old.spmi.ruold.spmi.ru/system/files/lib/univer/document/17/6... · 2 УДК 656; 621 ББК 39:34-08*3,2 И 665 И 665 Инновации на транспорте и в машиностроении:

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

IV МЕЖДУНАРОДНАЯ

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ

КОНФЕРЕНЦИЯ

ИННОВАЦИИ

НА ТРАНСПОРТЕ И В МАШИНОСТРОЕНИИ

СБОРНИК ТРУДОВ

ТОМ II

СЕКЦИЯ «ГОРНЫЕ МАШИНЫ»

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 28-29 АПРЕЛЯ 2016

2

УДК 656; 621

ББК 39:34-08*3,2

И 665

И 665

Инновации на транспорте и в машиностроении: сборник трудов IV международной

научно-практической конференции. Том II / Под ред. В.В. Максарова / Отв. ред. В.В.

Габов, Н.С. Голиков – СПб: Национальный минерально-сырьевой университет «Гор-

ный», 2016. - 176 с.

В сборник включены материалы, представленные отечественными и зарубежными учё-

ными и специалистами на IV международную научно-практическую конференцию «Иннова-

ции на транспорте и в машиностроении».

Сборник состоит из 5 томов: том I - материалы секции «Транспорт и логистика», том II

– материалы секции «Горные машины», том III – материалы секции «Технологические про-

цессы в машиностроении», том IV – материалы секции «Транспортная энергетика и приборо-

строение», том V – материалы секции «Круглый стол молодых ученых».

В материалах сборника отражены актуальные задачи планирования и управления в

транспортной отрасли и в машиностроении, а также пути их решения.

Материалы сборника могут быть полезны инженерам в практической деятельности,

научным работникам, аспирантам, студентам в научно-исследовательской и учебно-

методической работе.

ISBN

© Коллектив авторов, 2016

3

СОДЕРЖАНИЕ

РАЗДЕЛ 1

ГОРНЫЕ МАШИНЫ 6

Асонов С.А., Шишлянников Д.И. Формирование нагрузки при работе скребкового конвейера комбайна Урал-20Р

6

Бабырь Н.В. Повышение адаптивности секции механизированной крепи совершенствованием механической

характеристики её гидростоек

9

Габов В.В., Задков Д.А., Лыков Ю.В. Повышение эффективности процесса добычи с освоением избирательных способов отделения

угля от массива

12

Голиков Н.С.

Оптимизация геометрических параметров маховиков главного вала щековой дробилки 16

Журавлев А.Г. Проблемы обоснования параметров транспортных систем карьеров

20

Заверткин П.С. Проблемы складирования сгущенных хвостов в хвостохранилище

23

Габов В.В., Королев А.И. Забойный скребковый конвейер очистного механизированного комплекса адаптивного к изме-

няющимся горно-геологическим условиям

27

Королев И.А., Тимофеев И.П. Обоснование нагруженности несущей рамы шагающей установки для добычи твердых

полезных ископаемых морского дна

30

Кучик А.С., Щерба Е.В., Волчек О.М. Моделирование работы исполнительного органа проходческого комбайна

34

Лукиенко Л.В., Гальченко К.В. Учёт фактора технологичности изготовления на стадии проектирования как направление по-

вышения эффективности зубчато-реечных передач

38

Переслени И.В. Страхование спецтехники, условия страхования и выплат страхового возмещения,

особенности Российского законодательства

42

Сабитов А.Э., Уразбахтин Р.Ю. Исследование параметров перфораторов-ударников для проходческих комплексов при прове-

дении специальных выработок

48

Соболь И.С., Ильин А.В. Проблемы государственного регулирования экспертной деятельности

в области промышленной безопасности

52

Тимофеев И.П., Кузькин А.Ю. Исследование механизма нагребающей лапы шахтной погрузочной машины типа ПНБ

56

Юнгмейстер Д.А., Уразбахтин Р.Ю. Рациональные параметры комплекса для спасательных работ на угольных шахтах

59

Ушаков Л.С., Климов В.Е.

Современные тенденции развития проходческой техники для крепких горных массивов 63

Федотков Г.Г., Абызов А.М., Смирнов Е.П.

Производственные испытания алмазных буровых коронок армированных металлизированными

алмазами

69

Хорешок А.А., Ананьев К.А., Ермаков А.Н.

Определение рациональной длины барабанов исполнительного органа геохода по условию ми-

нимизации перебора

73

Шорников В.В.

Особенности применения экскаваторов с различным типом исполнительного органа 76

Болобов В.И., Юсупов Г.А. Обоснование конструкции резца для работы по крепким породам

80

4

РАЗДЕЛ 2

ГОРНЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ ТОРФА

84

Бондарев Ю.Ю., Иванов С.Л. Выбор оборудования для создания организованного расстила торфяного сырья

84

Гармаев О.Ж., Федоров А.С., Соколов А.В. Универсальная лабораторная установка по переработке торфяного сырья

88

Жигульская А.И., Фомин К.В., Жигульский М.А., Бурмистров И.С. Новая классификация средств комплексной механизации добычи и переработки торфодревес-

ного сырья

90

Шпынев В.М., Жигульский М.А., Жигульская А.И. Новое оборудование и технология для обеспечения безопасных условий хранения торфодре-

весного сырья

94

Зюзин Б.Ф., Шамбер О.В., Жигульская А.И., Оганесян С.А. Применение ресурсосберегающих технологий в производстве кускового торфа

97

Коконков А.А., Звонарев И.Е., Иванов С.Л. Создание измельчительного оборудования для грубо сепарированного торфяного сырья есте-

ственной влажности

101

Михайлов А.В., Васильева А.Н. Кинематический анализ кассетной щетки для уборки торфа

104

Михайлов А.В., Воробьева В.П. Определение угла наклона отвала при штабелировании сыпучего материала

107

Северикова Д.Д., Звонарев И.Е. Формование торфоблоков измельченного торфяного сырья естественной влажности

110

Михайлов А.В., Таранов А.Г. Обоснование геометрических параметров выемок при экскавации торфяного сырья

113

Жигульская А.И., Гусева А.М., Яконовская Т.Б. Оборудование для размола ресурсов торфяных месторождений и получения торфодревесной

продукции

116

РАЗДЕЛ 3

ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ

119

Авдеев А.М., Тимофеев И.П. Влияние угла наклона рельсового пути на мощность привода фрикционного тягового устройства

119

Александров В.И. Эффективность карьерных автосамосвалов в режиме топливной экономичности

122

Буря А.В., Александров В.И.

