Влияние режимов работы и формы забоя на формирование вектора внешнего возмущения аксиальной коронки проходческого комбайна Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

СЕМИНАР 20

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2001” М0СКВА,яМГГУ,я29яянваряя-я2яфевраляя2001я-.

© А.К. Семенченко, О.Е. Шабаев,

A.А. Семенченко, Н.В. Хииенко,

B.А. Мизин, 2001

УАК 622.232.72

А.К. Семенченко, О.Е. Шабаев, А.А. Семенченко,

Н.В. Хииенко, В.А. Мизин

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И ФОРМЫ ЗАБОЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ ВЕКТОРА ВНЕШНЕГО ВОЗМУШЕНИЯ АКСИАЛЬНОЙ КОРОНКИ ПРОХОАЧЕСКОГО КОМБАЙНА

Специфика разрушения горного массива проходческими комбайнами избирательного действия с аксиальными коронками характеризуется наличием значительного количества режимов обработки забоя (зарубка, боковые, горизонтальные, вертикальные вверх и вниз резы), а также сложной формой поверхности груди забоя. Поэтому установление закономерностей влияния этих факторов на формирование вектора внешнего возмущения (ВВВ) на исполнительном органе комбайна, в значительной степени определяющего нагруженность, устойчивость и эффективность использования машины, представляет научный и практический интерес. Знание закономерностей этого влияния необходимо для выявления режимов, нагрузки в которых подлежат учету при проектировочных расчетах, и выбора рациональных параметров проходческих комбайнов.

Исследования были проведены на базе аксиальной коронки проходческого комбайна типа П110 с использованием математической модели формирования ВВВ на резцовом исполнительном органе [1], позволяющей учесть пространственный характер его перемещения и сложную форму поверхности забоя при различных величинах зарубки В и шага фрезерования Н (рис. 1).

Задание поверхности забоя производилось на основе разработанной схемы (рис. 2), которая позволяет учесть специфику кинематики обработки забоя аксиальным исполнительным органом и рассмотреть с достаточной точностью сложную поверхность забоя, как совокупность элементов тороидальных поверхностей, параметры которых определяются максимальным диаметром коронки От, длинами звеньев кинематической схемы исполнительного органа (Ц,Ь2), а также величиной зарубки В и шагом фрезерования Н. На рис. 2 приняты следующие обозначения: 0ХУ7 неподвижная система координат (ось ОХ направлена по оси выработки, ось 07 - вертикально от почвы к кровле выработки); гобрр - радиус-вектор точки 01 при образовании ]-той тороидальной поверхности; а - угол подъема стрелы при образовании ]-той тороидальной поверхности.

В используемой математической модели определения ВВВ условие нахождения резца в контакте с разрушаемым массивом задавалось зависимостью (1).

Рис. 1. Форма забоя и сечения, обрабатываемые коронкой Рис. 2. Форма забоя и сечения, обрабатываемые коронкой в различных режимах в различных режимах

Рис. 3. Изменение составляющих главного вектора Р и главного момента М внешних сил на исполнительном органе проходческого комбайна П110 в различных режимах работы при В=0,15 м, Н=0,7 м, рк=600 МПа и уп=1 м/мин

в, = аг^

У і Уобр,

хі Хобр,

Если ( Хі - Хобр, ) СОЄ в, + (У і - Уобр, ) ЄІП в,

- ( + Ь2 соє а, )>

(^2~) - ( ^ - 2обР, - Ь2 ЄІП а,) 2

для всех воров, для которых —> рі - zобрj - ^2 єіп а, |

то резец может иметь ненулевую стружку.

(1)

где уобй, хобр - компоненты радиус-вектора Г обрj точки 01 при образовании ]-той тороидальной поверхности; х1,у1,21 - координаты вершины 1-го резца в неподвижной системе координат.

Оценка влияния режимов работы и формы забоя на формирование составляющих ВВВ была произведена для проходческого комбайна П110 в следующих режимах его работы (рис. 1):

• зарубка;

• первый боковой рез (у почвы выработки) со сколом целика между коронками и после того, как целик сколот;

• рез вверх;

• повторный боковой рез со сколом целика и после того, как целик сколот;

• рез вниз.

Для исследований были приняты параметры забоя: глубина зарубки В=0,15 м, шаги фрезерования Н=0,5 м и 0,7 м, контактная прочность породы рк=600 МПа. На рис. 3 приведены фрагменты осциллограмм изменения составляющих ВВВ во времени для различных режимов работы исполнительного органа при скорости подачи коронок 1 м/мин, частоте их вращения 25 мин- и Н=0,7 м (составляющие главного вектора Р приведены в неподвижной системе координат, составляющие главного момента М - в системе координат, связанной с коронками, ось У которой направлена по вектору угловой скорости их вращения).

Статистическая обработка и спектральный анализ полученных данных показали:

• Режимом максимального нагружения привода коронки является "зарубка". В Этом режиме нагрузка при одной и той же скорости подачи в 3 и более раза выше в сравнении с остальными резами. Максимальная динамичность момента на валу коронок имеет место в режимах резов вверх и вниз: коэффициенты вариации момента в этих режимах в 1,5-2 раза больше, чем при боковом резе.

• Особенностью формирования главного вектора внешних сил является то, что средняя величина вертикальной составляющей Р2 составляет (0,7..1,2) от окружной силы и является наиболее весомой при одной и той же скорости подачи исполнительного органа и превышает в 2 и более раза боковую составляющую РУ. Среднее значение составляющей РХ в различных режимах работы изменяется в пределах от -1,0 до 0,4 от окружной силы.

• При уменьшении шага фрезерования динамичность нагрузок растет. Так, при уменьшении Н от 0,7 до 0,5 коэффициент вариации момента на валу коронок увеличивается на 0,01..0,06 в зависимости от режима работы исполнительного органа.

• Частотами, на которые приходится основная часть дисперсии нагрузок, во всех режимах работы исполнительного органа являются частоты 0,4 Гц (соответствует частоте вращения коронки) и 6,2 Гц (соответствует частоте входа -выхода резцов в контакт с забоем), однако имеют место и промежуточные частоты в диапазоне (0,4..6,2) Гц.

Таким образом, режимы работы проходческого комбайна и форма обрабатываемого забоя оказывают существенное влияние на формирование составляющих вектора внешнего возмущения и должны учитываться при обосновании рациональных параметров комбайна и схем обработки забоя.

----------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Семенченко А.К, Шабаев О.Е., Витковский В.Л, Семенченко Д.А. Математическая модель резцового исполнительного органа // Сб. научн. трудов НГА Украины. №3, том 6., г. Днепропетровск, 1998 г., - С. 53-57.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

£1

ш

Семенченко А.К. - доктор технических наук, Донецкий государственный технический университет, Украина.

Шабаев О.Е. - кандидат технических наук, доцент, Донецкий государственный технический университет, Украина.

Семенченко Д.А. - аспирант, Донецкий государственный технический университет, Украина. Хиценко Н.В. - аспирант, Донецкий государственный технический университет, Украина.

Мизин В.А. - инженер, Донгипроуглемаш, Украина.

4