Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
БАННИКОВ Александр Анатольевич
Снижение усилий отделения угля от массива
совершенствованием привода резца
выемочного модуля
Специальность 05.05.06 Ц Горные машины
А в т о р е ф е р а т
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург
2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальном минерально-сырьевом университете Горный.
Научный руководитель Ц
доктор технических наук, профессор
Габов Виктор Васильевич
Официальные оппоненты:
Хорешок Алексей Алексеевич
доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Кузбасский государственный технический университет, кафедра горных машин и комплексов, зав. кафедрой
Розенкевич Виктор Эфроимович
кандидат технических наук, ОАО ВНИИ Галургии, ведущий инженер
Ведущая организация Ц ОАО Национальный научный центр горного производства Институт горного дела им. А.А. Скочинского.
Защита диссертации состоится 25 декабря 2012аг. в 14ач 30амин на заседании диссертационного совета Д212.224.07 при Национальном минерально-сырьевом университете Горный по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. 7212.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета Горный.
Автореферат разослан 23 ноября 2012аг.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
диссертационного совета
д-р техн. наук, профессор ТИМОФЕЕВаИ.П.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Тенденция развития современного горного производства подтверждает неуклонный рост общего объема добычи твердых полезных ископаемых механическим способом. Длительным опытом горных работ подтверждается эффективность механического разрушения углей и горных пород крепостью до 80-90аМПа и дальнейшее его развитие рассматривается как наиболее перспективное. Однако на современном этапе увеличение добычи достигается повышением энерговооруженности горных машин, что увеличивает их массу и габариты, а с ростом производительности повышается выход мелких классов и пыли в добытой горной массе.
Создание горных машин нового технического уровня, способных отделять полезное ископаемое от массива (добывать) заданного гранулометрического состава, с меньшими выделением пыли и энергопотреблением, возможно только с необходимым научным обоснованием, которое опирается на фундаментальные положения теории механического разрушения и глубокое понимание сущности процесса резания углей.
В создание классической экспериментально-статистической теории резания углей большой вклад внесли ученые А.И.аБерон, А.С.аКазанский, Б.М.аЛейбов, З.И.аПозин, М.И.аСлободкин, В.Н.аГетопанов, А.Г.аФролов и многие другие.
Однако некоторые положения теории резания не согласуются с кинетической теорией трещинообразования при разрушении горных пород, а показатель сопротивляемости резанию углей является осредненной характеристикой по реализациям (нагрузкам по срезам), мощности пласта и длине лавы, что делает его более достоверным в общем, но и маскирует, а по сути ограничивает возможности поиска новых нетрадиционных направлений совершенствования собственно процесса резания. Поэтому необходимы дополнительные теоретические и экспериментальные исследования процесса резания для совершенствования методик расчетов, используемых при проектировании, конструировании и эксплуатации горных машин.
Исследование процесса резания углей резцами горных машин как последовательности элементарных сколов является новым, позитивным направлением в углублении теории резания и актуальным на современном этапе исследований взаимодействия резца с горным массивом.
Цель исследований - выявление закономерностей отделения угля от массива одиночным эталонным резцом при введении запаса потенциальной энергии в его привод для снижения динамических нагрузок, сокращения удельного расхода энергии и выхода мелких классов отделяемого угля, а также повышения точности оценки сопротивляемости угля резанию.
Задачи исследований:
1.аАнализ процесса отделения угля от массива резцами горных машин.
2.аПроведение теоретических исследований процесса отделения угля от массива последовательными сколами.
3.аПроведение экспериментальных исследований зависимости сил резания на одиночном резце от объема гидроаккумуляторов в его приводе.
4.аОбоснование рациональных параметров устройства для определения сопротивляемости углей резанию.
5. Обоснование области применения резцов с запасом потенциальной энергии в их приводе.
Метод исследований: в работе используется комплексный экспериментально-теоретический метод исследований, включающий анализ известных результатов теоретических и экспериментальных исследований процесса резания углей; приборов для определения сопротивляемости резанию; теоретические исследования процесса резания углей последовательными элементарными сколами; экспериментальные стендовые исследования процесса резания углей одиночным эталонным резцом со спектральным анализом результатов.
