CC BY
89
ГОРНЫЕ МАШИНЫ И КОМПЛЕКСЫ
УДК 622.35:622
В.П. Сафронов, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41, geotim@list.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
А.А. Сидорков, асп., (4872) 35-20-41, efremovskay@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БУЛЬДОЗЕРНО-РЫХЛИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА ПРИ РАЗРАБОТКЕ КАРБОНАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
В статье предлагается способ повышения производительности бульдозерно-рыхлительного агрегата за счет подготовки поверхности забоя с целью увеличения коэффициента сцепления гусениц трактора с поверхностью забоя и повышения его тяговых усилий.
Ключевые слова: бульдозерно-рыхлительный агрегат, мощность трактора, тяговое усилие, забой, подстилающий слой, рыхление, производительность.
Разработка месторождений карбонатных пород с использованием мобильных комплексов оборудования, включающих бульдозерные агрегаты механического рыхления (БРА), является перспективным направлением механизации горных работ в карьерах, разрабатывающих массивы карбонатных пород (известняки, доломиты). Достоинства БРА:
- позволяет сохранить природно-прочностные свойства материала полезного ископаемого;
- исключает ряд технологических операций, применяемых при бу-
57
ро-взрывном способе: бурение скважин, их заряжание, изготовление взрывной сети и т.д.;
- позволяет работать в охранных зонах и тем самым увеличить промышленные запасы полезного ископаемого;
- использовать селективный способ разработки полезной залежи;
- уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду по сравнению с БВР.
Однако, несмотря на достоинства применения БРА, имеются недостатки:
- по производительности добычные работы с применением БРА уступает БВР;
- для эффективной работы БРА базовая мощность трактора должна быть не менее 500 л.с., но при этом в забое он не может ее максимально реализовать;
- область применения ограничивается прочностными особенностями карбонатного массива. [3]
Устранение этих недостатков является актуальной проблемой на современном этапе развития безвзрывного способа подготовки карбонат-ногого массива к экскавации.
Основными технологическими параметрами механического рыхления с применением БРА, являются: ширина одиночной борозды, расстояние между смежными параллельными проходами рыхлителя, площадь разрушения породы и производительность БРА.
Повышение производительности бульдозерно-рыхлительного агрегата и расширение области его применения при подготовки карбонатного массива к экскавации обеспечивается реализацией максимального тягового усилия.
Главным параметром является коэффициент сцепления траков гусениц БРА с поверхностью забоя. Работа БРА на твердых основаниях, представленных скальными и полускальными породами, вызывают местное разрушение пород забоя и незначительное внедрение их в грунт, что ведет, с увеличением глубины рыхления, к пробуксовке гусениц БРА, то есть уменьшению коэффициента сцепления и как следствие уменьшению тягового усилия трактора. Условие работы БРА - это когда тяговое усилие превышает сумму сил, таких как: Р1 - сила сопротивления деформированию несущего основания; Р2 - сила сопротивления движению опорных катков гусеничного хода по гусеничным цепям; Р3 - сила сопротивления движению прицепной машины; Р4 - сила сопротивления от составляющей силы тяжести при движении машины в гору; Р5 - сила сопротивления движению, обусловленная силами инерции при разгоне агрегата. [2]
Pmяг > Л + ^ + Pз + P4 + А (1)
При рассмотрении сил сопротивлении действующих на зуб рыхлителя, можно выделить 3 основные - это сила сопротивления рыхлению зубом рыхлителя, равнодействующая сила, действующая на рабочий орган рыхлителя и сила сопротивления перемещению рабочего органа от силы трения на режущей кромке от действия сил реакции. Из расчетной схемы следует, что для преодоления силы сопротивления необходимо увеличить коэффициент сцепления гусениц БРА с поверхностью забоя.
Схема приложения сил, действующих на рабочий орган рыхлителя
Согласно классической схеме расчета параметров механического рыхления значение коэффициента сцепления принимается без учета структурных особенностей поверхности забоя. Из выше приведенного следует, что эти особенности необходимо учитывать в расчетах. Для установления параметров технологического слоя нами был принят расчетный аппарат И. И. Кандаурова [1] (аппарат для определения деформации слоя безраспорного зернистого основания ограниченной мощности от линейной нагрузки), который позволил усовершенствовать алгоритм расчета значений коэффициента сцепления и уточнить алгоритм расчета мощности базовой машины, где коэффициент сцепления зависит от напряжения среза грунта под траками гусениц БРА.
Основываясь на существующую теорию расчета движения гусеничных машин нами была получена система уравнений, выражающих зависимость коэффициента сцепления от мощности подготовительного слоя (рис. 1).
