Исследование и обоснование рациональных параметров шнековых погрузочно-транспортирующих органов выемочных машин

Изменение принципов хозяйственной деятельности, форм собственности и некоторые особенности современного состояния производственных отношений обусловили превалирующее значение таких экономических показателей, как производительность труда и качество продукции.

Для угольной промышленности это означает отказ от валовой выемки и потребность в резком увеличении нагрузки на очистные забои при одновременном снижении их количества. Готовность Кузбасса к такому повороту истории оказалась на недостаточном уровне по ряду причин, полный анализ которых не является предметом данной работы. Решение технической стороны проблемы повышения производительности труда на шахтах Кузнецкого угольного бассейна осложняется характерной особенностью развития технических средств выемки угля, а именно опережающим освоением и преобладающей ролью узкозахватных механизированных комбайновых комплексов, на долю которых приходится до 90% всей угледобычи подземным способом. Сколько-нибудь значимого опыта выемки угля другими механическими средствами — стругами, бурошнеко-выми машинами, обеспечивающими в определенных условиях более высокие показатели работы, в Кузбассе нет.

Резкий рост производительности комплексно-механизированных забоев до 800−1000 т/сутки в 1970;х годах укрепил лидирующее положение Кузбасса среди угледобывающих регионов России, но вместе с этим привел к быстрому истощению запасов угля в пластах, благоприятных для эффективного применения комплексов, к явной диспропорции в экономических показателях работы различных шахт и к общему ухудшению горно-геологических условий применения механизированного способа выемки в пределах вскрытых шахтных полей. [Ч].

Вышеотмеченные обстоятельства предопределяют два актуальных направления развития очистной техники: расширение технологических возможностей существующих и вновь проектируемых механизированных комплексов, создание новой техники для шахт, где применение этих комплексов невозможно по техническим причинам [120,123,205].

Снижение производительности очистной техники в усложненных горно-геологических условиях происходит из-за ухудшения эффективности выполнения основных операций технологического цикла — отбойка, погрузка, транспортирование разрушенной массы и крепление выработанного пространства структурными элементами механизированных комплексов.

Узким местом в этой цепочке операций во многих случаях является удаление разрушенного материала из зоны выемки и его погрузка на забойный конвейер, так как для выполнения этих функций в существующих комплексах нет специальных машин, а их выполнение возложено на исполнительный орган очистного комбайна и частично на забойный конвейер. Недостаточный уровень погрузочной способности этих элементов приводит к необходимости выполнения зачистки почвы забоя дополнительными проходами очистного комбайна, на которые затрачивается в среднем 9,5−12,5% продолжительности рабочего времени, причем эта доля возрастает с общим увеличением производительности забоя.

Неудовлетворительная зачистка почвы ухудшает условия передвижки комплекса на следующий шаг выемки из-за возрастания усилий передвижки конвейера, следствием которых является искривление конвейера и систематическая недодвижка на расчетные значения ширины захвата. Для предотвращения этих последствий часто практикуется ручная доза-чистка комбайновой дороги, на которой обычно заняты 1−2, иногда до 68 горнорабочих. Выполнение этой трудоемкой операции в зоне незакрепленного пространства и интенсивного отжима угля увеличивает вероятность травматизма и снижает производительность труда, т.к. она часто не совмещается во времени с основными операциями технологического цикла.

Увеличение угла наклона пласта, являющееся одним из последствий ухудшения горно-геологических условий, отрицательно сказывается з первую очередь на эффективность погрузки и транспортирования, поскольку выемочные и транспортирующие элементы очистных комплексов номинально рассчитаны на работу в горизонтальном положении. Физическое объяснение причины ухудшения погрузки заключается в изменении ориентации вектора силы тяжести по отношению к погрузочно-транспортирующим поверхностям рабочих органов, приводящее к нежелательному перераспределению и изменению направления движения потоков материала. В известных теоретических исследованиях и нормативных документах по выбору основных параметров рабочих органов выемочных машин этому фактору уделяется недостаточно внимания. Наиболее сильно погрузка ухудшается при углах наклона вынимаемого пласта более 8. 12°, что вполне сопоставимо с углами наклона погрузочных лопастей шнековых рабочих органов, которыми оснащены практически все очистные комбайны в Кузбассе. В эксплуатации находятся несколько сотен узкозахватных комбайнов с минутной производительностью до 6. 10 т/мин каждый, и от эффективности их работы в значительной мере зависит как производительность очистных комплексов, так и качество добываемого угля, важнейшим показателем которого является гранулометрический состав. До 10.25% угольного штыба образуется при выгрузке разрушенного материала из зоны выемки и примерно такие же проценты характеризуют затраты энергии на погрузку [154].

