УДК 622.002.5
В.В. Аксенов, В.Ю. Садовец, Е.В. Резанова
УСТРОЙСТВО ПРОТИВОВРАЩЕНИЯ КАК ФРАГМЕНТ СТРУКТУРНОГО ПОРТРЕТА ГЕОХОДА
Геоходы представляют собой новый самостоятельный класс горных машин, предназначенных для проходки горных выработок различного назначения и расположения в подземном пространстве [1].
Проведение горной выработки с помощью геоходов определяется четырьмя основными технологическими операциями:
1) перемещением самого геохода в геосреде и созданием тем самым напорных усилий на исполнительном органе, разрушающем забой;
2) отделением горной массы;
3) уборкой отделенной горной массы;
4) креплением образовавшегося пространства выработки.
Перемещение геохода в геосреде принято за базовую технологическую операцию [2].
Геоходы относятся к семейству технологически согласованных, кинематически увязанных и имеющих единую конструктивную базу агрегатов, выполняющих все операции проходческого цикла в совмещенном режиме, что позволяет уменьшить массово-габаритные характеристики проходческой системы, увеличить маневренность, снизить металлоемкость и стоимость проходческого оборудования [1, 2].
Структурообразование геохода осуществляется при помощи функционально-конструктивного подхода. Результатом такого подхода является функционально-конструктивная модель горнопроходческого оборудования - структурный портрет. Отображение в структурном портрете функционально-конструктивных устройств и элементов функциональной машины посредством символов позволяет получить наглядную информацию о структуре геохода [1].
Одним из важнейших функциональных устройств геохода, обеспечивающим возможность
его перемещения в геосреде, является устройство противовращения.
Устройство противовращения - это система функциональных элементов, выполняющих функции восприятия и перераспределения нагрузок на окружающий массив горных пород, формирования продольного канала за контуром выработки и уборки отделенной горной массы из продольных каналов [3].
Функциональное устройство противовраще-ния включает в себя три функциональных элемента:
- крыло, непосредственно воспринимающее и перераспределяющее на массив горных пород (геосреду) нагрузку от силового оборудования;
- исполнительный орган, формирующий продольный канал за контуром выработки;
- орган уборки и транспортирования отделенной горной массы из продольного канала.
Устройство противовращения, являясь структурной единицей технологической операции перемещения геохода, представляет собой систему иерархически связанных функциональноконструктивных элементов (рис. 1).
Для наработки вариантов технических и компоновочных решений устройства противовраще-ния необходимо определить его место в структурном портрете геохода и ввести буквенносимвольное обозначение функциональноконструктивных элементов.
Крыло - это функциональный элемент устройства противовращения, активно взаимодействующий с геосредой за контуром выработки и предназначенный для предотвращения проворота стабилизирующей секции носителя геохода, восприятия и перераспределения на приконтурный массив нагрузок от работы силового оборудования и обеспечения возможности маневрирования гео-
Пере?&гщ8ние
внутренний движитель, внешний движитель, устройство противовращения
крыло, исполнительный орган, породоуборочный орган
конструктивные элементы
Рис. 1. Положение устройства противовращения в структуре технологической операции перемещения геохода
ходом в геосреде по трассе проводимой выработки [3].
Крыло может быть описано при помощи следующих функционально-конструктивных признаков:
1) расположение крыла относительно продольной оси стабилизирующей секции носителя геохода;
2) количество крыльев;
3) форма поперечного сечения крыла;
4) возможность перемещения крыла относительно осей стабилизирующей секции носителя
геохода;
5) наличие собственного привода;
6) наличие у крыла дополнительных конструктивных элементов для обеспечения возможности маневрирования геохода.
Функционально-конструктивными признаками исполнительного органа устройства противо-вращения, формирующего продольный канал за контуром выработки, являются:
1) расположение ИО устройства противовра-щения относительно продольной оси стабилизирующей секции геохода;
Таблица 1. Символьное обозначение функционально-конструктивных элементов устройства противовращения геохода
№ пп Символьное обозначение ФЭ Символьное обозначение КЭ Особенности функционально-конструктивного элемента
1 <2> расположение крыла относительно продольной оси стабилизирующей секции носителя геохода с указанием количества крыльев
форма продольного/поперечного сечения крыла
возможность перемещения крыла относительно осей стабилизирующей секции носителя геохода
0 наличие собственного привода
наличие у крыла дополнительных конструктивных элементов для обеспечения возможности маневрирования геохода
2 • >2 расположение ИО устройства противовращения относительно продольной оси стабилизирующей секции геохода с указанием количества
<Й> тип ИО устройства противовращения
расположение ИО устройства противовращения относительно крыла
0 наличие собственного привода
3* возможность перемещения ИО относительно осей стабилизирующей секции носителя геохода
і тип разрушающего инструмента (ножи, резцы, шарошки и т.д.)
