Главная » 2014»Август»10 » Скачать Разработка метода определения основных параметров исполнительных органов проходческих комбайнов роторного типа для массивов бесплатно
9:15 PM
Скачать Разработка метода определения основных параметров исполнительных органов проходческих комбайнов роторного типа для массивов бесплатно
Разработка метода определения основных параметров исполнительных органов проходческих комбайнов роторного типа для массивов с зональным проявлением выбросов породы
Диссертация
Автор: Вдовиченко, Владимир Павлович
Название: Разработка метода определения основных параметров исполнительных органов проходческих комбайнов роторного типа для массивов с зональным проявлением выбросов породы
Справка: Вдовиченко, Владимир Павлович. Разработка метода определения основных параметров исполнительных органов проходческих комбайнов роторного типа для массивов с зональным проявлением выбросов породы : диссертация кандидата технических наук : 05.05.06 Днепропетровск, 1984 212 c. : 61 85-5/1774
Объем: 212 стр.
Информация: Днепропетровск, 1984
Содержание:
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
11 Основные положения разрушения горных пород шарошечным инструментом и его практическое использование
12 Анализ результатов исследований в области разрушения горных пород тангенциальной дисковой шарошкой
121 Влияние на работу шарошки ее геометрических параметров и ориентации
122 Влияние на работу шарошки параметров режима разрушения
13 Гидромеханический способ разрушения породного массива как один из путей расширения области эффективного применения комбайновой проходки
14 Анализ схем гидромеханического способа разрушения горных пород
15 Цель и задачи исследований
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАЗРУШЕНИЯ ПОРОДНОГО МАССИВА ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ ДИСКОВОЙ ШАРОШКОЙ, ПЕРЕКАТЫВАЮЩЕЙСЯ ПО ЩЕЛИ
21 Факторы, определяющие процесс разрушения массива шарошкой, и обоснование метода математического моделирования
22 Механизм разрушения массива шарошкой
23 Механизм деформирования массива под действием шарошки
24 Определение критической нагрузки при разрушении массива шарошкой
25 Определение нагрузки внедрения шарошки в массив
26 Влияние радиуса закругления рабочей кромки шарошки и заднего угла на её нагруженность
27 Влияние глубины щели, нарезаемой высокоскоростной струёй воды, на нагруженность шарошки В ы в о д ы
3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ПОРОДНОГО МАССИВА ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ ДИСКОВОЙ ШАРОШКОЙ
31 Сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований разрушения горных пород шарошкой
32 Анализ формирования нагрузок на тангенциальной дисковой шарошке, перекатывающейся по щели, при разрушении породного массива
33 Вывод расчётных формул для определения нагруженности шарошки при гидромеханическом разрушении породного массива В ы в о д ы
4 РАСЧЕТ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
41 Методика расчета гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов избирательного действия
411 Основные положения
412 Расчет производительности комбайна при разрушении горных пород различной крепости для заданных параметров приводного двигателя и механизма подачи (проверочный расчет) Х
413 Расчет сил перекатывания и подачи, а также выбор приводного двигателя и механизма подачи при разрушении горных пород для заданной конструкции исполнительного органа и производительности комбайна (проектировочный расчет) ll?^
42 Расчет гидромеханического исполнительного органа проходческого комбайна КП-25 В ы в о д ы
Введение:
На угольных шахтах России в настоящее время только около 50 % выработок проводится комбайновым способом, причем приблизительно в 20 % случаев комбайны применяют за пределами их эффективного использования.Это объясняется тем, [^тo серийные проходческие машины избирательного действия, оснащенные резцовым инструментом, успешно работают на породах с пределом прочности на одноосное сжатие сгс^ ДО 80 МПа, что далеко не охватывает всего спектра разрабатываемых пород по прочности.Скорость проведения выработок комбайнами в среднем в 3 раза больше, а стоимость - в 2-3 раза меньше, чем при буровзрывном способе. Главным достоинством комбайновой проходки является несравненно большая безопасность подземных работ.Одним из путей расширения области применения проходческих машин является использование гидромеханического способа разрушения, основанного на совместном воздействии на породный массив струй воды высокого давления и механического инструмента режущего или скалывающего действия. Этот способ имеет преимущества перед механическим способом разрушения, заключающиеся в уменьшении нагрузок, охлаждении инструмента, снижении его износа, уменьшении пылеобразования и подавлении искр, образующихся при работе по абразивным породам, что и делает его работоспособным на крепких горь[ых породах.