CC BY
32
СЕМИНАР 21
ГАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОР
ОСКВА, : МГГУ, 31 : января
: 4 февраля
• Р.В. • Вагапов, 2000 :
УДК 622:538:621.3
Е.К. Едыгенов, Р.В. Вагапов
УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ И ДОСТАВКИ ГО1 НЫХ ПОРОД НА БАЗЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРИВОДОВ С ВНУТРЕННИМ МАГНИТОПРОВОДОМ
зных , ископаемых ,
эытым. спс
а основе минерально-сырьевых ресурсов в Республике Казахстан сформирован многоотраслевой горно-
металлургический комплекс (ГМК) с его горнодобывающими, обогати-
тельными и металлургическими предприятиями. а также научно-иссле-довательскими и проектными организациями, обладающими высококвалифицированными научными и инженерными кадрами, уникальной экспериментальной базой. В настоящее время ГМК обеспечивает производство четверти товарной продукции всей промышленности Казахстана и более половины его экспорта и в достаточно длительной перспективе комплекс сохранит свое значение как ключевой сектор промышленности Казахстана.
Современное состояние горнодобывающей промышленности направлено на расширение разработок по-
черных и цветных металлов приоритетным является открытый способ добычи руды: 87 % добычи железной руды и 58 % цветных металлов обеспечивается за счет открытого способа разработки.
Наряду с ростом числа горных предприятий с открытым способом дальнейшее повышение добычи полезных ископаемых связано с разработкой более глубоких горизонтов. За последние 10-15 лет уже достигнута глубина карьеров от поверхности 250300 м, проектами предусматриваются углубления карьеров до 500-600 м.
Рост глубины горных работ предъявляет новые требования к горно-транспортному оборудованию. Применение традиционных видов карьерного транспорта - железнодорожного и автомобильного - при разработке глубоких горизонтов связано с необходимостью проходки съездов, что приводит к увеличению размеров карьерного поля, росту вскрышных работ, а в случае использования автотранспорта - и с созданием дополнительной системы вентиляции. Эффективность применения этих видов транспорта резко снижается при глубине разработки более 200 м.
В связи с постоянно возрастающей трудоемкостью горно-транспортных работ, вызванною углублением карьеров и усложнением при этом горногеологических и горнотехнических ус-
ловий обеспечение требуемой производительности горных предприятий при одновременном снижении затрат на транспортирование полезного ископаемого с глубоких горизонтов может быть достигнуто путем сокращения расстояния доставки горной массы от места разработки на поверхность и созданием транспортных средств, способных осуществлять крутонаклонное транспортирование.
Таким видом транспорта являются конвейерные поезда с электромагнитным приводом (А.С. № 723731, 838941, 1453547), разработанные в Казахстане.
Конвейерный поезд (КП)- транспортное средство, выполненное в виде гибкой системы из ходовых тележек с грузонесущей поверхностью, приспособленной к загрузке крупнокусковых материалов, и движущееся непрерывно между пунктами погрузки и разгрузки.
В СНГ вопросами конструирования и исследования КП занимаются в Московском и Днепропетровском горных институтах, ИГД им. А.А. Скочинского, ИГД СО РАН, Донецком политехническом институте, Институте геотехнической механики АН Украины и некоторые другие, а в Казахстане - ИГД им. Д. Кунаева.
В ИГД им. Д. Кунаева тяговые привода, осуществляющие перемещение поезда, выполнены в виде электромагнитов с внутренним магнито-проводом, размещены стационарно вдоль трассы на расстоянии друг от друга равном или немного меньшим длины поезда, чем обеспечивается крутонаклонное транспортирование горной массы, т.к. магнитное поле привода воздействует на конвейерный поезд подобно тяговому канату для подъемных машин. Испытания привода показали, что по удельной тяговой характеристике электромагниты с внутренним магнитопроводом эффективнее линейных асинхронных двигателей, которые в настоящее время используются при проектировании конвейерных поездов.
В тяговом приводе с внутренним магнитопроводом (рис. 1) якорь 2 выполнен С-образным с продольными пазами 3, в которых установлены опорные ролики 4, грузовую емкость 5 и катки 6. Внутри якоря расположена обмотка 7 и индуктор 8 с выступами 9 на обоих торцах. Индуктор с обмоткой охвачен диамагнитным кожухом 10 и подвешен на амортизаторах 11 к
Рис. 1. Схема линейного электропривода с внутренним магни-топроводом
основанию 12. Для усиления магнитного потока в продольных пазах установлены ферромагнитные бруски 13 с высокой магнитной проницаемостью.
Работа тягового привода заключается в следующем.
