К определению исходных данных для расчета силовых систем проходческого комбайна Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© А.К. Семенченко, О.Е. Шабаев, Л.А. Семенченко, Н.В. Хииенко, 2003

УАК 622.232.7

А.К. Семенченко, О.Е. Шабаев, Л.А. Семенченко, Н.В. Хииенко

К ОПРЕЛЕЛЕНИЮ ИСХОЛНЫХ ЛАННЫХ ЛЛЯ РАСЧЕТА СИЛОВЫХ СИСТЕМ ПРОХОЛЧЕСКОГО КОМБАЙНА

Существующие в настоящее время методики прогнозирования исходных данных для расчета проходческих комбайнов избирательного действия не в полной мере отвечают современному уровню и, как правило, не учитывают переходные процессы формирования усилий на исполнительном органе, обусловленные изменением режимов его работы (зарубка, боковой рез вправо, боковой рез влево, рез вверх, вниз и т. п.).

Характерной чертой рабочего процесса проходческих комбайнов со стреловидным исполнительным органом является многократность повторений рабочего цикла и формирование переходных процессов со значительными по величине нагрузками в его силовых системах. Поэтому характер изменения величин нагрузок в элементах силовых систем и в металлоконструкциях машины должен рассматриваться как случайный широкополосный процесс, а их нагружение - как нерегулярное переменное.

Для оценки влияния этого фактора, были построены зависимости (рис. 1) изменения относительного ресурса R элементов машины ^ = 1 при одном блоке нагружения) от количества блоков нагружения И, обусловленных изменениями режима работы исполнительного органа при обработке забоя. Зависимости приведены для различных показателей степени наклона кривой усталости т и коэффициента неравномерности нагрузки кн, обусловленного схемой набора коронки с двумя резцами в линии резания при обработке одного погонного метра выработки сечением 18 м2 площадью фрезерования 0,1 м2 и толщиной стружки 2 см.

Анализ полученных зависимостей показал, что, при условии полного использования установленной мощности приводного двигателя, на ресурс основных силовых систем машины существенное влияние оказывает количество блоков нагружения (режимов работы).

Такое влияние более значимо для металлоконструкций, валов и других элементов, работающих на растяжение (сжатие), изгиб и кручение (т = 9) и менее для подшипников (т = 3,33). Это подтверждается данными о фактическом ресурсе очистных и проходческих комбайнов, приведенными в таблица. Для объективности сравнения их ресурсов приведены два показателя - ресурс в киловатт-часах и удельная масса М/Р на один кВт установленной мощности. Результаты анализа данных таблицы показали, что, несмотря на большую удельную массу проходческих комбайнов в сравнении с очистными (до 3-х раз) они имеют в 3 и более раз меньший ресурс. Одной из основных причин этого является то, что работа последних характеризуется незначительным количеством блоков нагружения при снятии одной полосы угля.

В связи с этим, необходима разработка метода получения исходных данных для расчета элементов проходческих комбайнов на выносливость, учитывающего значительное число циклов знакопеременного нагружения элементов системы подвески и подачи исполнительного органа с частотами ниже частоты вращения коронки, которые обусловлены изменением режима его работы. Знание исходных данных для соответствующих расчетов на стадии проектирования позволит существенно повысить технический уровень этих машин и достигнуть требуемого ресурса проходческих комбайнов.

На рис. 2 представлена структурная схема предлагаемого метода задания исходных данных, необходимых при расчетах на долговечность элементов проходческого комбайна избирательного действия.

Согласно схеме, исходным положением при задании нагрузки, формируемой за полный рабочий цикл, является схема обработки забоя, обусловленная горногеологическими и горно-технологичес-кими факторами ведения проходческих работ.

В качестве схем обработки забоя могут быть приняты:

• схема с последовательной обработкой забоя, горизонтальными или вертикальными полосами;

• схема с шахматной обработкой забоя, горизонтальными полосами.

Последовательная обработка забоя характеризуется снятием полосы породы на одной и той же высоте в каждом цикле обработки. Шахматная схема - различием высоты снятия полос в соседних циклах (характерна только для проходческих комбайнов с аксиальными коронками).

Вторым этапом предусматривается определение технологических режимов работы, обеспечивающих реализацию выбранной схемы обработки забоя. Технологические режимы работы исполнительного органа зависят от типа используемой коронки.

