Новые технические решения в области механизации погрузки и призабойного проходческого транспорта Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

СЕМИНАР 8

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99" МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99

Г.Ш. Хазанович, д.т.н., Новочеркасский ГТУ

Новые технические решения в области механизации погрузки и призабойного проходческого транспорта

В настоящее время в угольной промышленности Европейских стран на каждые 1000 т добываемого угля проводится от 5 до 10 м подготовительных выработок, что составляет 70-200 м3 горной массы в плотном теле. Около 40 % вскрывающих и подготавливающих выработок проводится по крепким породам с использованием буровзрывной технологии. Уборка горной массы производится главным образом машинами с боковой разгрузкой ковша, в том числе с телескопической поворотной стрелой. В России и странах СНГ широко применяются также машины с нагребающими лапами.

В качестве средств призабойного транспорта используются скребковые конвейеры с последующей перегрузкой на ленточные или в

производится прямая погрузка породы из ковша в вагонетки.

Производительность погрузочных машин с боковой разгрузкой ковша зависит от объема единичного захвата и продолжительности цикла черпания. Последняя суще-стственно увеличивается с ростом расстояния перемещения машины в каждом цикле. За счет этого производительность можно повысить на 50-60 %. Такой результат достигается, если погрузочная машина будет сохранять неподвижное состояние, а призабойная транспортная система- перемещаться вслед за уборкой штабеля. Таким образом приходим к необходимости иметь погрузочнотранспортную подсистему, которая обслуживала бы забой по фронту и глубине без маневровых операций. Для этих целей более

машина с поворотным в плане исполнительным органом, который сохраняет постоянный контакт со штабелем. В качестве призабойного транспортного средства целесообразно использовать самопе-редвижной проходческий перегружатель, который либо периодически подвигается к забою по мере погрузки горной массы, либо подается к забою перед взрывными работами и эксплуатируется в режиме взрывонавалки. Для крепких пород более приемлемым нужно признать вариант перегрузки с перегружателя в вагонетки. Разработка таких погрузочно-транспортных подсистем привела к созданию семейства погрузочных и транспортных устройств с клиновыми исполнительными элементами, совершающими возвратнопоступательное или возвратно-враща-тельное движения от силовых гидроцилиндров.

Техническая сущность устройств заключается в следующем (рис. 1): захватывающий орган, выполненный в виде рамки (рис. 1, а) или поворотного рычага (рис. 1,б), смонтированные на опорной плите, имеет в активной части клиновой элемент, который при внедрении погружается в штабель, при обратном движении отделяет порцию материала и подает ее на транспортное средство. В работе одновременно может находиться несколько клиновых элементов, расположенных как последовательно, так и параллельно (рис. 1,в). При последовательном расположении реализуется устройство в виде клинового конвейера (рис.

1,д),

при параллельном - многогребко-

8 і 1999

127

Рис. 2. Особенности рабочего процесса погрузочных органов с традиционными (а) и клиновыми поворотными (в) лапами

вые погрузочные органы с широким фронтом захвата. Особенностью функционирования клиновых рабочих органов является возможность перемещения части материала наклонной поверхностью клина 1 в сторону противоположную транспортированию. Поэтому необходимы удерживающие элементы, которые выполняются в виде неподвижных клиньев, опорных стенок. Для ряда устройств таким элементом является стенка забоя или штабель.

В состав клиновых погрузочных и транспортирующих органов с поступательным движением входят жесткие направляющие. В качестве привода для всех вариантов устройств используются силовые гидроцилиндры. Как видно, возникает новый класс погрузочных и транспортных устройств, кинематически и конструктивно существенно отличающийся от известных. Возможное разнообразие определяется числом и комбинацией отличительных признаков. Не претендуя на исчерпывающую полноту, дадим систематизацию рассматриваемых объектов по основным признакам:

♦ число одновременно работающих клиновых элементов: с одним; с парными элементами; со многими элементами;

♦ расположение клиновых элементов: последовательное; параллельное;

ное; возвратноповоротное; возвратное комбинированное;

♦ взаимное направление движения клиновых элементов, образующих пару: синфазное; встречное;

♦ наличие и исполнение удерживающих элементов: с опорными элементами в виде неподвижных клиньев; в виде опорных стенок; без опорных элементов;

♦ возможность изменения формы и размеров захватывающих и удерживающих элементов в период одного цикла: постоянной формы и размеров; геометрически изменяемые;

♦ расположение опорных плоскостей (плит) для исполнений с парными или многими элементами: с одной общей опорной плоскостью; с различными опорными плоскостями для каждого элемента.

