Применение скреперов с импульсными колебаниями ковша на вскрышных работах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© Е.С. Клигунов, С.А. Шемякин, 2005

УДК 621.878.6.001.2

Е.С. Клигунов, С.А. Шемякин

ПРИМЕНЕНИЕ СКРЕПЕРОВ С ИМПУЛЬСНЫМИ КОЛЕБАНИЯМИ КОВША НА ВСКРЫШНЫХ РАБОТАХ

Семинар № 12

своение сырьевой базы страны в по-

V-/ следние 30 лет было ориентировано в основном на открытый способ разработки месторождений, что обусловлено его высокой производительностью, более низкими по сравнению с подземным способом опасностью работ и себестоимостью добычи и более высокими показателями извлечения полезных ископаемых.

Во всем мире на открытых горных разработках нередко можно встретить скреперы, которые используются в качестве землеройнотранспортных машин для вывозки рыхлых вскрышных пород, угля, снятия растительного слоя, рекультивации нарушенных земель.

Существующие скреперы, за исключением скреперов с принудительной загрузкой, при работе без толкача на несвязных и слабо связных породах (рыхлые вскрышные породы и т.д.) имеют низкий коэффициент наполнения (0,5-0,7). Усилия развиваемого тягачом недостаточно для копания толстой стружкой, а тонкая не способна пробить слой породы, заполнившего ковш и уходит в призму волочения.

Значительно повысить наполнение можно, применив различного рода интенсификаторы наполнения, в частности механизм импульсных колебаний ковша, основанный на том же принципе, что и вибрационные конвейеры, а именно на действии динамической силы на частицу породы [1]. В этом случае ковш, совершающий импульсные коле-

Рис. 1. Общий вид скрепера с импульсными колебаниями ковша: 1 - ковш; 2 -гидроцилиндр переднего механизма подъема-опускания ковша; 3 - гидроцилиндр заднего механизма подъема опускания ковша (гидроударник); 4 - гидроцилиндр разгрузки ковша; 5 - рама скрепера; 6 - рама промежуточная.

бания, должен быть подвешен на двух механизмах подъема-опускания, переднем и заднем, а гидроцилиндры заднего механизма выполняют и роль гидроударников (рис. 1).

На начальной стадии черпания ковш зареза-ется в породу при помощи передних гидроцилиндров. В процессе черпания, как только начинает формироваться призма волочения, включаются гидроударники и ковш начинает совершать импульсные колебания в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Если рассматривать объем породы в ковше как функцию, то она зависит от многих параметров, в том числе и кинематических, к которым следует отнести, прежде всего, угол установки гидроцилиндров переднего механизма подъема-опускания и длину промежуточной рамы. Эти параметры влияют на характер движения режущей кромки ножа во время падения задней части ковша, т. е. на величину и направление динамической силы.

С целью оценки влияния импульсных колебаний на процесс наполнения ковша в грунтовом канале лаборатории кафедры «Строительные и дорожные машины» ХГТУ проводились экспериментальные исследования на модели ковша скрепера МоАЗ-6014, совершающей импульсные колебания (рис. 2). Масштаб модели ковша был выбран 1:8 согласно законов подобия [2].

Экспериментальная установка включает верхнюю раму 2, соединенную посредством тензотяг 5, с нижней рамой 3, на которую установлен механизм импульсных колебаний 6, тензотяги 5 служат для определения горизонтальных и вертикальных составляющих усилия копания. Механизм импульсных колебаний состоит из трехфазного электродвигателя, редуктора, кулачка и подпружиненного толкателя установленного в направляющих. Толкатель посредством толкающей рамки 9 соединен с моделью ковша 7. Модель ковша подвешена на передних тягах 8, и промежуточной раме 10.

На толкающей рамке и промежуточной раме наклеены тензодатчики для измерения динамических усилий при падении задней части ковша. Вся конструкция (механизм импульс-

Рис. 2. Общий вид (а) и конструктивная схема экспериментальной установки (б): 1 - стенд для испытания рабочих органов МЗР; 2 - рама верхняя; 3 -рама нижняя; 4 - рама средняя; 5 - тен-зотяги; 6 - механизм импульсных колебаний ковша; 7 - модель ковша; 8 - тяга передняя; 9 - рамка толкающая; 10 - рама промежуточная; 11 - канал грунтовый.