В качестве механического инструмента целесообразно использовать шарошечный инструмент, который по сравнению с резцовым обладает высокой стойкостью и работоспособностью на крепких породах. Из всей номенклатуры шарошечного инструмента наиболее перспективными являются тангенциальные дисковые шарошки, обеспечивающие наименьшую удельную энергоемкость процесса разрушения.Вместе С этим, с точки зрения интенсификации процесса разрзпления крепких горных пород из всех возможных схем гидромеханического разрушения предпочтение следует отдать схеме, при которой тангенциальная дисковая шарошка перекатывается по нарезаемой высокоскоростной струёй воды щели, ослабляющей породный массив. Однако отсутствие зависимостей для определения усилий, действующих на шарошку, затрудняет разработку методики расчета и выбор параметров гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов, работающих по этому принципу, и определяет актуальность работы.Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР и ОКР ННЦ ГП-ИГД им. A.A. Скочинского (шифр темы 0143070001(029)/316901) и в рамках основного направления "Новые способы разрушения горных пород, технологии проведения горных выработок и бурения скважин" государственной научно-технической программы России "Прогрессивные технологии комплексного освоения топливно-энергетических ресурсов недр России" (ГНТПР "Недра России") (шифр темы 0143060000) совместно с ННЦ ГПР1ГД им. A .A. Скочинского и фирмой "НИТЕП".Цель работы. Установление закономерностей формирования нагрузок на тангенциальной дисковой шарошке, перекатывающейся по щели, при разрушении породного массива и разработка на этой основе методики их расчета для выбора и обоснования параметров гидромеханических исполнительных органов, обеспечивающих расширение области эффективного применения проходческих комбайнов избирательного действия.Идея работы. Повышение эффективности разрушения крепких горных пород достигается за счет применения гидромеханического способа, основанного на перекатывании тангенциальной дисковой шарошки по нарезаемой высокоскоростной струей воды щели, ослабляющей породный массив, с учетом закономерностей взаимодействия шарошки с породой, выявленных путём математического моделирования процесса.Метод исследования - комплексный, включающий в себя анализ и обобщение ранее выполненных работ по механическому, гидравлическому и гидромеханическому разрушению горных пород; теоретические исследования на базе моделирования разрушения породного массива тангенциальной дисковой шарошкой, перекатывающейся по щели, с использованием методов механики разрушения и теории пластичности; проведение и обработку результатов численных экспериментов с применением методов теории вероятности и математической статистики, а также методов подобия и размерностей; сопоставление результатов экспериментальных и теоретических исследований.Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна: - разработана математическая модель разрушения породного массива тангенциальной дисковой шарошкой, перекатывающейся по щели, основанная на решении краевой задачи линейной механики разрушения и позволяющая определять нагруженность инструмента; - установлены закономерности формирования нагрузок на тангенциальной дисковой шарошке, перекатывающейся по щели, при гидромеханическом разрушении породного массива с учётом геометрических параметров шарошки и её ориентации, параметров режима разрушения, глубины щели и прочностных свойств пород; - разработан метод определения нагрузок на тангенциальной дисковой шарошке, перекатывающейся по щели, при разрушении породного массива, обеспечивающий возмолшость расчета и выбора параметров гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов; Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректностью постановки задач; корректным использованием апробированных методов механики разрушения; корректным применением методов теории вероятности и математической статистики, а также методов подобия и размерностей при обработке и анализе представительного объема данных численного эксперимента; удовлетворительной сходимостью результатов расчета по разработанной модели с результатами экспериментальных исследований, полученными другими авторами (средняя величина относительной погрешности не превышает 10 %).Научное значение работы заключается в получении математического описания разрушения породного массива тангенциальной дисковой шарошкой, перекатывающейся по щели, и определении нагруженности инструмента с учетом геометрических параметров шарошки и её ориентации, параметров режима разрушения, глубины щели и прочностных свойств пород, что позволяет производить расчет и обоснованный выбор параметров гидромеханических исполнительных органов, обеспечивающих расширение области эффективного применения проходческих комбайнов.