CC BY
7
Оригинальная статья
УДК 621.55.33 © Д.К. Асмагамбет, ГД. Буялич, Г.С. Жетесова, К.М. Бейсембаев, Ж.Т. Акижанова, 2023
Исследование поворотной системы для выемки камер
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2023-6-55-60 -
При разработке горных машин особое значение имеет их технологичность, определяющая изготовление, сборку, ремонт, надежность работы и модернизацию. Так, известны механизированные комплексы, которые эксплуатируются свыше 30 лет. Их улучшение производится встраиванием в конструкцию систем автоматизации и компьютерных программ. Расширение области применения достигается и за счет новых схем добычи. В КузГТУ и КарТУ разработаны камерные технологии с безмонтажным переходом забоя с участка на участок. Для транспорта угля в камере применяется скребковый поворотный конвейер. Система управления разрабатывается на основе баз данных многомерных классификаций с моделированием взаимодействия деталей, расчетом надежности, сборки и стоимости работ. Имеет модули прогнозирования состояния забоя на основе пакетов Ansys и Adams и устройства записи экс-пери мен таль ных да нных.
Ключевые слова: технологичность, камера, сложные условия, маневрирование инфологическая схема, база данных.
Для цитирования: Исследование поворотной системы для выемки камер / Д.К. Асмагамбет, Г.Д. Буялич, Г.С. Жетесова и др. // Уголь. 2023. № 6. С. 55-60. DOI: 10.18796/0041 -5790-2023-6-55-60.
ВВЕДЕНИЕ
При небольшой базе машиностроительных предприятий в карагандинском регионе неучет механизмов формирования эффективности машин приводит к искажению структуры использования цехов, например в сторону увеличения площадей под ремонт.
Увеличить их жизненный цикл, в частности для механизированных крепей, достижимо при использовании поворотного конвейера (ПК). Технологичность конструкции означает и возможности простого ремонта, так, желоб конвейера, в котором движется тяговая скребковая цепь с грузом, не должен продавливаться при падении блоков минерала, так же, как и опорные листы секций крепи, при поджатии к неровностям кровли. Такие вмятины имели место в прошлом для верхняков секций крепи ОКП и рештаков конвейеров, выполненных коробчатыми по схеме:
АСМАГАМБЕТ Д.К.
Докторант кафедры «Технологическое оборудование, машиностроение и стандартизация» НАО «Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова», 100012, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: kenzhebaeva_d@mail.ru
БУЯЛИЧ Г.Д.
доктор техн. наук,
профессор Кузбасского Государственного технического университета, 650000, г. Кемерово, Россия, e-mail: gdb@kuzstu.ru
ЖЕТЕСОВА Г.С.
Доктор техн. наук,
профессор НАО «Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова», 100012, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: zhetesova@mail.ru
БЕЙСЕМБАЕВ К.М.
Доктор техн. наук,
профессор кафедры «Технологическое оборудование, машиностроение и стандартизация» НАО «Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова», 100012, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: Kakim08@mail.ru
АКИЖАНОВА Ж.Т.
Докторант кафедры
«Разработка Месторождений полезных ископаемых» НАО «Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова», 100012, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: zhanar_1988@inbox.ru
лист - ребра жесткости. В начале они изготовлялись из листов стали толщиной 10 мм (рештаки - 6 мм).
Объем работ на ремонт был сопоставим с изготовлением новых узлов, что повышало их конечную стоимость почти до стоимости нового изделия, требовало увеличения площадей для ремонта. С заменой листов с 0,01м на 0,02 м и с 0,006 до 0,01-0,02 м эти проблемы были решены, и несмотря на утяжеление, суммарные расходы оказались ниже.
