Разработка концептуального варианта схемного решения привода технического средства проведения аварийно-спасательных выработок на базе геохода Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.В. Аксенов, В.Ю. Тимофеев, 2012

В.В. Аксенов, В.Ю. Тимофеев

РАЗРАБОТКА КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ВАРИАНТА СХЕМНОГО РЕШЕНИЯ ПРИВОДА ТЕХНИЧЕСКОГО СРЕДСТВА ПРОВЕДЕНИЯ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК НА БАЗЕ ГЕОХОДА

Рассмотрены варианты построения компоновки привода и трансмиссии агрегата для проведения аварийно-спасательных выработок (геохода) на основе волновой передачи с промежуточными качениями и двигателей кольцевой компоновки с вращательным движением. Ключевые слова: геоход, трансмиссия, механическая передача, требования к трансмиссии геоходов

Создание подземных выработок, в рамках освоения подземного пространства, представляет собой трудоемкий, энергозатратный и дорогостоящий процесс, который сопровождается возникновением техногенных аварий и катастроф. Задачи снижения аварийности всегда являются приоритетными, а техногенные аварии и катастрофы под Землей до сих пор возникают и неизменно сопровождаются различного рода завалами капитальных горных выработок. Зачастую от оперативности разборки завалов и создания доступа в блокированную область зависят жизни людей.

На сегодняшний день разборка завалов в подземных условиях производятся практически без механизации данного процесса, с риском для горноспасателей. Соответственно, продолжительность проведения аварийно-спасательных работ в подземных условиях является непозволительно долгой.

Альтернативным способом ликвидации последствий техногенных катастроф в этих условиях является проведение специальных подземных выработок с использованием средств механизации, которые служили бы одновременно и средствами защиты горноспасателей [1].

Существующие технологии проведения горных выработок и строительства подземных сооружений не могут быть исполь-

зованы для проходки аварийно-спасательных выработок по причине невозможности их применения в условиях возникновения техногенной катастрофы [2].

На основании ряда проведенных исследований [3, 4] коллективом ученых была предложена геовинчестерная технология проведения горных выработок. Базовым функциональным элементом данной технологии является геоход. Одной из основных систем геохода является его трансмиссия, т.к. именно ей создается тяговое усилие на его внешнем движителе и напорное усилие на исполнительном органе. В настоящее время ведутся работы по созданию геоходов нового поколения и поэтому исследования направленными на создание трансмиссии геоходов нового технического уровня являются актуальными.

В 80-ых годах прошлого века группой ученых и инженеров были проведены научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, в ходе которых были созданы экспериментальные образцы геоходов ЭЛАНГ-3 и ЭЛАНГ-4, а геоход ЭЛАНГ-3 прошел натурные испытания, что доказало принципиальную возможность нового способа перемещения геохода с использованием самой геосреды [5]. В экспериментальных образцах геоходов роль трансмиссии выполняли гидроцилиндры, расположенные по хордам окружности оболочки геохода [3, 4]. Такое решение имеет существенные недостатки: цикличность продвижения геохода; сложность синхронизации действия всех гидроцилиндров; перекос штока и поршня в цилиндре вследствие продвижения вперед головной секции; большие нагрузки и как следствие большие напряжения в местах присоединения проушин крепления гидроцилиндров к оболочке секции; закрутка рукавов высокого давления в процессе вращения головной секции снижает безопасность данного типа привода.

Данные недостатки создают значительные сложности при выборе гидроцилиндров в качестве трансмиссии геоходов нового поколения [5]. На основании этого разработаны требования к трансмиссии геохода нового поколения [6].

Анализ применимости различных вариантов схемных решений гидропривода в трансмиссии геохода показал, что в настоящее время гидропривод не соответствует новым требова-

ниям, предъявляемым к трансмиссии и приводу [7], что создает предпосылки для применения механической передачи в трансмиссии геохода нового поколения [8].

Применение механических передач, традиционно используемых в трансмиссиях горных машин (зубчатые эвольвентные, червячные, планетарные), затруднено в виду того, что при необходимых для движения геохода вращающих моментах, габариты передач будут сопоставимы с размерами секций геохода [9]. Это не соответствует требованию по обеспечению свободного пространства внутри геохода. Также в качестве недостатков стоит отметить значительное усложнение конструкций передач, а как следствие и снижение их надежности, и также значительная металлоемкость [9].