Снижение энергозатрат трубопроводной системы при перекачке сгущенных гидросмесесй хво-

стов обогащения

127

Авксентьев С.Ю., Александров В.И. Снижение энергоемкости гидравлического транспортирования продуктов переработки мине-

рального сырья

131

Васильев А.Л., Александров В.И.

Активация закладочных смесей 134

Белоусов А.Е., Кабанов О.В. Метод расчета характеристик детандер-генератора объемного типа для газораспределительных

станций

137

Коптев В.Ю., Веселов И.В. Критерии выбора транспортных машин горно-добывающего предприятия

141

Тимофеев И.П., Столярова М.С. Особенности работы фрикционных тяговых устройств для приводов стационарных горных машин

146

5

РАЗДЕЛ 4

НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ

149

Бочков В.С., Болобов В.И., Чупин С.А. Влияние вида упрочняющей обработки на износостойкость рабочих элементов горного обору-

дования

149

Зюзин Б.Ф., Горлов И.В., Рахутин М.Г. Исследование параметров безотказности торфяных машин

153

Иванова П.В., Кувшинкин С.Ю., Шибанов Д.А. Оценка отказоустойчивости современных карьерных экскаваторов производства ООО «ИЗ-

КАРТЭКС имени П.Г. Коробкова»

157

Ищенко М.В., Кондратчик Н.Ю. Закономерности изнашивания роликов горных машин в присутствии хлористого калия

160

Ле Тхань Бинь, Болобов В.И., Юсупов Г.А., Чан Динь Бао

Повышение износостойкости материала пик гидромолотов обработкой холодом 164

Мишин И.И., Болобов В.И., Бочков В.С., Лялин А.Д. Влияние термомеханической обработки на износостойкость материалов футеровок горно-

обогатительного оборудования

169

Чуксин А.И., Иванов С.Л. Повышение надежности и безопасности машинного оборудования проведением его точного

технического обслуживания (Mechanical Precision Maintenance)

172

6

РАЗДЕЛ 1

ГОРНЫЕ МАШИНЫ

УДК 622.23.05

Асонов Сергей Алексеевич,

асп. каф. Машиностроения,


Шишлянников Дмитрий Игоревич,

к.т.н., доц. каф. Горная электромеханика,

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Формирование нагрузки при работе скребкового конвейера комбайна Урал-20Р

Аннотация. Рассмотрены условия эксплуатации проходческо-очистных комбайнов

Урал-20Р. Представлена статистика отказов основных узлов комбайнов. Описаны факторы не-

обходимые при моделировании скребкового конвейера комбайна Урал-20Р. Экспериментом

установлена величина коэффициента сопротивления движению системы по желобу скребково-

го конвейера. Дан алгоритм формирования нагрузки при работе скребкового конвейера.

Ключевые слова: проходческо-очистной комбайн; отказ; модель; скребковый конвейер.

Abstract. The conditions of operation of the heading-and-winning machine Ural-20R. Pre-

sents statistics of failure of main units combines. Describes the factors required in modeling of the

scraper conveyor of the combine Ural-20R. The experiment found that the value of the coefficient

of resistance to movement of the system along the trough conveyor. The algorithm of forming load

during the operation of the scraper conveyor.

Keywords: heading-and-winning machine; failure; model; scraper conveyor.

На сегодняшний день на калийных рудниках РФ наибольшее применение нашли про-

ходческо-очистные комбайны Урал-20Р. Необходимо отметить, что условия эксплуатации

добычных комбайнов характеризуются запыленностью и влажностью внешней среды, значи-

тельными динамическими нагрузками, сложным напряженным состоянием и деформациями

элементов оборудования. Воздействие указанных факторов в течение длительного времени

вызывает повреждение металла и развитие дефектов на поверхностях нагруженных элемен-

тов. В некоторые моменты функционирования комбайна могут возникать такие сочетания

факторов, которые нарушают его работоспособность, вызывая аварийные отказы.

Большое количество отказов оборудования горных машин, связано с выходом из строя уз-

лов трансмиссии. Причинами возникновения отказов являются повышенные нагрузки в узлах

приводов рабочего оборудования добычных машин, несоответствующее техническое обслужи-

вание и ремонт, использование добычных машин с полностью выработанным ресурсом. [1]

Комбайны Урал-20Р оснащены комбинированным планетарно-дисковым исполнитель-

ным органом и гусеничным ходовым оборудованием. Для подбора отбитой руды и погрузки

ее в транспортные средства служит грузчик, включающий в себя бермовый орган со шнеками

и боковыми фрезами, раму комбайна, внутри которой размещен скребковый конвейер.

Для предупреждения отказов оборудования необходимо достоверное прогнозирование по

техническому состоянию системы в процессе эксплуатации и контроль предельных нагрузок,

оказывающих воздействие на элементы рабочего оборудования комбайна. Достоверный прогноз

о надежности технической системы горной машины можно получить, используя имитационное

моделирование с применением физических и математических структурных моделей.

Рассматривая рис. 1 можно сказать, что наибольшее количество отказов комбайна при-

ходится на скребковый конвейер (22%).

В настоящее время ведется работа по моделированию работы скребкового конвейера

грузчика комбайна Урал-20Р. Отказы конвейера связанны с неравномерностью поступления

7

груза от шнекового исполнительного органа и подверженностью рамы конвейера

значительной вибрации, обусловленной динамическими нагрузками на исполнительном

органе комбайна и приводе конвейера.

Рассматривая как объект моделирования скребковый конвейер, необходимо учитывать

следующие моменты.