Недостатков в проектировании можно было бы избежать, имея базы данных (БД) для расчета стоимости работ, учета сборки и т.п. Их создание упрощается при выборе инфологической модели базы как многомерных классификаций (МК). Рассмотрим их особенности для крепи и поворотного конвейера (ПК) при обходе нарушенных участков [1, 2]. В настоящее время продление жизненного цикла крепей достижимо при их использовании как роботизированных, маневрирующих систем. Это возможно при разработке надежных шарнирных систем разворота става конвейера начиная с любого рештака. И тогда вместо лавы с оборудованием на 180 м будет применен стеловидный комбайн на погрузчике перед секциями крепи (до 10 шт.) и ПК длиной 30-40 м.
Методика исследований учитывает влияние конструктивного исполнения техники на длительность жизненного цикла продукции и формирование БД управления с улучшенными инфологическими моделями (МК), приспособленными для описания: кинематических и конструктивных особенностей машин, взаимосвязи ее деталей, динамики взаимодействия с горной средой на основе линеаризации уравнений динамики и конечно-элементного моделирования. В БД заложены модели забоя и схемы обрушения пород [3, 4, 5, 6], методы расчета [7, 8], камерной выемки, выполненные в Mechanical APDL (Ansys) [2, 9], а после поперечного разлома кровли в Adams (рис. 1, а) и схемы транспортирования [10, 11].
Отработана и методика тестирования результатов при пересечении расчетных областей пакетов Ansys и Adams. Это достигается внесением в Ansys условий для явного отслоения основной от вышележащей кровли, когда только она нагружает секцию и давление на крепь одинаково. В Adams [12] для связи козырька с кровлей использованы поступательные шарниры translational joint, которые обеспечивают продольное смещение с трением. Для сходимости уравнений Лагранжа - Эйлера в зоне рабочих
Рис. 1. Модели и схема поворота: а - Adams - передвижка с подпором: 1,2 - козырек и перекрытие, 3 - гидростойка, 4,5 верхний и нижний рычаги, 6 - домкраты передвижения и основание; б - многомерная классификация; в - 7,8 - комбайн и погрузчик,
9 - секции, 10 - подвижное соединение поворотного конвейера и погрузчика
Fig 1. Models and layout of turning: a - Adams - movement with support: 1,2 - canopy and overlap, 3 - hydrostand, 4,5 upper and lower arms, 6 - movement jacks and the base; b - multidimensional classification; c - 7,8 - continuous miner and a loader, 9 - sections,
10 - flexible connection of the turning conveyor and the loader
смещений секции построение модели осуществляется на основе контрольных точек в меню Point Table. Так удается проследить просадку секции до состояния «жестко» (см. рис. 1, а). В отличие от Ansys учитывается кинематика лемнискатного механизма.
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА И ИССЛЕДОВАНИЙ
На (рис. 1, а) представлено подтягивание секции к погрузчику с частичным подпором, для чего гидростойка нагружена в режиме Two Bodies (между двумя телами) с поэтапным повышением втягивающей нагрузки штоков домкратов передвижения (до 400 кН). Это происходит при смещающейся кровле, вес которой превосходит распор секции. Системы передвижки крепи и поворотно-
поступательных шарниров рештаков конвейера конструктивно близки, когда вместо поступательной пары применяются гидродомкраты.
На рис. 1, в представлен процесс поворота забоя, когда левый конец погрузчика передвинут на шаг передвижки и между секциями и ставом образуется угол а. При подтягивании секция поворачивается и пристыковывается к ставу в перпендикулярном положении за счет двух домкратов. Если радиус поворота забоя Я, то количество шагов передвижки длиной 1р для поворота на 180о будет ~пЯ/1р. Шаг движек выбран 0,7 м, и при длине Я = 8 м имеем около 40 движек за 80 мин.
Для создания БД применяется инфологическая модель (рис. 2) типа МК.
