Определение рациональных параметров средств защиты от заклинивания негабаритных предметов между конвейером и очистным комбайном

Дальнейшее развитие угольной промышленности требует расширения поисков рациональных решений по всем направлениям совершенствования горной техники и технологии. Основным направлением является внедрение высокопроизводительных механизированных комплексов, к которым предъявляются повышенные требования надёжности и безаварийной работы /1/. Потери рабочего времени вследствии отказов при эксплуатации забойного оборудования составляют 82,3% от общих потерь участкового ГШО. Анализ отказов при эксплуатации механизированных комплексов показывает, что причины их возникновения связаны как с условиями работы, так и с особенностями конструкции. В частности, при совместной работе комбайна и конвейера в очистном забое, возникают аварийные ситуации, связанные с заклиниванием между ними негабаритных предметов, следствием которых являются значительные потери рабочего времени и травмирование обслуживающего персонала.

Значительно возрастают требования к надёжности забойных скребковых конвейеров, составляющих конструктивную основу современных выемочных комплексов. Отказы в работе конвейера вызывают остановку всего комплекса и существенно сказываются на эксплуатационной производительности забоев.

Эксплуатируемые на шахтах забойные скребковые конвейеры обладают недостаточной надёжностью: наработка на отказ не превышает 5~6час, при коэффициенте готовности 0,86−0,89, причем наиболее аварийным узлом является цепной тяговый орган, удельный вес отказов которого достигает 60% общего числа отказов. Сравнительно высокой является и аварийность приводных устройств с удельным весом отказов около 20%.

Изыскание путей и способов предотвращения аварийных ситуаций, возникающих при эксплуатации забойного оборудования, повышения надёжности и безопасности механизированных комплексов привели к необходимости создания средств защиты от заклинивания негабаритов между комбайном и конвейером в очистных забоях, чему и посвящена настоящая работа.

Цель работы. Определение рациональных параметров средств защиты от заклинивания негабаритных предметов между конвейером и очистным комбайном.

Идея работы. Предотвращение заклинивания негабаритных предметов между скребковым конвейером и очистным комбайном достигается и результате применения устройства защиты состоящего из датчика, предназначенного для выявления негабаритов, и аппарата торможения, обеспечивающего минимально возможный путь остановки тягового органа конвейера.

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна.

1. Предотвращение заклинивания негабаритных предметов между скребковым конвейером и очистным комбайном при их обнаружении датчиком негабаритов наиболее эффективно осуществляется с помощью электрического индукционно-динамического торможения двигателей привода конвейера, причем минимальный путь остановки его тягового органа определяется динамическими характеристиками привода.

2. Рациональные параметры устройства защиты (вылет чувствительных элементов датчика негабаритов, а также величина тормозного тока аппарата электрического торможения) определяются, главным образом, возможностью гидромуфты, работающей в тормозном режиме и ограничивающей передаваемый тормозной момент на уровне, соответствующем эффективному значению тока торможения, не превышающему 5.0−6.0 кратного значения номинального тока электродвигателей, что установлено с применением разработанной математической модели.

3. Выявление негабаритных предметов целесообразно осуществлять датчиком негабаритов контактного типа, усилие противодействия чувствительных элементов которого соответствует прочностным свойствам транспортируемых грузов, что предотвращает «ложные» срабатывания, а длина вылета чувствительных элементов выбирается из условия минимального тормозного пути тягового органа, определяемым на основании установленной зависимости пути остановки тягового органа от величины тока торможения двигателей конвейера.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы обоснована: в теоретических исследованиях — применением корректных допущений и апробированных методов прикладной динамики горных машин, математического моделированияв экспериментальных исследованиях — проведением их в лабораторных и шахтных условиях с применением современной измерительной аппаратуры, удовлетворяющей требуемой точности и методов математической статистикиудовлетворительной для практики сходимостью теоретических и экспериментальных данных (расхождение теоретических результатов в сравнении с данными эксперимента не превышает 15% при доверительной вероятности равной 0,9) — работоспособностью разработанного устройства защиты, внедрённого в производство и выпускаемого серийно.

Научное значение работы заключается в разработке математической модели динамической системы «очистной комбайн-скребковый конвейер» снабжённой средствами защиты от взаимного заклинивания, установлении основных закономерностей процессов торможения и обосновании рациональных параметров средств защиты.

Практическое значение работы сотоит в разработке технических требований к конструкции, разработке рекомендаций к определению рациональных параметров устройства защиты от заклинивания для заданных условий, что позволило разработать его, внедрить в производство и тем самым повысить надёжность забойного оборудования, а также безопасность работы обслуживающего персонала.

Тема диссертационной работы и проведенные исследования соответствуют планам НИР и ОКР Минуглепрома СССР, планам НИР и ОКР МакНИИ и ОАО «Горловский машиностроительный завод», в том числе головной теме МакНИИ (шифр № 1 705 518 000) «Исследовать возможности повышения безопасности эксплуатации очистных комплексов на базе крепей оградительно — поддерживающего типа» и является составной частью исследований, выполненных по заказу МакНИИ на основании хоздоговорных работ № ГР 77 050 750, ГР 78 029 182, ГР 01.83.35 338.

Реализация на практике выводов и рекомендаций работы.