В первую очередь угол наклона выработки. В соответствии с паспортными данными

проходческо-очистные комбайны типа «Урал» могут работать в выработках с углом наклона

от 12° вниз до 12° вверх. По расчетам, приведенным в статье [2], паспортная

производительность комбайна обеспечивается при его работе вверх.

Рама скребкового конвейера имеет наклонный и горизонтальный участки. Это

определяет необходимость разделения конвейера на два участка при определении нагрузок

на привод. Угол наклона передней конвейерной рамы в соответствии с техническими

характеристиками области применения комбайнов Урал-20Р изменяется от 6° до 30°.

Следовательно, угол наклона передней рамы конвейера будет определяться суммой угла

наклона выработки и угла наклона передней рамы конвейера относительно горизонтальной

плоскости. Угол наклона горизонтальной части конвейера будет соответствовать углу

наклона выработки:

α,αα кон1уч1 (1)

α,α уч2 (2)

где: αуч1 - угол наклона

первого участка

скребкового конвейера;

αкон1 - угол наклона

передней рамы

конвейера; αуч2 - угол

наклона второго участка

скребкового конвейера;

α - угол наклона

выработки.

Не маловажным

фактором для создания

модели является

определение

коэффициента

заполнения межскребкового пространства:

,)( скрцкуб

запhbl

VVVk

(3)

где: Vкуб - объем материала, заполняющего межскребковое пространство; Vц - объем цепи

скребкового конвейера; Vскр - объем скребка; h - высота скребка; b - ширина скребка; l -

расстояние между скребками.

Который в свою очередь зависит от коэффициента разрыхления породы, от

гранулометрического состава руды, от потока насыпного груза на конвейер. Так же

необходимо учитывать объем горной массы, расположенный выше уровня скребков

конвейера, зависящий от естественного угла откоса горной массы при движении и угла

наклона передней рамы конвейера. Величина угла естественного откоса руды в движении

обусловлена в основном вибрацией рамы конвейера и неравномерностью движения цепи.

Для определения расчетной мощности привода на звездочке конвейера необходимо

определить силы сопротивления, действующие на конвейер. Во-первых, это сопротивление

перемещения полезного ископаемого по желобу.

,12111 FFF (4)

)),αcos()α(sin(ρ ж1ж1ж1запскр11 fLkgSF (5)

Рис.1. Отказы узлов комбайна

8

)),αcos()α(sin(ρ ж2ж2ж2запскр12 fLkgSF (6)

где: F11, F12 силы сопротивления перемещения полезного ископаемого по желобу на первом и

втором участках конвейера; ρ - плотность полезного ископаемого; g - ускорение свободного

падения; Sскр - площадь скребка; Lж1, Lж2 - длины желоба на первом и втором участках; f -

коэффициент сопротивления движению системы по желобу секции скребкового конвейера.

Для определения коэффициента сопротивления была создана модель конвейера.

Включающая в себя желоб, скребки, звено, соединяющее скребки. На данной модели были

проведены эксперименты по определению угла сопротивления движению. Тангенс этого угла

будет являться коэффициентом сопротивления движению системы по желобу секции

скребкового конвейера.

Согласно проведенным экспериментам, значение коэффициента сопротивления будет

находиться в интервале от 0,52 до 0,55.

Во-вторых, это сила трения скребковой цепи о поверхность желоба:

,22212 FFF (7)

),αcos(2 ж1ц1

ж1ц21

L

LfGF (8)

),αcos(2 ж2ц2

ж2ц22

L

LfGF (9)

где: F21, F22 - силы трения скребковой цепи о поверхность желоба на первом и втором

участках конвейера; f - коэффициент сопротивления движению системы по желобу секции

скребкового конвейера; Gц - сила тяжести цепи; Lц1, Lц2 - длины цепи конвейера на первом и

втором участках конвейера; Lж1, Lж2 - длины желоба на первом и втором участках конвейера.

Так же нужно учитывать мощность на преодоление этих сопротивлений, мощность,

затрачиваемую на подъем полезного ископаемого по желобу и мощность, затрачиваемую на

разгон полезного ископаемого:

,ц11 FN (10)

,ц22 FN (11)

,жкон3 HpgQN (12)

,2цкон4 pQN (13)

где: υц - скорость движения цепи скребкового конвейера; Qкон - производительность скребкового конвейера; Hж - высота подъема полезного ископаемого по желобу.

Следовательно, формула для определения мощности привода на звездочке конвейера

будет иметь следующий вид:

,4321зв NNNNN (14)

где: N1 - мощность, затрачиваемая на преодоление сил сопротивления перемещению полез-

ного ископаемого по желобу; N2 - мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения

скребковой цепи о поверхность желоба; N3 - мощность, затрачиваемая на подъем полезного

ископаемого по желобу; N4 - мощность, затрачиваемая на разгон полезного ископаемого.

Список литературы:

1. Асонов С.А. Способы диагностирования технического состояния и оценки остаточного ре-

сурса электромеханической системы комбайнов Урал-20р / С.А. Асонов, С.Л. Иванов, Д.И.

Шишлянников // II Международная научно-практическая конференция «Актуальные пробле-

мы технических наук в России и за рубежом» г. Новосибирск, 2015. – С. 48-50.

2. Особенности расчета и увеличение производительности скребковых конвейеров проходче-

ско-очистных комбайнов. / Н.В. Чекмасов [и др.] // Горное оборудование и электромеханика.

– 2006. – №7. – С. 8-11.

9

УДК 622.685

Бабырь Никита Валерьевич,

асп. каф. Машиностроения,


Повышение адаптивности секции механизированной крепи

совершенствованием механической характеристики её гидростоек

Аннотация. Рассматривается способ совершенствования статической адаптивности

секций механизированной крепи к изменяемому горному давлению, что достигается совер-

шенствованием механической характеристики их гидростоек. Предложено разделение функ-

ции защиты и функции регулирования горного давления, что повышает качество процесса

регулирования горного давления и упрощает задачу повышения статической адаптивности

секций крепи.

Ключевые слова: уголь, подземная добыча, горно-геологические условия, горное

давление, очистной комплекс, секция крепи, гидростойка, механическая характеристика,

адаптивность.

