CC BY
22
halterungen an schneidenden Kohlegewinnugsmaschinen. MINING REPORT 5. Gluckauf. No 153: Germany, Jahrgang, Oktober, 2017. S. 474 - 479.
8. SHtenmaps K.H. Tekhnicheskoe osnashchenie i dostignutaya proizvo-ditel'nost' 430 metrovoj lavy// Glyukauf, 2000. №2 (3). S. 7-14.
9. Gridin V.G. Obosnovanie ehffektivnogo urovnya razvitiya ugol'-nogo proiz-vodstva // Sb. nauch. tr. EHkonomika i ehkologiya. M., MGO AGN, 2007. S. 37-42.
10. Pozin E.Z., Melamed V.Z., Azovceva S.M. Izmel'chenie uglej pri rezanii. M.: Nau-ka, 1977. 138 s.
УДК 622.232.83
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕЖУЩЕГО ДИСКА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА
В. Д. Кухарь, А. А. Маликов, А.Б. Рогов
Обоснованы рациональные параметры режущего диска исполнительного органа проходческого комбайна. Установлено, что для снижения динамичности процесса разрушения горного массива следует устанавливать на рабочем органе нечетное количество инструмента, так как при этом удается разделить во времени процесс накатывания очередной шарошки на забой и выхода инструмента из контакта с массивом. Показано, что проходческие комбайны избирательного действия должны оснащаться шарошками минимального диаметра, который выбирается исходя из возможностей опорного узла инструмента и прочности шарошек. Рекомендовано для обеспечения эффективной работы исполнительного органа устанавливать на режущем диске максимально возможное нечетное количество шарошек.
Ключевые слова: проходческий комбайн, дисковый исполнительный орган, шарошка, горный массив, забой.
Создание работоспособного проходческого комбайна невозможно без тщательного анализа конструкции исполнительного органа и комплексной оценки его параметров с помощью качественных характеристик.
Для того чтобы получить все характеристики, необходимо использование сложного и дорогостоящего оборудования (физический эксперимент).
Если параметры исследуются непосредственно в шахте, где специфика условий не позволяет получить данные в нужном объеме, то существует большая вероятность получения необъективных оценок,
В любом случае испытания возможны только по окончании проектирования и изготовления опытного образца в металле. Причем для получения работоспособного и эффективного исполнительного органа, как правило, процесс «проектирование - изготовление - испытания - доводка» приходится неоднократно повторять, что приводит к увеличению сроков создания и удорожанию проходческого комбайна.
Это свидетельствует о целесообразности проведения аналитических исследований с целью определения рациональных параметров конструкции исполнительного органа и кинематики стрелы комбайна. Такие исследования позволят провести оценку проектных решений уже на стадии разработки проходческих комбайнов с целью оперативного получения и анализа характеристик исполнительных органов.
Известно, что конструктивные параметры шарошек и количество режущего инструмента на исполнительном органе определяют его размеры и, в конечном счете, его работоспособность. Экспериментальные и опытные образцы исполнительных органов с тангенциальными шарошками имели диаметр диска, не превышающий стандартных размеров, что примерно соответствовало диаметру резцовой коронки, поэтому оснащались небольшим количеством шарошек (п > 1). Испытания исполнительных органов показали, что они отличались небольшой производительностью, повышенной динамикой и высокой вибрацией рабочего органа и корпуса машины в целом.
Основной причиной этих недостатков, по мнению авторов, является нерациональный с точки зрения эффективности проведения подготовительных выработок, динамики машины и рабочего органа выбор количества инструмента.
Расчетная производительность проходческого комбайна зависит от конструктивных, кинематических и режимных параметров [1] и описывается следующей формулой:
2 = 3-10"4 ВИ—, (1)
р р
где В - диаметр режущего диска, м; Н - высота разрушаемого уступа, м; И -величина подачи шарошки, м; г - количество шарошек; ю - угловая скорость режущего диска, рад/с.
Анализ выражения (1) показывает, что на производительность при прочих равных условиях оказывают влияние диаметр диска и количество шарошек.
Для определения области рациональных значений количества инструмента на режущем диске были проведены аналитические исследования (совместно с В.М. Манаковым [2 - 4]), целью которых являлось определение взаимосвязи между вариацией нагрузки и величиной 2. При этом рассматривалось изменение крутящего момента на режущем диске за один оборот при различном числе инструмента на диске - от 1 до 21.
