CC BY
7
© В.В. Аксенов, М.Ю. Блащук, Р.В. Чернухин, 2012
В.В. Аксенов, М.Ю. Блащук, Р.В. Чернухин
ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ РАЗРАБОТКИ ЭНЕРГОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ГИДРОПРИВОДА ГЕОХОДА
Проведен обзор результатов исследований и определены сдерживающие факторы развития нового класса проходческих машин — геоходов. Обозначены проблемы создания энергосиловой установки геохода. Сформулированы цель и задачи дальнейших исследований
Ключевые слова: геоход, геовинчестерная технология, энергосиловая установка, насосная станция, гидропривод.
Современная угледобыча характеризуется увеличением темпов проходки. Наметившийся стабильный рост средних скоростей проведения выработок сопровождается вытеснением комбайнов легкого типа (1ГПКС, КСП21, КСП22) комбайнами среднего и тяжелого типов (П110, П220, КСП32, КСП42, КПД, КПУ), удельный вес которых в общем парке проходческих комбайнов достигает 65-70 % [1].
По мнению специалистов, традиционные подходы и конструкции при создании проходческих комбайнов в ближайшей перспективе не позволят обеспечить требуемых темпов проходки горных выработок. С увеличением темпов проходки существующими комбайнами необходимо увеличение мощности привода исполнительного органа, а значит увеличение энерго- и металлоемкости.
Проводимые в последнее время в России и за рубежом научные исследования, направленные на изыскание новых способов и средств разрушения горных пород, показывают, что повышение производительности проходческих комбайнов без увеличения их габаритов и массы и расширение области их применения на более крепкие породы может быть достигнуто на основе гидромеханического способа разрушения, за-
ключающегося в комбинированном воздействии на породный массив высокоскоростных струй воды и механического инструмента. Однако такой способ имеет ограничения по углам проводимых выработок. Как и в традиционной технологии (например, при проведении бремсбергов комбайновым способом), ограничение по углу наклона для серийных проходческих комбайнов составляет до ±10°.
Принципиально новый подход к проходке тоннелей и горных выработок предложен авторами геовинчестерной технологии [2].
Геовинчестерная технология (ГВТ) — процесс механизированного проведения горных выработок с формированием и использованием системы законтурных винтовых и продольных каналов, в котором операции по разработке забоя, уборке горной массы, креплению выработанного пространства, а также перемещению всей проходческой системы на забой осуществляется в совмещенном режиме [2]. Базовым функциональным элементом данной технологии является геоход.
Главными отличиями геоходов от существующих горнопроходческих систем являются:
• использование геосреды для перемещения и создания напорных усилий на исполнительном органе;
• оригинальная компоновочная схема геохода;
• наличие новых функционально-конструктивных устройств и элементов, ранее не применявшихся в горнопроходческом оборудовании;
• все операции проходческого цикла осуществляются в совмещенном режиме.
Конструктивная схема геохода представлена на рис. 1.
На сегодняшний день в области геовинчестерной технологии проведена обширная исследовательская работа.
Натурные и стендовые испытания первых экспериментальных образцов геохода доказали работоспособность нового класса проходческих машин [2].
В работе [3] определены параметры исполнительных органов, применение которых создает предпосылки к уменьшению удельной энергоемкости разрушения породы. Определены зависимости, главных напряжений на поверхности взаимодействия (ПВ) исполнительного органа геохода с породой
забоя от отношения его геометрических характеристик (рис. 2).
1 2 3
Рис. 1. Принципиальная конструктивная схема геохода: 1 — исполнительный модуль; 2 — головная секция; 3 — внешний движитель геохода (винтовая лопасть); 4 — хвостовая секция с элементами противовращения; 5 — привод движителя; 6 — роторный погрузчик
Разработана математическая модель [4] взаимодействия геохода с геосредой, учитывающая одновременное перемещение двух секций геохода с непрерывной подачей на забой и позволяющая определить момент вращения МВР, радиус навивки RНАВ и тяговое усилие РТ
Описан принцип работы трансмиссии с гидроцилиндрами в разных фазах выдвижения, получены аналитические выражения для определения силовых, кинематических и конструктивных параметров трансмиссии геохода с гидроприводом [5].
Рис. 2. Графики зависимостей главных напряжений из от относительного расстояния между уступами: а — области внутренней кромки, 6— средняя часть ПВ, в — в области внешней кромки
Мвр, Н-м а=30° а=0° а="30°
5,0-ю6
4,5-10б 4,0-Ю6 3,5-106 3,0-ю6 2,5-Ю6 2,0-Ю6 1,5-106
1,0-10 0,5-10
\
\
\
У
-1,75-И 6 f
J
У \
3,7
м
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0^ Рис. 3. Влияние диаметра геохода D на величину необходимого вращающего момента Мвр
Получены зависимости влияния конструктивных параметров (диаметр поршня) и количества гидроцилиндров на величину развиваемого трансмиссией вращающего момента для заданного диаметра головной секции геохода (Drc) и величины давления в гидросистеме — рТР (рис. 4).
