CC BY
13
© К.Е. Куцый, 2013
УДК 621.879.0.32.004.69(035) К.Е. Куцый
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАГРУЖЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ СТРЕЛОВИДНОГО ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА В ГОРНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ КУЗБАССА
Проведены исследования нагруженности элементов поворотной турели проходческого комбайна при взаимодействии с породным забоем. Был проведен анализ зависимости нагруженности элементов металлоконструкций от различных эксплуатационных и прочностных характеристик породного забоя.
Ключевые слова: проходческий комбайн, металлоконструкции, нагрузки, прочность пород.
Взаимодействие рабочих органов проходческих комбайнов с горными породами приводит к циклическо- ударному характеру на-гружения элементов их металлоконструкций. Величина и направление нагрузок зависят от порядка обработки забоя и горно- технологических условий залегания обрабатываемы« горных пород.
Согласно правилам эксплуатации проходческого комбайна обработка груди забоя должна происходить строго по установленным схемам. Это различные варианты, как для смешанных забоев, так и совместные выемки угля и породы. Наиболее распространенная для горно-технологических условий Кузбасса это схемы обработки забоя без присечек.
В процессе обработки забоя по выбранной схеме в металлоконструкциях комбайна возникают, наряду с рабочими, аварийные стопорные нагрузки. Такие пиковые нагрузки связаны с разрушением твердых включений и приводят к стопорению исполнительного органа и сопровождается переходным режимом. При этом ре-
жиме реализуется практически вся мощность привода, а в элементах металлоконструкций возникают с учетом концентрации напряжения, близкие или даже превышающие по своим значениям предел текучести [1].
Процесс обработки забоя проходческим комбайном, с точки зрения циклического нагружения металлоконструкций, соответственно после забуривания коронки исполнительного органа, состоит из следующих этапов:
- поворот стрелы по поворотно - обрабатываемому ходу;
- подъем стрелы до следующего поворотно - обрабатываемого хода.
Прохождение коронкой массива горных пород сопровождается достаточно большими движениями стрелы, как в вертикальных, так и горизонтальных плоскостях. При этом число движений стрелы и уровень механической нагруженности металлоконструкций проходческого комбайна в большей степени зависит от схемы обработки забоя, крепости, трещиноватости горных пород.
Рис. 1. Схема обработки забоя проходческим комбайном
Эксперимент проводился на выбранных комбайнах 1ГПКС на ОАО «СУЭК - Кузбасс» ш. Талдинская -Западная - 1 в выработках монтажной камеры 6710, сбойки № 9-2.
Измерения напряженного состояния проводились в наиболее нагруженных и ответственных элементах проходческого комбайна.
Для записи деформаций использовались омические датчики сопротивления - фольговые тензорезисторы 2ФКП-5х200. На основе тензорези-сторов были созданы тензодатчики, в которых используется мостовая схема соединения тензорезисторов.
В связи с особыми требованиями в сфере безопасности, предъявляемой к шахтной аппаратуре [2] по [3] ис-кробезопасность цепей датчика обеспечивалась применением эпоксидного компаунда СИЛОТЕРМ ЭП-140. Слой изоляционного компаунда составляет 1 мм.
Полученные осциллограммы на-гружения левой проушины поворотной турели и стрелы разделяются на 4 характерных участков, соответствующих различным этапам взаимодействия коронки исполнительного органа с забоем. Обозначенный пунктиром ход движения стрелы (рис. 1) соответствует на осциллограмме мгновенному возрас-
танию значений циклов нагружения (рис. 3 участок II).
В результате анализа всех полученных осциллограмм установлено, что наиболее опасными являются проушины крепления домкратов поворота и подъема на поворотной турели, проушины подъема на стреле исполнительного органа.
Амплитуда напряжений в конструкциях комбайна при обработке забоя имеет статистический разброс, который подчиняется нормальному закону распределения.
Циклическая нагруженность конструкций выражена двухчастотный диапазоном. Низкочастотная составляющая, которая подчиняется нормальному закону распределения, зависит от технологических параметров обрабатываемого забоя. Высокочастотная составляющая возникает в процессе обработки забоя при встрече с особо крепкими включениями и накладывается на низкочастотную.
Для расчета долговечности комбайна необходимо исследование параметров механической нагруженно-сти элементов оборудования. В результате проведенных исследований получены зависимости нагруженности и размахов напряжений металлоконструкций проходческого комбайна от крепости пород по шкале Протодья-конова в горно - технологических условиях Кузбасса (рис. 4, 5 и 6).