Кроме того, установлено, что с точки зрения снижения динамичности процесса разрушения наиболее предпочтительно устанавливать на рабочем органе нечетное количество инструмента, так как при этом удается разделить во времени процесс «накатывания» очередной шарошки на забой и выхода инструмента из контакта с массивом.
Среднее суммарное значение крутящего момента МИО определялось по формуле.
0,5(т+1)
(2)
где Мш - среднее значение крутящего момента, создаваемого шарошкой при максимальной подаче И; р - текущее значение угла поворота диска, рад.
Значения вариации крутящего момента при различных значениях шарошек представлены в табл. 1. Анализ данных табл. 1 показывает, что если реальные машины оснащать шарошечным инструментом в количестве от 13 до 21, то вариация момента уменьшается на 57 %, а коэффициент вариации -в 3,6 раза, причем нечетное число шарошек снижает вариацию момента в 2,7 раза по сравнению с четным.
Диаметр режущего диска является важным конструктивным параметром исполнительного органа, который, как указывалось выше, влияет на производительность. На рис. 1 представлена конструктивная схема режущего диска, из которой следует, что диаметр В диска определяется количеством г шарошек, их диаметром dШ и величиной конструктивного зазора А между инструментом:
Анализ выражения (3) показывает, что наибольшее влияние на размер диска оказывает диаметр инструмента, который, в свою очередь, зависит от физико-технических свойств разрушаемых пород и режимных параметров.
Сегодня накоплен значительный опыт проектирования и проведен большой объем исследований тангенциального шарошечного инструмента. Его использование на роторных комбайнах типа "Союз-19", "Союз-19У", КРТ, ТОР-69, ТОР-72 показало высокую эффективность шарошечного инструмента [5, 6 - 13, 14].
(3)
Таблица 1
Значения вариации крутящего момента в зависимости от количества шарошек
Показатели Вариации Количество шарошек
1 2 3 4 5 6 7
Абсолютный размах варьирования, Нм 5725 5725 806 2487 473 1610 358
Коэффициент вариации, % 90 90 8,6 19,8 2,5 7,8 1,4
Показатели вариации Количество шарошек
8 9 10 11 12 13 14
Абсолютный размах варьирования, Нм 1201 331 972 274 791 238 706
Коэффициент вариации, % 4,5 0,98 2,8 0,63 1,9 0,47 1,42
Показатели вариации Количество шарошек
15 16 17 18 19 20 21
Абсолютный размах варьирования, Нм 222 660 191 484 171 405 151
Коэффициент вариации, % 0,38 1,2 0,2 0,75 0,2 0,52 0,13
Однако попытки применения тангенциальных шарошек на комбайнах избирательного действия, как правило, оканчивались неудачей. По мнению авторов, причиной этого являлось "механическое" перенесение рекомендаций по выбору параметров инструмента, полученных для одиночной шарошки и роторных исполнительных органов, на рабочие органы стреловых комбайнов без учета специфики этих машин и схем их работы.
Так, например, Ю.В. Московченко в своих работах [15 - 17] для обеспечения заданной производительности рекомендует увеличивать сечение разрушаемого уступа (Н > 100 мм, И > 10 мм), что возможно только при использовании шарошек большого диаметра. Увеличение же диаметра инструмента неприемлемо для рабочих органов стреловых комбайнов, так как при этом снижается количество шарошек (4 - 8) на исполнительном органе, что, в свою очередь, приводит к резкому возрастанию динамики разрушения и увеличению габаритов опорных узлов 2 (см. рис. 1). Кроме того, из-за больших сечений стружки резко повышаются значения реакции забоя.
По мнению авторов, проходческие комбайны избирательного действия должны оснащаться шарошками минимального диаметра, который выбирается исходя из возможностей опорного узла инструмента и прочности шарошек. Проведенные исследования позволили сделать вывод о том, что из конструктивных и прочностных соображений диаметр инструмента должен
составлять 150 < dШ < 90 мм. При таких значениях обеспечивается нормальная работа шарошек на породах с контактной прочностью 800... 1200 МПа.
Рис. 1. Конструктивная схема режущего диска: 1 - режущий диск;
2 - опорный узел; 3 - тангенциальная шарошка
Не менее важным параметром с точки зрения производительности исполнительного органа является количество инструмента. Анализ результатов испытаний и исследований [1, 3, 4] показывает, что максимальное значение диаметра диска рабочего органа не должно превышать 1,15... 1,20 м, так как в противном случае резко снижается его эффективность вследствие значительного перебора породы. Таким образом, максимальное число шарошек (при принятом диаметре) должно соответствовать 20 - 21.