ЛАННЫЕ ОБ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРАХ ОБОРУЛОВАНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ЛЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНОГО МАССИВА

Тип оборудования Установленная мощность Р, квт Масса М, т М/Р Ресурс до кап. ремонта, МВт-ч

Про- ходче- ские ком- 1ГПКс 110 22 0,20 до 120 - 200

П110 190 36 0,19

П220 312 48 0,15

4ПП-2М 225 45 0,20

Очистные комбайны 2ГШ68б 300 17 0,06 более 350550

1ГШ68 300 17 0,06

РКУ13 400 23,8 0,06

Для осевой коронки целесообразно выделить следующие режимы работы:

• фронтальная зарубка;

• боковой рез;

• вертикальный рез;

• кутковый рез.

Для аксиальной коронки характерно значительно большее количество возможных режимов работы:

• фронтальная зарубка;

• зарубка вверх;

• зарубка вниз;

• боковой рез двумя коронками с разрушением целика между коронками;

• боковой рез одной коронкой после разрушения целика между коронками;

• кутковый боковой рез;

• боковой рез после горизонтальной зарубки коронки;

• боковой рез после вертикальной зарубки коронки вверх;

• боковой рез после вертикальной зарубки коронки вниз;

• вертикальный рез вверх;

• вертикальный рез вниз.

Следующим этапом является формирование схемы рабочего цикла в виде последовательности блоков нагружения. При этом следует отметить, что необходимо строго соблюдать очередность блоков нагружения и их соответствие фактическому выполнению операций по обработке забоя за полный цикл.

На рис. 3 в качестве примера приведено возможное нагружение элементов трансмиссии при обработке забоя аксиальной коронкой в виде последовательных блоков нагружения. Рабочий цикл представляет собой последовательность различных режимов работы машины. Анализ приведенной схемы показывает, что в пределах рабочего цикла формируется низкочастотная составляющая с максимальной амплитудой А которая

может значительно превышать амплитуды в отдельных (единичных) блоках нагружения А). Следует также отметить, что число циклов нагружения элементов машины низкочастотной составляющей зависит от последовательности реализации режимов ее работы. Это указывает на существенное влияние технологической схемы работы машины на уровень ее нагруженности. Нагрузки и характер их изменения в пределах каждого блока нагружения на стадии проектирования машины, можно определить моделированием на основе математических моделей проходческого комбайна [1-4], разработанных автора-ми, или экспериментальных исследований.

Долговечность работы элементов машин оценивается по величине накопленной повреждаемости [6] из условия: ds < \й] ,

где ds - накопленная повреждаемость в элементе машины за его полный жизненный цикл; ^] - допустимая величина накопленной повреждаемости.

Согласно [5] накопленную повреждаемость за полный цикл можно определить:

N. N.

d=ХХ+Е

1=1 .=1

где N . - число блоков нагружения в рабочем цикле при работе горной машины; ^ - накопленная повреждаемость, вызванная ¡-м блоком нагружения; N. -

число гармоник, формируемых в рабочем цикле, и обусловленных количеством и последовательностью реализуемых блоков; ^

- накопленная повреждаемость, вызванная ]-й низкочастотной гармоникой, формируемой в рабочем цикле.

Рис. 2. Структурная схема метода задания исходных данных для расчета на усталость элементов комбайна

Накопленная повреждаемость в )-м блоком нагружения определяется по зависимости:

Н = Ат N

иі Атах і ЛЭжеГ

Здесь: А

максимальное значение амплитуды

нагрузки в ¡-м блоке нагружения; Nэже¡ - эквивалентное число циклов нагружения с максимальной амплитудой Атах ¡, формируемой в ¡-м блоке, т - показатель кривой усталости, равный значению т1 или т2,

соответственно, для малоцикловой и многоцикловой усталости.

Эквивалентное число циклов нагружения ¡-го блока определяется по формуле:

к (/ \т

N

Эже

А і

Рік

\ / где п1 - полное число циклов нагружения в ¡-м блоке; К - число гармоник в ¡-м блоке нагружения; Лк -амплитуда к-й гармоники нагрузки в ¡-м блоке нагружения; р к - вероятность появления к-й гармоники нагрузки в ¡-м блоке нагружения.