Increasing adaptability of powered roof support sections

improving its mechanical characteristics of hydraulic

Abstract. The way improving of the static adaptability of mechanized roof support to the

measured rock pressure improvement of the mechanical characteristics of hydraulic roof support. It

is proposed to separate the functions of protection and control function of rock pressure, which in-

creases the quality of the regulatory process of rock pressure, simplifies the task of improving the

static adaptability roof support.

Keywords: coal, underground mining, mining and geological conditions, rock pressure,

longwall set of equipment, roof support, hydraulic prop, speed-load curve, adaptability.

В настоящее время основная доля угля, добываемого подземным способом, приходит-

ся на очистные механизированные комплексы (ОМК), основным оборудованием которых яв-

ляется выемочная машина, гидрофицированная передвижная забойная крепь, забойный пере-

движной конвейер. Существенное влияние на эффективность добычи угля оказывают слож-

ные горно-геологические условия (ГГУ). Созданы многочисленные типы надёжных мощных

высокопроизводительных ОМК с гидрофицированными крепями для использования в раз-

личных ГГУ [6] с ручным, дистанционным, программным и автоматизированным управлени-

ем [7]. Известны значительные успехи в повышении интенсивности очистных работ в ком-

плексно механизированных очистных забоях (КМОЗ) угольных шахт, особенно при отработ-

ке высоко технологичных угольных пластов (ВТУП) [4]. Однако известно также, что при от-

работке угольных пластов в сложных ГГУ эффективность использования ОМК существенно

снижается [1,3]. Причинной такого положения является слабая адаптивность механизирован-

ной крепи ОМК к изменениям ГГУ, несовершенство способа управления горным давлением

и, как следствие, статическое и динамическое топтание кровли. Одной из причин такого по-

ложения является несоответствие механической характеристики секции крепи (СК) проч-

ностным свойствам пород непосредственной кровли и характеру проявления горного давле-

ния. Поэтому повышение адаптивности СК и совершенствование механических характери-

стик их гидростоек являются актуальными задачами.

Цель и задачи. Степень адаптации ОМК зависит от адаптации его структурных эле-

ментов: выемочной машины, забойного конвейера, механизированной крепи и другого обо-

рудования и систем к изменяемым горно-геологическим условиям. Механизированная крепь

создает условия для работы всего оборудования комплекса. Поэтому повышение её адаптив-

ности необходимо решать в первую очередь, так как это будет влиять на способ решения

10

аналогичной задачи для выемочной машины, забойного конвейера и другого оборудования и

систем комплекса.

Различают адаптивность крепи контактную, статическую, динамическую и кинемати-

ческую (рис. 1) [5]. Меньше внимания уделялось исследователями к совершенствованию ста-

тической адаптивности. Совершенствование статической адаптивности является первооче-

редной по сравнению с контактной, кинематической и динамической адаптивностями, так

как от её способа зависят технические решения по снижению динамических нагрузок, улуч-

шения кинематической и контактной адаптивностей.

Рис.1.Классификация адаптивностей ОМК

Современные механизированные крепи осуществляют управление горным давлением

гидростойками секций в соответствии с их механической характеристикой (рис. 2) [2]. На ка-

чество процессов управления ГД существенно сказывается работа гидростоек в режимах

нарастающего сопротивления 1 и 2 и разгрузки СК 6, приводящих к статическому топтанию

кровли, и в режимах управления ГД по характеристике равного сопротивления 4, которое до-

стигается последовательным срабатыванием ПК, что приводит к динамическому топтанию

кровли. Настройка уровня давления срабатывания ПК устанавливается с учетом характера

первичной осадки основной кровли и, как правило, значительно превышает необходимый уро-

вень регулируемого давления. Циклически повторяющиеся нагрузки на непосредственную

кровлю при срабатывании ПК приводят к образованию трещин в непосредственной кровле, к

вывалам и к неустойчивости процессов управления горным давлением и добычи угля в очист-

ном забое. Поэтому целесообразно разделить функцию защиты и регулирования ГД.

Рис.2. Механическая характеристика работы гидростойки

Адаптивность ОМК

Контактная Динамическая Кинематическая Статическая

11

Техническое решение. Для снижения статического и динамического топтания кровли

и повышения адаптивности СК предлагается:

- регулировать горное давления постоянным перетоком жидкости [2] из поршневой

полости гидростоек в напорную магистраль гидросистемы комплекса;

- необходимо выполнять передвижку секций крепи с подпором не ниже начального;

- разделять зоны регулирования ГД и зоны срабатывания защиты; зоны начального

распора и зоны регулирования.

Все это исключает динамические топтания кровли и частично статические топтания

кровли, рекуперацию энергии боковых пород гидросистемы комплекса и ложные срабатыва-

ния ПК.

Выводы. Совершенствование механической характеристики управления горным дав-

лением обеспечивают:

- повышение адаптивности СК;

- повышение качества процесса управления кровлей;

- повышение работы комплекса при изменяющихся ГГУ.


1. Гетопанов В.Н., Рачек В.М. Проектирование и надежность средств комплексной механиза-

ции. М.: Недра, 1986. – 208 с.

2. Задков.Д.А., Габов.В.В., Горное оборудование и электромеханика, 2015, 26-30 с.

3. Коровкин Ю. А., Ю. Л. Худин., Механизированные крепи очистных забоев. М.: Недра,

1990. – 413 с.

4. Линник Ю.Н., Крашкин И.С., Мерзляков В.Г. Концепция развития очистного, проходче-

ского, конвейерного и бурового оборудования на период до 2020 г. М.: Горные машины и ав-

томатика, 2006. - №2. – с. 2-12.

5. Фролов Б. А. Методы повышения адаптивности механизированных крепей / Б. А. Фролов,

В. И. Клишин, В. С. Верин. — Новосибирск: Наука. СО, 1983. - 112 с.

6. Хорин В. Н. Механизированные крепи. М.: Недра, 1971. - 147 с.

7. Хорин В. Н. Объемный гидропривод забойного оборудования. М.: Недра, 1980. - 250 с.