Число вариантов исполнения велико, каждый из вариантов может иметь дополнительные кинематические и конструктивные различия, характеризоваться особенностями системы привода. Ниже (рис. 1) представлены основные базовые конструкции, разработанные и испытанные кафедрой горных машин и оборудования Шах-тинского института НГТУ совместно с Институтом горного дела им А.А. Скочинского и заводами горного машиностроения1.

Погрузочный орган в виде рамки с клиновым нагребающим носком, смонтированный на поворотно-подъемном манипуляторе (рис. 1, а), обеспечивает выгрузку штабеля по всей ширине выработки (до 4,5 м) при осевом движении машины. Привод выполнен в виде двух силовых цилиндров и цилиндров подъема и поворота. Погрузочный оран с парными поворот-

драми создан взамен электромеханического аналога типа ПНБ по безредукторной схеме с высокой надежностью и ремонтопригодностью. Многогребковый погрузочный орган (рис. 1, в) разработан для проходческого комбайна избирательного действия. Клиновой проходческий перегружатель (рис.

1,д) имеет возможность работать в условиях взрывонавалки, передвигаясь после очередного проходческого цикла к забою с помощью собственного механизма.

Рабочий процесс взаимодействия клиновых погрузочных и транспортирующих органов с горной массой характеризуется рядом особенностей в сравнении с традиционными решениями: 1) концы лап с приводом от кривошипно-кулисного или двухкривошипного механизма (рис. 2, а) движутся по замкнутой траектории, совершая последовательно внедрение 1, черпание и подачу порции груза на конвейер 2 и холостой ход к исходному состоянию вне контакта со штабелем 3; клиновой погрузочный элемент (рис.

2, в) совершает циклические поступательные или вращательные движения внедрения 4 и черпа-ния-протал-кивания 5 на конвейер, при этом траектории всех точек при прямом и обратном ходах совпадают; 2) процессы черпания и проталкивания груза в первом приближении могут быть приняты идентичными для клиновой и обычной лап; при внедрении различия существенны: отличаются глубина и направления внедрения, форма элемента, положение относительно поверхности штабеля; 3) при внедрении наклонная поверхность клина увлекает часть материала в сторону обратную направлению полезного грузопотока, что несколько снижает производительность; 4) рабочий процесс клинового конвейера наряду с указанными имеет дополнительные особенности: в каждом цикле проталкивания порции груз перед клиновыми элементами и испол-

В разработке, исследованиях и испытаниях принимали участие В.Г. Сильня, Ю.М. Ляшенко, И.В. Ляшенко, В.Н. Чирков, А.С. Носенко, В.Г. Хазанович, А.А. Остановский, Р.В. Каргин, В.П. Легоньких, В.П. Тулупов

♦ вид движения клиновых элементов: возвратно-поступатель-

ными клиновыми лапами (рис. 1, б) и двумя силовыми гидроцилин-

нительные органы ускоряются с неподвижного состояния до уста-

новившейся скорости; при проталкивании порции груза нужно преодолевать сопротивления неподвижных удерживающих

клиньев. В целях сравнительной оценки рабочих качеств традиционных и предлагаемых устройств выполнены исследования на модельных и натурных установках, позволившие определить производительность, сило-вые характеристики и энергозатраты. На основе математических моделей

циент потерь; Ка -коэффициент влияния активного объема над плитой питателя; ^-высота сдвигаемого слоя, м.