Приводна
звездочка|
Дополнительное подсоединение Реакция опоры Гидроцилиндр натяжения
Ролик -
Поворотный шарнир Поворотно-поступательный шарнир Цепной тяговый орган Поворотный конвейер
Поворотный шарнир Код
Пов шарнир Нач раз Пов ш Кон раз Пов ш Код Пов ш
Скребок
Код
Скребок Нач раз скреб Кон раз скреб Код Скреб
I
Приводной рештак Код
Приводной рештак Нач раз Прив реш Кон раз Прив реш Код Прив реш
X
I
Цепь
Код
Цепь тяг Нач раз Цеп Кон раз Цеп Код Цеп
код
КПС1 (Сущность) начало разработ конец разработ Код сущности
Пов поступат шарнир Код
Пов пост шарнир 1 Нач раз Пов пост ш Кон раз Пов пост ш Код Пов пост шар 1
Поворотный рештак
Код
Повор рештак Нач раз Повор реш Кон раз Повор реш Код Повор реш
Рис. 2. Многомерная классификация и схема данных БД: а - обозначения, б - МК поворотного конвейера, в - схема данных
Fig. 2. Multidimensional classification and data layout in the database: а - designations, б - multidimensional classification of the turning conveyor, в - data layout
1 уровень
2 уровень
Натяжной рештак
Код
Натяжной рештак Нач раз Нат реш Кон раз Нат реш Сборочный чертеж Надежность Стоимость Прочность конструк Динамика движения Движения рештаков Сборка нат решт Сборка реш Код Нат реш
Пов шарнир 2
Код
Пов шарнир 2 Нач раз Пов ш Кон раз Пов ш Код Пов ш 2
Пов пост шарн
3 уровень
Код
Пов пост шарнир 1 Нач раз Пов пост ш Кон раз Пов пост ш Код Пов пост шар 1
а
в
■
подземные работы
МК подразумевает разложение объекта по горизонтали (измерения) и вертикали (уровни). Измерения есть проекции основного объекта, а уровни характеризуют вложенность структуры [13]. Каждый объект классификации - таблица. Функциональные связи узлов отмечены символами схемотехники (см.рис. 2, а) (снизу), а МК на рис. 2, б (сверху).
Таблицы содержат гиперссылки на программы Ansys и Adams на основе языков Fortran и C, а также на запросы, создаваемые средствами базы, и обеспечивают связь параметров уже по сетевому принципу. Для сборки могут использоваться приложения, как в Kompas 3d [13]. Решения Adams определяют реакции в шарнирах крепи,
Рис. 3. Исследование шарниров для поворота рештаков: а - 1 - палец в проушине и пазе серьги, 2 - палец в проушинах рештака и серьги, 4 - скребок, 5 - защитная пластина, 6 - Т-образный торец; б) осцилограмма давления в гидродомкратах натяжения в линейном положении става и при повороте на 90о, в, г - имитация протягивания конвейера в Adams
Fig. 3. Research into the hinge joints for pan turning: а - 1 - pin in the eye and groove of the eye ring, 2 - pin in the eyes of the pan and the eye ring, 4 - scraper, 5 - safety plate, 6 - T-end; б - oscillogram of the pressure in hydraulic tension jacks in the linear position of the flight and at 90° turning, в, г - simulation of conveyor pulling in Adams
3,0E+05
с о
ф с
ф и
о
-„ JOINT_82.Element_Force.X
— -. JOINT_82.Element_Force.Y
.....г JOINT_3.Element_Force.Y
---.JOINT_3.Element_Force.X
-3,0E+05
0,0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
500,0
0,0
шиц..
ё -500,0
-1000,0
-_ JOINT_66.Element_Force.Y
---. JOINT_66.Element_Force.X
JOINT_67.Element_Force.X ---. JOINT_67.Element_Force.Y
0,0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
Рис. 4. Опорные реакции по номерам шарниров для положения на рис. 3, в (а) и после передвижки става конвейера на 2-3 м (б) Fig. 4. Reference reactions by the numbers of the hinge joints for the position shown in Fig. 3, в (а) and after moving the conveyor flight by 2-3 m (б)
а
б
в
г
а
б
зависящие от усилия гидростойки и вида сдвижения кровли. В ПК же - опорные реакции в шарнирах рештаков, по осям Х и У, их номера и положение става приведены на рис. 3, в и г.