12

УДК 622.232

Габов Виктор Васильевич,

д.т.н., проф. каф. Машиностроения,

Задков Денис Александрович,

к.т.н., доц. каф. Машиностроения,

Лыков Юрий Васильевич,



Повышение эффективности процесса добычи

с освоением избирательных способов отделения угля от массива

Аннотация. Проведен анализ отделения угля от массива с позиций наименьшей

энергоемкости процесса. Показано, что наименьшую энергоемкость могут обеспечить

избирательные способы отделения полезного ископаемого от массива. Рассмотрены

возможности и перспективы реализации избирательного способа отделения угля от массива и

селективной его выемки фронтальными модульными комплексами. Приведены зависимости

производительности отдельного модуля и всего комплекса.

Ключевые слова: уголь, подземная добыча, выемочный модуль, режим работы,

комплекс, избирательность, производительность.

Gabov Victor Vasilevich,

Professor, Department of mechanical engineering,

Zadkov Denis Aleksandrovich,

Associate professor, Department of mechanical engineering,

Lykov Yuri Vasilevich,


National Mineral Resources University (Mining University)

Improving the efficiency of the mining process

with the development of polling methods separation of coal from the massif

Abstract. The analysis of the separation of coal from the massif with the positions of the

lowest energy process. It is shown that the lowest energy can provide a selective means of separat-

ing the mineral from the massif. The possibilities and prospects of implementation of the electoral

method for separating coal from the massif and its selective excavation front modular complexes.

For the two electoral methods shows the dependence of the performance of a single module and the

entire complex.

Keywords: coal, underground mining, extraction module, a mode of operation, the complex,

selectivity, performance.

В настоящее время принцип действия преобладающего большинства выемочных ма-

шин основан на механическом способе разрушения угольного массива режущими инстру-

ментами. Современные комбайны с роторными исполнительными органами разрушают

угольный массив сплошным фрезерованием серпообразными срезами со скоростями резания

2-4 м/с и, как следствие, с большим выходом мелких классов угля и пылеобразованием. В

этой связи ведутся научные исследования, направленные на определение рациональных па-

раметров и режимов работы исполнительных органов, разработку принципов поддержания

оптимальных режимов, обеспечивающих достижение высокой производительности, увели-

чение выхода крупных фракций углей и уменьшение энергоемкости процессов разрушения

массива и пылеобразования.

13

По оценкам исследователей [1] на образование трещин и отрыв кусков угля от массива

тратится 2-3 % от подводимой к резцам энергии и 60-80 % на образование пыли крупностью до

0,1 мм. В общем балансе энергии это составляет 1,8-2,8 % от поступающей к очистному ком-

байну. На сам процесс резания, включающий скол, трение резцов о массив, раздавливание

мелких кусков и выступов, образование пыли, расходуется около 65 % энергии, а непосред-

ственно на скол элементов крупностью d = 6...10 мм, то есть полезный продукт, только 1...2 %.

Основными критериями качества процесса отделения угля от массива в очистном за-

бое являются степень устойчивости работы очистного механизированного комплексно в ра-

циональных режимах при изменении в широком диапазоне горно-геологических условий,

достижение заданного гранулометрического состава, зольности добываемого угля и миними-

зация удельного расхода энергии.

Удельный расход энергии является ключевым показателем эффективности отделения

угля от массива при неизменных параметрах исполнительного органа, так как он коррелирует

с гранулометрическим составом, зависит от сопротивляемости угля резанию, содержания

твёрдых породных включений в угольном пласте и толщины среза.

Удельный расход энергии при добыче угля выемочными машинами, в частности

очистными комбайнами, определяется известными соотношениями:

K

B

hK

A

К

В

VК

А

VHB

VBA

Q

PH

hптехпз

пср

W

6060, (1)

где: срP – мощность потока энергии, потребляемой из сети двигателем, кВт; Q – техническая

производительность выемочной машины при непрерывной работе, т/мин; А, В – параметры

энергетической характеристики выемочной машины; пV – скорость подачи выемочной ма-

шины с учётом ограничивающих факторов, м/мин; зВ – ширина захвата исполнительного

органа, м; Н – мощность пласта, м; γ – плотность угля в массиве, т/м3; техпV – техническая

скорость подачи; К – коэффициент машинного времени; hК – коэффициент, зависящий от

толщины среза; h – толщина среза, м.

Из (1) следует, что с увеличением толщины среза снижается удельный расход энергии.

Снижение энергоёмкости увеличением толщины срезов возможно и целесообразно до 80-100

мм [2]. Дальнейшее увеличение толщины среза для современных роторных машин не пред-

ставляется возможным, так как ведет к чрезмерному росту динамики нагрузок. При этом сер-

повидное сечение среза является одной из причин переизмельчения угля. Таким образом, для

снижения энергоёмкости необходимо отказаться от серпообразных по форме срезов и увели-

чить толщину среза до 80-100 мм и более.

Так как угольные пласты анизотропны, их прочностные свойства меняются в зависи-

мости от ориентации разрушающей нагрузки относительно напластования и трещиноватости.

Дальнейшее снижение энергоемкости связано с избирательностью обработки забоя, то есть

согласованием места, направления и толщины среза со структурой, трещиноватостью и от-

жимом пласта, соответствующим наименьшей сопротивляемости массива разрушению.

Для комбайнов с буровыми и шнековыми исполнительными органами, при работе ко-

торых большая часть траектории резания перпендикулярна к плоскости напластования, ори-

ентация нормальной к слоистости системы трещиноватости не имеет существенного значе-

ния, а переход на большие толщины срезов приводит к резкому возрастанию динамики

нагрузок и снижению надежности комбайнов. При этом избирательность по месту среза,

направлению и очередности срезов и поддержание постоянной их толщины не возможны из-

за свойственной комбайнам кинематики движений.