Научная новизна:
1.аУстановлено экспоненциальное снижение среднего значения сил резания при отделении углей эталонным резцом при постоянной толщине среза на 10-15% с увеличением объема гидроаккумуляторов в его приводе.
2.аУстановлено снижение значений дисперсии нагрузки на одиночном резце с увеличением объема гидроаккумуляторов в его приводе, которое асимптотически приближается к минимальному значению, зависящему от трещиноватости, слойчатости и степени хрупкости угля.
3. Научно обоснована структура и параметры устройства для определения сопротивляемости угля резанию в шахтных условиях на принципе постоянного силового воздействия.
Защищаемые научные положения:
1.аЭкспериментально установлено, что среднее значение сил на одиночном резце при отделении угля от массива эталонными срезами уменьшается с увеличением объема гидроаккумуляторов в его приводе по экспоненциальной зависимости от значений, определяемых в режиме резания с постоянной скоростью, до значений, определяемых в режиме с постоянным силовым воздействием.
2.аТеоретически установлено и экспериментально подтверждено, что при отделении угля от массива эталонными срезами дисперсия сил на одиночном резце с увеличением объема гидроаккумуляторов в его приводе асимптотически снижается до минимальных (фоновых) значений, обусловленных трещиноватостью, хрупкостью угля, жесткостью резца и узла его установки.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается: результатами экспериментальных исследований резания угольных блоков эталонным резцом; достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований не менее 90%; непротиворечивостью выводов классическим теориям разрушения пород механическим способом.
Практическое значение работы состоит: ав предложенных методиках выбора параметров устройства для определения сопротивляемости углей резанию и исполнительного органа выемочного модуля;ав разработанном и изготовленном опытном образце устройства для определения сопротивляемости угля резанию в шахтных условиях.
Реализация результатов работы.
- приняты к использованию: в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт угля Сибирского отделения РАН; в институте Печорниипроект ОАО Воркутауголь;
- используются в учебном процессе в Национальном минерально-сырьевом университете Горный и его филиале (ВГИ, г. Воркута) при подготовке специалистов по направлению 130400 Горное дело по профилю Горные машины и оборудование.
ичный вклад автора:
-аРазработан способ и изготовлен стенд для определения сопротивляемости углей резанию при движении резца с постоянным силовым воздействием на массив.
-аПроведены экспериментальные исследования по определению влияния потенциальной энергии в приводе резца на среднее значение и дисперсию сил резания, сформулированы научные положения.
-аРазработано и изготовлено устройство для определения сопротивляемости углей резанию в шахтных условиях.
Апробация работы
Основные положения диссертации и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на ежегодном научном симпозиуме Неделя горнякааЦа2010 (МГГУ, 2010), г.аМосква; научно-практической конференции Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения (ВГИ филиал СПГГИ (ТУ), 2009, 2010, 2011) г.аВоркута.
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 6 работ, в том числе 3 статьи в сборниках, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы
Диссертационная работа содержит 157 страниц текста, 63 рисунка, 7 таблиц и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 97 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность и приведена общая характеристика работы.
В первой главе проведен анализ разрушения угля исполнительными органами современных горных машин, существующих конструкций приборов и установок по определению показателей разрушаемости горного массива, разработана и приведена классификация приборов, сформулированы цель и задачи исследований.
Во второй главе проведен анализ классической теории резания углей, обоснованности принятых допущений и констант при определении характеристики разрушаемости массива; проведен анализ факторов, влияющих на механические свойства массива и сопротивляемость его разрушению; проведены теоретические исследования зависимости сил на резце (при эталонном резании) от запаса энергии в приводе резца.
В третьей главе представлены методика экспериментальных исследований, конструкция стенда и результаты экспериментальных исследований процесса резания углей в режиме с постоянной скоростью резания и в режиме с постоянным силовым воздействием.
В четвертой главе приведены сведения о изготовленном устройстве для определения сопротивляемости резанию углей в шахтных условиях при различных режимах резания и о методике выбора параметров исполнительного органа выемочного модуля.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.аЭкспериментально установлено, что среднее значение сил на одиночном резце при отделении угля от массива эталонными срезами уменьшается на 10-15% с увеличением объема гидроаккумуляторов в его приводе по экспоненциальной зависимости от значений, определяемых в режиме резания с постоянной скоростью, до значений, определяемых в режиме с постоянным силовым воздействием.