Моменты сопротивления повороту лап в штабеле в функции угла поворота у имеют идентичный характер для сравниваемых вариантов: это кривые близкие к синусоидам с максимумом в положении, когда сдвигается наибольший объем горной массы, Для

А2=94,2КЁЁрУесД;

Ко5Г - коэффициент осреднения нагрузки в цикле черпания

Ко8г=( 1 -С08Лу/утах)/(лу/утах),

С1,21 - эмпирические коэффициенты, учитывающие влияние геометрических и кинематических факторов. Удельная энергоемкость погрузки за цикл черпания а„, Дж/м3 определяется отношением

Таблица

Сопоставление характеристик погрузочных органов с традиционными(1) и клиновыми(2) лапами

Характеристика погрузочного органа 1 2

Площадь захвата одной лапой, м2 0,51 0,43

Объем единичного захвата, м3 0,061 0,052

Производительность при числе циклов 30 1/мин, м3/мин 3,66 3,06

Энергозатраты удельные без учета потерь в приводе, кДж/м3 312 211

Энергозатраты удельные с учетом потерь в электромеханическом (КПД=0,8) и гидромеханическом (КПД=0,6) приводах, кДж/м3 390 353

рабочих процессов выбраны параметры клиновых погрузочных и транспортирующих устройств, разработаны образцы машин, проведены испытания на полноразмерных стендах. Это позволяет сделать сравнительную оценку клиновых погрузочных и транспортирующих модулей с известными по энергоемкости, металлоемкости, надежности, в том числе ремонтопригодности.

Объем единичного захвата лапой (м3) определяется для клиновых и традиционных лап по формуле

V, = ^,КрКа,

где ¥т - площадь зачерпывания, задаваемая положением штабеля относительно передней кромки плиты Sl и траекторией движения конца лапы; для обычных лап с замкнутой траекторией (рис. 2,а)

Fz = 0,5ВР181;

для клиновых лап с возвратноповоротным движением на угол У=Ук-Уп при радиусе конца лапы R

Г - 1/(^В7к + tgo,57m,x) + _+ 1/(^7п + tg0,57m,x)

F = 0,5R2

Ук,Уп - углы конечного и начального положения лапы, отсчитываемые от линии ОА (рис. 2,б); Утах -максимальный угол поворота лапы из точки А в точку В; для принятой схемы Утах=Ук; Кр - коэффи-

установления энергоемкости за цикл черпания необходимо знать средний момент сопротивления за цикл М. Для погрузочных органов с традиционными лапами момент на валу одного диска

М = О^Кт^р^,

где Кта4 - коэффициент удельного сопротивления, Ктаі=72 для пород с коэффициентом крепости по шкале М.М. Протодъяконова Г=5; при других значениях f сопротивление корректируется коэффициентом К№=1/(1,56-0,Ш+0,005^); р - плотность материала в разрыхленном состоянии, кг/м3; dg - диаметр ведущего диска, м

Для клиновых лап средний момент равен сумме моментов на валу лап, совершающих внедрение Мта и зачерпывание Мъ. При этом учитываются начальные моменты Мтао и Мъо, вызванные уплотнением штабеля

М = ПС(М + А К ) +

А_ і ^ уио уи osr /

1

L ,

+ п2.(М + А К )

А_ і ^ го ъ osr /

1

где Ауи, Аъ - амплитудные значения моментов, по данным экспериментальных исследований

Avn=44,2Kggр VedR,

aw=Mф/Ved, где ф - угол поворота за цикл: для обычных лап ф=2я, для клиновых ф=ул/180.

В таблице для примера даны соотношения силовых и энергетических характеристик погрузочных органов с традиционными и клиновыми лапами при погрузке материала Г=6, при среднем размере куска 0,2м, плотности р=1500 кг/м3. Погрузочные органы имеют одинаковое габаритное исполнение: Вр1=2,2м, dg=0,46м, R=0,81м, у=900, утах=1460, Ь-1=0,12м. Как видно, при одинаковых габаритах по ширине питателя и высоте лап производительность погрузки для клиновых лап меньше на 16,4 %. Вместе с тем удельная энергоемкость клинового погрузочного органа ниже на 10%, что позволяет при одинаковой энерговооруженности получить практически ту же производительность. Важным преимуществом погрузочных и транспортных устройств с клиновыми рабочими элементами и гидроприводом являются: простота конструкции, реализуемая за счет безре-дукторного исполнения, отсутствие цепей, звезд и других быстро изнашиваемых элементов; следствием этих преимуществ являются высокая надежность, ремонтопри-

8 і 1999

127

годность и ресурс. Для погрузочных органов типов Ь и с (рис. 1) в сравнении с базовыми (дается в скобках) при испытаниях получены следующие результаты: нара-

ботка на отказ, м3-2800 (360); межремонтная наработка, м3-

32000 (22000); трудоемкость восстановления, человеко-минут - 186 (550). Отметим, что для клиновых

конвейеров возникают новые технологические возможности при работе в условиях взрывонавалки.