В геоходе для привода исполнительного органа и обеспечения требуемого усилия на внешнем движителе требуется источник энергии или энергосиловая установка (ЭСУ). Ее тип будет определяться видом трансмиссии. В работе [6] определены возможные схемы трансмиссии геохода с передачей крутящего момента с помощью волновой передачи с промежуточными телами качения (ВППТК). Однако, применение ВППТК имеет ограничения. Слабым звеном волновой передачи является сепаратор, а возможным отказом передачи — заклинивание роликов сепаратора. Кроме того, конструкция ВППТК для геоходов с диаметром более 1 м нетехнологична.
Применение других передач также затруднено. Так, например, червячная передача склонна к заеданию, а для зубчатых передач сложно обеспечить кинематическую точность из-за
Рис. 4. Зависимости развиваемого трансмиссией вращающего момента от количества гидроцилиндров пгц и диаметра поршня Dп
возможных перекосов. Кроме того, размещение редукторов механических передач в разных пространственных положениях вызовет проблемы со смазкой [7].
Применение гидропривода в геоходах дает возможность создания низкооборотного высокомоментного привода и позволяет исключить большегабаритные механические передачи из конструкции машины. К тому же гидропривод традиционно широко применяется в приводах горных машин и имеет известные преимущества [8].
При шахтных испытаниях щитового проходческого агрегата АПЩВ-3,0 (ЭЛАНГ-3) в качестве энергосиловой установки применялась унифицированная насосная установка типа СНУ-5. Данная насосная станция представляет собой два радиально-поршневых насоса, каждый из которых приводится во вращение своим электродвигателем. Выбор насосной
установки именно этой марки был обусловлен приемлемыми техническими характеристиками, доступностью и тем, что все элементы насосной станции выполнены как единый агрегат. Необходимо отметить, что применение СНУ-5 оправдывает себя в условиях испытаний, однако большая масса (2100 кг без рабочей жидкости) и ограничение по углу наклона основания по отношению к горизонту (не более 100) не позволит широко применять ее в эксплуатационных условиях.
Новизна конструкции геохода обуславливает необходимость разработки различных вариантов схемных и конструктивных решений насосной установки. Также отсутствуют данные о влиянии условий эксплуатации (размеры горной выработки, углы проходки) и других факторов на технические характеристики ЭСУ.
Отсутствие исследований по определению параметров ЭСУ являются сдерживающим фактором в создании экспериментальных образцов геохода нового поколения. Поэтому работы, направленные на обоснование параметров энергосиловой установки геохода являются актуальными.
Целью проводимых исследований является обоснование параметров энергосиловой установки геохода. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• Определить основные требования к ЭСУ геоходов;
• Разработать компоновочные схемы и конструктивные решения ЭСУ геоходов;
• Разработать математическую модель, отражающую взаимосвязь параметров ЭСУ и геохода;
• Определить влияние различных факторов на параметры ЭСУ.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Косарев В.В. Оборудование для проходки и крепления горных выработок. Анализ состояния и тенденций развития комбайновой проходки // журнал «Горная техника» / Каталог-справочник, 2004, № 7
2. Аксенов В.В. Геовинчестерная технология проведения горных выработок. — Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2004. — 264 с., ил.
3. Бегляков В.Ю. Обоснование параметров поверхности взаимодействия исполнительного органа геохода с геосредой. Автореферат дис. канд. техн. наук: 05.05.06. Кемерово, 2012. — 18 с.
4. Моделирование взаимодействия корпуса носителя геохода с геосредой / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2010 — ОВ № 3. С. 41-48.
5. Блащук М.Ю. Обоснование параметров трансмиссии геохода с гидроприводом. Автореферат дис. канд. техн. наук: 05.05.06. Кемерово, 2012. — 19 с.
6. Тимофеев В.Ю. Обоснование параметров трансмиссии геохода с волновой передачей. Автореферат дис. канд. техн. наук: 05.05.06. Кемерово, 2012. — 19 с.
7. К вопросу о применении редукторного привода в трансмиссии агрегата для проведения аварийно-спасательных выработок (геохода) / В.В. Аксенов, В.Ф. Горбунов, М.Ю. Блащук В.Ю., Тимофеев // Горный информационный аналитический бюллетень. Промышленная безопасность и охрана труда на предприятиях топливно-энергетического комплекса / Москва, МГГУ, 2011 — ОВ № 9. С. 25-36.
8. Разработка и анализ возможных вариантов гидропривода в трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2010 — ОВ № 3. С. 184-193. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Аксенов Владимир Валерьевич — доктор технических наук, профессор Юр-гинского технологического института (филиала) ТПУ, зав. лабораторией угольной геотехники Института угля СО РАН, v.aksenov@icc.kemsc.ru, Блащук Михаил Юрьевич — кандидат технических наук, старший преподаватель, mby.tpu@gmail.com,
Чернухин Роман Владимирович — старший преподаватель, rv_81@mail.ru, Юргинский технологический институт (филиал) ТПУ.