Они зависят от тягового усилия и угла поворота рештаков. Максимальные значения приходятся на головной рештак, а на поворотно-поступательных шарнирах зависят от сил трения в них (рис. 4).
На борта при повороте действуют и реакции скребков, прижатых к ним цепью, поэтому моделирование обеспечит полный расчет рештаков. Реакции с перемещением става конвейера на 2-3 м (см. рис. 3, г) качественно не меняются, а их максимальные значения фиксируются в БД.
На рис. 2, б МК начинается с таблицы «Поворотный конвейер». Далее - привод с мотор-редуктором (таблица Приводной рештак) и цепь со скребками. Жесткие связи между элементами отмечены прямыми отрезками. Скребки на торцах имеют ролики качения, упираемые в борт. Таблица «Поворотный конвейер» имеет 1 измерение - «Приводной рештак», а на 3 уровне - уже 2 измерения: цепь со скребками и поворотный рештак. Цепь замыкает все рештаки натяжением. Связь с поворотным рештаком - двухсторонняя, на основе поворотного и поворотно-поступательного шарнира.
Схема данных (см.рис.2, в) представляет уровни, идущие вниз, а МК для экономии места расположили по горизонтали. МК для ПК собрана так, что представляет аналогию конструкции конвейера, хотя для крепи она - классическая классификация.
На рис. 4, б приведены осциллограммы давления в гидродомкратах натяжения. Учтем, что зоны соединения при повороте на 15° соседних рештаков с двух сторон имеют зазоры в 0,008 и 0,2 м. Через малый зазор прокатываются ролики, вызывая ударные пульсации. Причем их шаг определяется расстановкой скребков и степенью одновременности прохождения этих зон на повернутых рештаках. Они происходят почти одновременно, вызывая дифференциацию на пакеты через шаг tp.
Из анализа следует, что пакеты пульсаций формируются при устойчивой работе привода и прохождении скребков зоны зацеплений на зубьях звездочки и зазоров в 0,008 м пяти повернутых рештаков. При прямолинейном положении 4 рештаков пакеты отсутствуют.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проектирование конструкций, обеспечивающее технологичность и возможности совершенствования, повышает эффективность использования, обеспечивает расширение области применения машины, а также улучшает структуру оборудования цехов по изготовлению и ремонту техники.
Определена компоновка камерного забоя, создана методика расчета параметров крепи и ПК и уточнены их значения, обеспечивающие технологичность конструкции. Этому способствует сетевая БД для расчетов надежности, стоимости, сборки и прогнозирования. Для снижения неравномерности нагрузки рекомендованы 12-лучевые
звездочки при уменьшенном в 1,5 раза шаге расстановки скребков, что снизит и реакции их отпора на борт рештака. Утолщение рештаков выполнено с 0,006 до 0,012 мм, что позволило повысить высоту желоба, отказаться от Т-образных направляющих, поднять грузоемкость конвейера в 1,3 раза и устранить вдавливание листов. Основные элементы прошли практическую проверку.
Список литературы
1. Разработка базовой технологии выемки ископаемого с поворотом / Г.С. Жетесова, К.М. Бейсембаев, Н.С. Малыбаев, и др. // Известия томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. № 8. С. 37-49.
2. Исабек Т.К., Камаров Р.К., Мухамеджанов С.Д. К проблеме отработки локальных участков угольных пластов в карагандинском угольном бассейне // Вестник национальной академии горных наук, научно-практический специализированный журнал. 2018. № 2. С. 14-20.
3. Механизация горных работ на рудниках верхнекамского месторождения солей / Д.А. Носов, Т.Т. Фатыхов, А.А. Елькин, А.А. и др. // Горный журнал. 2021. № 4. С.11-16.
4. Gaofeng Song, Yoginder Chugh, Jiachen Wang. A numerical modelling study of longwall face stability in mining thick coal seams in China // Int. J. of Mining and Mineral Engineering. 2017. Vol. 8. No 1. P. 35-55.
5. Разработка модели лавы для системы управления механизированной крепью с обратной связью / К.М. Бейсембаев, Н.С. Малыбаев, С. К. Тутанов, и др. // Горный журнал. 2019. № 8. С.38-43.
6. Моделирование численными методами процессов обрушения пород кровли / Ю.М. Говорухин, С.В. Риб, А.М. Никитина и др. // Горный журнал. 2019. № 4. C. 23-26.
7. tukasz BOtOZ1 A. Dynamic model of a longwall shearer with a chain haulage system // Acta Montanistica Slovaca. 2022. Vol. 27. Nо 3. P. 589-606.
8. Shuang Wang, Deyong Li, Kun Hu. Analysis and Experimental Study on Pressure Characteristics of Supporting Roller Group of Pipe Belt Conveyor // Hindawi Shock and Vibration Volume. 2019. Article ID 7061847. P. 1-7.
9. Лысенко М.В., Аушев Е.В., Дудин А.А. Способы повышения полноты извлечения запасов угля // Уголь. 2022. № 11. С. 48-54. DOI: 10.18796/0041-5790-2022-11-48-54.
10. Modelling and simulation of an adsorption process using activated carbon from coconut shells / Edward Samuel Efretuei, Idowu lyabo Olateju, John Olusoji Owolabi et al. // A ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. May 2022. Vol. 17. No 9. P. 932-946.
11. State-of-the-art ultrasonic sensor designed to improve longwall production rates and operation safety / Stawomir Bartoszek, Sebastian Jendrysik, Joanna Rogala-rojek et al. // Acta Montanistica Slovaca. 2021. Vol. 26. No 1. P. 149-160.
12. Kinematics and singularity analysis of 3-PRS parallel kinematic mechanism / Liaquat Ali Khan, Muhammad Faizan Shah, Muhammad Ramiz et al. // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2022. Vol 17. No. 8. P. 849 -857.
13. Бейсембаев К.М. Демонстрационная разработка элементов баз автоуправления // Современные наукоемкие технологии. 2015. № 9. С. 9-13.
UNDERGROUND MINING
Original Paper
UDC 621.55.33 © D.K. Asmagambet, G.D. Buyalich, G.S. Zhetesova, K.M. Beisembayev,Zh.T. Akizhanova, 2023 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2023, № 6, pp. 55-60 DOI: http://dx.doi.org/! 0.18796/0041 -5790-2023-6-55-60
Title
INVESTIGATION OF THE ROTARY SYSTEM FOR REMOVING CHAMBERS
Authors
Asmagambet D.K.1, Buyalich G.D.2, Zhetesova G.S.1, Beisembayev K.M.', Akizhanova Zh.T.1
1 NJSC Karaganda Technical University named after A. Saginov, Karaganda, 100017, Kazakhstan
2 Kuzbass State Technical University, Kemerovo, 650000, Russian Federation
Authors Information
Asmagambet D.K., Doctoral student of the Department of Technological Equipment, Mechanical Engineering and Standardization, e-mail: kenzhebaeva_d@mail.ru Buyalich G.D., Doctor of Engineering Sciences, Professor, e-mail: gdb@kuzstu.ru
Zhetesova G.S., Doctor of Engineering Sciences, Professor, e-mail: zhetesova@mail.ru
Beisembayev K.M., Doctor of Engineering Sciences, Professor of the Department of Technological Equipment, Mechanical Engineering and Standardization, e-mail: Kakim08@mail.ru
Akizhanova Zh.T., Doctoral student of the Department of Mineral Deposit Development, e-mail: zhanar_1988@inbox.ru
Abstract When developing mining machines, their manufacturability, which determines the manufacture, assembly, repair, reliability of operation and modernization, is of particular importance. Thus, mechanized complexes are known that have been in operation for over 30 years. Their improvement is made by embedding in the design of automation systems and computer programs. The expansion of the scope is also achieved through new production schemes. In KuzGTU and KarTU, chamber technologies have been developed with a non-assembly transition of the face from site to site. A scraper turning conveyor is used to transport coal in the chamber. The control system is developed on the basis of databases of multidimensional classifications with modeling of the interaction of parts, calculation of reliability, assembly and cost of work. It has downhole state prediction modules based on Ansys and Adams packages and experimental data recording devices.