Результаты диссертационной работы использованы при разработке:

МакНИИ, ОАО «Горловский машиностроительный завод» (Приложение А) и институтом «Автом атгорм аш» конструкции устройства защиты от заклинивания негабаритов между комбайном и конвейером, серийное производство которого и комплектация комбайнов 1К101У (исполнения 02, 03, 06, 07, 10, И, 14, 15, 18, 19, 22, 23) осуществляются с 1986 г.

МакНИИ «Нормативов по безопасности забойных машин, комплексов и агрегатов» — М.: МУП СССР, 1990 (пл. 3.2.9.11, 3.4.11, 3.4.19.4).

Основные выводы м результаты работы сводятся к следующему:

1. Разработаны технические требования к устройству защиты от заклинивания негабаритов между очистным комбайном и скребковым конвейером, а также его структура. В состав устройства защиты входят: датчик негабаритов контактного типа, предназначенный для контроля габаритных размеров транспортируемого груза и подачи сигнала в случае возникновения аварийной ситуации, а также аппарат электрического индукционко-динамического торможения электродвигателей привода конвейера, обеспечивающий экстренную остановку тягового органа конвейера на пути, не более 0,3−0,4 м.

2. Разработана математическая модель скребкового конвейера для имитации режима торможения. Результаты моделирования позволили: а) установить рациональные значения конструктивных и силовых параметров датчика негабаритов (вылет и момент настройки чувствительных элеме-тш), а также режимных параметров аппарата торможения (величина, тока торможения и продолжительность его воздействия) — б) установить, что тормозной момент, создаваемый электродвигателем, осуществляет эффективную остановку ротора двигателя, а тяговый орган конвейера при этом останавливается в основном под действием сил сопротивления движениюв) установить, что при наличии в приводе конвейера гидромуфты торможение тягового органа является эффективным при токах торможения не превышающих 5,0 — 6,0 краткого значения номинального тока электродвигателяг) определить, что наиболее целесообразным является одновременное (с рассогласованием не более 0,2−0., 4 с) торможение всех приводных электродвигателей, что подтверждено результатами стендовых: «ругу***? гг глпытаяийд) у «о» «, г1 ескке характеристики гидромуфты, входящей з состав привода скребкового конвейера, работающей на отдельных этапах процесса торможения в обгонном режиме, когда функции насосного колеса выполняет турбинное колесо;

3. Разработан датчик негабаритов, устанавливаемый на торцевой части узкозахвашого комбайна, который представляет собой механизм противодействия негабариту с рычагами, отстоящими от корпуса комбайна на величину 0,3−0,4 м, соответствующую пути остановки тягового органа конвейера.

4. На основе теоретического анализа предложена расчетная схема механизма противодействия и получены аналитические зависимости, позволяющие с достаточной для практики точностью (до 11%) определить значения усилий противодействия срабатыванию датчика негабарита. Механизм противодействия предложено выполнить в виде установленного на поворотной ося кулачка, имеющего в сечении форму параллелограмма и контактирующего с консольными по отношению к нему двумя жестко стянутыми пластинчатыми пружинами.

Усилие, создаваемое’механизмом противодействия, должно изменяться по специальному закону, обеспечивая в начале взаимодействия с негабаритом его монотонное возрастание до максимальной величины 0,2−0,3 кН, а затем резкое снижение до нуля. Это достигнуто принятым в конструкции соотношением сторон параллелограмма 1:0,8 и углом 60°. в профиле кулачка механизма противодействия.

5. Проведенные теоретические и стендовые исследования позволили установить зависимость перемещений тягового органа скребкового конвейера от величины тока индукционыо-динамического торможения электродвигателей привода.

6. В результате сопоставления данных теоретических и экспериментальных исследований установлено, что отклонение расчетных значений основных параметров торможения от экспериментальных не превышает 15% при доверительной вероятности, равной 0,9. Это подтверждает адекватность математической модели скребкового конвейера эксперименту и возможность ее использования в качестве имитационной модели.

7. Проведенные в работе исследования подтверждают работоспособность и эффективность разработанного устройства защиты от заклинивания негабаритных предметов между очистным комбайном и скребковым конвейером.

Предложенные методики, выводы и рекомендации диссертационной работы использованы:

МакНИИ, ОАО «Горловский машиностроительный завод» при разработке устройства защиты от заклинивания негабаритных предметов между забойным скребковым конвейером и очистным комбайном, которое вн*утг"о «выпускается серийно для комплектации комбайнов 1К101У ъ. 02, 03, Об, 07, 10, 11, 14, 15, 18, 19, 22, 23.

Мак⁷'Т Т" «тзработке «Нормативов по безопасности забойных машин, комплексов и агрегатов» -М.:МУП СССР, 1990 (п.п. 3.2.9.11, 3.4.11,3.4.19.4).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи, заключающейся в повышении надежности и безопасности работы очистного оборудования путем предотвращения заклинивания негабаритов между очистным комбайном и скребковым конвейером с учетом всех факторов, характеризующих процесс взаимного заклинивания. Это позволило обосновать рациональные параметры и разработать устройство защиты от заклинивания и, таким образом, повысить надежность машин очистного забоя и безопасность их эксплуатации.