Рис. 1. Алгоритм расчета мощности базовой машины с учетом коэффициента сцепления гусениц бра с поверхностью забоя
Уточнений алгоритм позволил установить зависимости: влияние мощности подсыпаемого слоя на тяговое усилие БРА, также зависимость коэффициента сцепления траков БРА с забоем от мощности подготовительного слоя (рис. 2, а.) и график зависимости коэффициента сцепления гусениц бульдозерно-рыхлительного агрегата с забоем от глубины рыхления карбонатного массива и предела прочности карбонатных пород (рис. 2, б).
Мощность подсыпаемого слоя, м
а
Рис. 2. Установленные зависимости: а - зависимость тягового усилия бра от мощности подготовительного слоя забоя; б - зависимость коэффициент сцепления гусениц бра от мощности подготовительного слоя забоя
Основываясь на установленных зависимостях и используя ранее уточненый алгоритм расчета бульдозерно-рыхлительного агрегата был построен график зависимости производительности БРА от мощности подсыпаемого слоя. Который позволил сделать вывод, что производительность БРА повышается с увеличением мощности подготовительного слоя
(рис. 3, а).
Для подтверждения полученных результатов работы был проведен эксперимент на северном участке Падовского месторождения карбонатных пород. В эксперименте участвовал БРА мощностью 500 л.с.
Основные результаты эксперимента представлены на графике. В ходе эксперимента было установлено, что фракционный состав подготовительного слоя должен состоять из фракции 20 - 120 мм, причем, лучшие результаты достигаются в случаях соблюдения пропорций: 1 часть фракции 20-40 мм и 3 части фракции 40-120 мм.
П, м 3/ч 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Н, м
б
Рис. 3. Зависимость влияния мощности подсыпаемого слоя на производительность БРА: а - зависимость производительности бульдозерно-рыхлительного агрегата от мощности подготовительного слоя забоя.
Сравнение результатов эксперимента; б - Сопоставление теоретических результатов исследований
с экспериментальными 61
а
П=846 м 3/ч \ П=916 м 3/ч
\
О
С П=734 м3/ч ) П=719 м3/ч
'и=562 м 3/ч }
Сопоставление результатов теоретических исследований с результатами экспериментов показало сходимость полученных данных 14 % (рис. 3, б)
Сравнивая работу БРА с подготовительным слоем и без него, можно сделать вывод что тяговое усилие при подготовке забоя в среднем возрастает на 15 %.
На основе полученных теоретических и экспериментальных данных была предложена технологическая схема работы бульдозерно-рыхлительного агрегата с предварительной подготовкой поверхности рыхления. Наиболее целесообразным представляется подготовка забоя в виде предварительно отсыпаемого технологического слоя щебня, который не обязательно должен быть кондиционным Отсыпку необходимо производить только перед рыхлением первого слоя площади отработки, а для рыхления последующих слоев при буртовании разрыхленной массы предлагается оставлять необходимое количество разрыхленной массы, подготавливая тем самым нижележащий слой отработки. Таким образом поочередно происходит процесс рыхления по всей мощности добычного уступа. После этого выделяется следующая площадь рыхления вдоль движения добычного фронта работ, для начала отработки, которой, также необходим первоначальный подготовительный слой щебня (рис. 4).
а б
Рис. 4. Технология подготовки карбонатного массива к выемке при помощи БРА: а-процесс рыхления; б - процесс штабелирования
разрыхленной массы
Выводы:
1. повышение производительности бульдозерно-рыхлительного агрегата достигается путем увеличения коэффициента сцепления гусениц трактора с поверхностью забоя, что позволяет обеспечить максимальное тяговое усилие.
2. на величину коэффициента сцепления влияют технологические параметры, оценивающие поверхность забоя, при этом управлять коэффициентом сцепления можно за счет мощности технологического слоя.
3. эффективность использования бульдозерно-рыхлительного агрегата на базе трактора с паспортной мощностью менее 500 л. с. достигается за счет увеличения коэффициента сцепления гусениц с поверхностью забоя путем создания технологического слоя из щебня фракций 20-40 мм и 70-120 мм в соотношении 1:3 соответственно.
Список литературы
1 Кандауров И.И. Механика зернистых сред и ее применение в строительстве. 2-е изд., испр. и перераб. Л.: Стройиздат, Ленинград. отд-ние, 1988. 280 с.
2 Федоров Д.Н. Рабочие органы землеройных машин. М., «Машиностроение», 1977. 288 с.
3 Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ: Учебное пособие. Т.1. 4-е изд., стер. М.: Издательство МГГУ, 2001. 422 с.
V.P Safronov, A.A Sidorkov
RATIONALE WAY TO BOOST DOZING AND RIPPING UNIT DESIGNED CARBONATE DEPOSITS
In the paper the way of performance dozing and ripping through the training unit surface of the face to increase the coefficient offriction with the surface of the tractor tracks face and make it more traction.
Key words: bulldozer-loosening machine, tractor power, traction, face, underlayment, hoeing, performance.
Получено 24.08.12