ных колебаний, модель ковша) посредством верхней рамы 2, жестко закрепляется к тензометри-ческой тележке 1, стенда для резания пород в грунтовом канале 11. Угол установки передних тяг варьируется от 50° до 110°, а длина промежуточной рамы изменяется в пределах от 1,6 м до 2,5 м (для натурной машины).

Модель ковша так же имеет широкий диапазон изменения длины ковша - от 100% до 150%. Тарировка экспериментальной установки производится винтовым устройством и динамометром ДОСМ-1.

В ходе исследований было установлено, что при изменении угла наклона передних гидроцилиндров от 50° до 110° наблюдается заметное ухудшение интенсивности продвижения породы в сторону задней стенки (кривые 1, 2 и 3 рис. 3.а, построенные при средней длине промежуточной рамы), но в тоже время наибольшее наполнение ковша получено при значениях углов: 80°, 90° (кривая 2 рис. З.а и 3.б). Это связано с тем, что при углах 50°-70° во время падения ковша, режущая кромка выглубляется практически на 1/3. В свою очередь выглубле-ние ковша приводит к значительному ослаблению стружки и как следствие уменьшению степени заполнения (кривая 1 рис.3.а и 3.б). Возвращается же нож в исходное положение только во время подъема задней части ковша.

В значительной мере на процесс наполнения ковша влияет и длина промежуточной рамы. Так при изменении ее длины с 1,6 м до 2,5 м (для натурной машины) (кривые 1, 2 и 3 рис. 4. а построенные при угле установки переднего гидроцилиндра подъема-

Рис. 3

2050

б

Рис. 3. Контуры породы в ковше (а) и зависимость объема породы в конечной стадии копания (б) в зависимости от угла наклона гидроцилиндров переднего меха-низма подъема-опускания (глубина черпания 60% от максимальной): 1

- агц = 50°; 2 - агц = 80°; 3 - агц = 110°; 4

- Ьдр.р = 1600 мм; 5 - Ьдр.р =2050 мм; 6 -Ьпр.р =2500 мм

Рис. 4. Контуры породы в ковше (а) и зависимость объема грунта в конечной стадии черпания (б) в зависимости от длины промежу-точной рамы (глубина черпания 60% от максимальной): 1 -Ьпр.р = 1600 мм; 2 - Ьдр.р =2050 мм; 3 -Ьпр.р =2500 мм; 4 - агц = 50°; 5 - агц = 80°;

6 - агц = 110°

Рис. 4

опускания ковша 80°) резко сокращается обратный ход ковша при падении его задней части, а следовательно меняется величина динамической силы, способствующей активному продвижению породы к задней стенке. Из графиков (кривая 1, 2 и 3 рис 4.б) видно, что наиболее интенсивно наполняется ковш при длине промежуточной рамы 2,05 м. Это связано с тем, что при данном сочетании угла наклона гидроцилиндра и длины промежуточной рамы перемещение режущей кромки ножа в направлении движения машины имеет максимальное значение.

Энергию на осуществление импульсных колебаний для натурной машины, можно аккумулировать во время порожнего хода скрепера, а также во время транспортиров

ки породы на участках спуска, что позволит использовать всю мощность тягача на процесс черпания. Если же накопленной энергии будет недостаточно для осуществления колебаний или при работе на связных породах, где действие импульсных колебаний слабо проявляется, скрепер будет работать с двумя механизмами подъема-опускания ковша, что и так позволяет повысить степень наполнения на 16% [З], в сравнении с существующими машинами.

В конечном счете, применение импульсных колебаний позволит повысить наполняемость ковша на не связных и слабо связных породах на 34%, что увеличит производительность машины в целом на 20% при дальности транспортировки до 500 м и на 10% при дальности до 3500 м.

1. Гончаревич И.Ф., Дьяков В.А. Транспортные машины и комплексы непрерывного действия для скальных грузов. - М.: «Недра» 1989.

2. Зеленин А.Н. и др. Машины для земляных работ. Учебное пособие для вузов. - М., «Машиностроение», 1975.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Шемякин С.А. Влияние угла наклона днища на заполнение ковша скрепера грунтом. Строительные и дорожные машины: Сборник научных трудов/Под ред. С.Н. Иванченко - Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун-та, 1996.- 134 с.

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

Клигунов Евгений Сергеевич - аспирант кафедры «Строительные и дорожные машины» со специализацией «Открытые горные работы»,

Шемякин Станислав Аркадьевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные и дорожные машины» со специализацией «Открытые горные работы»,

Хабаровский государственный технический университет (ХГТУ).