Основой избирательной технологии, определяющей ее особенности, является способ

отделения угля от массива (СОУМ). Переход к избирательным способам отделения угля от

массива может быть осуществлен при использовании очистных механизированных комплек-

сов новых структур и возможностей, в частности, комплексов фронтальных модульного ис-

полнения (КФМ). Выемочной машиной в КФМ являются унифицированные выемочные мо-

14

дули (УВМ) [3], которые могут оснащаться исполнительными органами статического, дина-

мического или комбинированного действия. Особенностью этих агрегатов является разме-

щение УВМ на каждой секции механизированной крепи, через секцию, или на специальной

базе. Такие модули могут осуществлять отделение угля от массива с толщинами среза от

80мм до 300мм. Максимальная крупность кусков ограничена только по условиям транспор-

тирования. Опора на секции механизированной крепи и использование гидропривода обес-

печивают устойчивость режимов работы УВМ при передаче значительных по величине сил

скалывания (в случае присечки породы), то есть при малых скоростях перемещения исполни-

тельных органов. При этом стопорные режимы работы не являются для них аварийными.

На основе анализа возможных фронтально-избирательных СОУМ выделим два основ-

ных способа для отработки пластов с явно выраженной анизотропией прочностных свойств.

СОУМ № 1 (рис. 1, а): фронтальный с одновременной отработкой лавы локальными

забоями lLпараллельными заходками с разрушением массива забоя отдельными сколами (сре-

зами) в направлении преобладающей трещиноватости с ослаблением угольного массива под-

резной щелью Нщи сколом целика у кровли Нск. Этот способ целесообразно применять при

значительной дезинтеграции призабойной части массива трещиноватостью под углом φ к ли-

нии забоя, отжимом и слоистостью. В этом случае возможны сколы с толщиной до 30 см, а

очередность устанавливается из условий максимального ослабления последующих слоев

пласта. Здесь t– шаг сколов.

а)

б)

Рис. 1. Фронтально-избирательные способы отделения угля от массива:

Vp направление движения резцовой коронки при осуществлении сколов;

Vск– направление движения скалывателя секции крепи

СОУМ № 2 (рис. 1, б): фронтальный с одновременной отработкой лавы параллельными

заходками и разрушением массива локального забоя lL избирательными сколами lр по плоско-

стям, разделяющим слои пласта одновременно по всей ширине локального забоя в направле-

нии подвигания фронта лавы. Последовательность сколов по мощности пласта Н определяет-

ся структурными свойствами пласта и требованиями минимальной энергоемкости разруше-

ния массива за цикл, устойчивости технологического процесса и разрушения массива без вы-

хода негабаритов.

Производительность комплекса будет складываться из производительностей выемоч-

ных модулей с учетом времени и последовательности выполнения основных и вспомогатель-

ных операций за цикл работы модулей и комплекса. Для СОУМ № 1 основные показатели будут равны:

15

производительность модуля:

цсррм T/nhlHq 2 ; (2)

длительность цикла операций по выемке:

кр

ск

x

ср

xx

р

p

рВц

v

hktl

vm

v

t

v

l

v

l

h

lT

2

12 ; (3)

производительность комплекса:

cosv

kh

v

l

mv

tl

v

l

KShTQ

кр

cx

xсрx

р

p

р

sa

1

, (4)

где: р – длина скола, м; Н – мощность пласта, м; h – толщина среза, м; cрn − количество срезов

толщиной h по направлению подвигания забоя за цикл; b − глубина отработки забоя за цикл,

м; – расстояние на которое перемещается коронка в вертикальной плоскости, м; цТ – время

цикла, с; T – время работы комплекса, час.; γ – удельная плотность угля в массиве, 3мт ; S–

площадь забоя, м2;

saK коэффициент активной площади забоя; рV и хV скорости движе-

ния резцовой коронки при осуществлении сколов и при позиционировании, м/с; схK – коэф-

фициент, характеризующий схему передвижки секций крепи; крV скорость передвижки сек-

ции крепи, м/с; вH – мощность пласта, обрабатываемая исполнительным органом, м.

Для более интенсивного роста производительности комплекса с увеличением мощности

пласта целесообразно использовать сменные исполнительные органы с увеличивающейся

шириной среза, то есть поддерживать количество срезов по мощности пласта постоянным

− consttHmср .

Фронтальные модульные комплексы, осуществляющие избирательные способы отде-

ления угля от массива, по сравнению с комбайновыми и струговыми обеспечивают:

значительное снижение выхода мелких классов угля и интенсивности пылеобразования, так

как средняя толщина среза h 100 мм и поддерживается постоянной за цикл среза;

избирательность по месту и последовательность во времени отделения угля от массива сре-

зами или сколами в локальном забое в зависимости от хрупкости и степени ослабления пла-

ста слоистостью, толщины и прочности угольных и породных слоев, слагающих пласт;

согласование направлений срезов (сколов) с направлением трещин косо-секущих и нор-

мальных к слоистости систем трещиноватости;

добычу угля с высокой интенсивностью, с отработкой столбов длинными забоями и эффек-

тивную выемку целиков – короткими забоями.


1. Фролов А.Г. К методике решения задач увеличения выхода крупных классов и уменьше-

ния пылеобразования при добыче угля // Науч. сообщ. ИГД им. А.А. Скочинского, 1972

Вып. 100. С. 152-161.

2. Габов В.В., Иванов С.Л., Задков Д.А., Банников А.А. Развитие способов отделения угля от

массива добычными машинами // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.:

МГГУ, 2005. №7. – С. 297-302.

3. Кустриков Э.В., Габов В.В., Задков Д.А. Особенности конструкции и технологии работы

унифицированного выемочного модуля для добычи калийной руды // Современные пробле-

мы науки и образования. – 2015. – № 1; URL: http://www.science-education.ru/125-19961 (дата

обращения: 05.04.2015).

16

УДК 621.926.001.66

Голиков Николай Сергеевич,



Оптимизация геометрических параметров маховиков главного вала щековой дробилки

Аннотация. Рассмотрены назначение, конструкция и основные геометрические пара-

метры маховиков щековых дробилок. Разобран метод оптимизации геометрических парамет-

ров маховика по критерию обеспечения его минимальной массы. Получена формула для

определения внутреннего радиуса обода маховика, обеспечивающая при заданном моменте

инерции его минимальную массу.

Ключевые слова: дробилка щековая, маховик, оптимизация, момент инерции.

