О возможности размещения гидробаков энергосиловой установки геохода в его внутреннем пространстве Текст научной статьи по специальности «Математика»

Г еотехнология

37

УДК 622.002.5

В.В. Аксенов, М.Ю. Блащук, Р.В. Чернухин

О ВОЗМОЖНОСТИ РАЗМЕЩЕНИЯ ГИДРОБАКОВ ЭНЕРГОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ГЕОХОДА В ЕГО ВНУТРЕННЕМ ПРОСТРАНСТВЕ

Перспективным способом проведения горнопроходческих работ является геовинчестерная технология, базовым элементом которой является геоход. Геоход представляет собой аппарат, который продвигается в подземном пространстве с использованием геосреды [1,2]. Отличительной особенностью геохода нового технического уровня является широкое применение гидропривода для приведения в действие основных систем, обеспечивающих разрушение забоя и создание напорного усилия [3,4]. Высокие приводные мощности исполнительных органов геохода, трансмиссии и погрузочного устройства обуславливают применение гидропривода с соответствующими характеристиками. Питание гидродвигателей геохода осуществляется от энергосиловой установки (ЭСУ), которая представляет собой гидравлическую насосную станцию высокой мощности.

Одним из схемных решений энергосиловой установки является вариант ЭСУ, встроенной в хвостовую секцию геохода [5]. При размещении ЭСУ внутри геохода важным вопросом является компактное размещение всех ее элементов. К одним из самых громоздких компонентов ЭСУ геохода относится гидробак. Для встроенных схемных решений ЭСУ с целью обеспечения габарита внутреннего пространства хвостовой секции применимы гидробаки, имеющие в поперечном сечении форму сегмента или кольцевого сектора и вытянутые вдоль оси геохода (рис.1).

Геометрические размеры гидробаков данных геометрических форм ограничены размерами хвостовой секции геохода: диаметром геохода Dr (радиусом Ri) и длиной хвостовой секции LXc. До-

полнительным геометрическим параметром, ограничивающим размеры гидробаков данных типов, является принятый габарит внутреннего пространства DBn (Ren). В работе [6] установлено, что соотношение Ren/Rr (Den/Di•) в зависимости от количества гидроцилиндров может принимать значения от 0,6 до 0,9. Зная, какие значения принимает это отношение, можно определить максимальные геометрические размеры гидробаков рассматриваемых типов по условию «вписываемости» в габарит внутреннего пространства.

Объем геометрических фигур определяется по известным формулам как произведение площади основания на высоту. Для гидробака типа «сегмент» и «кольцевой сектор» таковыми являются соответственно площадь сегмента или кольцевого сектора и длина гидробака. Максимальный объем гидробака типа «сегмент» через высоту гидробака hc и радиус хвостовой секции геохода Rr определяется из выражения:

/

Vr =

R,

• arccos

1 —

h(

\

R

г J

~{Rr -hc)-^2-Rf -hc -hc

L

с»

(l)

где he - высота гидробака (высота сегментной части гидробака), м;

Lc - длина гидробака типа «сегмент»,

(2)

hc Rr RBn

Lc - Lxc

С учетом (2) и после преобразований

Рис.1 - Геометрические параметры гидробаков ЭСУ геохода а) типа «сегмент»; б) типа «кольцевой сектор»

38

В.В. Аксенов, В.Ю. Бегляков, Р.В. Чернухин

Максимальный объем гидробака типа «кольцевой сектор» определяется из выражения:

VKC=aKC{Rr2-Rgl72)-LKC (4)

где акс - центральный угол гидробака типа «кольцевой сектор», рад; LKc - длина гидробака, м.

По полученным аналитическим выражениям (2) и (3) построены зависимости максимального объема гидробаков типа «сегмент» Ус и «кольцевой сектор» Vkc от диаметра геохода Dr для заданных значений отношения Den/Dr . Анализ зависимостей на рис.2 показывает, что большое влияние на максимальную вместимость оказывает принятый габарит внутреннего пространства. Так например, при увеличении отношения Dun/Drc 0,6 до 0,7 значения максимально возможного объема гидробака уменьшаются для диапазона диаметров от 2,1 до 5,6 м в среднем в 1,5 раза.

Совмещение данных зависимостей в одной координатной плоскости с зависимостями требуемого объема позволяет графически оценить возможность применения гидробаков ЭСУ геохода различных типов в хвостовой секции геохода. Требуемый объем гидробака Угб принят кратным одной Vq, двум V2q и трем V3Q значениям суммарной минутной производительности всех насосов. Суммарная производительность насосов определена в работе [7] через приводные мощности си-

стем геохода.

Анализ совмещения зависимостей требуемого и максимального объемов гидробака типа «сегмент» показывает, что применение гидробаков данного типа имеет ограничения по диаметру и принятому габариту внутреннего пространства.