При включении обмотки 7 в сеть в индукторе 8 возникает магнитное поле. Магнитное поле, усиленное ферромагнитными брусками 13, создает тяговую силу для перемещения якоря. Якорь с грузовой емкостью перемещается с помощью катков по направляющим 1. Опорные ролики 4 и амортизаторы 11 позволяют предотвратить заклинивание якоря при возможных перекосах. В данном тяговом приводе отсутствуют токосъемные устройства, что упрощает его конструкцию и позволяют использовать его и во взрывоопасных условиях.
Эффективность применения электромагнитного привода с внутренним магнитопроводом повышается также за счет того, что в нем полностью отсутствует «концевой эффект, свойственный ЛАД.
Конвейерные поезда с электромагнитным приводом могут без перегрузки перемещать горную массу на значительные расстояния при малых радиусах кривых в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
В сравнении с железнодорожным транспортом система «конвейерный поезд» позволяет сократить расстояние доставки в 3-5 раз и снизить время одного транспортного цикла в 2-4 раза.
Кроме этого, электромагнитные привода в системе «конвейерный поезд», используя электрическую энергия и создавая при этом магнитное поле, воздействуют на ходовые тележки бесконтактно, что обеспечивает безударное взаимодействие, повышенную надежность и долговечность, создает возмож-
Таблица 1
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КП С ЭМП
Наименование
Производительность, м3 /ч Дальность транспортирования, км Скорость движения, м/с:
Угол подъема, град.
Гранулометрический состав материала. мм Длина поезда, м Вместимость поезда, м3 Число тяговых станций, шт.
Число приводов в тяговой станции, шт. Мощность привода, кВт
ность получать высокие скорости движения.
По сравнению с зарубежными конструкциями КП, например фирмы СЕККАМ, использующих в качестве привода ЛАД, электромагнитный привод с внутренним магнитопрово-дом позволит увеличить производительность в 2-3 раза, скорость движения в 2 раза и перевозить груз с кусками до 1,2-1,5 м.
Использование конвейерных поездов с электромагнитным приводом позволит значительно снизить себестоимость добычи полезных ископаемых (например, для ССГПО в 1,5 раза). Только за счет эксплуатации одной линии конвейерного поезда может быть получен экономический эффект порядка 1,1 млн долл. США (за счет сокращения парка самосвалов, расстояния доставки, работ по ремонту дорог, содержания СТО и пр.). Кроме этого в зависимости от производительности капзатраты на приобретение единицы транспортного средства и эксплуатационные затраты сократятся в 1,5-2,0 раза.
Существенным преимуществом КП является относительная простота конструкций. Кроме этого, конвейерные поезда имеют модульную конструкцию, каждый модуль которого содержит тяговый привод, ходовые тележки, направляющие, систему Таблица 2
ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭМУД
Параметры ударной машины
Энергия удара, Дж Частота ударов, 1/мин Масса, кг Г абариты, мм:
высота без инструмента диаметр корпуса
б ... 8 1 ... 2
до 40 0 ... 1500 250 ... 300 12б 30 ... 40 5 ... 7 230
управления приводами, что позволяет, варьируя числом модулей, изменять производительность транспортной системы и дальность транспортирования. Привода или ходовые тележки, вышедшие из строя, можно быстро и легко заменить на новые и ремонтные работы, связанные с их заменой, практически не влияют на непрерывность транспортного процесса.
К преимуществам этого транспортного средства следует отнести и возможность, путем ввода дополнительных поездов или их вывода с транспортных коммуникаций, регулирования производительностью в зависимости от потребности, а также прокладку трассы КП по местности с любым рельефом и по борту карьера с углами подъема до 30-40°. Кроме этого КП обладает экологической безопасностью поскольку в качестве привода функциональных узлов используются электромагнитные линейные двигатели.
В ИГД им. Д. Кунаева разработан технический проект конвейерного поезда с электромагнитным приводом (КП с ЭМП), технические характеристики которого приведены в таблице
1.
Помимо использования в транспортных средствах разработанный привод может быть использован при создании отвалообразователя
(А.С.№1800032), который исключает
Значения
2000 ... 2500 150 ... 200 980
1320
730
15 ... 20
10 ... 15
из процесса отвалообразования экскаваторы и бульдозеры, ударных машинах для дробления негабаритов (А.С. № 1288262, 1406315, 1469143).