Объектом исследований является процесс резания угля эталонным резцом (h-const; v-const), при этом процесс резания рассматривается как последовательность элементарных сколов, а каждый временной цикл ТЦ элементарного скола - состоящим из последовательных во времени фаз зачистки Ф-1, дробления Ф-2, образования ядра уплотнения Ф-3 и скола Ф-4 (рис.а1).
Рис.1. Осциллограмма главной составляющей усилия резания Pz
Физическая сущность последовательных фаз объясняется тем, что после достижения максимального усилия PZmax в фазе Ф-3 скорость распространения магистральной трещины (далее МТ) в фазе Ф-4 значительно превышает скорость движения резца, при этом образуется новая поверхность среза под углом к плоскости резания. Резец, перемещается режущей кромкой по плоскости резания, сначала зачищает её, а затем постепенно увеличивает толщину среза. Эта картина характерна для современных выемочных машин с постоянной скоростью резания. Затраты энергии по фазам Ф-1 и Ф-2 элементарного цикла, по данным исследований ИГД А.А. Скочинского, составляют 96-98% от общих затрат за цикл, а на образование трещин в фазе Ф-4 - не более 1%.
На основе анализа условий возникновения, распространения МТ при резании угля и реализации скола в идеальных условиях МТ, возникшая в породном массиве, может распространяться на неограниченное расстояние при поддержании напряжения в подрезцовой зоне - в полюсе трещины, постоянным по величине и равным критическому. Эта гипотеза не противоречит кинетической теории возникновения и развития МТ (быстрых трещин) в хрупких материалах. В таких условиях в процессе разрушения фазы 1 и 2 могут отсутствовать или существенно видоизменяться, ядро уплотнения в явном виде может не формироваться, а неизрасходованная энергия будет реализовываться в процессе распространения МТ. То есть сила резания при постоянных свойствах породы также будет постоянной и будет изменяться только тогда, когда изменятся свойства породы (кр).
Если при решении задач прочности и долговечности конструкций выработаны методы борьбы с возникновением и развитием МТ, то при отделении угля от массива создание МТ с параметрами, повышающими эффективность отделения угля от массива, является целью исследований. Возникновение МТ, её распространение и реализация в хрупких углях зависит от прочностных свойств и структуры массива, геометрии, конструктивных особенностей резца и его режима работы.
Известно, что угли Воркутского, Воргашорского и Интинского месторождений относятся к хрупким, характеризуются наличием систем (первой второй, а иногда третьей) эндогенных трещиноватостей, нормальных к слоистости. Трещины этих систем закрытые, размеры их соизмеримы с размерами режущих кромок резца, существенно снижена прочность угля на сдвиг и растяжение по направлению трещин. Распространение МТ происходит с раскрытием этих трещин. При этом в вершине МТ практически отсутствует смятие и пластические деформации, а происходит последовательный сдвиг по этим экзогенным трещинам, разного направления, что существенно снижает скорость распространения МТ.
Известно, что напряжения в подрезцовой зоне для возникновения МТ должно быть больше, чем критическое напряжение в полюсе трещины после её возникновения м.тра>акр, так как часть энергии расходуется на образование мелких трещин. Напряжения растяжения в вершине трещины в момент начала её роста также должно быть больше критического:
а=акрqа=акр(1+2), (1)
где qаЦ коэффициент концентрации напряжений, c - длина половины центральной трещины (мкм), r - радиус у вершины трещины (мкм). То есть напряжение, образуемое подводом энергии к МТ, равно произведению критического напряжения на коэффициент концентрации напряжения, который зависит от отношения полудлины трещины к радиусу вершины трещины.
А.аГриффитс полагал, что максимальная скорость распространения трещины равна скорости распространения упругих продольных волн в однородных материалах:
Vmax= (2)
где Е - модуль упругости (МПа); - плотность материала (кг/м3). Дальнейшие исследования показали, что предельная скорость роста трещины с учетом её кинетической энергии не может превышать значения Vmax (м/с):
Vmax = kстр= (3)
где kстр - коэффициент структуры материала, то есть максимальная скорость не превышает 40% от скорости продольных упругих волн.