При значении коэффициента внутреннего пространства Den/Dr=0,6 вместимости гидробака достаточно для размещения необходимого объема рабочей жидкости во всем диапазоне диаметров. При Den/Dr = 0,7 применение гидробака «сегмент» возможно для Угб = Узд начиная с диаметра геохода D/ = 3,41 м, для прочих значений - без ограничения. При Den/Dr = 0,8 вместимости гидробака типа «сегмент» недостаточно при Угб = Узо, а при Угб = V2Q - достаточно начиная с диаметров Dr= 4,2 м и без ограничений - для Угб = Vq. При значении отношения Dsn/Dr = 0,9 объема гидробака недостаточно для размещения всего объема рабочей жидкости даже при ее количестве, равной одной суммарной производительности всех насосов Уд.

На рис.З построены аналогичные зависимости для гидробака типа «кольцевой сектор». Анализ зависимостей показывает, что применение гидробаков данного типа позволяет разместить значительно больший объем рабочей жидкости, чем в гидробаках типа «сегмент», а вместимости гидробака может быть недостаточно лишь для объема Угб = V3Q при Den/Dr = 0,9 и диаметрах D/ < 3,5 м.

2,0 3,0 4,0 5,0

Диаметр геохода, м

■DBn/Dr=0,6 —■— DBn/Dr=0,7

DBn/Dr=0,8 —DBn/Dr=0,9

Требуемый объем, равный 3Q —•—Требуемый объем, равный 2Q

----Требуемый объем равен Q

Рис.2 - Зависимость максимального объема гидробака типа «сегмент» от диаметра геохода

Г еотехнология

39

Диаметр геохода, м

—DBn/Dr= 0,6 —*— DBn/Dr= 0,7

—DBn/Dr= 0,8 —*— Den/Dr= 0,9

-^+—Требуемый объем, равный 3Q —«—Требуемый объем, равный 2Q

а Требуемый объе равен Q

Рису.З - Зависимость максимального объема гидробака типа «кольцевой сектор» от диаметра геохода

Таким образом, применение гидробаков типа «кольцевой сектор» для встроенных схем ЭСУ предпочтительнее, поскольку позволяет разместить необходимый объем рабочей жидкости с незначительными ограничениями в диапазоне диаметров геохода от 2,1 до 5,6 м при коэффици-

ентах внутреннего пространства Dun/Dr от 0,6 до 0,8 включительно.

Полученные результаты достигнуты в ходе реализации комплексного проекта при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ. Договор №02X325.31.0076.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 1 2 3 4 5 6 7

1. Аксенов, В.В. Научные основы геовинчестерной технологии проведения горных выработок и создания винтоповоротных агрегатов: дисс. доктора техн. наук: 05.05.06 / Аксенов Владимир Валерьевич. - Кемерово, 2004. -306 с.

2. Аксенов, В.В. Геовинчестерная технология и геоходы - наукоемкий и инновационный подход к освоению недр и формированию подземного пространства / Аксенов В.В., Ефременков А.Б. // Уголь. - 2009. - №2. - С.26.

3. Ананьев, К.А. Разработка схемных решений исполнительных органов геоходов / Аксенов В.В., Хорешок А.А., Ананьев К.А., Ермаков А. Н // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. - № 3. - 2014. - С. 73-76.

4. Блащук, М.Ю. Разработка и анализ возможных вариантов гидропривода в трансмиссии геохода / Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Тимофеев В.Ю., Блащук М.Ю. // Горный информационный аналитический бюллетень (научно-технический журнал) - 2010. - ОВ №3. - С. 184-193.

5. Чернухин, Р.В. Компоновочные схемы энергосиловой установки геохода / Аксенов В.В., Блащук М.Ю., Чернухин Р.В. // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2014. - № 3 (103). - С. 33.

6. Блащук, М.Ю. Определение геометрических параметров размещения гидроцилиндров трансмиссии геохода / Аксенов В.В., Хорешок А.А., Нестеров В.И., Блащук М.Ю. // Вестник КузГТУ, - 2012. -№ 4. - С. 17-20.

7. Чернухин, Р.В. Определение суммарного расхода рабочей жидкости в гидросистеме геохода / Аксенов В.В., Блащук М.Ю., Чернухин Р.В. // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сборник трудов XI международной научно-практической конференции «Чтения памяти В.Р. Кубачека», Екатеринбург, 4-5 Апреля 2013. - Изд-во УГГУ. - 2013. - С. 308-311.

Авторы статьи

Аксенов Владимир Валерьевич, д-р техн. наук, зав. лаб. угольной геотехники Института угля СО РАН..

E-mail: [email protected]

Блащук Михаил Юрьевич, к.т.н., доцент каф. горношахтного оборудования Юргинского технологического института (филиала) ТПУ, E-mail: [email protected]

Чернухин Роман Владимирович, старший преподаватель каф. «Агроинженерия» Юргинского технологического института (филиала)

ТПУ,

E-mail: [email protected]