Электромагнитная машина ударного действия состоит (рис. 2) из подвижно смонтированного в направляющей трубе 1 якоря 2 и закрепленных в ней с помощью верхних 3 и нижних 4 кронштейнов силовых электро-
магистральная
на погрузочно-разгрузочном участке
Часовая производительность (число разрушенных бутов в час) по породам с коэффициентом крепости Ф по шкале
М.М. ПротодьякойоваиобїЬме бута V:
Ф
Ф :
10, V = 5
15, V = 1,0 .101,5 м3
магнитов 5, соединенных с коммутирующим устройством 6. Причем силовые электромагниты 5 расположены с зазором в сквозных продольных отверстиях 7, выполненных по периметру якоря 2 симметрично его продольной оси. Якорь 2 взаимодействует с рабочим инструментом 8, а силовые электромагниты 5 смонтированы на кронштейнах 3 и 4 с возможностью продольного перемещения.
В зависимости от энергии, которую необходимо получить при ударе, напряжение при помощи коммутирующего устройства 6 подается в один, два или во все, например четыре, силовые электромагниты 5, в каж-
Рис. 3. Схема устройства для фиксации негабарита
Рис. 4. правле!
дом из которых возникает магнитное поле. При этом магнитные поля всех задействованных силовых электромагнитов 5 одновременно воздействуют на якорь 2, в результате чего последний разгоняется вдоль направляющей трубы 1 и силовых электромагнитов 5 от верхнего кронштейна 3 к рабочему инструменту 8. Якорь 2 при взаимодействии с рабочим инструментом 8 передает ему свою кинетическую энергию.
Электромагнитная машина ударного действия работает следующим образом.
После передачи якорем 2 энергии рабочему инструменту 8 при помощи коммутирующего устройства 6, например путем изменения полярности магнитного поля в одном или нескольких силовых электромагнитах 5, на якорь 2 начинают действовать силы, направленные в противоположную от рабочего инструмента 8 сторону. Под действием этих сил якорь 2 движется вдоль центрирующих его движение направляющей трубы 1 и силовых электромагнитов 5 от ударного инструмента 8 к верхнему кронштейну 3, т.е. в исходное для начала работы положение. По достижении якорем 2 верхнего кронштейна 3 коммутирующее устройство 5 вновь меняет полярность магнитных полей в силовых электромагнитах 5, задействованных для возвращения якоря 2 в исходное положение, после чего цикл повторяется.
Использование электромагнитной машины ударного действия позволяет за счет варьирования числа задействованных в работу силовых электромагнитов регулировать энергию единичного удара. Кроме того, позволяет снизить энергетические затраты за счет регулирования числа электромагнитов, используемых для возврата якоря в исходное положение.
В ИГД им. Д. Кунаева разработан технический проект электромагнитного ударника (ЭМУД), характери-
ения негабарита с двумя навстречу на-
стики которого представлены в таблице 2.
Негабариты имеют обычно непра-
вильную форму, что ведет к необходимости фиксировать этот объект, чтобы нанести концентрированный и точный удар для его разрушения.
В ИГД им .Д. Кунаева разработано устройство, позволяющее фиксировать негабарит относительно ударной машины и тем самым повысить эффективность его работы.
Устройство (рис. 3) состоит из смонтированного на стреле 1 ударника 2 с корпусом 3 и расположенных на периферии корпуса 3 и связанных с ним захватов 4 и гидроцилиндров 5 управления последними. Захваты 4 связаны с корпусом 3 посредством закрепленных на них продольных направляющих 6 и выполнены в виде размещенных в последних (в количестве не менее трех) многозвенников из шарнирно соединенных элементов 7 со сквозными отверстиями 8. Гидроцилиндры 5 управления захватами 4 соединены с верхними элементами 7 многозвенников, которые связаны между собой посредством последовательно пропущенного по спирали винтовой линии через отверстия 8 в элементах 7 натяжного каната 9, который одним концом связан с одним из верхних элементов 7, а другим - с корпусом 3 посредством натяжного механизма.
Натяжной механизм выполнен в виде лебедки 10. Внутренние поверхности отверстий 8 элементов 7 покрыты антифрикционным материалом
11, а внутренние поверхности элементов 7 покрыты фрикционным материалом 12.
Ударник 2 включает также рабочий инструмент 13, связанный со стрелой 1 гидроцилиндром 14 управления. Направляющие 6 покрыты кожухом 15. Устройство имеет датчики
16 для дистанционного контроля.
Устройство для дробления негабарита работает следующим образом.
Для разрушения некондиционного куска породы при помощи стрелы 1 и гидроцилиндра 14 управления ударник 2 наводится и устанавливается своим рабочим инструментом 13 и захватами 4 на негабарите. При контакте рабочего инструмента 13 и захватов 4 с негабаритом в датчиках 16 для дистанционного контроля образуется сигнал, который дает команду для
Рис. 2. Схема электромагнитной машины ударного действия
включения гидроцилиндров 5. А так как штоки последних кинематически связаны с захватами 4, то эти захваты 4 вместе с натяжным канатом 9 начинают движение по направляющим 6 в сторону негабарита.