Произошедшее за последние 15 лет возрастание мощностей электродвигателей очистных комбайнов в 3.4 раза не привело к ощутимому увеличению их производительности, которая стабилизировалась примерно на уровне 1000±100 т/сутки. В определенной мере это можно объяснить ухудшением условий работы, однако более детальный анализ позволяет установить, что дополнительная мощность комбайновых электродвигателей используется не вполне рационально. Важнейший параметр очистного комбайна — ширина захвата, на протяжении всего периода эксплуатации узкозахватных машин остался на прежнем уровне.

Реализация возрастающих мощностей только за счет увеличения скорости подачи комбайнов не позволяет в условиях цикличной технологии выемки повысить коэффициент машинного времени, а при выемке пластов с небольшой крепостью угля установленная мощность не может быть реализована из-за ограничений по вылету режущего инструмента, по быстродействию механизированной крепи, а в некоторых случаях и по физическим возможностям машинистов выемочных машин. С учетом того, что при сложившейся структуре затрат времени для среднекузбас-ского гипотетического забоя увеличение средней ширины захвата с 0,6 до 0,7 м эквивалентно увеличению скорости подачи на 50%, следует этот резерв увеличения производительности считать чрезвычайно важным. Препятствием на этом направлении может быть ограниченность пропускной способности погрузочных окон выемочных машин и приемная способность забойных конвейеров. Решение этих вопросов должно происходить параллельно с изменениями в конструкции мехкрепей, направленными на увеличение ширины захвата.

Существенное повышение производительности выемочных машин за счет увеличения скорости подачи может быть достигнуто только на трудноразрушаемых пластах, где средние скорости подачи не превышают 0,5. 1 м/мин. Доля таких пластов в Кузбассе увеличилась в связи с истощением более благоприятных запасов, а реализация возросших мощностей и усилий подачи комбайнов таким способом возможна при применении шнековых рабочих органов, оснащенных инструментом крупного скола. Уменьшение количества инструментов на рабочем органе при одновременном увеличении их габаритных размеров вносит дополнительные ограничения на их погрузочно-транспортирующие свойства и требует более жесткого согласования этих свойств с параметрами разрушения массива — шагом и глубиной резания. Учитывая то, что дисковый скалывающий инструмент позволяет не только повысить производительность, но и существенно улучшить гранулометрический состав угля, следует установись их рациональные параметры с учетом транспортирующих свойств.

Низкая производительность очистных забоев на ряде шахт Кузбасса, отнесенных к малоперспективным и намеченных к закрытию в ближайшие годы, является следствием низкого уровня их технической оснащенности. Создание эффективной новой техники для выемки тонких и мощных угольных пластов, на долю которых приходится более половины запасов, могло бы в значительной степени снизить остроту этих проблем и обеспечить рациональное использование запасов угля, в том числе и забалансовых. Обилие технологических вариантов для выемки таких пластов, особенно с применением коротколавных технологий, не подкреплено специальной техникой для таких условий, а попытки заимствования некоторых элементов узкозахватных комплексов для этих целей оказываются малорезультативными. Исследованиями, выполненными по одной из тем в рамках программы «Уголь Кузбасса» с участием автора, установлено, что шнековый транспортирующий орган, заключенный в кожух с продольным боковым загрузочным пазом, можно успешно использовать как базовый элемент выемочной машины, предназначенный для коротколавных технологий выемки пластов с изменяющимся углом падения. Выбор конструктивно-кинематических параметров такого шнекового конвейера осложняется тем, что известные нормативные документы основаны на результатах исследований шнеков с неизменной ориентацией в пространстве.

Еще одним аспектом исследуемой проблемы является то, что шне-ковые рабочие органы, предназначенные для выемки угля, часто применяются и для выемки других полезных ископаемых, в частности, калийных солей, фосфатов, марганцевых и урановых руд и т. п. Их существенное отличие от угля по фрикционным свойствам снижает эффективность применения очистной техники и требует корректировки параметров рабочих органов с учетом изменяющегося коэффициента трения материала по погрузочным поверхностям.