В последнее время получают распространение (в том числе и в трансмиссиях горных машин) механизмы с относительно новой механической передачей — волновой передачей с промежуточными телами качения (ВППТК). Данная передача обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с передачами, традиционно используемыми в трансмиссиях горных машин: большие предаваемые вращающие моменты, большие передаточные числа, меньшая металлоемкость [10]. Компоновка и принцип работы данной механической передачи обеспечивает возможность ее адаптации в качестве трансмиссии геохода [11].

Компоновочное решение ВППТК, разработанное для применения в трансмиссии геохода, в зависимости от выходного звена передачи имеет два базовых схемных решения в трансмиссии геохода (табл. 1).

Схема 1 с выходным звеном ВППТК — сепаратором. Головная секция 1 соединена с сепаратором 4. На внутренней поверхности стабилизирующей секции 3 размещен зубчатый венец 2. Вращение в передаче передается от эксцентрикового генератора волн 5 через промежуточные тела качения (ролики) 6 на сепаратор 4 (табл. 1).

Схема 2 с выходным звеном ВППТК — зубчатым венцом. Включает в себя головную секцию 1 , с размещенным на ее внутренней поверхности зубчатым венцом 2. Стабилизирующая секция 3 соединена с сепаратором 4. Вращение в передаче передается от эксцентрикового генератора волн 5 через промежуточные тела качения (ролики) 6 на зубчатый венец 2 (табл. 1).

Таблица 1

Базовые схемные решения трансмиссии геохода с ВППТК

Общий вил применения ВППТК в трансмиссии геохола

Схема применения ВППТК в трансмиссии геохола

Схема 1 — С неподвижным венцом (выходное звено ВППТК — сепаратор)

Схема 2

— С неподвижным сепаратором (выходное звено ВППТК — зубчатый венец)

Наличие нового функционально-конструктивного элемента — полого вала в ВППТК создает возможность для обеспечения необходимого свободного пространства внутри геохода.

Разработанные базовые схемные решения передачи позволят разработать схемное решение всего привода, которое увязывает расположение редуктора, двигателя и секций геохода. В виду сопряженности трансмиссии с ВППТК и двигателя и расположения их на единой конструктивной базе геохода, то к двигателю следует применять те же требования что и к трансмиссии геохода нового поколения [6]. Поэтому двигатель в приводе рационально разместить по аналогии с ВППТК, т.е. разместить его элементы двигателя по периферии секции геохода. Это обеспечило бы свободное пространство в центре геохода для размещения оборудования для удаления отбитой горной породы и доступа к обслуживанию ИО.

Такой вариант схемного решения двигателя возможен при использовании электродвигателей, у которых компоновка аналогична компоновки электродвигателей, применяемых в приводах крупногабаритных мельниц измельчения полезных ископаемых или обогащения руд с безредукторным приводом [12]. На рис. 1, а, в качестве примера компоновки, показана мельница мокрого полусамоизмельчения с безредукторным приводом и схема расположения элементов электродвигателя мельницы (рис. 1, б).

Рис. 1. Общий вид мельницы мокрого полусамоизмельчения с безредукторным приводом ММПС 70—70 и схема электродвигателя: 1 —

статор, 2 — ротор, 3 — фланец ротора, 4 — приводной фланец

Так называемый «кольцевой» или «опоясывающий» электродвигатель, размещенный по внутренней окружности цилиндрической оболочки, дает возможность компоновки двигателя и привода вне оси вращения геохода. Двигатель представляет собой крупногабаритный синхронный электромотор. Полюса двигателя монтируются непосредственно на опорном фланце кожуха мельницы. Таким образом, корпус мельницы является ротором 2. Сама мельница является статором безредукторного двигателя 1. Фланец ротора 3 и фланец приводной 4 — конструктивное исполнение выходного звена двигателя.

Данная компоновка электродвигателя обеспечивает возможность размещения элементов двигателя по периферии стабилизирующей секции геохода. При этом выходным элементом будет являться фланец ротора, который в свою очередь будет являться входным звеном для ВППТК и будет соединен с генератором волн с полым валом (рис. 2).