Минимально допустимое количество инструмента может быть установлено, исходя из условий обеспечения заданной производительности и снижения динамики процесса разрушения.
На рис. 2 представлен график ^ = /(г), построенный на основе зависимости (1). Из рис. 2 следует, что уменьшение числа шарошек сопровождается снижением ^ при прочих равных условиях, и при г = 12 - 13 последняя величина становится соизмеримой с производительностью буровзрывного способа разрушения крепких горных пород [18, 19].
Кроме того, из табл. 1 следует, что допустимая вариация крутящего момента, равная 0,49, соответствует числу шарошек г = 13. При г = 12 и 14 коэффициенты вариации соответственно равны 1,8 и 1,4. Все сказанное позволяет сделать вывод о том, что минимальное количество шарошек 2 должно быть равно 13.
Рис.2. Зависимость производительности проходческого комбайна от количества шарошек
Анализ выражения (3) показывает, что при принятых значениях уМ (150...190 мм), количестве инструмента 13 - 21 диаметр режущего диска находится в диапазоне 790...1240 мм (табл. 2.). Рациональные значения диаметра режущего диска могут изменяться с учетом условий эксплуатации проходческой машины. Так, например, для комбайновой проходки выработок сечением 7...32 М2, исходя из условия обеспечения нормального врезания и получения заданного контура забоя, диаметр диска должен составлять 880...1450 мм.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что для обеспечения эффективной работы исполнительного органа необходимо устанавливать на режущем диске максимально возможное нечетное количество шарошек.
Таблица 2
Численные значения диаметра диска в зависимости от диаметра шарошки и их количества
¿ш, мм Количество шарошек
13 14 15 16 17 18 19 20 21
150 790 835 885 935 985 1030 1080 1124 1174
160 840 890 945 995 1050 1100 1150 1198 -
170 890 945 1000 1055 1110 1165 1220 - -
180 940 1000 1060 1115 1175 1235 - - -
190 990 1055 1115 1175 1240 - - - -
Для снижения динамичности процесса разрушения нижний предел Z должен, составлять 13, а верхний - 21, что соответствует значениям диаметра диска 0,79...1,174 м для поперечного сечения выработок 7...32 м2.
Список литературы
1. Манаков В.М., Рогов А.Б. Создание исполнительного органа проходческого комбайна избирательного действия с шарошечным инструментом // Механизация горн, работ на угольных шахтах. 1985. С. 104 - 108.
2. Манаков В.М. Выбор рациональных параметров исполнительного органа проходческого комбайна избирательного действия с шарошечным инструментом // Горный журнал. 1984. № 6. С. 41 - 43.
3. Манаков В.М., Рогов А.Б. Разработка шарошечного исполнительного органа проходческого комбайна избирательного действия // Совершенствование технологии, механизации и автоматизации горных работ. 1982. С. 44 - 45.
4. Манаков В.М., Безгубов А.П., Рогов А.Б. Теоретические и экспериментальные исследования основных параметров исполнительного органа проходческого комбайна избирательного действия // Механизация горных работ на угольных шахтах. 1984. С. 54 - 56.
5. Левин A.M., Звягинцев В.Н., Данилов В.Н. Дисковый шарошечный инструмент комбайна "Союз-19" // Уголь Украины. 1981. № 8. С. 32 - 34.
6. Левин A.M. Шарошечный инструмент проходческого комбайна "Союз-19У" // Уголь Украины. 1987. №6. С. 24 - 25.
7. Степановский Е.Л. Определение рациональной геометрии тангенциальных дисковых шарошек с учетом их изнашивания: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Донецк. 1972. 17 с.
8. Совершенствование дисковых шарошек породопроходческого комбайна и защиты подшипниковых узлов роликоопор с целью повышения их надежности и долговечности. Отчет о НИР (заключительный) / Донгипроут-лемаш. Руководитель А.М. Левин. № ГР 78009411. Инв. № Б 731285. Донецк. 1978. 74 с.
9. Создание породоразрушающего инструмента для исполнительных органов проходческих комбайнов. Анализ и разработка унифицированного ряда породоразрушающего инструмента для проходческих комбайнов. Отчет о НИР (заключительный) / ВНИПИрудмаш. Руководитель Ю.З. Полудненко. № ГР 79039884. Инв. № 0282701952. Кривой Рог, 1981. 65 с.
10. Исследование и разработка технологии изготовления дискового породо-разрушающего инструмента из новой стали для проходческих комбайнов из механизированных щитов. Отчет о НИР (заключительный) / Предприятие п/я А-3746. Руководитель С.В. Маркин. № ГР 74017121. Инв. № Б 464926. М. 1975. 121 с.