На скорость распространения МТ влияет также радиус вершины трещины (1). В хрупких углях расстояние между закрытыми эндогенными микротрещинами, с реализацией которых распространяется МТ, равны 1-10амм. При достижении критических напряжений в вершине трещины происходят смещения структурных элементов по плоскостям эндогенных трещин. Радиус в вершине трещин может быть определен как расстояние между экзогенными трещинами или половины длины трещины 1/2lтр.э. в зависимости от направления резания. Такие смещения вызывают значительный расход поверхностной энергии трещин в 10Е103 раз больший, чем при распространении трещин в однородных материалах, и соответствующее снижение скорости распространения МТ. Следовательно, скорость распространения МТ в углях, может быть определена по формуле:
vм.тр.=kстр.kr << vм.тр.О , (4)
где kr - коэффициент радиуса вершины трещины. В таком случае скорость распространения МТ значительно ниже, чем в однородных материалах и оказывается одного порядка со скоростями перемещения резцов горных машин.
Если создать запас потенциальной энергии в приводе резца, то его скорость можно увеличить в момент снижения нагрузки в фазе Ф-4 распространения МТ, чем будет поддерживаться напряжение в её полюсе (вершине) и обеспечиваться дальнейшее распространение трещины, то есть увеличение её прямолинейной части. В таком случае фазы Ф-1, Ф-2 и Ф-3 будут сближаться по моменту возникновения и развития с фазой Ф-4, или будут совпадать с нею, что изменит энергетические затраты по фазам и значимость фаз в процессе элементарного скола вплоть до полного их (Ф-1, Ф-2, Ф-3) поглощения фазой Ф-4 в отдельных циклах формирования элементарных сколов.
В качестве подтверждения реальности изменения фаз элементарного скола поддержанием напряжения в вершине трещины, могут служить результаты экспериментальных исследований резания углей подпружиненными резцами шнековых исполнительных органов, проведенных А.В. Докукиным и А.Г. Фроловым. Введение пружины в посадочное место резца обеспечило его подвижность и возможность накапливать потенциальную энергию и реализовывать её в момент образования МТ. При этом снизилось максимальное усилие на резце и частота сколов. Однако, подпружиненные резцы с малым запасом потенциальной энергии и ограниченной рабочей зоной её реализации на шнековых исполнительных не получили дальнейшего теоретического обоснования и практического применения.
Известно, что при избытке поверхностной энергии в МТ и постоянных свойствах массива критическое напряжение в её вершине постоянно. Тогда и сила резания будет постоянна. Следовательно, справедливо будет утверждение в общем случае при резании угля с постоянной скоростью vра=аmax без запаса потенциальной энергии в приводе резца, сила резания будет максимальной PZа=аPZmax, а при избытке потенциальной энергии Пэ и напряжении в полюсе трещины равным критическому па=акр движение МТ будет непрерывным, а значения силы резания и удельного расхода энергии будут минимальными, постоянными по величине и существенно меньшими, чем при Ц const и Пэ=0.
Для экспериментальной проверки высказанной гипотезы был разработан и изготовлен с непосредственным участием автора стенд (риса2).
а) Общий вид установки | б) Гидравлическая схема |
Рис. 2. Стенд для исследования процесса резания угля
Стенд состоит из насосной станцииа1, гидрозолотникова2 иа3, обратного клапанаа4, гидроаккумуляторова5, вентилейа6, дросселя регулятораа7, гидравлического исполнительного механизмаа8 с эталонным резцома9 и угольного блокаа10. Цель проведения экспериментальных исследований - выявление зависимости сил резания на резце от запаса потенциальной энергии в гидроаккумуляторах привода стенда. Для снижения неопределенности и обеспечения сравнимости с известными результатами других исследователей резание угля осуществлялось эталонными резами при постоянной толщине hа=а10амм, изменялись запас потенциальной энергии, подключением гидроаккумуляторов разной ёмкости (0; 2; 4; 6адм3), и давление зарядки.