Практическое значение работы: - разработан и реализован на персональном компьютере пакет расчётных программ по математическому моделированию гидромеханического разрзчпения горных пород тангенциальной дисковой шарошкой и струёй воды высокого давления; - получены расчетные зависимости для определения усилий, действующих на тангенциальную дисковую шарошку, перекатывающуюся по щели, при гидромеханическом разрушении горных пород; - разработана методика расчёта гидромеханических исполнительных органов с тангенциальными дисковыми шарошками и струями воды высокого давления для проходческих комбайнов избирательного действия.Реализация результатов работы. Пакет расчётных программ по математическому моделированию гидромеханического разрушения горных пород тангенциальной дисковой шарошкой и струёй воды высокого давления и методика расчёта гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов избирательного действия используются фирмой "НИТЕП" при создании гидромеханического исполнительного органа для проходческого комбайна КП-25.Апробация рабозы. Результаты исследований и основные материалы диссертационной работы докладывались на X X X I V - ХХХУП научнотехнических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 1998-2001 г.г.), на международном симпозиуме "Новые применения водоструйных технологий" (Япония, Ишиномаки, 1999 г.), на научном симпозиуме "Неделя горняка - 2000" в Московском государственном горном университете (г. Москва, 2000 г.), 1-й международной научно-п];)актической конференции "Технологические проблемы разработки месторождений минерального сырья в сложных геологических условиях" (г. Тула, 2000 г.) и на технологических советах фирмы "НИТЕП" (г. Тула, 1998-2001 г.г.).Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 работ.Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 98 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков, 20 таблиц, список использованной литературы из 76 наименований и 4 приложения.1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1Л. Основные положения разрушения горных пород шарошечным инструментом и его практическое использование До настояш,его времени основой для создания промышленных конструкций проходческих комбайнов продолжает оставаться механический способ разрушения. Ни один из прочих методов (термический, ультразвуковой, микровзрывов жидкого ВВ и др.) пока не разработан до такой стадии, чтобы в ближайшем будуш;ем надеяться на серийный выпуск образцов породопроходческого комбайна.Из механических способов разрушения наиболее практически целесообразными следует считать: для слабых пород - разрушение резцовым инструментом, а для пород выше средней крепости - шарошечным.При проведении выработок по слабым породам эффективность работы проходческих комбайнов, исполнительные органы которых оснащены резцами, в настоящее время не вызывает сомнений [1, 2]. Однако применение их на крепких породах нерационально. Здесь применение находят комбайны, исполнительные органы которых оснащены шарошечным инструментом [1, 3-9].Существует две схемы разрушения породного массива шарошкой: лобовая и тангенциальная. Работа лобовой шарошки (рис. 1.1) заключается в следующем. Шарошка 1 перемещается вдоль и вглубь породного массива и образовывает в последнем борозду. Детально данная схема описана в работе 4]. В отличие от лобовой, тангенциальная шарошка 1 (рис. 1.2) располагается под острым углом к поверхности забоя 2 и имеет три направления перемещения, образовывая при работе уступ, вдоль основания которого и производится силовое воздействие лезвия шарошки на породу и скол последней крупными фракциями в сторону двух обнажённых поверхностей [8 .^ Рис. 1.1. Схема работы лобовой дисковой шарошки Рис. 1.2. Схема работы тангенциальной дисковой шарошки Сравнению лобовой и тангенциальной схем уделено внимание в работе [8]. Описанные здесь эксперименты выполнены на песчанике с коэффициентом крепости 4 - 9 по шкале профессора М.М. Протодьяконова. Проведенные исследования показали, что при разрушении песчаника тангенциальной дисковой шарошкой усилие перекатывания и удельная энергоёмкость были заметно ниже, чем при работе лобовой дисковой шарошки в тех же условиях.Так, на менее крепком песчанике для тангенциальной шарошки усилие перекатывания было на 36,5 и удельная энергоёмкость разрушения на 43,5 % ниже, чем для лобовой, а на более крепком - соответственно на 39,4 и 45,9%.Это может быть объяснено наличием двух поверхностей обнажения при работе тангенциальной и только одной при работе лобовой дисковой шарошек.Благодаря созданию дополнительной поверхности обнажения, в первом случае в разрушаемом участке породного массива образуется ослабленная зона, и количество энергии, требующееся для скола равного объёма породы, по сравнению с тем же показателем при разрушении лобовой дисковой шарошкой уменьшается.