11. Разрушение горных пород проходческими комбайнами. Разрушение тангенциальными инструментами / под ред. Л.И.Барона. М.: Наука. 1973. 173 с.
12. Азерская К.Ф. Исследование основных факторов режима разрушения горных пород тангенциальными дисковыми шарошками: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1974. 17 с.
13. Безгубов А.П. Установление рациональных параметров процесса разрушения. горных пород дисковыми шарошками в уступном забое: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1982. 16 с.
14. Исследование режимов работы исполнительных органов комбайнов с целью повышения эффективности разрушения забоя и стойкости инструмента. Отчет о НИР (заключительный) / Научно-исследовательский горнорудный институт. Руководитель В.Г. Короленко. ГР 74042213. Инв. № Б 368429. Кривой Рог. 1974. 90 с.
15. Московченко Ю.В. Исследование режимов разрушения горных пород стреловидными исполнительными органами проходческих комбайнов, оснащенных дисковыми шарошками: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Новочеркасск, 1977. 19 с.
16. Скоробогатов С.В., Московченко Ю.В. Исследование нагрузок на дисковом исполнительном органе проходческого комбайна // Проектирование и реконструкция угольных предприятий. 1973. № 5. С. 28 - 29.
17. Определить параметры экспериментальных исполнительных органов проходческих комбайнов избирательного действия. Отчет о НИР / До-нУГИ. Руководитель Ю.В. Московченко. ГР 01821042873. Инв. № 02840002874. Донецк. 1984. 70 с.
18. Малиованов Д.И. Исследование применения горнопроходческого оборудования при проведении горных выработок. М.: ЦНИИподземмаш, 1987. 107 с.
19. Малевич Н.А. Горнопроходческие машины и комплексы. М.: Недра, 1980. 384 с.
Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, проректор по научной работе, ecology_tsu_ tula@, mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, проректор по финансовой деятельности, ecology_tsu_ tula@, mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Рогов Александр Борисович, д-р техн. наук, председатель Совета, info@, der-rick.ru, Россия, Москва, Союз производителей нефтегазового оборудования
SELECTION AND JUSTIFICATION OF RATIONAL PARAMETERS CUTTING DISC OF THE EXECUTIVE BODY TUNNELING MACHINE
V.D. Kuhar, A.A. Malikov, A.B. Rogov
The rational parameters of the cutting blade of the executive body of the tunneling combine are justified. It is established that to reduce the dynamics of the process of destruction of the rock mass, an odd number of tools should be installed on the working organ, since in this case it is possible to divide the process of rolling the next cutter into the face and releasing the tool from the contact with the array. It has been shown that the penetrators of selective action should be equipped with cutters of minimum diameter, which is selected on the basis of the possibilities of the tool support assembly and the strength of the cutters. The maximum possible odd numbers of cutters on the cutting disc to ensure effective work of the executive body to install are recommended.
Key words: tunneling machine, disk executive body, roller cutter, rock massif, face.
Kuhar Vladimir Denisivich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Chair, Vice-Rector by Scientific Activity, ecology_tsu_ tulaa mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Malikov Andrei Andreevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Chair, Vice-Rector, ecology_tsu_ tulaa mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Rogov Alexander Borisovich, Doctor of Technical Sciences, Chairman of the Board, in-fo@ derrick.ru , Russia, Moscow, Union of Oil and Gas Equipment Manufacturers
Reference
1. Manakov V.M., Rogov A.B. Sozdanie ispolnitel'nogo organa prohodcheskogo kom-bajna izbiratel'nogo dejstviya s sharoshechnym instrumentom // Mekhanizaciya gorn, rabot na ugol'nyh shahtah, 1985. S. 104 - 108.
2. Manakov V.M. Vybor racional'nyh parametrov ispolnitel'nogo organa prohodcheskogo kombajna izbiratel'nogo dejstviya s sharoshechnym instrumentom // Gornyj zhurnal, 1984. № 6. S. 41 - 43.
3. Manakov V.M., Rogov A.B. Razrabotka sharoshechnogo ispolnitel'nogo organa prohodcheskogo kombajna izbiratel'nogo dejstviya // Sovershenstvovanie tekhnologii, mekhanizacii i avtomatizacii gornyh rabot, 1982. S. 44 - 45.