Эксперименты проводились в забоях с различными показателями крепости, трещиноватости. В процессе разработки горных пород !>10 наблюдался значительный рост нагруженности всех механизмов и элементов металлоконструкций проходческого комбайна, а так же увеличение исскуственной трещинова-тости забоя.
Число циклов нагружения с фиксированной амплитудой зависит от
Сси'погсэикэ чагруженил
Рис. 3. Осцилограмма нагружения левой проушины поворотной турели проходческого комбайна
I - забуривание коронки исполнительного органа проходческого комбайна в забой горного массива (участок 0 (см. рис. 1));
II - поворот стрелы проходческого комбайна вправо или влево относительно того, в какой стороне забоя происходило забуривание. В этот момент коронка обрабатывает забой по ходу движения стрелы (участок 0 - 1);
III - подъем стрелы до следующего поворотно-обрабатываемого хода (участок 1-2);
IV - поворот стрелы комбайна по обрабатываемому ходу (участок 2-3);
Рис. 4. Прямая зависимость напряжений металлоконструкций от крепости пород по шкале Протодьяконова
Рис. 5. Распределение относительных напряжений на стреле проходческого комбайна: 1 - /=2-4 , 2 -/=4-6, 3 - /=7-10
Рис. 6. Зависимость размахов напряжений от коэффициента крепости пород по Протодьяконову
величины проходки забоя, м с определенным значением крепости пород
по Протодьяконову (случайным распределением особо твердых включений). Тем самым получена зависимость проходческих забойных циклов до наступления предельно - опасного состояния от крепости пород по Протодьяконову (рис. 7). Предельное состояние для проходческого комбайна - это момент перед списанием.
Уровни нагружения металлоконструкций, амплитуда и частота, определяются размерами и расположением твердого включения в породном забое.
Размеры особо твердых включений в породном забое не постоянны, поэтому разработка таких включений в худшем случае происходит в несколько движений стрелы, каждое из которых вызывает резкое повышение нагруженности металлоконструкций и может быть принято в расчетах долговечности проходческих комбайнов за цикл нагружения.
Число особо твердых включений в породном забое, их распределение по крупности и крепости в породном забое позволяет определить возникающие амплитуды напряжений и принять их за циклы на-гружения в дополнение к циклам, возникающим от пород, составляющих забой.
Основным фактором, влияющим на образование трещин в металлоконструкциях
Рис. 7. Зависимость проходческих забойных циклов до наступления предельно - опасного состояния от крепости пород по Протодьяконову
комбайна, является наличие особо твердых включений в породном забое с различной крепостью и трещенова-тостью массива горных пород, выраженное соотношением количества
трещин к площади забоя. Подобные факторы приводят к образованию трещин при наличии различных дефектов в металлоконструкциях, создающие концентраторы напряжений, превышающих предел выносливости.
Результаты, полученные в ходе исследований, позволяют оперативно оценивать механическую нагружен-ность проходческих комбайнов, техническое состояние и долговечность их металлоконструкций. На основании этого прогнозировать безопасную работу в забое и устанавливать межремонтные сроки на значительный период эксплуатации.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Солод C.B. Надежность горно выемочных машин. / Москва НЕДРА, 2005 г., С. 129-134.
2. РД 05-335-99 Требования к изготовлению рудничного электрооборудования напряжением 1140 В.
3. ГОСТ 22782.5-78 Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрыво-защиты "Искробезопасная электрическая цепь". Технические требования и методы испытаний, и'.'-'а
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
Куцый Константин Евгеньевич - аспирант, КузГТУ, [email protected]
А
- РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»
РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ПРОМЫШЛЕННОГО УЧЕТА МЕТАНА С СИСТЕМАТИЗАЦИЕЙ БАЗ ДАННЫХ МЕТОДОМ ЗАПРОСНЫХ СХЕМ И ИССЛЕДОВАНИЕМ ПРОТОКОЛОВ ОБМЕНА
(№ 974/08-13 от 05.06.13, 11 с.)
Волошиновский Кирилл Иванович — ассистент кафедры AT, [email protected], Московский государственный горный университет
INDUSTRIAL GAS ACCOUNTING SYSTEM DEVELOPING BASED ON REQUEST SCHEME METHOD FOR DATABASE SYSTEMATIZATION AND EXCHANGE PROTOCOL RESEARCH
Voloshinovskiy Kirill Ivanovich
