CC BY
27
СЕМИНАР 20
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2001” М0СКВА,яМГГУ,я29яянваряя-я2яфевраляя2001я-.
© В.Г. Нечепаев, А. К. Семенченко, 2001
УАК 622.232.72
В.Г. Нечепаев, А.К. Семенченко
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕАОВАНИЯ РАБОЧИХ ПРОиЕССОВ МЕХАНО-ГИЛРОАИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВЫГРУЗКИ УГЛЯ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ
Актуальность проблемы существенного повышения производительности очистных комбайнов для выемки тонких пологих пластов обусловила необходимость совершенствования их структуры путем создания механо-гидродинамической системы выгрузки угля [1]. Такая система осуществляют одновременно механическое воздействие на транспортируемый уголь посредством рабочих элементов шнеков и гидродинамическое воздействие на него посредством напорных струй воды, генерируемых специальными струеформирущими механизмами.
В соответствие с разработанной теорией рабочих процессов механо-гидродинамической системы выгрузки угля, ее функционирование адекватно описывается совокупностью четырех основных математических моделей (ММ):
- ММ формирования давления сопротивления в окне выгрузки [2];
- ММ формирования давления в перемещаемом потоке угля [3];
- ММ гидродинамического воздействия потока жидкости на поток
выгружаемого угля [4];
- ММ управляемого технологического воздействия на процесс выгрузки [5].
Для определения дифференциальных и интегральных показателей эффективности предлагаемой системы выгрузки, установления ее рациональных параметров и степени адекватности разработанных математических моделей, создан полноразмерный натурный стенд и проведены комплексные экспериментальные исследования ее рабочего процесса.
Стенд (рис. 1) состоит из 4-х основных частей
- базового модуля, модуля системы перемещения, модуля формирования гидродинамического воздействия, измерительного модуля. Его габаритные размеры (длина, ширина, высота) -5000x5000x1200 мм.
Основой базового модуля является несущая рамная струкция 1, неподвижно закрепленная на фундаментной плите. В вертикально располо-ложенных швеллерных балках несущей конструкции
рованы подшипниковые узлы для установки в них мерной модели шнека 2. Конст-струкция стенда позволяет танавливать шнеки диаметром
0,5-0,71 м без ограничений их возможных конструктивных параметров.
Крутящий момент передается на шнек системой привода, включающей в свой состав электродвигатель М1 4 (N = 30 кВт, п = 1500 об/мин) и цилинд-ро-конический редуктор 3 (/ = 19). Шнек соединяется с системой привода при помощи резиновтулочной муфты.
Одна из боковых сторон (передняя) несущей рамной конструкции зашита стальным листом 8 = 4 мм. Вырез в листе соответствующей конфигурации совместно с полноразмерной моделью корпуса поворотного редуктора привода исполнительного органа (качалкой) образует окно выгрузки. Габаритные размеры базового модуля (длина, ширина, высота) - 3200x2500x1200 мм.
Внутри рамной конструкции 1 располагается подвижный бункер 5, который заполняется насыпным углем заданного и поддерживаемого при проведении экспериментальных исследований гранулометрического состава. Подвижный бункер представляет собой коробчатую конструкцию, зашитую стальным листом 8 = 4 мм с 3-х боковых сторон.
Величина рабочего хода бункера определена из условий как достаточности продолжительности записи параметров рабочих процессов системы выгрузки по числу опытов, так и продолжительности записи мгновенных значений измеряемых величин и составляет 1 м. Перемещение бункера осуществляется при помощи модуля системы перемещения, основой которой является проходческая лебедка типа ЛВД 11. Лебедка неподвижно закреплена при помощи фундаментных болтов.
Основные характеристики лебедки:
- тяговое усилие, кН 16,7;
- скорость движения каната, м/мин 15.
В состав лебедки входит электродвигатель М3 12 (И = 5,5 кВт, п = 1500 об/мин). Учитывая ограниченность рабочего хода подвижного бункера, для полного его использования применен концевой выключатель, обеспечивающий выключение системы перемещения при исчерпании рабочего хода.
Рис. 1. Полноразмерный стенд: а) схема размещения первичных преобразователей измерительной системы; б) схема расположения датчиков давления в окне выгрузки
Модуль формирования гидродинамического воздействия включает насосную установку 9 с электродвигателем М2 10 (И = 17 кВт, п = 1500 об/мин); струеформирующие механизмы 7и 8 для генерирования высоконапорных струй, оказывающих гидродинамического воздействия на выгружаемый уголь; трубопроводы (высоконапорные шланги); элементы управления (краны, распределители и т.д.).
Основные характеристики насосной установки:
- диаметр плунжера насоса, мм 70;
- наибольшая подача воды, л/мин 120;
- наибольшее давление на выходе не менее,
МПа 4,5;
- емкость бака, л 100.
Принятая гидравлическая схема (со сбросом части потока) обеспечивает возможность плавного регулирования подачи в диапазоне 8... 120 л/мин.
Измерительный модуль (комплекс) содержит систему первичных преобразователей - тензо-метрические датчики, датчик линейной скорости и пройденного пути, отметчик оборотов шнека, многоканальный регистрирующий ваттметр; систему усиления сигналов от первичных преобразователей - тензометрические усилители типа 8АНЧ-7М; систему преобразования сигналов - автоматический цифровой преобразователь сигналов типа Ь-159; систему фиксации и обработки сигналов - светолучевой осциллограф типа Н-117 и ЭВМ РепНит-2; линии передачи сигналов.
Принятые и реализованные конструкция стенда и приборный комплекс предназначены для измерения следующих величин, как дифференци-
Рис. 2. Гидравлическая схема полноразмерного стенда: 1 -плунжерный буровой насос типа НБЗ-120/45; 2- аккумулятор пневмогидравлический для сглаживания пульсаций потока 3-х плунжерного насоса; 3 - трубопровод; 4 - регулируемые дроссели; 5 - показывающие манометры; 6 - тензометрические манометры; 7 - струеформирующие механизмы; 8 - регулируемый предохранительный клапан; 9 - бак.
ально, так и интегрально характеризующих функционирование механо-гидродинамических шнековых систем выгрузки.
1. Мгновенных значений давления рг- (/ =
1,2...4) в заданных зонах окна выгрузки. Измерение осуществляется при помощи специальных тензометрических датчиков конструкции ДонГТУ.
2. Мгновенных значений давления ргд\ и рг$2 в струеформирующих механизмах. Измерение осуществляется при помощи специальных тензометрических манометров конструкции ДонГТУ.
3. Мгновенных значений скорости перемещения подвижного бункера V и пройденного им пути Б Измерения осуществляются специальным датчиком линейной скорости конструкции ДонГТУ.
4. Объема выгруженного угля V Измерение осуществляется при помощи специальной тарированной емкости.
5. Мгновенных значений мощности приводов шнека W1, тяговой лебедки ^ и высоконапорной
установки W3. Измерения осуществляются при помощи многоканального регистрирующего ваттметра.
6. Частоты вращения шнека п при помощи отметчика оборотов шнека.
Принятый комплект измерительной и регистрирующей аппаратуры и схема измерений обеспечивают безыскаженную передачу, преобразование и регистрацию сигналов в диапазоне 0...200 Гц, а стенд в целом обеспечивает решение совокупности задач экспериментальных исследований.
При проведении экспериментальных исследований имитировалась схема работы очистного комбайна типа К-103 (К-103М) со шнеком диаметром 0,56 м в пласте мощностью 0,6 м.
Проведенные экспериментальные исследования позволили установить зависимость производительности, мощности и удельных энергозатрат рабочего процесса механо-гидродинамической системы выгрузки угля очистных комбайнов от давления воды, схемы расположения насадков в струеформирующих механизмах, расположения самих струеформирующих механизмов, диаметра насадков и др.
Анализ полученных экспериментальных данных позволил установить следующее.
1. Для всех исследованных схем расположения насадков и струеформирующих механизмов во всем исследованном диапазоне изменения давления воды 0...5 МПа производительность по выгрузке угля механо-гидродинамической системы выгрузки существенно (от 1,14 до 2 раз) превышает производительность системы выгрузки традиционной структуры (механической).
2. Наибольшая производительность выгрузки имеет место при комбинированном расположении
(сверху и снизу) струеформирующих механизмов механо-гидродинамической системы. В этом случае производительность выгрузки в исследованных условиях превышает производительность механической системы выгрузки примерно в 2 раза.
3. Мощность процесса выгрузки механо-гидродинамической системы выше (без учета мощности насосной установки) мощности процесса выгрузки механической системы примерно в 1,1 раза, что объясняется значительным повышением давления в выгружаемом потоке угля.
4. Графики изменения удельных энергозатрат механо-гидродинамической системы выгрузки угля как функция давления воды при всех исследованных схемах расположения насадков и струеформирующих механизмов имеют вид кривых с достаточно явно выраженной зоной экстремума в области рациональных значений давления.
5. Минимальное значение удельных энергозатрат механо-гидродинамической системы выгрузки угля при всех исследованных схемах расположения насадков и струеформирующих механизмов существенно ниже (в 1,2-1,8 раза) значения удельных энергозатрат механической системы выгрузки. Наименьшего значения минимальная величина удельных энергозатрат выгрузки имеет место при комбинированном использовании струеформирующих механизмов.
6. Применение механо-гидродинамической системы выгрузки очистных комбайнов обеспечивает более высокое давление в выгружаемом потоке угля по сравнению с механическими системами. Это обусловливает повышенную способность выгружаемого потока угля преодолевать сопротивление окна выгрузки, а следовательно, повышенную эффективность механо-гидродина-мической системы как транспортирующего устройства. Максимальная величина давления в выгружаемом механо-гидродинамической системой выгрузки потоке угля примерно в 3 раза больше максимальной величины давления, обеспечиваемого механической системой. В целом полученные экспериментальные данные по изменению давления в окне выгрузки подтверждают достоверность разработанных теоретических положений в части формирования давления в выгружаемом потоке угля.
Выполненные экспериментальные исследования подтвердили высокую эффективность меха-но-гидродинамической системы выгрузки угля, обеспечивающей возможность существенного повышения производительности очистных комбайнов. Наиболее актуально ее использование применительно к очистным комбайнам, работающим в условиях тонких пологих пластов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нечепаев В.Г. Разработка исполнительного органа повышенной погрузочной способности для очистных комбайнов, работающих в условиях тонких пластов//Изв. вузов. Горный журнал. 1996. - № 1. - С. 110-114.
2. Нечепаев В.Г. Моделирование подпора потоку угля, выгружаемого шнековым исполнительным органом очистного комбай-на//Науковий вПсник НГА
УкраПни.- Днепропетровск:
НГАУ, 1999. №3.- С.60-64.
3. Нечепаев В.Г. Математиче-
ская модель выгрузки угля шнековым механо-гидродинамичес-ким исполнительным органом очистных комбайнов//Известия вузов. Горный журнал.
2000.-№1.- С. 68-72.
4. Нечепаев В.Г. Теоретические предпосылки моделирования и разработки транспорти-
рующих устройств с гидромеханическим воздействием // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Сб. научн. статей. - Донецк: ДонГТУ, 1996. Вып.4. - С.104-113.
5. Нечепаев В.Г. Совершенствование шнековых исполнительных органов угольных комбай-нов//Тяжелое машиностроение. -2000. - №2. - С. 35-37.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Со
Нечепаев В.Г. - кандидат технических наук, Донецкий государственный технический университет, Украина.
Семенченко А.К. - доктор технических наук, Донецкий государственный технический университет, Украина.