Для получения численных значений Лк и р к определяется распределение амплитуд внешней нагрузки для ¡-го блока нагружения (л) методом «дождя» [3].

Аналогичным образом определяется накопленная повреждаемость ^, вызванная ]-й низкочастотной

гармоникой, формируемой в рабочем цикле. В виду того, что для проходческих комбайнов в качестве критерия оценки ресурса принимают объем горной массы

Рис. 3. Нагрузки в элементах конструкции проходческого комбайна в пределах полного цикла при работе с полной загрузкой приводного двигателя

V, разрушенный машиной, то количество полных циклов нагружения до капитального ремонта определится: *ц —,

ц Б ■ В

где Б - площадь поперечного сечения выработки в "черне"; В - средняя величина захвата коронки за один цикл.

Следовательно, исходными данными для задания нагрузок при расчете на выносливость исполнительного органа проходческого комбайна являются следующие параметры:

Л - средняя величина нагрузки за полный цикл обработки забоя; л - максимальные значения ампли-тах/

туд нагрузки в каждом ¡-м блоке нагружения; Nц ■ Nэкв . - эквивалентное число циклов нагружения с

максимальной амплитудой Л за полный жизнен-

тах/

ный цикл; Лтах - максимальное значение амплитуды

изменения нагрузки, обусловленное низкочастотной гармоникой, формируемой в рабочем цикле; Nц ■ Nэкв . - эквивалентное число циклов нагружения с

максимальной

амплитудой Ат

ах

за полный жизнен-

ный цикл.

Таким образом, разработан метод задания на стадии проектирования проходческого комбайна исходных данных, необходимых при расчетах на долговечность его элементов, учитывающий переходные процессы формирования усилий на исполнительном органе, обусловленные разнообразием схем обработки забоя и технологических режимов работы. Предложенный метод также позволяет обосновать пути повышения технического уровня проходческих комбайнов по критерию долговечности на основе выявления режимов работы машины, существенно влияющих на ее ресурс, путем сравнительной оценки величин ^ ^ и ^

------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Семенченко А.К, Шабаев О.Е, Семенченко Д.А., Хиценко Н.В, Мизин В.А. Влияние режимов работы и формы забоя на формирование вектора внешнего возмущения аксиальной коронки проходческого комбайна. // Горный информационно - аналитический бюллетень. - М.:Изд-во МГУ, 2001.-№11. - С. 233-234.

2. Гуляев В.Г., Семенченко Д.А. Определение удельных энергозатрат и вектора внешнего возмущения корон -чатого исполнительного органа проходческого комбайна в различных ре-

жимах обработки забоя. // Наукові праці ДонДТУ. Серія гірничо-

електромеханічна. - 2001. - Вып.35. -С.38-47.

3. Семенченко А.К, Шабаев

О.Е, Витковский В.Л, Семенченко Д.А. Математическая модель резцового исполнительного органа // сб. науч. тр. НГАУ №3, т6. 1998, С. 53-58.

4. Семенченко А.К, Шабаев

О.Е, Витковский ВЛ, Семенченко Д.А, Продедович Э.В. Математическая модель проходческого комбайна П110

// Известии Донецкого горного института №2 1999, С. 99-107.

5. Семенченко А.К. Научные основы многокритериального синтеза горных машин как пространственных многомассовых динамических систем переменной структуры: Дис. ... докт. техн. наук. - Донецк, 1997.-323 с.

6. Когаев В.П, Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник. - М.: Машиностроение, 1985. - 224 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Семенченко А.К, Шабаев О.Е., Семенченко Д.А, Хиценко Н.В. - ДонНТУ, г. Донецк.

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Заголовок:

СЕМЕН

G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB11~03 C:YUsersYТаняYAppDataYRoamlngYMlcшsoftYШаблоныYNoI•maЫotm К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА СИЛОВЫХ

СИСТЕМ ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА Содержание:

Автор:

Ключевые слова: Заметки:

Дата создания:

Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:

Полное время правки: Дата печати:

При последней печати страниц: слов: знаков:

Семенченко

25.08.2003 14:16:00 4

25.08.2003 14:25:00 Гитис Л.Х.

12 мин.

09.11.2008 18:12:00

3

1 837 (прибл.)

10 473 (прибл.)