уголь,- 1984.-№3,- С.24-28.

1.6. Ивановский Э.С., Юсипов A.A. Погрузочные машины за рубежом // Цветная метуллургия,- 1984,- №3,- С.83-85.

1.7. Кальницкий Я.Б., Суходрев В.М. Первоочередные направления создания новейшего горного оборудования // Горный журнал,- 1982.- №4.

1.8. Нильва Э.Э. Об основных направлениях развития горноподготовительных работ // Уголь,- 1982,- №3,- С.34-37.

1.9. Медведев Г.И. Направления развития шахтных погрузочных машин непрерывного действия // Совершенствование горной техники и технологии для открытых и подземных работ,- JT.- 1983,- С.70-72.

1.10. Онищенко А.М., Черняк З.А., Гейхман И.Л. Современное состояние и тенденции развития автоматического управления горными

машинами и комплексами за рубежом: Обзор,- М.: ЦНИЭуголь,- 1984 (ИГД им.А.А.Скочинского).- 52 с.

1.11. «Уголь», 1983,- №9 - весь журнал посвящен передовому опыту горно-проходческих работ (ГПР).

2.Технология и механизация горнопроходческих работ: Сб.науч.тр./ Южно-Рос. отд. АГН РФ ; Новочерк. гос. техн. ун-т,- Новочеркасск: НГТУ, 1997,- 191 с.

3. Горбунов В.Ф., Эллер А.Ф., Скоморохов В.М. Основы проектирования буровзрывных проходческих систем,- Новосибирск: Наука, 1985,- 181 с.

4. О повышении надежности погрузочных машин 1ПНБ2. «Шахтное строительство», 1973, №9, с.11-13. Авт.: С.И.Лапшин, С.И.Носенко, Г.Ш.Хазанович, О.С.Сапунов, В.С.Пятин, А.С.Логвинов, Ю.П.Синашенко.

5. Пути повышения эффективности погрузочных машин на шахтах Восточного Донбасса. Авт.: М.А.Кошкарев, С.И.Носенко, Г.Ш.Хазанович, О.С.Сапунов, ЦНИЭИУголь, М., 1975,- 42 с.

6. A.C. 870311 СССР, МКИ G65G65/02. Погрузочная машина / В.Г.Сильня, Г.Ш.Хазанович, В.В.Волков (СССР).- № 2623029/27-11; Заявл. 01.06.78; Опубл. 17.10.81, Бюл. №37.

7. A.C. 1138519 СССР, МКИ E21F13/02. Рабочий орган погрузочной машины / Е.И.Киселев, В.В.Семенов, С.И.Носенко, В.Н.Семерников, А.С.Носенко (СССР).- №3649686/03; Заявл. 04.08.83; Опубл. 07.02.85, Бюл. №5.

8. A.C. 1544698 СССР, МКИ B65G65/10. Погрузочный орган / А.С.Носенко, В.К.Голованов, Е.З.Переплетчиков (СССР).- №4328021/11; Заявл. 12.10.87; Опубл.

9. Носенко A.C., Меныпенина Е.А. Рабочие органы шахтных погрузочных машин непрерывного действия с гидравлическим приводом: Монография /Новочерк. гос. техн. ун - т .- Новочеркасск: НГТУ, 1997,- 63 с.

10. Хазанович Г.Ш., Лоховинин С.Е. К вопросу формирования грузопотока погрузочными органами с нагребающими лапами / Новочерк.

политехи, ин - т.- Новочеркасск, 1982.- 32 с. Деп. В ЦНИИТЭИТяжмаш -№1039 тм - Д82

11. Водяник Г.М., Дровников А.Н., Васильев Ю.А. Погрузочная машина бокового захвата с автоматически регулируемым режимом работы. «Известия Северо-Кавказского научного центра высшей школы», Серия технических наук, 1973, №1, С.29-33.

12. Надежность и эффективность в технике: Справочник: В Ют / Ред. совет: В.С.Авдуевский (пред.) и др.- М.: машиностроение, 1988 - т.З Эффективность технических систем / Под общ.ред.В.Ф.Уткина, Ю.В.Крючкова.- 338 с.

13. Першин В.В. Интенсификация горнопроходческих работ при реконструкции шахт,- М.: Недра, 1988,- 136 с.

14. Носенко A.C. Теоретические исследования формирования сопротивлений внедрению клиновых лап в штабеле сыпучего материала // Шахтный и карьерный транспорт,- М.: Недра, 1990,- №11,- С.249-253.

15. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. «Наука», 1969.

16. Рахутин Г. С. Вероятностные методы расчета надежности, профилактики и резерва горных машин. М.: «Недра», 1970.

17. ГОСТ 27.002-86. Надежность в технике. Термины и определения. М.: Стандартгиз, 1984.

18. Солод В.И., Гетопанов В.Н., Шпильберг И.Л. Надежность горных машин и комплексов. РНО МГИ, М., 1972, 198 с.

19. Сапунов О.С. Исследование надежности и разработка путей повышения эффективности шахтных погрузочных машин (на примере ковшовых машин типа ППМ4). Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Новоерчкасск, 1975,- 22 с.

20. Лойцянский А.Г., Лурье А.И. Курс теоретической механики.: -Учеб. Пособие для студентов ВТУЗов,- М.: Наука, 1983.

21. Решение дифференциальных уравнений методами Рунге-Кутта // В кн.: В.М.Лифшиц, Б.Ф.Левитин Приближенные вычисления и программирование на ЭВМ,- Л.: Машиностроение,- 1983.

22. Носенко A.C. Теоретические исследования формирования сопротивлений внедрению клиновых нагребающих лап в штабеле крупнокускового сыпучего материала // Шахтный и карьерный транспорт.- М.: Недра, 1988,- Вып.9.

23. Разработка и испытание модели погрузочной машины с нагребающим носком. Отчет о НИР (заключительный) / Новочерк. политехи, ин - т (НПИ): Руководитель Г.Ш.Хазанович; Тема 3608; № ГР 81007376; Инв. № 02860040577,- Новочеркасск, 1985.

24. Меныпенина Е.А. Обоснование параметров и режимов работы гидрофицированных погрузочных машин непрерывного действия. Автореферат на соискание ученой степени канд. техн. наук . Новочеркасск, 1994,-20 с.

25. Носенко A.C. Основные закономерности рабочих процессов и выбор параметров погрузочных органов с клиновыми нагребающими элементами. Автореферат на соискание ученой степени канд. техн. наук. Новочеркасск, 1988,- 23 с.

26. Носенко С.И. Исследование динамики колесно-рельсовых механизмов передвижения шахтных погрузочных машин. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Новочеркасск, 1968.

27. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М., 1976

28. Шилов П.М. Ремонт и монтаж горного оборудования. ГГТИ. М.,

1959.

29. Давыдов Б.А., Скородумов Б.А. Динамика горных машин. Госгор-техиздат, 1961.

30. Киносошвили P.C. Определение запасов прочности при нестационарных изменениях переменных напряжений. Сб. Расчеты на прочность №9.

Машгиз., 1963.

31. Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя. В трех томах. Машиностроение. М., 1978.

32. Козлов Л.А. Расчет и испытание на прочность при неустановившемся режиме переменной напряженности (обзор). Сб. Прочность при неустно-вившихся режимах переменных напряжений. М., 1954.

33. Водяник Г.М. Математическое моделирование технологических машин: Учеб. пособие / Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: НГТУ, 1994, с.66-83.