Определение основных параметров инверсионного ходового устройства карьерных горных машин

Актуальность работы. В настоящее время общепризнанным является положение, что улучшение технико-экономических показателей угольной промышленности в целом и ее конкурентоспособности на внутреннем и мировом рынках должно осуществляться, главным образом, за счет развития наиболее эффективного открытого способа добычи угля, обеспечивающего по сравнению с подземным существенно более высокую производительность труда, более низкую себестоимость и удельные капитальные затраты, а также значительно лучшие и безопасные условия труда рабочих. Эти преимущества открытого способа реализуются путем применения мощных и эффективных карьерных горных машин.

Одним из основных узлов карьерных горных машин, во многом определяющих их производительность, массу, надежность в эксплуатации и техническую возможность применения, является ходовое оборудование.

Основными требованиями, предъявляемыми к ходовому оборудованию карьерных горных машин, являются: достаточные сила тяги, скорость передвижения и маневренностьспособность преодолевать заданные подъемы и уклонынебольшая масса, обеспечение допустимых давлений на основаниеустойчивость машины при возможных изменениях положения ее центра тяжести и отсутствие больших динамических нагрузок в конструкции машины при передвижениималые сопротивления передвижениюминимальное число быстроизнашивающихся элементов, удобство в эксплуатации и долговечность.

Однако существует целый класс карьерных горных машин (перегружатели забойные, соединительные, межуступныеотвалообразователи, мобильные перегрузочные и дробильно-перегрузочные устройства, приводные и натяжные станции конвейеров в схемах циклично-поточной технологии добычи полезного ископаемого и.т.д.), для которых передвижение не является основным функциональным назначением и осуществляется с малыми скоростями или кратковременно в пределах эксплуатационного цикла, в частности, установочные и поворотные движения. При этом энергозатраты на передвижения малы относительно общих энергозатрат при работе этих машин.

Обзор и исследование преимуществ и недостатков различных видов ходового оборудования карьерных горных машин показывают, что ни один из них в полной мере не отвечает требованиям к ходовому оборудованию для этого класса карьерных горных машин. Однако инверсионное ходовое оборудование (ИХО), обладающее рядом конструктивных, технологических и эксплуатационных преимуществ: простотой изготовления, малой массой, высокой маневренностью, низкими удельными давлениями на грунт и.т.д., этим требованиям удовлетворяет.

До настоящего времени теоретические основы работы ИХО изучены только для прямолинейного движения. Отсутствуют исследования работы ИХО при разворотах (установочных движениях и т. д.), а также экспериментальные исследования работы ИХО при различных видах движений и разворотов, нет методики расчета основных параметров ИХО для карьерных горных машин.

Поэтому актуальными являются исследования, позволяющие теоретически и экспериментально обосновать основные параметры работы ИХО при разворотах для определенного класса карьерных горных машин.

Целью работы является установление зависимостей кинематических и силовых параметров инверсионного ходового устройства от его конструктивных параметров при разворотах карьерных горных машин и экспериментальное подтверждение принципиальной возможности использования этого ходового устройства для прямолинейного перемещения и разворотов карьерных горных машин, а также создание методики расчета основных параметров ИХО на базе теоретических и экспериментальных исследований.

Идея работы заключается в использовании в качестве ходового оборудования для определенного класса карьерных горных машин оригинального инверсионного ходового устройства.

Основные научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизнаматематические модели ИХО карьерной горной машины, позволяющие определить силы на ходовых опорах ИХО и их кинематические параметры при разворотах машины с учетом плотности грунтового основания и внешних сил, действующих на машину- - экспериментальные качественные зависимости мощности приводов, скорости передвижения ходовых опор ИХО и их просадки в грунтовое основание в зависимости от его плотности при прямолинейном перемещении машин с ИХО. Мощности приводов и просадка опор уменьшаются, а их скорости растут с увеличением плотности основанийспособы и схемы разворота карьерных машин с ИХО поворотом плоскостей наклона опорных дисков ходовых опор и без их поворота. При использовании этих способов и схем для ИХО может быть обеспечен разворот машины с любыми радиусами и ее высокая маневренность;

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждены: математическим моделированием работы ИХО с использованием классических методов механики, механики грунтов и современных численных методов с применением персональных ЭВМрезультатами экспериментальных исследований модели инверсионного ходового устройства, в частности, полным соответствием кинематики и схем разворотов модели ИХУ с результатами теоретических исследований. Научное значение работы состоит в установлении аналитических зависимостей для определения геометрических, кинематических и силовых параметров ИХО для определенного класса карьерных горных машинв разработке способов и принципиальных схем разворотов этих машинв получении экспериментальных зависимостей для определения влияния плотности грунтового основания на скорости перемещения машин с ИХО, потребляемые мощности приводов ходовых опор и их просадки в грунт.