© наличие у ИО дополнительных конструктивных элементов для обеспечения возможности маневрирования геохода
3 и 2К тип органа погрузки отделенной горной массы с указанием их количества
тип транспортирующего органа с указанием их количества
>» расположение породоуборочного органа относительно продольной оси стабилизирующей секции геохода
Е> расположение породоуборочного органа относительно крыла
[Ж] расположение породоуборочного органа относительно ИО
К] возможность перемещения поодоуборочного органа относительно осей стабилизирующей секции носителя геохода
0 наличие собственного привода
2) количество исполнительных органов;
3) тип ИО устройства противовращения;
4) расположение ИО устройства противовра-щения относительно крыла;
5) наличие собственного привода ИО устройства противовращения;
6) возможность перемещения ИО относительно осей стабилизирующей секции носителя геохо-
да;
7) тип разрушающего инструмента (ножи, резцы, шарошки);
8) наличие у ИО дополнительных конструктивных элементов для обеспечения возможности маневрирования геохода.
Формирование за контуром выработки системы продольных каналов предопределяет с одной
Таблица 2. Символьное обозначение конструктивных элементов устройства _____________________________противовращения геохода_________________
№ пп КЭ Символьное обозначение Особенности конструктивного элемента
1 2 3 4
1 <3 схема расположения расположение крыла относительно продольной оси стабилизирующей секции носителя геохода с указанием количества крыльев
1=1 прямоугольная сплошная
11111 прямоугольная каркасная, закрытая обшивкой
д треугольная сплошная
2 А треугольная полая
л трапециевидная сплошная
а трапециевидная полая
Ей биплан
изогнутая под некоторым углом
<А > перемещение крыла возможно в вертикальном направлении (вдоль оси ОУ)
3 е@> перемещение крыла возможно в горизонтальном направлении (вдоль оси ОХ)
перемещение крыла возможно в горизонтальном направлении (вдоль оси О2)
<± > перемещение крыла в угловой системе координат
4 наличие у крыла дополнительных конструктивных элементов для обеспечения возможности маневрирования геохода
5 \ 2 (і ось ИО расположена перпендикулярно плоскости поперечного сечения стабилизирующей секции геохода
/ 2 ось ИО расположена параллельно плоскости поперечного сечения стабилизирующей секции геохода
( барабанный тип ИО
. А $ баровый тип ИО
6 ш шнековый тип ИО
& редукторный тип ИО
і ножевой активный тип ИО
7 расположение ИО устройства противовращения относительно крыла
21] перемещение ИО возможно в вертикальном направлении (вдоль оси ОУ)
8 >> Ы перемещение ИО возможно в горизонтальном направлении (вдоль оси ОХ)
1Е. перемещение ИО возможно в горизонтальном направлении (вдоль оси О2)
перемещение ИО в угловой системе координат
Продолжение табл. 2
1 2 3 4
разрушающий инструмент - лезвие
9 й Ф разрушающий инструмент - шарошка
разрушающий инструмент - резец
10 ® наличие у ИО конструктивных элементов для обеспечения возможности маневрирования геохода
11 2Х тип органов погрузки отделенной горной массы с указанием их количества
12 К] тип транспортирующих органов с указанием количества
13 С 3 ось транспортирующего органа расположена перпендикулярно плоскости поперечного сечения стабилизирующей секции геохода
а и ось транспортирующего органа расположена параллельно плоскости поперечного сечения стабилизирующей секции геохода
породоуборочный орган расположен на продольной оси крыла
-И-Е> породоуборочный орган расположен выше продольной оси крыла
14 *ЕВ> породоуборочный орган расположен ниже продольной оси крыла
спаренный породоуборочный орган расположен симметрично относительно продольной оси крыла
породоуборочный орган расположен в габарите крыла
15 К] расположение породоуборочного органа относительно ИО
ш перемещение породоуборочного органа возможно в вертикальном направлении (вдоль оси ОУ)
16 СЙ К) перемещение породоуборочного органа возможно в горизонтальном направлении (вдоль оси ОХ)
са перемещение породоуборочного органа возможно в горизонтальном направлении (вдоль оси О2)
перемещение породоуборочного органа в угловой системе координат
пневматический привод
17 0 ф гидравлический привод
ф электрический привод
стороны возможность перемещения геохода в другой - появление новых технологических опе-
любом направлении подземного пространства, а с раций в процессе проведения горных выработок.