Общее количество опытов 4, количество замеров в каждом опыте 3. Среднее значение силы резания определялось как математическое ожидание (М) по каждой осциллограмме и осреднением математических (М) ожиданий по трем осциллограммам, изображенным на рис. 3. Угольные блоки нарезались из пласта Четвертого, относимого к хрупким с выдержанной трещиноватостью.
а) h=1асм; Vr-const без гидроаккумуляторов
б) h=1асм; Vr-var с применением гидроаккумуляторов
Рис.а3. Осциллограммы силы Pz и скорость Vр резания угля
Зависимости силы резания от ёмкости гидроаккумуляторов в относительных единицах (Zот= f(VОТ)), полученные экспериментально, аппроксимированы экспоненциальной зависимостью (рис. 4):
(5)
где , k Цкоэффициент характеризующий хрупкопластические свойства угля, и, следовательно, относительное предельное снижение сил резания при увеличении ёмкости гидроаккумуляторов: - энергетическая постоянная переходного
Рис.4. Зависимости силы резания от ёмкости гидроаккумуляторов в приводе резца
процесса, характеризует степень рассеивания энергии за элементарный скол. Погрешность измерений не превышает 5%.
Результаты экспериментальных исследований подтверждают снижение средних сил резания с увеличением запаса потенциальной энергии в гидроаккумуляторах привода резца от значений сил резания при vpа-const, Пэа= 0, Zi/Zэа=1,0, до квазипостоянного значения с гидроаккумуляторами (Zпа=аZi/Zэа=0,88Zэ ), которое соответствует прочностным свойствам разрушаемого массива и является постоянной величиной, если свойства этого массива не изменяются, и не зависит от параметров устройства, обеспечивающего экспериментальные срезы. То есть отношение силы к толщине среза также является постоянной величиной и характеризует сопротивляемость массива резанию.
2.аТеоретически установлено и экспериментально подтверждено, что при отделении угля от массива эталонными срезами дисперсия сил на одиночном резце с увеличением объема гидроаккумуляторов в его приводе асимптотически снижается до минимальных (фоновых) значений, обусловленных трещиноватостью и хрупкостью угля, жесткостью резца и узла его установки.
Динамическая нагруженность резцов исполнительных органов и трансмиссий горных машин является фактором ограничивающим их ресурс. Дисперсия, среднеквадратичное отклонение (z) и коэффициент вариации нагрузок (z) используется в любых расчетах, связанных с оценкой динамической нагруженности трансмиссии горных машин. Для снижения динамической нагруженности приводов горновыемочных машин оптимизируются схемы расстановки резцов, увеличивается их количество, устанавливаются муфты предельного момента, при этом практически не используется целенаправленное изменение динамических свойств привода.
Как было указано ранее изменением запаса потенциальной энергии в приводе резца создается условие для повышения поверхностной энергии в МТ, что способствует росту трещин. Однако неясен характер влияния потенциальной энергии на снижение динамики нагрузок, снижение выхода мелких классов угля и пыли.
Включение гидроаккумуляторов в гидропривод резца, (рис. 2б), приводит к снижению скорости резца при увеличении сопротивления массива его движению и, следовательно, повышению давления в гидросистеме и росту силы воздействия резца на массив, Это приводит к заполнению гидроаккумуляторов рабочей жидкостью (накоплению потенциальной энергии), что создает возможность увеличения скорости резца на этапе возникновения и роста МТ с уменьшением силы сопротивления массива резанию. При этом градиент скорости будет тем больше, чем выше запас потенциальной энергии и меньше критическое напряжение в полюсе МТ. Избыток энергии, подводимый к МТ, способствует увеличению длины её начальной прямолинейной части (длины скола), при этом снижается частота сколов.
Изменчивость сил резания при постоянной скорости резания объясняется последовательностью во времени фаз элементарных циклов разрушения угля передней гранью резца, отсутствием безотрывного силового воздействия резца на массив.