Надо иметь в виду, что при тангенциальной схеме разрушения шарошка воздействует на породный массив таким образом, что в породе возникают преимущественно касательные напряжения, напряжения изгиба и растяжения, а куски и частицы породы отваливаются в сторону формируемых поверхностей обнажения. При лобовой схеме разрушения породоразрушающий инструмент воздействует на породный массив таким образом, что в породе возникают преимущественно напряжения сжатия. Известно, что предел прочности пород на сжатие на порядок больше, чем предел прочности на растяжение. Поэтому с точки зрения энергоёмкости и нагруженности инструмента предпочтение надо отдать тангенциальной схеме разрушения породного массива дисковой шарошкой.Донгипроуглемашем испытывались [8] четыре типа тангенциальных шарошек: а) зубчатая шарошка с относительно острым лезвием; б) зубчатая шарошка с шириной разрушающей кромки 10 мм; в) шарошка с относительно острым лезвием, имеющая радиальные надрезы, расположенные вдоль её образующей на расстоянии около 20 мм; г) гладкая дисковая шарошка с относительно острым лезвием и непрерывным клиновым ободом. В ходе сравнительных испытаний при сопоставлении силовых и энергетических показателей процессов разруше1шя выяснилось, что более целесообразно применять гладкую дисковую шарошку.Схема разрушения породы тангенциальной дисковой шарошкой детально изложена в работе [8].Тангенциальная дисковая шарошка (см. рис. 1.2) имеет корпус 1 цилиндрической формы, боковую поверхность 2, рабочую кромку 3 и торцевую поверхность 5. В процессе работы шарошка радиусом Я, вращаясь вокруг оси 6, катится со скоростью перекатывания Упер вдоль уступа и перемещается в направлении, перпендикулярном вектору-скорости У„ер, в сторону скола уступа со скоростью подачи К„ и в направлении боковой подачи (образование высоты уступа Н).Высота уступа, обозначенная на рис. 1.2 через Н, соответствует толщине слоя породы, разрушаемого за один проход.Расстояние между соседними линиями перекатывания называется шагом разрушения и обозначается через 1.Углом заострения шарошки 6 называется угол, образуемый боковой и торцевой поверхностями шарошки.Задний угол у - это угол, образуемый торцевой поверхностью шарошки и плоскостью разрушения 4 (см. рис. 1.2).Радиусом закругления рабочей кромки шарошки р именуют радиус дуги рабочей кромки в главной секущей плоскости (главная секущая плоскость проходит через ось 6 и мгновенный центр вращения).Разрушение горной породы механическим инструментом, как известно, сопровождается воздействием на последний со стороны породного массива реактивных сил. На тангенциальную дисковую шарошку, рассматривая вопрос применительно к прямоугольной системе координат с осью г, направленной вдоль линии перекатывания, действуют следующие усилия: усилие перекатывания Р^, численно равное геометрической сумме проекций на ось х всех сил, действующих на тангенциальную дисковую шарошку вдоль забоя; усилие подачи Ру - то же, но на ось у (это усилие направлено от скалываемого уступа); боковое усилие Рх - то же, но на ось х (это усилие направлено по нормали от плоскости разрушения).Анализ исследований разрушения горных пород тангенциальной дисковой шарошкой показывает, что они могут успешно применяться на комбайнах избирательного действия [1,3, 9], обеспечивающих возможность проведения малопротяжен>[ых выработок любых сечений и профиля в условиях шахты. При этом не требуется принципиальных изменений конструкции существующих проходческих комбайнов. Изменения затрагивают лишь рабочий орган, что позволяет использовать серийные машины.Так, например, разработан стреловидный исполнительный орган комбайна избирательного действия [3], оснащенный тангенциальными дисковыми шарошками. Исполнительный орган на конце имеет диск, по контуру которого размещены тангенциальные дисковые шарошки. Данная конструкция прошла испытания и доказала эффективность применения тангенциальных дисковых шарошек в качестве механического инструмента на горных породах с (Усж до 110 МПа.С Л . Загорским [9] был разработан экспериментальный образец исполнительного органа для комбайна ПК-9р. Комбайн разрушал бетонный блок с включениями гранита с сгсж =150 МПа, средняя прочность блока составляла 80 МПа. В результате испытаний было опровергнуто укоренившееся мнение о том, что для зарубки исполнительного органа с тангенциальными дисковыми шарошками необходимо поворачивать его конечный участок относительно самой стрельг Зарубка на глубину 50 мм проходила без каких-либо затруднений. Впоследствии автор разработал способ многократного (без переточки) использования тангенциальных дисковых шарошек [10]. Суть его состояла Б периодическом изменении угла наклона оси вращения шарошки к плоскости разрушения.Таким образом, можно заключить, что наиболее перспективным механическим инструментом для разрушения крепких горных пород применительно к проходческим комбайнам избирательного действия является тангенциальная дисковая шарошка. Использование её позволяет работать этим машинам на породах с стсж до ПО МПа и разрушать (хотя и кратковременно) породы с асж до 150 МПа.