Практическое значение работы заключается в разработке методики выбора и расчета основных параметров инверсионного ходового оборудования для транспортных и других карьерных горных машин, перемещаемых в процессе эксплуатации с низкими скоростями в рекомендуемых схемах инверсионного ходового устройства для этих машин.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Методика выбора и расчета основных параметров инверсионного ходового оборудования для карьерных горных машин использована АОЗТ «ВНИИЗеммаш» при разработке конструкторской документации инверсионного ходового оборудования рыхлителя фрезерного РФ-250.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты работы докладывались и получили одобрение на научных симпозиумах и семинарах в МГГУ: «Неделя горняка 98», «Неделя горняка 99" — на НТС в НПК «Стройкарьермаш» в 1999гна АО «ВНИИЗеммаш» в 2000 г. Публикации: По результатам выполненных работ опубликовано 5 статей. Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 34 рисунка, 42 таблицы, список литературы из 83 наименований и 3 приложений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации дано решение новой актуальной научной задачи определения основных параметров инверсионного ходового оборудования для определенного класса карьерных горных машин, что обеспечивает повышение эффективности при их эксплуатации.

Выполненные в работе исследования позволили сделать следующие основные выводы и рекомендации:

1. Инверсионное ходовое оборудование (ИХО) рекомендуется к применению на транспортных и других, редко и на небольшие расстояния перемещаемых горных машинах, для которых недостатки ИХО (повышенная энергоемкость при передвижении и низкие скорости) не имеют определяющего значения. В сравнении с применяемым ходовым оборудованием на горных машинах ИХО обладает следующими преимуществами: простотой конструкции, малой массой и высокой маневренностью. При создании этого ходового оборудования возможно достижение низких удельных давлений на грунт и упрощение конструкции машины.

2. Мощность, потребляемая приводами опор ИХО, и величина их просадки в грунтовое основание нелинейно зависит от плотности грунта и снижаються с увеличением плотности.

Скорость передвижения машины с ИХО нелинейно возрастает с увеличением плотности грунтового основания и снижается с ростом вертикальных нагрузок на опору ИХО.

3. При развороте машины с ИХО на 3-ходовых опорах, развернутых так, что нормали к направлению их перемещения пересекаются в одной точке, не возникает дополнительных сил сопротивлений на опорах и разворот машины с ИХО происходит вокруг этой точки.

4. При развороте машины с 4-х опорным ИХО с поворотом ходовых опор установлено, что:

— на жестком основании разворот машины осуществляется вокруг точки пересечения нормалей к направлениям перемещения внутренних ходовых опор. При этом поперечное проскальзывание этих опор отсутствует, и величины поперечных сил на них могут иметь любое значение в пределах полных сил тренияна податливом основании центр разворота машины не совпадает с точкой пересечения нормалей и смещается ближе к внутренним опорам. При этом силы сопротивления развороту уменьшаются, но приводы ходовых опор должны преодолевать моменты сопротивления, связанные с просадкой опорных дисков в грунт.

5. Разворот машины с ИХО с жестким креплением ходовых опор осуществляется так же, как и машины с 2-гусеничным ходовым оборудованием, т. е. путем задания разных скоростей движения опорным дискам ходовых опор правой и левой сторон вплоть до остановки или реверсирования одной из сторон. Силы сопротивления развороту машины будут наибольшими при движении по жесткому основанию, когда отсутствуют скольжения от вращения опорных дисков. Однако в этом случае привод не испытывает нагрузок, связанных с моментом трения при вращении опорных дисков. При движении по податливому основанию сопротивления от разворота уменьшаются, однако на приводы ходовых опор действуют моменты от сил сопротивления, связанные с просадкой опорных дисков.

6. По сравнению с прямолинейным движением машин с ИХО при их разворотах коэффициенты перегрузки приводов ходовых опор не превышают значений: 1,36 — для жесткого основания и 1,5 — для податливого основания. Эти значения ниже допустимых коэффициентов перегрузки электродвигателей приводов ходовых опор. Поэтому выбор электродвигателей для приводов ходовых опор рекомендуется вести по сопротивлениям при прямолинейном перемещении машины с ИХО.

7. Предложенная методика расчета основных параметров ИХО обеспечивает их выбор для ИХО транспортных и других карьерных горных машин при их прямолинейном движении и разворотах с учетом внешних сил сопротивления, действующих на машины.

8. Результаты исследований внедрены при изготовлении АОЗТ «ВНИИЗеммаш» новых горных машин: перегрузочного самоходного устройства УПС-2×100/2000 и фрезерного рыхлителя РФ-250. Рассчетный экономический эффект на этих машинах составил около 1,8 млн. рублей на один комплекс оборудования от использования в них .