Golikov Nikolay Sergeevich,


National Mineral Resources University (Mining University)

Optimization of geometrical parameters of the main shaft flywheels of jaw crusher

Abstract. The purpose, structure, and main geometric parameters of jaw crusher flywheel

are shown. The optimization method of the geometric parameters of flywheel according to the crite-

rion of providing a minimum mass is given. The formula for determining the inner radius of the

flywheel rim which ensures its minimum mass at a given moment of inertia is derived.

Keywords: jaw crusher, flywheel, optimization, moment of inertia.

Маховик - это массивное колесо, закрепляемое на валу и уменьшающее неравномер-

ность его движения в установившемся режиме работы машины, за счет накопления кинети-

ческой энергии в периоды, когда движущие силы превосходят силы сопротивления, и отдачи

кинетической энергии в периоды, когда силы сопротивления превосходят движущие силы.

Неравномерность движения является негативным фактором, поскольку вызывает ди-

намические давления в кинематических парах, снижает коэффициент полезного действия и

надежность машины, ухудшает выполняемый машиной рабочий технологический процесс,

вызывает упругие колебания в звеньях, что является нежелательным как с точки зрения их

прочности, так и с точки зрения потери мощности [1, с. 366].

В щековых дробилках наличие маховика совершенно необходимо, поскольку позволя-

ет аккумулировать весьма значительные запасы

кинетической энергии и использовать их для пре-

одоления повышенных полезных нагрузок без

увеличения мощности двигателя. С этой целью на

концевых частях приводного вала дробилок за-

крепляется сразу два маховика – по одному с

каждой стороны (рис. 2).

Форма маховика бывает различной, но по

конструктивным соображениям наиболее удобной

является форма в виде диска с тяжелым ободом и

ступицей. Такой маховик называется кольцевым и

представляет собой тело вращения, ось симмет-

рии которого совпадает с одной из главных цен-

тральных осей инерции.

Геометрически такая форма описывается

параметрами: шириной ступицы L1, шириной

Рис. 1. Главный вал щековой дробилки модели

ЩДП 1200х1500 мм производства Электро-

стальского завода тяжелого машиностроения

17

диска L2 и шириной обода L3, внутренним R1 и

наружным R2 радиусами ступицы, а также внут-

ренним R3 и наружным R4 радиусами обода (рис.

2).

Значения этих параметров подбираются

исходя из величины момента инерции J, необхо-

димого для стабилизации движения механизма, а

также некоторых конструктивных и прочностных

соображений. Так, например, геометрия ступицы

зависит от диаметра участка вала, на который она

будет посажена, а внутренний и наружный радиу-

сы обода ограничиваются величиной окружной

скорости центра тяжести его сечения, определяе-

мой по критерию прочности обода на разрыв.

Основная часть требуемого момента инер-

ции J обеспечивается ободом маховика, поскольку

он является самым массивным элементом кон-

струкции. В большинстве методик проектирова-

ния ободу отводится решающая роль, в предпо-

ложении, что именно в нем сосредоточена вся инертность маховика [2, стр. 28]. Однако сту-

пица и диск также обладают моментами инерции. Поэтому полный момент инерции махови-

ка определяется как сумма моментов инерции отдельных его частей – ступицы, диска и обо-

да:

321 JJJJ .

Каждая часть маховика представляет собой полый толстостенный цилиндр (рис. 3),

момент инерции которого определяется выражением [4, с. 389]:

222

rRm

J ,

где: m - масса цилиндра; R и r - наружный и внутренний радиусы цилиндра.

Из формулы видно, что при уменьшении массы цилиндра, величина требуемого мо-

мента инерции обеспечивается увеличением радиусов этого цилиндра. Однако применитель-

но к маховику, состоящему из трех концентрически расположенных вставленных один в дру-

гой полых цилиндров с взаимосвязанными радиальными размерами, картина может выгля-

деть несколько иначе. Дело в том, что у маховика наружный радиус диска R3 является внут-

ренним радиусом обода (рис. 2) и поэтому при увеличении R3, помимо отмеченного выше

явления уменьшения массы обода m3, будет происходить наращивание массы диска m2.

Учет массы диска при выборе размеров обода маховика делает решение вопроса уже

не столь однозначным. В связи с этим задача о нахождении такого значения R3, при котором

с одной стороны маховик обладал бы требуемым моментом инерции, а с другой - минималь-

ной массой, представляется практически значимой. Минимизация массы маховика является

выгодной с различных точек зрения: это и повышение технологичности изготовления махо-

вика, и снижение его себестоимости, и улучшение эргономичности.

Данная задача может быть решена установлением функциональной связи между мас-

сой маховика и геометрическими параметрами, характеризующими его форму, и определени-

ем минимума данной функции.

Масса маховика складывается из массы его обода, диафрагмы и ступицы:

321 mmmm .

Масса каждой части есть произведение плотности ρ материала, из которого изготов-

лен маховик, на объем соответствующей части Vi:

ii Vm

Объем полого толстостенного цилиндра (рис. 3) [4, с. 389]:

3

2

1

Рис. 2. Геометрические параметры кольцевого

маховика: 1 – ступица; 2 – диск; 3 – обод

L1

L2

L3

R2 R1

R3

R4

18

22 rRLV . Массы ступицы, диска и обода будут соответственно

равны:

212211 RRLm , 222322 RRLm и 232433 RRLm ;

и тогда полная масса маховика:

232432223221221 RRLRRLRRLm . Параметры ступицы R1, R2 и L1, а также ширина диска L2

и обода L3 определяются из конструктивных соображений и

задаются в начале расчета.

Внутренний R3 и наружный R4 радиусы обода опреде-

ляются исходя из требуемого значения момента инерции J и

массы m маховика, являются взаимосвязанными параметрами и

могут быть выражены один через другой.

Поскольку масса полого цилиндра меняется с изменением геометрических парамет-

ров, удобнее представлять ее как произведение плотности ρ и объема V, выраженного через

те же геометрические параметры:

22222222222

rRrRL

rRV

rRm

J 442

rRL

.

С учетом этого моменты инерции ступицы, диска и обода:

4142112

RRLJ

, 4243222

RRLJ

и 4344332

RRLJ

;

и тогда полный момент инерции маховика:

434414243241421321222

RRLRRLRRLJJJJ

4334434224324114212

RLRLRLRLRLRL

443324321424112

RLLLRLLRRL

.

Выразим из этого уравнения R4:

41

3

3243

3

2142

3

141

3

4

2

L

LLR

L

LLR

L

LR

L

JR .

Введем дополнительные обозначения для постоянных членов этого уравнения:

3

2142

3

141

3

2

L

LLR

L

LR

L

Jа

и

3

32

L

LLb

;

и тогда наружный радиус обода: 41

434 RbaR .

Подставим полученное выражение для 4R в формулу массы маховика:

232

1433

22

232

21

221 RRbaLRRLRRLm .

Минимум функции 3Rfm приближенно можно установить, анализируя ее графи-ческое изображение (рис. 4). Более точное значение минимума определяется методами диф-

ференциального исчисления, для чего необходимо получить уравнение первой производной

этой функции по аргументу R3 и найти его корни [3, стр. 421]:

22223221221 RLRLRRLm

r

R

L

Рис. 3. Геометрические пара-

метры полого толстостенного

цилиндра

19

2332

1433 RLRbaL .

Первое слагаемое этого уравнения:

021221

RRL .

Второе слагаемое:

32232 2 RLRL

.

Третье слагаемое:

0222

RL .

Четвертое слагаемое представляет собой производную сложной функции, для вычис-

ления которой необходимо ввести вспомогательную переменную 43Rbau , производная

которой по аргументу R3 будет равна 334 Rbu , и тогда:

u

u

LuLRbaL

21

3213

21433

2

2143

333

2143

333 2

2

4

Rba

RbL

Rba

RbL

.

Пятое слагаемое:

33233 2 RLRL

.

Окончательно уравнение примет вид:

33214

3

333

32 22

2 RLRba

RbLRLm

.

Приравняв полученное выражение к нулю, и произведя некоторые преобразования,

получим:

0214

3

333

323

Rba

RbLLLR .

Раскрыв значение 332 LLLb в числителе дроби второго слагаемого, получим:

04

3

3

33

Rba

RR .

Нахождение корней данного уравнения позволяет получить значение R3, при котором

маховик будет обладать наименьшей массой. Наиболее просто данная задача может быть ре-

шена численными методами с применением ЭВМ.


1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука,1988.

2. Бабичев Д.Т. Расчет маховика. / Д. Т. Бабичев, В.В. Долгушин. Тюмень: Тюменский инду-

стриальный институт, 1990.

3. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: ACT: Астрель, 2006.

4. Фаворин М.В. Моменты инерции тел. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение,

1977.

Рис. 4. График функции m=f(R3)

R3

m

20

УДК 620.684 Журавлев Артем Геннадиевич,

к.т.н., зав. лаб. транспортных систем карьеров и геотехники,

Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук

Проблемы обоснования параметров транспортных систем карьеров

Аннотация. Изложены требования к современному методическому аппарату по

обоснованию параметров транспортных систем карьеров как для целей исследования, так и

для проектирования карьеров. Дан анализ существующих методик расчета параметров

транспортных систем карьеров, проблем, возникающих при проектировании и пути их

решения с применением компьютерного моделирования. Приведен опыт ИГД УрО РАН по

разработке компьютерных программ в области карьерного транспорта.

Ключевые слова: транспортная система карьера, автосамосвал, оптимизация,

параметры, моделирование, проектирование

Zhuravlev Artem G., head of the Laboratory of open pit transport systems and geo-technique,

Institute of Mining of Ural Branch of RAS, Ekaterinburg

The problem of substantiation of open pit transport systems

Abstract. Requirements to modern methodological apparatus of the justification of the

parameters of the open pit transport systems as for the purposes of research, such and open pit

planning. The analysis of existing methods of calculating the parameters of transport systems of

open pit problems in the design and their solutions using computer simulation. The experience of

the mining Institute, Ural branch of RAS on the development of computer programs in the field of

open pit transport.

Keywords: open pit transport system, dump truck, optimization, parameter, simulation,

engineering

Современные экономические условия диктуют все ужесточающиеся требования к

срокам, достоверности, точности прогнозов и учета рисков, более детальной проработки

этапов работы карьера при проектировании горнодобывающих предприятий с открытым

способом разработки. Это же относится и к проектированию транспортных систем карьеров.

Основные требования к обоснованию параметров транспортных систем карьеров (ТСК)

на современном этапе:

- повышенная точность и надежность расчетов;

- большое количество рассматриваемых вариантов для повышения надежности

принимаемых проектных решений;

- согласованность ТСК по параметрам со смежными процессами (буро-взрывные

работы, выемочно-погрузочное оборудование, управление качеством руды с целью

обеспечения требуемых свойств готовой продукции);

- рассмотрение транспортной системы карьера в динамике развития карьера,

согласованность этапов в развитии ТСК с этапами отработки карьера;

- рассмотрение ТСК на всем жизненном цикле карьера до конца его отработки с целью

обоснованного выстраивания стратегии развития ТСК по этапам и в переходные периоды;

- учет природно-климатических особенностей региона;

- учет режима и параметров горных работ.

Перспективные требования с учетом развития методик и программных средств:

- расчет параметров ТСК на большом количестве промежуточных контуров карьера и

отвалов (стремление к расчету с шагом в 3-5 лет);

21

- проверка ТСК по ограничивающим факторам (провозная способность, предельная се-

бестоимость и т.п.) путем компьютерного моделирования на основных этапах жизненного

цикла карьера;

- учет адаптационных резервов видов транспорта и ТСК в целом при определении эта-

пов в формировании транспортной системы;

- учет прогресса в развитии техники и технологии.

К настоящему времени накоплен большой методический аппарат по выбору вида карь-

ерного транспорта, об�

Documents

old.spmi.ruold.spmi.ru/system/files/lib/univer/document/17/6... · 2 УДК 656; 621 ББК 39:34-08*3,2 И 665 И 665 Инновации на транспорте и в машиностроении: