Метод исследований структурных схемочистных механизированных комплексов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© Е.И. Винников, Г.И. Коломосп, 2007

УДК 622.232.8

Е.И. Винников, Г.И. Коломоец

МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЙ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ ОЧИСТНЫХ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ

Семинар № 20

Л ля исследования процесса безаварийного направленного перемещения очистных механизированных комплексов (ОМК) в сложных горно-геологических условиях разработана механико-технологическая схема со множеством объектов А и множеством существующих между ними отношений К (рис. 1):

МТС = {А,К}.

МТС структурно представлена механизированной крепью, состоящей из отдельных секций с последовательной или групповой схемой передвижки и базовой балки, состоящей из отдельных звеньев (рештаков, рештач-ных звеньев балки и т.п.), перемещающихся фронтально одновременно или волновой (изгибающейся) передвижкой.

В целом МТС зависит от большого количества свойств прилегающих пород, силовых и конструктивных параметров технологических и кинематических, т.е. от внешних и внутренних факторов.

Горно-геологические и технологические условия воздействуют на МТС как внешнее пространственно-временное случайное множество значений.

Объектом исследований является процесс цикличного перемещения очистных механизированных комплексов с многошаговой передвижкой секций крепей в шахтных условиях.

Кинематические схемы отечественных и зарубежных очистных механизированных комплексов в зависимости от наличия и вида кинематических связей можно разделить на три основные группы: агрегатные, комплектные и комплектно-агрегатные (рис. 2).

С целью изучения влияния различных факторов на процесс цикличного перемещения ОМК из множества ОМК выбраны комплексы, работающие на крутых пластах как комплексы с наиболее сложными кинематическими схемами, т.к. в них учитываются не только вопросы основных технологических операций, но и устойчивость секций крепи и сползание комплекса в целом. Структурные схемы крепей типа КГУ и МКТ представлены на рис. 3.

Анализируя работу кинематических схем крепей с однотипными и комбинированными связями был сделан вывод, что основным параметром работоспособности крепей является так называемый «бегущий» (перемещающийся) зазор f. Его отсутствие приводит в шахтных условиях к заклиниванию секций, т.е. к аварийной ситуации. Исследование его изменения от секции к секции и исчезновение вообще можно назвать исследованиями «бегущего» зазора.

В кинематические схемы рассматриваемых крепей (рис. 4) в основном входят гидродомкраты. Гидродомкрат

Основная

Рис.1. Механико-технологическая схема

Рис. 2. Классификация очистных механизированных комплексов (ОМК)

Рис. 3. Структурные схемы крепей типа КГУ и МКТ

являясь фактически парой деталей, в отличие от классических кинематических пар: поступательной, вращательной, домкрат в процессе его движения может превращаться в движитель, телескопическую штангу, жесткое звено.

Особенностью кинематической схемы (рис. 4) является отсутствие неподвижных деталей (тел): все составляющие секции крепи перемещаются в процессе их работы. Задачей кинематического анализа механизмов является определение положений звеньев в пределах одного периода движения, построение траекторий для характерных их точек, а также определение линейных скоростей и ускорений звеньев.

Шахтные испытания и наблюдения передвижки секций крепей определили следующее:

1) секции в начале шага передвижки находятся в состоянии покоя, распертые между почвой и кровлей;

2) секции крепи передвигаются вслед за проходом комбайна, начиная с опорной секции (комплекта) строго поочередно снизу вверх;

3) в каждом шаге передвижения траектория перемещения секции хаотична, непредсказуема и осуществляется в выработанном пространстве угольного пласта;

4) в промежуточном положении в процессе передвижки секции периодически наблюдаются явления заклинивания. Выбираются зазоры, секция останавливается примерно в середине шага и занимает статическое положение. Наступает аварийное состояние комплекса, прекращается работа по выемке угля. Ликвидируется это явление путем разгрузки и опускания нижней опорной секции на величину 50-150 мм и последовательным опусканием нижних секций от заклинившейся для образования дополнительного зазора и для свобод-

а)

б)

Рис. 4. Кинематическая схема крепи: а)

ного перемещения заклинившейся секции;

5) в конечном положении шага передвижки секции распираются между почвой и кровлей и приходят в состояние покоя.

На основании шахтных наблюдений и фактов была выдвинута гипотеза о том, что процесс передвижки секции крепи необходимо и достаточно рассматривать только в характерных точках:

а) исходное положение;

6) промежуточное положение;

в) конечное положение.

Причем, в каждом их положений

секция крепи рассматривается не как механизм, а как абсолютно твердое тело, находящееся в состоянии покоя, и его положение можно характеризовать только геометрическими параметрами от шага к шагу с применением математического метода, который описывал бы положение (координаты) секций в начальном, промежуточном и конечном состоянии для каждой секции в каждом шаге передвижки крепи в целом.

/

I

расчетная; б) упрощенная

На рис. 5 приведен механизм: стойка - секция крепи образует поступательную пару. На рис. 6 приведен элементарный механизм, образованный домкратом передвижки и секцией крепи. На рис. 7 приведена кинематическая схема крепи, образованная последовательным соединением секций.

Из двух известных методов исследования механизмов: кинематического и аналитического, в данном случае предпочтительнее применение аналитических методов, с помощью которых исследование кинематики механизмов может быть сделано с любой степенью точности. Кроме того, аналитические зависимости позволяют выявить взаимосвязь кинематических параметров механизма с его метрическими параметрами, т.е. размерами звеньев. Имея аналитические выражения, связывающие между собой основные кинематические и структурные параметры механизма, можно всегда составить программу вычислений для вычислительной машины и с помощью машины получить все необходимые результаты.

Так как секции крепи рассматриваются как абсолютно твердые тела в

Рис. 5. Механизм: стойка и секция крепи

Рис. 6. Элементарный механизм, образованный домкратом передвижки и секцией крепи

Рис. 7. Кинематическая схема крепи, образованная последовательным соединением секций

состоянии покоя в характерных точках и учитывая очень малые скорости передвижки секций крепи, можно сделать заключение, что динамикой процесса передвижки можно пренебречь.

Учитывая вышеизложенное, предпочтение отдано методу математического моделирования на основе возвратных последовательностей, т.е. описание множества последовательностей, удовлетворяющих рекуррентным соотношениям (рекуррентные уравнения). Метод заключается в следующем. В исходном положении кинематическая схема крепи имеет проектное положение в декартовой системе координат. А далее секции крепи (в количестве 1) передвигаются в новое положение с учетом фактических размеров связей, которые в процессе многократных передвижек (п), предположительно, могут изменять размеры в конечных положениях.

Очевидно, что фактические данные о состоянии конечных размеров кинематических связей возможно получить только экспериментальным методом в шахтных условиях.

— Коротко об авторах

Винников Е.И. - доцент, кандидат технических наук, Коломоец Г.И. - горный инженер,

филиал СПГГИ (ТУ) "Воркутинский горный институт".