Keywords
Manufacturability, Camera, Difficult conditions, Maneuvering, Infological scheme, Database.
3. Nosov D.A., Fatykhov T.T., Yel'kin A.A. et al. Mechanization of mining operations at the mines of the Verkhnekamskoye salt deposit. Gornyj zhurnal, 2021, (4), pp. 11-16. (In Russ.).
4. Gaofeng Song, Yoginder Chugh & Jiachen Wang. A numerical modelling study of longwall face stability in mining thick coal seams in China. Int. J. of Mining and Mineral Engineering, 2017, Vol. 8, (1), pp. 35-55.
5. Beysembayev K.M., Malybayev N.S., Tutanov S.K. et al. Development of the longwall model for the closed-loop control system of the powered roof support. Gornyj zhurnal, 2019, (8), pp. 38-43. (In Russ.)
6. Govorukhin Yu.M., Rib S.V., Nikitina A.M. et al. Numerical modelling of roof collapse processes. Gornyj zhurnal, 2019, (4), pp. 23-26. (In Russ.)
7. tukasz BOLOZ1A. Dynamic model of a longwall shearer with a chain haulage system. Acta Montanistica Slovaca, 2022, Vol. 27, (3), pp. 589-606.
8. Shuang Wang, Deyong Li & Kun Hu. Analysis and Experimental Study on Pressure Characteristics of Supporting Roller Group of Pipe Belt Conveyor. Hindawi Shock and Vibration Volume, 2019, Article ID 7061847, pp. 1-7.
9. Lysenko M.V., Aushev E.V. & Dudin A.A. Ways to increase the recovery ratio of coal reserves. Ugol', 2022, (11), pp. 48-54. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041 -5790-2022-11-48-54.
10. Edward Samuel Efretuei, Idowu Iyabo Olateju, John Olusoji Owolabi & Abdulwahab Giwa. Modelling and simulation of an adsorption process using activated carbon from coconut shells. A ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, May 2022, Vol. 17, (9), pp. 932-946.
11. Stawomir Bartoszek, Sebastian Jendrysik, Joanna Rogalarojek, Mariusz Woszczynski, Krzysztof Krauze & Jarostaw Joostberens. State-of-the-art ultrasonic sensor designed to improve longwall production rates and operation safety. Acta Montanistica Slovaca, 2021, Vol. 26, (1), pp. 149-160.
12. Liaquat Ali Khan, Muhammad Faizan Shah, Muhammad Ramiz & Kam-ran Nazir. Kinematics and singularity analysis of 3-PRS parallel kinematic mechanism. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2022, Vol. 17, (8), pp. 849-857.
13. Beysembayev K.M. Demo development of autocontrol base elements. Sovremennyenaukoyomkie tehnologii, 2015, (9), pp. 9-13. (In Russ.).
References
1. Zhetesova G.S., Beysembaev K.M., Malybaev N.S. et al. Development of the basic technology for mining of minerals with turning. Izvestiya Tomskogo politehnicheskogo universiteta. Inziniring georesursov, 2018, (8), pp. 37-49. (In Russ.).
2. Isabek T.K., Kamarov R.K. & Mukhamedjanov S.D. Regarding the challenge of mining local areas of coal seams in the Karaganda coal basin. Vestnik Nacional'noj akademii gornyh nauk, 2018, (2), pp. 14-20. (In Russ.).
For citation
Asmagambet D.K., Buyalich G.D. Zhetesova G.S., Beisembayev K.M. & Akizhanova Zh.T. Investigation of the rotary system for removing chambers. Ugol', 2023, (6), pp. 55-60. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2023-6-55-60.
Paper info
Received March 9,2023 Reviewed May 10,2023 Accepted May 26,2023