© Г.Ш. Хазанович

Л.Г. Штрахман, А.Г. Григорьев,

ГИПРОУГЛЕАВТОМАТИЗАЦИЯ

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ ВЕСОВ ВАГОННЫХ БЕСФУНДАМЕНТНЫХ УГОЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ ПЕЧОРСКОГО БАССЕЙНА

Одной из важнейших задач для угольных предприятий является обеспечение максимально достоверного учета отгружаемого железнодорожным транспортом угля и предотвращение перегрузов сверх установленных нормативов железнодорожных полувагонов парка МПС. Для решения указанной задачи на угольных предприятиях Печорского бассейна наметилась ориентация на применение в составе углепогрузочных комплексов вагонных бесфундамент-ных весов ВВБ модификации ВВБ-СД.

Весы созданы на базе научнотехнических и опытно-конст-

рукторских работ, осуществленных институтом «Г ипроуглеав-томатизация» при участии институтов МИИТ, ЦАГИ, ВНИИст-ройдормаш и ряда других организаций. В процессе этих работ проведены:

♦ комплексные патентно-конъюктурные исследования, позволившие определить тенденции развития весодозировочных систем и конъюктуру в сфере производства и сбыта соответствующих технических средств;

♦ анализ техники и технологии углепогрузочных процессов на промышленном железнодорожном транспорте действующих предприятий и обоснование эксплуатационных характеристик весов;

♦ экспериментальная проверка нескольких вариантов силоизмерительных датчиков и узлов их встройки;

♦ разработка и обоснование рационального песочно-щебе-

ночного основания под грузоприемное устройство;

♦ расчет и экспериментальная проверка метрологических характеристик весов, соответствующих требованиям действующих нормативно-технических документов.

Опытный образец весов ВВБ-СД внедрен в 1994 г. на углесборочной станции «Воркута-Уголь-ная» (ОАО «Воркута-уголь»). За период эксплуатации опытного образца было выявлено, что наряду с удобством монтажа и рациональностью конструктивной схемы, весьма ненадежными явились весоизмерительные датчики отечественного производства.

По результатам годичной эксплуатации опытного образца весов на станции «Ворку-та-Угольная» институтом «Г и-проуглеавто-матизация» и ООО «МИНТЕК» была проведена корректировка конструкторской документации, результатом которой явилось:

♦ создание двухсекционного комплекса грузоприемных устройств, геометрические размеры которого увязаны с размерами ходовых частей полувагонов и обеспечивают перемещение загружаемого полувагона на 3 м.

♦ укомплектование весов весоизмерительными датчиками и электронными компонентами измерительной системы, производимыми фирмой «HOTTI-NGER BALDWIN MESSTE-CHIK» (Германия) и отличающимися высокой точностью при длительном (до трех лет) сроке фирменных гарантийных обязательств.

ВВБ И ИХ ПРИМЕНЕНИЯ НА

Головной образец весов промышленной серии в 1996 г. сдан в эксплуатацию на углепогрузочном пункте ОАО «ГОФ «Интинская». На этом образце представителями Российского центра испытаний и сертификации «Ростест - Москва» были проведены комплексные испытания весов двух модификаций (ВВБ-СД и ВВБ-Д) с целью утверждения типа. Результаты испытаний признаны положительными. На весы выдан Сертификат Госстандарта РФ № 2577, тип весов внесен в госреестр средств измерений за № 15983-97.

Весы вагонные бесфундамент-ные ВВБ сертифицированы для взвешивания разнотипных грузовых четырехосных вагонов (порожних и груженых) колеи 1520 мм и составов из них на грузовых и весовых путях предприятий различных отраслей промышленности и транспорта, расположенных в любых климатических зонах России.

Весы выпускаются двух модификаций:

♦ ВВБ-СД - для взвешивания четырехосных вагонов с различными грузами (штучными, сыпучими, жидкими и пр.) в статике, в процессе их загрузки (с расцепкой и без расцепки) и в движении без расцепки, а также для взвешивания составов в движении.

♦ ВВБ-Д - для потележечного взвешивания в движении вагонов (кроме цистерн) без расцепки и составов из таких вагонов, а также из цистерн с жидкими грузами с кинематической вязкостью не менее 59 мм2/с.