Решение вышеизложенного круга частных вопросов связано с выбором рациональных параметров шнековых рабочих органов выемочных машин, обладающих удовлетворительными погрузочнотранспортирующими свойствами. Конечный результат исследований непосредственно направлен на решение актуальной проблемы народного хозяйства — повышение эксплуатационной производительности очистных забоев.

Исследования выполнялись в рамках отраслевого пятилетнего плана НИР Минуглепрома СССР по головной теме 0105 «Разработать прогрессивную технологию и создать средства комплексной механизации и автоматизации очистных работ на пологих пластах средней мощности со сложными горно-геологическими условиями, обеспечивающие увеличение нагрузки на забой и повышение производительности труда в 1,5−2 раза по сравнению с уровнем 1975 года" — программы работ ИГД им. А. А. Скочинского, ПНИУИ, КузПИ по теме 103 110 000 «Разработать разрушающие инструменты и исполнительные органы для выемки угольных пластов сложного строения с крепкими породными прослойками, включениями и присечкой боковых пород" — плана НИР и ОКР предприятия п/я М-5703, утвержденного постановлением ВПК при председателе Совета Министров СССР от 22.01.81 г.- программы «Уголь Кузбасса», являющейся составной частью программы «Сибирь» по теме 6.5 «Создание гибкой технологии разработки угольных пластов подземным способом" — региональной программы «Кузбасс — 1993;1995 г. г.», одним из направлений которой является «Недра Кузбасса».

Цель работы — научное обоснование параметров шнековых рабочих органов выемочных машин, обеспечивающих эффективное удаление разрушенного материала из зоны выемки.

Идея работы заключается в повышении эффективности удаления разрушенного материала из зоны выемки путем согласования конструктивно-кинематических параметров рабочих органов с сопряженными элементами комплекса на основе закономерностей движения грузопотоков в зоне погрузки на конвейер.

Достижение поставленной цели предполагало решение следующих задач:

1. Выявить аналитическую связь между шагом лопасти шнека и его частотой вращения, учитывающую изменчивость пространственной ориентации пласта и фрикционные свойства транспортируемого материала.

2.Систематизировать, описать и проанализировать комплекс факторов, влияющих на процесс формирования непогруженного материала в призабойной зоне.

3.Исследовать закономерности фронтальной загрузки материала в шнековое пространство и его перемещения к месту выгрузки.

4.Разработать модели, отражающие закономерности циркуляционных процессов в зоне выгрузки материала на конвейер.

5.Исследовать влияние конструктивно-кинематичсеких параметров дискового скалывающего инструмента на транспортирующую способность рабочего органа.

6.Установить особенности процесса транспортирования материала шнековым конвейером с продольным боковым пазом в кожухе при взаимодействии со стругом и оценить его способность по отводу разрушенной массы из забоя в короткозабойных технологиях выемки угольных пластов.

Методы исследований. При выполнении теоретических исследований использовались классические положения теоретической механики и численный метод Рунге-Кутта при решении дифференциальных уравнений движения с применением ЭВМ. В лабораторных исследованиях широко использован метод физического моделирования с применением теории планирования эксперимента, электрои тензометрирования. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с привлечением основных методов математической статистики.

Метод сравнительных испытаний в идентичных условиях работы использовался для объективной оценки новых технических решений.

Научные положения.

1.Угол отклонения транспортируемого материала от вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения шнека, устанавливает однозначную аналитическую связь между его частотой вращения и шагом винтовой лопасти. При выгрузке материала под поворотный редуктор комбайна угол отклонения должен приниматься в диапазоне 30°.50° в зависимости от диаметра шнека.

2.Непогруженный материал в призабойной зоне формируется из нескольких слоев, обусловленных разными способами утечки из зоны погрузки, а его дифференциация на отдельные составляющие позволяет установить качественное и количественное влияние комплекса факторов, характеризующих горно-геологические условия, приемную способность конвейера и погрузочные свойства рабочих органов.

3.В рабочем пространстве шнека существует область вероятной встречи частиц с лопастями, из которой загружаемый в шнек материал выбрасывается за пределы активной зоны. Негативные последствия метательной способности лопастей в радиальном направлении следует исключать выбором рационального диаметра шнеков, при котором угол охвата отстающего шнека не превышает 110°. 120°.

4.Диафрагмирующий эффект погрузочного окна и бункеризация материала в буферной зоне между шнеком и конвейером описывается двумя физическими моделями, отражающими цикличный характер подачи разрушенного материала шнеком. При существующмх действительных размерах окна выгрузки коэффициент заполнения выходного сечения шнеков из условия незаштыбовки не должен превышать 0,4.0,9 при количестве заходов от 1 до 6.

5.Выбор рациональых конструктивно-кинематических параметров рабочего органа должен основываться на аналитической связи между скоростью подачи и шириной захвата, учитывающей баланс потоков в активной зоне отстающего шнека комбайна. Наибольшая производительность достигается на режиме, предшествующем заштыбовке шнека, при котором до 40.60% рабочего объема занято паразитными потоками, наличие которых обеспечивает баланс между входящими и выходящими потоками материала.

6.Решающим фактором для согласования разрушающей и транспортирующей способности рабочих органов с дисковым скалывающим инструментом является выбор компоновочного решения по взаимной увязке погрузочных лопастей с опорами дисков, которое должно приниматься с учетом направленности их конусной поверхности в сторону конвейера с целью улучшения гранулометрического состава угля или в сторону забоя при выемке трудноразрушаемых пластов.

7.Характерными особенностями процесса отвода разрушенной массы шнековым конвейером являются обменные процессы материалом между рабочими зонами струга и шнека через загрузочное окно, сглаживающие неравномерность грузопотока на выходе, и собственная транспортирующая способность струга, роль которой возрастает по мере уменьшения длины забоя. Разрешающая способность шнекового транспортирования в новых короткозабойных технологиях выемки однозначно определяется диапазоном заданных условий эксплуатации.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обусловлена представительным объемом теоретических исследований, выполненных с применением строгих положений теоретической механики твердых тел. Правомочность допущений, принятых при разработке кинематических моделей движения разрушенного материала, подтверждается хорошей сходимостью аналитических результатов с экспериментальными данными, расхождение которых по лабораторным исследованиям не превышало 9%. Для регистрации параметров физических процессов и обработки первичных данных использовалась аппаратура не ниже 2-го класса точности. Достоверность положений подтверждается результатами длительных инструментальных замеров и наблюдений, выполнявшихся в процессе сравнительных испытаний новых конструкций рабочих органов очистных комбайнов в 19 забоях шахт среднего и южного Кузбасса и рудниках п/я Р-6210.

Об обоснованности выводов и рекомендаций в части выбора рациональных параметров шнеков узкозахватных комбайнов свидетельствуют положительные результаты их эксплуатации в производственных условиях с достижением реального экономического эффекта.

Научная новизна.

1.Угол отклонения материала в направлении вращения шнека от вертикальной плоскости позволяет установить однозначную связь между его конструктивно-кинематическими параметрами, геометрическим положением в пространстве и фрикционными свойствами материала.

2.Формирование слоя непогруженного материала представлено как сумма нескольких независимых составляющих, обусловленных различными физическими процессами, каждый из которых характеризуется своей группой параметров, являющихся исходными при количественной оценке уровня механизированной навалки.

3.В пределах зоны действия лопастей шнека установлены границы области начальных условий движения частиц, из которой невозможна выгрузка в погрузочное окно в течение одного оборота рабочего органа.

4.Получены зависимости для определения количества перебрасываемого лопастями материала, учитывающие положение шнека в пространстве и его конструктивно-кинематические параметры.

5.Установлено, что циркуляция материала в буферной зоне приводит к дозаполнению рабочего объема шнека паразитными потоками, для количественной оценки которых предложено использовать коэффициенты циркуляции и возврата.

6.Установлены границы существования отличающихся режимов выгрузки по соотношению угловых размеров погрузочных лопастей, материала и погрузочного окна, в том числе и границы области заштыбовки шнека.

7. Определено, что компоновочная схема рабочего органа с дисками, обращенными скалывающим конусом в сторону забоя, обеспечивает в среднем вдвое большую пропускную способность, чем схема с обратным расположением конусной поверхности диска.

8.Установлено, что наличие продольного бокового паза в кожухе шнека положительно сказывается на производительности машины вследствие создания условий для саморегулирования заполнения рабочего пространства шнека.

Личный вклад заключается в теоретическом обосновании крупной научной проблемы, которой является установление закономерностей выбора параметров шнековых погрузочно-транспортирующих рабочих органов выемочных машин, обеспечивающих повышение производительности очистных забоев. Конкретный личный вклад заключается в обобщении разрозненных исследований по повышению уровня механизированной навалки в узкозахватных очистных забоях и определению перспектив дальнейшего совершенствования элементов мехкомплексовв разработке кинематических моделей, отражающих закономерности перемещения потоков разрушенного материала в призабойной зонев установлении влияния горно-геологических условий работы на выбор параметров рабочих органовв разработке компоновочных схем рабочих органов с инструментом крупного скола и установлении области их эффективного примененияв оценке эффективности использования шнекового транспортирования при выемке мощных угольных пластов с переменным углом падения и тонких пластов, относящихся к забалансовым запасам.

Практическое значение работы заключается в том, что полученные результаты позволяют:

•установить закономерности выбора параметров шнековых рабочих органов, обеспечивающих максимальную производительность в конкретных условиях эксплуатации;

•разработать рациональные компоновочные схемы и создать работоспособные образцы рабочих органов с дисковым инструментом крупного скола;

•расширить диапазон условий эксплуатации очистных машин, оснащаемых шнековыми транспортирующе-погрузочными органами;

•разработать инженерную методику расчета количества непогружае-мого материала и установить целесообразность применения дополнительных погрузочных устройств, агрегатированных с комбайном или с конвейером.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Результаты исследований реализованы при разработке технического задания на «Шнековый исполнительный орган», утвержденного техническим управлением Минуглепрома СССР. По результатам приемки опытного образца шнекового исполнительного органа для очистного комбайна КШ-ЗМ, в разработке и изготовлении которого участвовали ведущие научно-исследовательские организации ИГД им. А. А. Скочинского и ПНИУИ, рекомендовано принять к серийному производству рабочие органы с дисковым скалывающим инструментом для выемки пластов 1-Н категорий по разрушаемости и 1−2 группы сложности строения пласта (акт и протокол приемочных испытаний № 108-Т от 28.11.86 г.).

Применение таких рабочих органов включалось предприятием п/я М-5703 в проект отработки месторождения песчано-глинистых руд заказа 2206 с экономическим эффектом 140 тыс рублей в год (в ценах 1990 г.). Методика расчета параметров рабочих органов с дисковым инструментом использована предприятием п/я А-1372 при их проектировании и изготовлении.

По результатам исследований и их внедрения на шахтах АО «Кузнецкуголь», АО «Ленинскуголь» реальный экономический эффект составляет более 400 тыс. рублей в ценах 1990 года.

Результаты исследований включены в рабочие программы курса «Горные машины и комплексы» для студентов по направлению «Технологические машины и оборудование» и реализованы при создании экспериментальной лабораторной установки, используемой для исследовательских работ в учебном процессе.

Апробация работы. Работа и ее отдельные части докладывались и получили одобрение на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Кемеровской области (г.Кемерово, 1977 г.) — на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов угольной промышленности (г.Караганда, 1978 г.) — на областной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (г.Кемерово, 1982,1983гг.) — на Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов угольной промышленности (г.Москва, Люберцы, ИГД им. А. А. Скочинского, 1983 г.) — технических советах предприятия п/я А-1372 (г.Навои, 1987,1989 гг.) — техническом совете предприятия п/я М-5703 (г.Москва, 1985 г.) — на научно-практическом семинаре «Проблемы и перспективы развития горного дела на северо-востоке СССР (г.Якутск, 1990 г.) — на научно-техническом Совете СА НИИ ПТ (г.Ташкент, 1990 г.) — на Международном семинаре «Проблемы и перспективы развития горной техники. Горные машины и оборудование (г.Москва, 1994 г.) — на Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития технологий и средств бурения» (г.Кемерово, 1995 г.) — ежегодных научных конференциях Кузбасского государственного технического университета (г.Кемерово, 1980;1997 гг.) — на Международной конференции «Горные науки на рубеже XXI века (Мельниковские чтения)» (г.Пермь, 1997 г.).

ВЫВОДЫ.

1.Установлено, что при работе шнекового транспортирующего органа в паре с разрушающим струговым органом, последний должен быть быстроходным со скоростью резания в пределах 1,2.3 м/с. Обязательным условием обеспечения наибольшей производительности струго-шнековой машины при выемке пласта с перемещенным углом падения должно быть регулирование частоты вращения шнека, с диапазоном 1:2,8 если угол транспортирования изменяется в пределах -20°.+20°.

2.Продольный боковой паз в кожухе шнека оказывает положительное влияние на эффективность отвода разрушенной массы из забоя, так как он создает условия для обменных процессов транспортируемым грузом между рабочими зонами шнека и струга. Выброс материала из шнеко-вого пространства в местах локальной перегрузки и дозаполнение недогруженных витков шнека при очередном проходе струга сглаживают неравномерность потока на выходе.

3.Определено экспериментально, что принятая конструкция промежуточных опор шнека обеспечивает беспрепятственное продвижение материала при среднем коэффициенте заполнения рабочего пространства 0,25.0,3. С учетом допустимой локальной загрузки шнека с коэффициентом заполнения равным единице, теоретический коэффициент неравномерности грузопотока на входе составляет 467%.

4.Показано, что в отличие от длиннозабойных струговых комплексов, на производительность струго-шнековой машины и неравномерность грузопотока на разгрузочной стороне оказывает влияние собственная транспортирующая способность струга, которое увеличивается с уменьшением длины машины. При согласовании параметров струга и шнека необходимо более строго учитывать величину перебега и длительность пауз в конце хода струта, за счет которых можно увеличить производительность машины.

5.Определено, что применение струго-шнековой машины в коротко-забойных технологиях выемки угольных пластов обеспечивает поточность процесса и позволяет увеличить производительность забоев по сравнению с используемыми цикличными технологиями выемки в 4.8 раз.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе изложены результаты исследований по установлению обоснованных параметров шнековых рабочих органов, направленных на решение проблемы важного народно-хозяйственного значения — увеличение производительности очистных забоев в расширенном диапазоне горно-геологических условий, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области горно-выемочных машин.

В процессе выполнения исследований получены закономерности транспортирования груза путем анализа совокупности траекторий движения частиц по шероховатой винтовой и плоской погрузочной лопасти и в ее сопряжении с направляющей поверхностью, причем при их построении впервые учтены начальные условия движения, отражающие характер движения частиц до вхождения в контакт с лопастьюсистематизирован комплекс факторов, влияющих на уровень механизированной погрузки, включающий горно-геологические условия, схему выемки, конструктивные признаки рабочих органов и выемочной машины и отборочную способность конвейераразработана схема формирования слоя непогруженного угля, учитывающая особенности утечек разрушенного материала из зоны действия отстающего шнека всеми возможными способами и составлен баланс потоков в области комбайнаформализован и аналитически описан процесс выгрузки разрушенной массы из рабочего объема шнека в погрузочное окно, отражающий его диафрагмирующий эффект и возврат материала в шнек из буферной зоныразработана методика установления рациональных параметров шнеков с позиций погрузочной способности, позволяющая учесть всю гамму циркуляционных явлений и служащая научной базой для разработки инженерных методов расчетаопределены размеры полезного сечения рабочих органов с различными схемами набора дискового скалывающего инструмента и установлена рациональная геометрия их погрузочных элементов, удовлетворяющая наилучшему согласованию их разрушающей и транспортирующей способностиисследованы процессы удаления угля из забоя струго-шнековой выемочной машиной, базовым элементом которой является трубчатый стальной кожух с продольным боковым пазом, и дана оценка ее производительности.

Основные научные и практические результаты позволяют сформулировать следующие итоговые выводы:

1.При сложившейся в настоящее время в Кузбассе структуре затрат времени реализация возрастающего энергетического потенциала узкозахватных комбайнов за счет увеличения ширины захвата рабочих органов в 2,5 раза более эффективна, чем за счет увеличения скорости подачи. Ожидаемое увеличение грузопотока из зоны отбойки обостряет проблемы механизированной навалки, решение которых приобретает первостепенное значение. Адаптирование рабочих органов к условиям конкретного очистного забоя должно осуществляться не только выбором соответствующего режущего инструмента, но и изменением геометрии погрузочных элементов, причем оценку эффективности исполнительного органа следует осуществлять по эксплуатационной производительности.

2.Критерием для определения шага лопасти S и частоты вращения шнека п следует принимать угол отклонения груза от вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения, который не должен превышать угол естественного откоса сыпучего материала в движении. При торцевой выгрузке через окно ограниченных размеров целесообразно, чтобы центр тяжести груза на лопасти совпадал с геометрическим центром погрузочного окна. При любых фрикционных свойствах груза и положениях шнека существует оптимальное соотношение S: n, соответствующее максимальной скорости транспортирования, и множество рациональных соотношений S: n, удовлетворяющих идентичным по углу отклонения режимам работы. Допуская 10%-ную потерю скорости транспортирования, можно изменять S на 40% в любую сторону от Sonx с соответствующим изменением частоты вращения, что весьма важно при согласовании транспортирующей способности со схемой набора режущего инструмента.

3.Для расчета и прогнозирования уровня погрузочной способности целесообразно дифференцирование слоя непогруженного угля на пять составляющих, образуемых пространственно разделяемыми потоками утечки из рабочей зоны отстающего шнека комбайна, каждый из которых характеризуется ограниченной совокупностью влияющих факторов. Количественную оценку циркуляционных процессов предложено осуществлять тремя коэффициентами: переброса, циркуляции и возврата.

4.При углах охвата отстающего шнека, превышающих некоторое критическое значение (для серийных шнеков в пределах 104°. 132°), часть материала, осыпающего с бермы и с поверхности забоя, попадает в границы области начальных условий движения, из которой он заведомо не сможет попасть в зону выгрузки и при отсутствии погрузочного щита не будет погружен. При выемке с углом охвата 180° масса перебрасываемого лопастями угля составляет от 119 до 431 кг/м, что эквивалентно средней высоте слоя 0,265.0,598 м. С достаточной точностью количество переброшенного угля определяется по параметрическому коэффициенту шнека (отношение диаметра к ширине захвата), приведенной частоте вращения (учитывающей и число заходов), вынимаемой мощности и углу наклона пласта.

5.Баланс потоков по разрушению и погрузке устанавливается при определенном объеме постоянно циркулирующего в шнеке материала, увеличивающего его заполнение, а коэффициент заполнения выходного сечения шнека является ключом для установления аналитической связи между скоростью подачи и параметрами шнека по погрузочной способности. Для любого конечного числа заходов шнека существует предельная ширина захвата и соответствующая скорость подачи, при которых будет максимально использована пропускная способность разгрузочного окна на режиме, предшествующем заштыбовке шнека, и исключающем силовую выгрузку материала. При ширине захвата меньше некоторого критического значения возможен бесциркуляционный режим выгрузки.

Исходя из реальных размеров погрузочных окон узкозахватных комбайнов наибольшая эксплуатационная производительность достигается при ширине захвата (0,67−1,03 D в диапазоне диаметров D= 1,2−2,4 м. С увеличением ширины захвата количество заходов шнека должно уменьшаться до N=2 при В>1м, а при В<0,4 м следует принимать N=4,5 или 6 в зависимости от его диаметра.

6.Решающим фактором для выбора компоновочного решения по размещению погрузочных элементов рабочих органов с дисковым инструментом является направленность конусной поверхности диска — к забою или к комбайну, которая в свою очередь обусловлена-главным требованием, предъявляемым к шнекам — повышение эффективности выемки труд-норазрушаемых пластов или улучшение фракционного состава угля, соответственно. При первом варианте достаточное полезное сечение шнека можно обеспечить только при блочной компоновке дисков (по 2 при D= 1,6−2 м и по 3 при D>2m) и ступенчатом исполнении лопастей, состоящих из фрагментов плоских или винтовых участков. Второй вариант компоновки имеет в среднем вдвое большую производительность — от 2 до 10 т/мин при диаметре от 1 до 2 м и количестве дисков в линии от 2 до 4.

7.Производственные исследования подтвердили обоснованность принятых решений по выбору параметров рабочих органов. Реальный суммарный экономический эффект, полученный при их эксплуатации, составил около 400 тыс. рублей в ценах 80-х годов. Удовлетворительная сходимость расчетных и фактических показателей погрузочной способности по результатам замеров в 19 забоях позволяет считать методику расчета приемлемой для прогнозирования уровня механизированной погрузки.

8.При работе шнекового транспортирующего органа в паре с разрушающим струговым органом, последний должен быть быстроходным. Обязательным условием эффективного перемещения груза в стальном кожухе с боковым пазом при работе с переменным продольным наклоном струго-шнековой машины должно быть плавное регулирование частоты вращения шнека с диапазоном 1:2,8. По сравнению с базовыми вариантами цикличной выемки мощного и тонкого угольного пластов в комплексе с сопутствующими средствами механизации, обеспечивающими поточность процесса выемки, струго-шнековая машина позволяет увеличить нагрузку на забой в 4−8 раз при диаметре шнека не менее 0,44−0,48 м. Дальнейшее выполнение работ по созданию выемочных агрегатов на базе винтовых конвейеров с боковым пазом в кожухе следует считать перспективным.