Если представить зависимость среднего напряжения в подрезцовой зоне массива от деформации в виде известной зависимости pа=аf(), (рис.а5а), и наложение возмущающих напряжений, связанных с неоднородностями сдвигообразований, вызванных системами нормальных к слоистости трещиноватостей, слойчатостью и твердыми включениями в структуре угольного пласта, приводящих к резким локальным концентрациям напряжений растяжения p, сдвига , и см по разным площадкам локальных неоднородностей, то можно проанализировать изменение характера образования трещин при различных средних напряжениях в массиве, создаваемых движением резца.
На участке о-а (рис. 5а) любые наложения возмущений напряжений (рис. 5б), имеющие случайный характер проявления, не достигают критических значений, и следовательно не приводят к возникновению МТ. Состояние массива устойчивое.
На участке а-б только отдельные, особо интенсивные возмущения, могут привести к возникновению, как правило, мелких сколов и дроблению элементов скола передней гранью резца. С ростом р чувствительность системы к возмущениям увеличивается незначительно.
На участке б-в резко возрастает чувствительность процесса к случайным возмущениям напряжений, сопровождающихся развитием сдвиговых смещений структурных элементов в подрезцовой зоне масс сива. Происходит активное циклическое возникновение и развитие МТ, их ветвление и сдвиговые смещения неоднородностей с реализацией ослаблений в массиве с наименьшим потреблением энергии и дроблением.
| а) | а)аНапряжения в подрезцовой зоне угольного массива б)аВозмущения рв |
| б) |
Рис.а5. Характер изменения напряжений в подрезцовой зоне массива
На участке в-г практически любое возмущение в массиве приводит к возникновению МТ, их ветвлению, процесс разрушения приобретает лавинообразный характер по нарастанию количества отдельностей, сопровождается резким поглощением потенциальной энергии, что ограничивает флуктуации напряжений, до фоновых значений.
Рис. 6. Осциллограмма резания угля в режиме постоянного силового воздействия
То есть чем больше запас потенциальной энергии (Пэ) в приводе резца при hаЦаconst, тем меньше изменчивость напряжения растяжения (р) в вершине МТ и, следовательно, дисперсии сил резания.
На основании этих исследований были разработаны способ и устройство (рис. 7), с пружинным накопителем энергии - 6, ручным и электрическим приводами -12, 16, обеспечивающими безотрывный силовой контакт резца с массивом и его импульсное перемещение.
При проведении стендовых экспериментальных исследований пружина была заменена гидроаккумулятором, способным накапливать большее количество потенциальной энергии. Параметры и режимы резания те же, что и при оценке средних сил резания.
По результатам стендовых исследований в эталонных режимах построена зависимость (рис.а8) средних значений относительной дисперсии нагрузок (ДОТ ) от относительного запаса объема гидроаккумуляторов (VОТ).
Рис.а7. Устройство для определения сопротивляемости углей резанию в режиме с постоянным силовым воздействием | Рис.а8. Зависимости дисперсии силы резания от количества гидроаккумуляторов |
С увеличением запаса энергии в приводе диапазон изменения значений дисперсии заметно сужается, а его среднее значение уменьшается по экспоненциальной зависимости до некоторого минимального (фонового) значения, вероятность её изменчивости возрастает и приобретает характер импульсного движения: . (6)
Если при квазипостоянной скорости движения резца силы резания (рис.а3а) изменяются от 0,63 до 5,65акН, то при резании угля с включенными в гидросистему гидроаккумуляторами от 1,51 до 1,88акН, значение дисперсии сил резания (рис.а3б) снизилось до 0,37 кН2.
При квазипостоянной скорости резания значение максимальной силы к минимальной равно 9, а при варьирующейся скорости движения резца - только 1,2 раза от среднего значения. Отмечено тринадцатикратное снижение дисперсии силы резания в режиме с постоянным силовым воздействием (рпа=акр) по отношению к режиму с постоянной скоростью резания.
Каждый забой имеет различные физико-механические свойства углей, как по мощности пласта, так и по длине отрабатываемого участка. Способы отделения угля от массива различны по толщинам срезов направлениям и скоростям.
Рис.а9. Устройство для определения сопротивляемости углей резанию в шахте |
Для определения сопротивляемости резанию и разработки паспорта режима работы горных машын применяют различные установки, как с индивидуальными резцами, в том числе эталонными, так и с групповыми расстановками резцов (установка DBT для стругов). Предлагаемая установка (рис. 9) позволяет осуществлять резы не только с различным количеством резцов и направлениями резания, но и различными способами резания, как с постоянной скоростью, так и с переменной скоростью движения резца, то есть в режиме постоянного силового воздействия.