Рис. 2. Компоновка электродвигателя в приводе двухсекционного геохода

5 А 3 2 1 А-А

Рис. 3. Схемное решение привода геохода с ВПТТК: 1 — стабилизирующая секция, 2 — электродвигатель, 3 — редуктор с ВППТК, 4 — генератор волн, 5 — головная (вращающаяся) секция, 6 — винтовая лопасть (движитель)

Схемное решение привода двухсекционного геохода предполагает синтез схемных решений ВППТК и электропривода (рис. 3).

Данная компоновка предполагает размещение электропривода в стабилизирующей секции 1. Крутящий момент от электродвигателя 2 передается на редуктор с ВППТК 3 через генератор волн 4.

Преимущества схемного решения: данная компоновка обеспечивается требование непрерывности вращения за счет использования механической передачи в трансмиссии, соответственно более равномерное нагружение оболочки головной секции, такая компоновка обеспечит максимальное использование периферийного пространства стабилизирующей секции, следовательно, обеспечит максимальное свободное пространство в районе оси вращения. Также компоновка по сравнению с гидроприводом гораздо проще обеспечивает реверс движения за счет изменения направления вращения двигателя.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Отчет о научно-исследовательской и опытно-конструкторской работе Разработка специальной технологии проходки аварийно-спасательных выработок в завалах при ликвидации техногенных катастроф // Государственный контракт от 10 августа 2007 г. № 78-ОПН-07п.

2. К вопросу о создании новой технологии аварийно-спасательных выработок при ликвидации техногенных катастроф / В.В. Аксенов, А.В. Са-пожкова, Горбунов В.Ф., Тимофеев В.Ю. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технического журнала) Mining Informational and analytical Bulletin (scientific and technical journal). Промышленная безопасность и охрана труда на предприятиях топливно-энергетического комплекса. — 2011. — № ОВ9. — С. 60—68. — М.: издательство «Горная книга».

3. Винтоповоротные проходческие агрегаты / А.Ф. Эллер, В.Ф. Горбунов, В.В. Аксенов. — Новосибирск: ВО «Наука». 1992. — 192 с.

4. Аксенов В.В. Геовинчестерная технология проведения горных выработок. — Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2004, 264 с., с ил.

5. Обоснование необходимости разработки трансмиссии геоходов / Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Тимофеев В.Ю., Блащук М.Ю. — Журнал. // Вестник КузГТУ. 2009. № 3. С. 24 -27.

6. Формирование требований к основным системам геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Садовец, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук, В.Ю. Бегляков // Горный информационный аналитический бюллетень. Перспективы развития горно-транспортных машин и оборудования / Москва, МГГУ, 2009 — ОВ № 10. С. 107—118.

7. Разработка и анализ возможных вариантов гидро- и электропривода в трансмиссии геохода / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, В.Ю. Тимофеев, М.Ю. Блащук // Вестник КузГТУ/ Кемерово, 2010 — № 3. С. 7—14.

8. Анализ возможных вариантов электропривода и механических передач 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. 154—163.

9. К вопросу о применении редукторного привода в трансмиссии агрегата для проведения аварийно-спасательных выработок (геохода) / В.В. Аксенов, М.Ю. Блащук, В.Ю. Тимофеев, В.Ф. Горбунов // Горный информационный аналитический бюллетень. Промышленная безопасность и охрана труда на предприятиях топливно-энергетического комплекса / Москва, МГГУ, 2011 — ОВ № 9. С. 25—36.

10. Панкратов Э.Н. Проектирование механических систем автоматизированных комплексов для механообрабатывающего производства: Практикум лидера-проектировщика. — Томск: изд-во Том. Ун-та, 1998. — 295с.

11. Обзор волновых передач возможных к применению 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. 137—149.

12. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы: в 2-х т.: Т.1. — Под.ред. Богданова О.С. — М.: Недра, 1982. — 367 с. НЗШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Аксенов В.В. — доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией угольной геотехники, v.aksenov@icc.kemsc.ru,

Тимофеев В.Ю. — младший научный сотрудник лаборатории угольной геотехники,

Институт угля СО РАН.