При этом, так как захваты выполнены из шарнирно соединенных элементов 7, а натяжной канат 9 пропущен по винтовой линии через отверстия 8 и один конец его связан с лебедкой 10 натяжного механизма, т.е. величина его натяжения может регулироваться, то элементы 7 захватов 4, расходясь в стороны от рабочего инструмента 2, охватывают негабарит и вместе с натяжным канатом 9 образуют защитную сетку. После охвата негабарита лебедка 10 натягивает натяжной канат 9, под действием чего захваты 4 своими элементам 7 прижимаются к негабариту и жестко фиксируют ударник 2 на негабарите. Затем ударник 2 при помощи рабочего инструмента 13 производят разрушение негабарита.
После разрушения негабарита с датчиков 16 подается команда на гидроцилиндры 5, которые при помощи штоков поднимают захваты 4 с натяжным канатом 9 по направляющим 6. При необходимости лебедка 10 выбирает излишнюю слабину натяжного каната 9. По возвращении захватов 4 в исходное положение датчики 16 подают команду на гидроцилиндры 5 на остановку захватов 4.
Устройство готово для осуществления разрушения следующего негабарита.
При разрушении негабарита, находящегося на грузонесущем полотне транспортного средства, с целью предотвращения динамического воздействия ударных импульсов на стенки и днища этого средства в Институте разработано устройство с парой направленных навстречу друг другу ударных машин.
Устройство (рис. 4) для разрушения негабаритов включает установленную на стреле 1 подвеску 2, выполненную в виде шарнирно закрепленных на стреле концами балок 3, связанных между собой гидроцилиндрами 4 подачи бутобоев. Другие концы балок соединены с лапами 5 посредством шарниров 6 с тремя степенями свободы и посредством гидроцилиндров 7 изменения расстояния между ними. Лапы шарнирно соединены между собой спаренными силовыми электромагнитными цилиндрами 8 двустороннего действия. На лапах жестко закреплены бутобои 9. Каждый шарнир 6 содержит шток 10 с жестко закрепленной на нем серьгой
11, установленный в направляющем канале, выполненном в лапе, палец
12, связывающий шток 10 с балкой 3, и изогнутый палец 13, соединяющий серьгу 11 с гидроцилиндром 7. Буто-бои своими рабочими инструментами
14 устанавливаются на негабарит 15. Электромагнитные цилиндры 8 имеют электрообмотку 16 и якоря 17.
Устройство работает следующим образом.
С помощью стрелы 1 к негабариту
15 подводят бутобои 9. Балки 3 раздвигают гидроцилиндрами 4 подачи бутобоев до тех пор, пока расстояние между рабочими инструментами 14 не будет равно ширине негабарита. Буто-бои устанавливают с двух сторон негабарита и в зависимости от его формы рабочие инструменты 14 располагают перпендикулярно к его поверхности в точках контакта.
Манипуляции с бутобоями производят в вертикальной плоскости гидроцилиндрами 7, обеспечивая поворот лап 5 относительно пальцев 12, а в горизонтальной плоскости с помощью электромагнитных цилиндров 8 поворачивают лапы 5 относительно осей штоков 10. После установки рабочих
Едыгенов Е.К., Вагапов Р.В. - Институт горного дела им. Д. Кунаева,
инструментов на негабарит включают электрообмотки 16 электромагнитных цилиндров на втягивание якорей 17. Далее включают бутобои и происходит разрушение негабарита.
Данное устройство может использоваться для разрушения сразу двух негабаритов. Для этого выдвигают якоря электромагнитных цилиндров 8 до установки бутобоев вертикально и параллельно друг другу. Выбирают точки контактов инструментов 14 с негабаритами с помощью гидроцилиндров 4, а гидроцилиндрами 7 устанавливают оптимальный угол наклона бутобоев к негабаритам и включают последние. Прижим инструментов к негабаритам осуществляется за счет веса устройства. Далее цикл повторяется.
Данное устройство может использоваться для разрушения сразу двух негабаритов. Для этого выдвигают якоря электромагнитных цилиндров 8 до установки бутобоев вертикально и параллельно друг другу. Выбирают точки контактов инструментов 14 с негабаритами с помощью гидроцилиндров 4, а гидроцилиндрами 7 устанавливают оптимальный угол наклона бутобоев к негабаритам и включают последние. Прижим инструментов к негабаритам осуществляется за счет веса устройства. Далее цикл повторяется.
Таким образом, разработанный в ИГД им Д. Кунаева электромагнитный привод с внутренним магнито-проводом может быть использован, как универсальный, при разработке различных видов горнотранспортного оборудования.
