Обоснование параметров системы подачи исполнительного органа проходческого комбайна с аксиальными коронками Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

---------------------------------------------- © Н.В. Хиценко, 2006

УДК 622.232

Н.В. Хиценко

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ПОДАЧИ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА С АКСИАЛЬНЫМИ КОРОНКАМИ

Неделя горняка-2005 Семинар № 16

Успешное решение задачи повышения технического уровня проходческих комбайнов (ПК) может быть обеспечено на основе создания методик оптимизации их силовых систем. Анализ известных методик показал, что они применимы в основном для обоснования рациональных параметров исполнительного органа (ИО) и его привода. Методика [1] оптимизации динамических параметров системы подачи ИО ориентирована на ПК с осевыми коронками и не учитывает большое количество режимов работы и пространственный характер движения резцов аксиальной коронки (АК). Также данная методика не позволяет обосновать рациональный характер изменения скорости подачи как часть способа регулирования нагрузки (СРН) на двигатель привода ИО, что не позволяет использовать потенциальные возможности привода, а следовательно приводит к потере производительности.

Определение параметров представляет собой задачу синтеза, в ходе решения которой производится поиск значения вектора переменных проектирования, обеспечивающего заданный уровень эффективности. При решении данной задачи должны учитываться особенности:

1. Параметры и структура системы подачи ИО во многом определяются принятым СРН.

2. ИО с АК имеет большое число режимов работы, при чем даже с точки зрения энергозатрат процесса разрушения нельзя выделить основной режим работы и пренебречь остальными. Данная особенность подтверждается зависимостями объемных долей породы, разрушаемой в различных режимах работы ИО, от сечения проходимой выработки для ПК типа П110 (рис. 1).

3. Условия эксплуатации ПК могут быть оценены на базе системы семи независимых случайных величин - временные сопротивления одноосному сжатию пород почвы и кровли, сопротивляемость резанию угольного пласта, площадь сечения выработки в проходке, мощность и угол падения угольного пласта, доля пород почвы в общем объеме присекаемых пород.

4. Вследствие пространственного характера движения процесс стружко-образования на резцах аксиальных и осевых коронок отличается, возможно формирование повторных блокированных срезов на части резцов.

5. Отличие формы поверхности забоя от формы образующей поверхности, описанной по вершинам резцов АК, приводит к более сложным, чем для осевых коронок, закономерностям формирования параметров режима разрушения забоя резцами [2].

Рис. 1. Доли режимов работы исполнительного органа комбайна П110 в цикле обработки забоя

6. Особенности кинематики механизма подвески стрелы приводят к изменению скорости подачи АК в зависимости от углов подъема и поворота стрелы при постоянной подаче рабочей жидкости в полости гидроцилиндров

[3].

7. Динамические колебания ИО в процессе разрушения забоя приводят к колебаниям толщин среза на резцах АК, что может приводить к увеличению максимальных толщин среза [4].

Перечисленные особенности позволили сформировать идею решения поставленной задачи: обоснование параметров системы подачи должно выполняться на основе анализа эффективности СРН по средневзвешенным показателям на базе вероятностной оценки условий эксплуатации комбайна (особенности 13) с учетом особенностей разрушения горного массива аксиальными коронками, а также кинематических и динами-

ческих характеристик комбайна (особенности 4-7). Особенности 4-7 должны учитываться при обосновании рациональных областей значений скорости подачи ИО во всех режимах его работы. Критерием эффективности СРН является максимум Кдсв - средневзвешенного по условиям эксплуатации ПК значения средней за цикл обработки забоя теоретической производительности, приведенной к единице установленной мощности привода ИО. При такой постановке задачи дополнительно обосновываются рациональные области значений обрабатываемых сечений забоя и угловых скоростей АК.

Методика определения параметров системы подачи предусматривает выполнение следующих этапов (см. рис. 2):

1. Задание исходных данных:

- зависимостей от режимных параметров во всех основных режимах работы исполнительного органа

Начало расчета

Задание исходных данных: ^(8>уп>ю)>кнч](8)>квч)(8)> И» И

о 2 пределение максимальных значений режимных параметров (0тах]—[ей], 5тюф Уптах]

1 _ .

С 3 )пределение минимальных приведенных удельных энергозатрат Wj=fwj(Smaxj, уптюф сот^)

>г

Оі 4 тределение условий возникновения повторных блокированных срезов 8пб И Брб

1Г

5 Расчет по упрощенному методу Кдсвцт

6 Генерирование СРН, выбор ограничения (тепловая/устойчивая мощность), определение

X

3

а

й

о

X

а

к

о?

К

я

ЬЙ

и

а,

а,

о

ы

Конец расчета

Рис. 2. Алгоритм методики определения параметров системы подачи ИО с АК

данных

(j=1..4: 1 - фронтальная зарубка; 2 - вертикальная зарубка; 3 - боковой рез двумя коронками; 4 - боковой рез одной коронкой) приведенных к единице контактной прочности удельных энергозатрат процесса разрушения забоя коронками fWJ(S, vn, а);

- предельной по износу резцового инструмента угловой скорости АК [ю];

- минимально допустимого уровня эффективности СРН по критерию производительности [е].

2. Определение максимальных значений режимных параметров в основных режимах работы ИО.

2.1. Максимальные угловые скорости коронок принимаются равными предельной по износу резцов, так как это соответствует минимальной моментной нагрузке на трансмиссию tomaxj=[to].

2.2. Максимальные площади обрабатываемого коронками сечения забоя Smaxj определяются конструкцией АК.

2.3. Максимальные скорости подачи АК определяются по зависимости:

О,0095-5™ jOnax J

v =------------------—

n max j -I-, ?

HkJ hdj

где 5max J - максимальная по вылету

резца подача за оборот коронок в j-том режиме; khj] - коэффициент кинематического повышения максимальной толщины стружки в j-том режиме; khJj - коэффициент динамического повышения максимальной толщины стружки в j-том режиме.

3. Определение минимальных приведенных удельных энергозатрат процесса разрушения забоя:

WJ fWJ (Smax J , Vn max J , Omax J )*

4. Определение значений боковой подачи за оборот, соответствующих появлению повторных блокированных

срезов в режимах бокового реза одной и двумя коронками sn6, s'n6.

5. Определение максимального для данного ИО значения критерия эффективности Kqc^jit, при выравнивания нагрузки во всем диапазоне изменения прочностных характеристик разрушаемых ПК пород.

6. Генерация СРН для всех основных режимов работы ИО. Выбор ограничения производительности - устойчивой либо тепловой мощностью, определение областей изменения режимных параметров при регулировании нагрузки DJ (vn), DJ (S), D (а). Нижние границы областей выбираются произвольно либо по критерию допустимого превышения удельных энергозатрат:

fWJ (Smax J , Vn max J , Omax J )(1 + Y) ^

~ fWJ ( Smin J , Vn min J , amin J )

где Y - допустимый относительный прирост удельных энергозатрат.

При определении диапазонов изменения скорости подачи необходимо исключить работу коронок со значениями подачи за оборот, соответствующими появлению повторных блокированных срезов: в режимах бокового реза одной коронкой - max( sn6, s'n6), двумя коронками - |sn6| и ^1. Аналитически эти условия имеют вид:

105£ (0,9..1,1)Isn61; 105£ (0,9..1,1)|s'J;

О3 O3

105О£ (0,9..1,1)max(, s'n6), а4

где

vnз6 D3(vn); а6 D3(a);

Vn4 6 DA(vn); ®4 6 D4(o)

7. Расчет Kq^ для текущего варианта СРН.

8. Проверка - можно ли заканчивать перебор вариантов СРН. Получен-

ный СРН должен обеспечивать удельную средневзвешенную теоретическую производительность не менее [г] от

КРсвИт-

к

є = -

Ясв

к

>[є].

0свНт

Если данное условие не выполняется, то необходима генерация нового СРН либо (после окончания перебора всех приемлемых СРН) коррекция исходных данных методики.

Таким образом, предложена методика определения параметров системы подачи ИО ПК с АК, предусматривающая обоснование рациональных способа изменения и области значений скорости подачи в различных режимах работы ИО совместно с выбором СРН приводного двигателя по критерию максимума средневзвешенного по условиям эксплуатации ПК значения средней за цикл обработки забоя теоретической производительности, приведенной к единице установленной мощности привода ИО.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зиновьев Б.П., Красникова О.Ю. Методика расчета рациональных динамических параметров системы подачи стреловидного исполнительного органа проходческого комбайна.

- М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1988. - 29 с.

2. Семенченко Д.А. Обоснование параметров исполнительного органа проходческих комбайнов с аксиальными коронками: Дис. ...канд. техн. наук. - Донецк, 2003. - 158 с.

3. Хиценко Н.В. Влияние кинематических изменений скорости подачи и глубины за-

рубки в массив исполнительного органа на эффективность работы проходческого комбайна// Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Вып. 23. - Донецк: ДонГТУ, 2002.

- С. 151 - 156.

4. Семенченко А.К., Хиценко Н.В. Влия-

ние пространственных колебаний аксиальных коронок комбайна П110 на максимальную скорость подачи// Научные труды ДонНТУ. Вып. 83. - Донецк: ДонНТУ, 2004. - С. 266-272.

— Коротко об авторах ------------------------------------

Хиценко Н.В. - Донецкий национальный технический университет.