4. Manakov V.M., Bezgubov A.P., Rogov A.B. Teoreticheskie i ehksperimental'nye is-sledovaniya osnovnyh parametrov ispolnitel'nogo organa prohodcheskogo kombajna izbiratel'nogo dejstviya // Mekhanizaciya gornyh rabot na ugol'nyh shahtah, 1984. S. 54 - 56.
5. Levin A.M., Zvyagincev V.N., Danilov V.N. Diskovyj sharoshech-nyj instrument kombajna "Soyuz-19" // Ugol' Ukrainy, 1981. № 8. S. 32 - 34.
6. Levin A.M. SHaroshechnyj instrument prohodcheskogo kombajna "Soyuz-19U" // Ugol' Ukrainy, 1987. №6. S. 24 - 25.
7. Stepanovskij E.L. Opredelenie racional'noj geometrii tan-gencial'nyh diskovyh sharo-shek s uchetom ih iznashivaniya: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk. Doneck. 1972. 17 s.
8. Sovershenstvovanie diskovyh sharoshek porodoprohodcheskogo kombajna i zashchi-ty podshipnikovyh uzlov rolikoopor s cel'yu povyshe-niya ih nadezhnosti i dolgovechnosti. Ot-chet o NIR (zaklyuchitel'nyj) / Dongiproutlemash. Rukovoditel' A.M. Levin. № GR 78009411. Inv. № B 731285. Doneck. 1978. 74 s.
9. Sozdanie porodorazrushayushchego instrumenta dlya ispolnitel'-nyh organov prohod-cheskih kombajnov. Analiz i razrabotka unificiro-vannogo ryada porodorazrushayushchego instrumenta dlya prohodcheskih kom-bajnov. Otchet o NIR (zaklyuchitel'nyj) / VNIPIrudmash. Rukovoditel' YU.Z. Poludnenko. № GR 79039884. Inv. № 0282701952. Krivoj Rog, 1981. 65 s.
10. Issledovanie i razrabotka tekhnologii izgotovleniya diskovogo porodorazrushayushchego instrumenta iz novoj stali dlya prohodcheskih kombajnov iz mekhaniziro-vannyh shchitov. Otchet o NIR (zaklyuchitel'nyj) / Predpriyatie p/ya A-3746. Rukovoditel' S.V. Markin. № GR 74017121. Inv. № B 464926. M. 1975. 121 s.
11. Razrushenie gornyh porod prohodcheskimi kombajnami. Razru-shenie tangen-cial'nymi instrumentami / Pod red. L.I.Barona. M. Nauka. 1973. 173 s.
12. Azerskaya K.F. Issledovanie osnovnyh faktorov rezhima razrusheniya gornyh porod tangencial'nymi diskovymi sharoshkami: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk. M. IGD im. A.A. Skochinskogo. 1974. 17 s.
13. Bezgubov A.P. Ustanovlenie racional'nyh parametrov processa razrusheniya. gornyh porod diskovymi sharoshkami v ustupnom zaboe: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk. M. 1982. 16 s.
14. Issledovanie rezhimov raboty ispolnitel'nyh organov kom-bajnov s cel'yu povyshe-niya ehffektivnosti razrusheniya zaboya i stojkosti instrumenta. Otchet o NIR (zaklyuchitel'nyj) / Nauchno-issledovatel'skij gornorudnyj institut. Rukovoditel' V.G. Korolenko. GR 74042213. Inv. № B 368429. Krivoj Rog. 1974. 90 s.
15. Moskovchenko YU.V. Issledovanie rezhimov razrusheniya gornyh porod strelovid-nymi ispolnitel'nymi organami prohodcheskih kombajnov, osnashchennyh diskovymi sharoshkami: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk. Novocherkassk. 1977. 19 s.
16. Skorobogatov S.V., Moskovchenko YU.V. Issledovanie nagruzok na diskovom is-polnitel'nom organe prohodcheskogo kombajna // Proektirovanie i rekonstrukciya ugol'nyh pred-priyatij, 1973. № 5. S. 28 - 29.
17. Opredelit' parametry ehksperimental'nyh ispolnitel'nyh organov prohodcheskih kombajnov izbiratel'nogo dejstviya. Otchet o NIR / DonUGI. Rukovoditel' YU.V. Moskovchenko. GR 01821042873. Inv. № 02840002874. Doneck. 1984. 70 s.
18. Maliovanov D.I. Issledovanie primeneniya gornoprohodcheskogo oborudovaniya pri provedenii gornyh vyrabotok. M.: CNIIpodzemmash, 1987. 107 s.
19. Malevich N.A. Gornoprohodcheskie mashiny i kompleksy. M.: Nedra. 1980. 384 s.
