CC BY
48
Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2009. Вып. 1. С. 246-250 = Науки о земле
У 1К 622.23.054:001.24.63
Анализ существующих методик расчета и проектирования гидромеханического исполнительного органа
В.В. Король, А.Е. Пушкарев
Аннотация. Произведен анализ проводимых в России и за рубежом научных исследований и созданных на их основе методик расчета и проектирования гидромеханических исполнительных органов проходческих, очистных и бурильных машин. Выделены общие или подобные факторы, определяющие особенности расчета и его последовательность.
Ключевые слова: метод расчета, метод проектирования, проходческий комбайн, очистной комбайн, бурильная установка, гидромеханические исполнительные органы.
На протяжении последних десятилетий как в России, так и во многих странах мира ведутся работы по применению гидромеханического способа для развития горнопроходческой и горнодобывающей техники. На основе проводимых в России и за рубежом научных исследований были созданы методики расчета и проектирования гидромеханических исполнительных органов горнопроходческих и горнодобывающих машин. Анализ методик показал, что для всех технологий существуют общие или подобные факторы, определяющие особенности расчета и его последовательность. Можно выделить следующие этапы расчета (рис. 1):
этап 1 — исходные данные: критерий сопротивляемости горных пород резанию; параметры исполнительного органа; параметры режущего инструмента — тип, форма, геометрические размеры; характеристики источника воды высокого давления;
этап 2 — расчет и выбор источника воды высокого давления.
По конструктивному исполнению и размещению гидромеханического исполнительного органа выделяют два варианта компоновки комбайна: с приводной насосной станцией, размещенной на комбайне; с приводной насосной станцией, вынесенной за комбайн.
В качестве источников воды высокого давления используются преобразователи давления на базе мультипликаторов [3] или плунжерные насосы [1].
Рис. 1. Блок-схема расчета и проектирования гидромеханических исполнительных органов
Преобразователь давления предназначен для мультипликации низкого давления воды на входе в высокое давление воды на выходе за счет использования гидравлической энергии масла, подаваемого от приводной насосной станции.
Насосная установка высокого давления представляет собой вариант плунжерного насоса, где двигатель (непосредственно или через промежуточный редуктор) вращает коленчатый вал, приводя в движение кривошипно-шатунный механизм, который в свою очередь сообщает плунжеру возвратнопоступательное движение. Система клапанов обеспечивает заполнение полостей от внешнего источника воды, сжатие воды до необходимого давления и отвод высоконапорной воды потребителю.
Существуют ограничения по встраиванию преобразователя давления [3]: ограничения, связанные непосредственно с ее геометрией, ограничения, обусловленные размерами исполнительного органа, на котором и размещается преобразователь давления.
Кроме того, известно, что эффективность гидромеханического разрушения во многом зависит от давления и расхода высокоскоростной струи воды [4]. Эти параметры, в свою очередь, определяются гидравлической
мощностью встроенного преобразователя давления, которая также напрямую связана с его габаритными размерами. В табл. 1 представлены разработанные фирмой «НИТЕП» совместно с ИГД им. A.A. Скочипского в рамках Государственной межотраслевой научно-технической программы «Недра России» типоразмерный и параметрический ряды источников воды высокого давления.
Таблица 1. Параметрический и типоразмерный ряды источников высокого
давления
Насосный блок П реобразова.тел ь да.вл ен ия
Типо- размер Мощность привода, кВт Подача, л/мин Исполнение
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Давление номинальное, МПа
20 65 95 120 150 180 260 300 350 400
Производительность, л/мин
1 17 43 40 11 7,5 6
2 35 85 75 22 15 12 9,5 7,5 5 — — —
3 50 120 110 31 22 17 13 11 7,5 6,59 5 —
4 70 170 150 44 30 24 19 15 10 9 7 6
5 110 265 230 70 45 35 30 22 15 12 11,5 10
6 140 340 300 88 60 48 38 30 20 18 15 13
7 220 528 — — 90 70 60 44 30 24 23 20
Параметрический ряд образован из десяти исполнений преобразователя давления (по признаку кратности преобразуемого низкого давления масла в высокое давление воды), а типоразмерпый — из семи типов приводных насосных станций (в зависимости от мощности привода).