Способ постоянного силового воздействия при отделении угля от массива с большими толщинами срезов по технологии выемки наиболее близок к режимам работы унифицированных выемочных модулей избирательного действия, предлагаемых для добычи сортового по гранулометрическому составу угля как в длинных так и в коротких забоев угольных шахт.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация, является законченной, самостоятельной научно-квалификационной работой, в которой на базе выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная научная и практическая задача повышения эффективности процесса резания углей, достигаемое снижением средних сил резания и их динамики на основе использования в гидроприводе резца накопителя потенциальной энергии в виде гидроаккумуляторов, что приводит к снижению энергопотребления, динамической нагруженности и увеличению выхода крупных классов угля.
Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:
1.аУстановлено экспоненциальное снижение на 10-15% от эталонного значения средних сил резания в режиме с постоянным силовым воздействием резца на массив.
2.аУстановлено снижение значений дисперсии сил резания угля одиночным резцом с увеличением запаса потенциальной энергии в его приводе. С увеличением ёмкости гидроаккумуляторов значение дисперсии асимптотически приближаются к минимальному значению, обусловленному трещиноватостью, хрупкостью угля, жесткостью резца и узла его установки.
3.аОбоснована структура и конструктивное исполнение устройства для определения сопротивляемости угольного пласта резанию как в режиме постоянного силового воздействия, так и в режиме с постоянной скоростью резания.
4.аРазработан и изготовлен промышленный образец устройства для определения сопротивляемости резанию угля в горных выработках.
5.аСпроектирован и изготовлен стенд в лаборатории горных машин для исследования процесса резания калийных солей.
6.аРезультаты исследований используются в учебном процессе в Национальном минерально-сырьевом университете Горный и в его филиале (ВГИ) при подготовке специалистов по направлению 150400 и аспирантов по специальности 05.05.06 - горные машины.
7.аПолученные результаты исследований рекомендуются к использованию институтом ФГУП Национальный научный центр горного производства Институт Горного Дела им. А.А.аСкочинского и Печорниипроект.
Основное содержание диссертации опубликовано в 6 печатных работах, из них 3 публикаций в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России:
1.аБанниковаА.А. Развитие способов отделения угля от массива добычными машинами / А.А. Банникова, В.В.аГабов, С.Л.аИванов, Д.А.аЗадков // Неделя горняка // Горный информационный аналитический бюллетень / МГГУ.- М.: 2005. - №7.Ц С.297-302;
2.аБанниковаА.А. Анализ измельчения угля при добыче на шахтах Воркуты / А.А. Банникова, В.В. Габов, И.Л. Бойков // Горное оборудование и электромеханика. - М.: 2011. - №2.Ц С.9-12.
3.аБанников А.А. Способ отделения угля от массива при отработке трещиновато-слоистых угольных пластов /аА.А. Банникова, Задков Д.А., Шишлянников Д.И., Талеров К.П., Головин К.А. // Горное оборудование и электромеханика. - М.: 2012. - №2,. - С.30-33.
4.аБанниковаА.А. Спектральный анализ результатов экспериментальных исследований процесса разрушения углей выемочным модулем с объемным гидроприводом / А.А. Банникова, В.В.аГабов, Д.А.аЗадков, И.Н. Груздев // Труды 4-й межрегиональной научно-практической конференции Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения. - Воркута, 2006.-Т.1. - С.262-268;
5.аБанниковаА.А. Анализ методов и приборов определения сопротивляемости углей резанию / А.А. Банникова, В.В.аГабов // Народное хозяйство республики Коми. - Воркута-Сыктывкар-Ухта: 2010.- Т.19, №2. - С.161-164;
6.аБанниковаА.А. Анализ измельчения в процессе добычи на шахтах Воркуты / А.А. Банникова, В.В. Габов, Ю.В. Лыков // Международная горная конференция Передовые горные технологии для устойчивого развития. С.283-285. Ха Лонг. 2010
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям