Устройство противовращения как фрагмент структурного портрета геохода Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

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: [email protected]

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