Существует два решения по компоновке гидромеханического исполнительного органа:
1) для серийных комбайнов, имеющих штатный исполнительный орган с определенной внешней геометрией и заданной схемой набора инструмента, можно, исходя из максимальной производительности для различных по крепости пород, решить оптимизационную задачу по встраиванию в нее конкретного преобразователя давления из параметрического ряда с расчетом его основных геометрических, конструктивных и гидравлических параметров и с учетом мощности привода насосного блока;
2) для серийных комбайнов можно спроектировать новый исполнительный орган для каждого из 58 представленных (см. таблицу) преобразователей давления с расчетом их геометрических и конструктивных параметров, исходя из обеспечения максимальной производительности для пород различной крепости.
В обоих случаях должны быть заданы параметры приводного двигателя и механизма подачи серийных машин. Расчет исполнительных органов целесообразно проводить для всех известных схем гидромеханического разрушения горных пород [4J.
Ход расчета источника воды высокого давления, как и выбор оборудования, зависит от размещения гидромеханического исполнительного органа: этап 3 — расчет исполнительного органа, его режимных и геометрических параметров;
этап 4 — расчет силовых показателей работы гидромеханического исполнительного органа;
этап 5 — расчет энергетических показателей работы гидромеханического исполнительного органа.
Таким образом, существующие методики расчета комбинированных исполнительных органов позволяют производить расчет схемы размещения гидромеханического инструмента (шарошки, резцов, буровой коронки) па исполнительном органе (резцовой коронке, дисковой шарошке, шпеке или струговом исполнительном органе), его режимных и геометрических параметров с учетом особенностей компоновки источника гидравлической мощности (вынесенный и встроенный), расчет силовых и энергетических показателей работы, а также расчет производительности комбайна при гидромеханическом разрушении массива различной прочности для заданных параметров приводного двигателя и механизма подачи.
Список литературы
1. Summers D.A. Water Jet Technology. Oxford: Alden Press, 1993. 630 p.
2. Проходческий комплекс для проведения выработок по крепким породам /
A.Б. Жабин [и др.] // Подземное и шахтное строительство. 1991. №12. С. 8-11.
3. Пушкарее A.R., Головин К.А., Наумов Ю.Н. Выбор метода обоснования характеристик источников воды высокого давления /7 Проблемы разработки месторождений полезных ископаемых Центрального региона Российской Федерации: тез. докл. 1-й Регион, конф. / ТулГУ. Тула, 1998. С. 79.
4. Гидроструйные технологии в промышленности. Гидромеханическое разрушение горных пород / В.А. Бреннер [и др.]. М.: Изд-во АГН, 2000. 343 с.
5. Проектирование и конструирование исполнительных органов для проходческих комбайнов со встроенными преобразователями давления: учеб. пособие /
B.А. Бреннер [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2002. 131 с.
Поступило 23.12.2008
Король Валерия Валерьевна ([email protected]), аспирант, кафедра геотехнологий и строительства подземных сооружений, Тульский государственный университет.
Пушкарев Александр Евгеньевич ([email protected]), д.тлт., профессор, кафедра геотехпологий и строительства подземных сооружений, Тульский государственный университет.
Analysis existing methods of calculating and designing mining machine hydro-mechanical effector
V.V. Korol, A.E. Pushkarev
Abstract. Analysis of doing scientific researches and creating calculating and designing methods of tunneling machines, coal cutters and rock-drilling machines hydro-mechanical effectors is shown. General and similar factors, which influence upon specificity and algorithm calculating, were singled out.
Keywords: calculating method, designing method, tunneling machine, coal cutter, rock-drilling machine, hydro-mechanical effectors.
Korol Valeria ([email protected]), postgraduate student, department of geotechnology and underground structure construction, Tula State University.
Pushkarev Aleksandr ([email protected]), doctor of technical sciences, professor, department of geotechnology and underground structure construction, Tula State University.