Рис. 2. Фрагмент структурного портрета геохода
а) геоход ЭЛЛНГ-S; б) геоход ЭЛЛНГ-4.
В качестве конструктивных элементов средств уборки и транспортирования отделенной горной массы на данном этапе рассматриваются традиционные решения. Признаками породоуборочного органа могут являться:
1) тип органа погрузки отделенной горной массы;
2) тип транспортирующего органа;
3) количество органов погрузки и транспортирующих органов;
4) расположение породоуборочного органа относительно продольной оси стабилизирующей секции геохода;
З) расположение породоуборочного органа относительно крыла;
6) расположение породоуборочного органа относительно ИО;
7) возможность перемещения породоуборочного органа относительно осей стабилизирующей секции носителя геохода;
В) наличие собственного привода.
Символьные обозначения функциональноконструктивных признаков функциональных элементов устройства противовращения геохода при-веденыв табл. І.
Символьные обозначения конструктивных элементов устройства противовращения геохода приведены в табл. 2.
При расположении устройства противовраще-ния в структурном портрете геохода необходимо учитывать:
1) взаимодействие устройства противовраще-ния с геосредой;
2) взаимосвязь устройства противовращения геохода с технологическими операциями отделения, уборки горной массы и крепления образовавшегося пространства;
3) совокупность функциональных и конструктивных элементов устройства противовращения;
4) технологические, кинематические и конструктивные связи функционально-конструктивных
элементов устройства противовращения.
Фрагменты структурных портретов геоходов ЭЛАНГ-З и ЭЛАНГ-4 представлены на рисунке 2.
Операция перемещения на примере геоходов ЭЛАНГ-З и ЭЛАНГ-4 осуществляется при помощи идентичного набора функциональных устройств - внешнего движителя, внутреннего движителя и устройства противовращения.
Устройства противовращения геоходов ЭЛАНГ-З и ЭЛАНГ-4 состоят только из одного функционального элемента - крыла, отличающегося конструкцией и принципом работы. Наличие исполнительного органа, формирующего продольный канал за контуром выработки, а также органа уборки отделенной горной массы в структуре опытного образца геохода ЭЛАНГ-З не предусмотрено. Однако, в отличие от геохода ЭЛАНГ-4, устройство противовращения в данном случае имеет собственный гидропривод.
В геоходе ЭЛАНГ-4 устройство противовра-щения, являясь пассивным, ориентировано на решение только одной задачи - предотвращать проворот стабилизирующей секции носителя геохода, воспринимать и перераспределять на приконтур-ный массив нагрузки от работы силового оборудования. Кроме указанного, структурный портрет дает возможность представить геометрическое расположение, количество и конструкцию крыльев геоходов ЭЛАНГ-З и ЭЛАНГ-4.
Таким образом, устройство противовращения представлено как структурная единица технологической операции перемещения геохода, определена иерархичность структуры устройства противо-вращения. Для наработки вариантов технических и компоновочных решений выделены функционально-конструктивные признаки и введены символьные обозначения функциональноконструктивных элементов устройства противо-вращения.
Сформирован фрагмент структурного портре- перемещения. Определено место устройства про-
та, описывающий технологическую операцию тивовращения в структурном портрете геохода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Аксенов В.В., Садовец В.Ю. Структурная матрица геоходов I «Служение делу» ГУ КузГТУ - Кемерово; 200б, стр. 90-100.
2 Винтоповоротные проходческие агрегаты I А.Ф. Эллер, В.Ф. Горбунов, В.В. Аксенов. - Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1992. - 192 с.
3 Аксенов В.В, Резанова Е.В. Пути развития устройств противовращения геоходов // Вестник КузГТУ - 2008. - № 2-'08. - С. 24-2З.
□ Авторы статьи:
Аксенов Владимир Валерьевич
- докт. техн. наук, ведущий научный сотрудник ИУУ СО РАН, профессор Юргинского технологического института (филиала) ТПУ email: vIaksenov@kemsc.ru
Садовец Владимир Юрьевич - канд.техн.наук., доцент
каф. прикладной механики КузГТУ, доцент Юргинского технологического института (филиала) ТПУ Тел. 8-(3842)-58-35-70
Резанова Елена Викторовна ст. преп.каф. прикладной механики КузГТУ Тел. 8-(3842)-58-35-70