Теоретические подходы к оптимизации параметров выемочного оборудования в угледобыче

ВВЕДЕНИЕ 7 ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ КАК СРЕД, РАЗРУШАЕМЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ОРГАНАМИ ВЫЕМОЧНЫХ МАШИН 9 1.1. Оценка сложности геологического строения угольных пластов 9 1.2. Определение сопротивляемости угольных пластов резанию 14 1.3. Оценка степени хрупкости и способности угля к измельчению 19 1.4. Разрушаемость угольных пластов 21 1.5. Абразивность угольных пластов 21 1.6. Классификация угольных пластов по разрушаемости и особенностям геологического строения 23 ГЛАВА 2. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ И РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ МАШИН 26 2.1. Способы и схемы разрушения угольных пластов исполнительными органами при добыче 26 2.2. Устройство исполнительных органов 29 2.2.1. Исполнительные органы угледобывающих комбайнов 29 2.2.2. Струговые исполнительные органы 38 2.3. Режущий инструмент угледобывающих комбайнов и стругов 39 2.3.1. Режущий инструмент комбайнов 39 2.3.2. Режущий инструмент стругов 42 2.3.3. Требования, предъявляемые к режущему инструменту 44 ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ УГЛЯ РЕЗЦАМИ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА 47 3.1. Особенности процесса функционирования исполнительных органов при добыче угля 47 3.2. Взаимодействие факторов, влияющих на эффективность функционирования исполнительных органов 48 3.3. Представления о процессе резания угля механическим способом 50 3.4. Силы, действующие на резцы в процессе резания 52 3.5. Параметры и критерии оптимальности процесса резания угля 55 ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ПЛАСТОВ НА СИЛОВЫЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ 57 4.1. Влияние характеристик разрушаемости на толщину стружки и скорость подачи комбайнов при добыче 57 4.2. Влияние показателя эквивалентной сопротивляемости пласта резанию на производительность угледобывающих комбайнов 59 4.3. Влияние сопротивляемости пластов резанию на силовые и энергетические показатели процесса резания 61 4.4. Исследование влияния свойств твердых включений на нагрузки при резании резцовым инструментом 62 ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЗЦОВ И РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ УГОЛЬНОГО МАССИВА 71 5.1. Ширина режущей части 71 5.2. Угол резания 73 5.3. Углы задний и боковые 74 5.4. Форма передней и задней граней резца 75 5.5. Влияние режимов резания на эффективность разрушения угля 76 5.5.1. Толщина, ширина и сечение стружки 76 5.5.2. Скорость резания и подачи 79 5.6. Нагруженность резцов при изменении пространственной ориентации 80 ГЛАВА 6. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ И РАСЧЕТ НАГРУЖЕННОСТИ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ КОМБАЙНОВ 83 6.1. Исходные положения 83 6.2. Виды резания 83 6.3. Основные понятия о схемах резания и расстановки резцов на исполнительных органах 85 6.4. Выбор основных параметров исполнительных органов угледобывающих комбайнов 88 6.5. Разрушение угля комбайном с рычажно-импульсным приводом 96 6.5.1. Силовые и энергетические параметры процесса резания угля одиночным резцом с рычажно-импульсным приводом 96 6.5.2. Исследование процесса разрушения угля комбайном с рычажно-импульсным приводом 102 6.6. Исследование взаимовлияния нагрузок на резцах при различных параметрах разрушения угля 110 6.7. Разработка схемы расстановки резцов 116 6.8. Расчет средних нагрузок на резцах комбайнов 117 6.8.1. Общие положения 117 6.8.2. Расчет средних сил резания, подачи и боковых на резце 120 6.9. Определение средних нагрузок на исполнительных органах комбайнов 126 6.10. Оценка неравномерности средних нагрузок на исполнительных органах комбайнов 129 6.11. Исследование взаимосвязи силовой уравновешенности исполнительного органа выемочного комбайна со скоростью подачи и числом одновременно режущих резцов 131 6.12. Формирование неравномерности нагруженности исполнительного органа комбайна с цепной и бесцепной системами подачи 137 6.13. Оценка влияния нарушения схемы расстановки резцов из-за отказов резцедержателей на силовую уравновешенность исполнительнных органов в процессе эксплуатации угледобывающих комбайнов 146 6.14. Определение равнодействующих сил резания и координат точек их приложения 153 6.15. Определение максимальных нагрузок на резцах и исполнительных органах 154 6.15.1. Максимальные нагрузки на резце 154 6.15.2. Максимальные нагрузки на исполнительном органе 157 6.16. Определение спектра нагрузок на резцах и исполнительных органах угледобывающих комбайнов 159 6.17. Корреляционно-спектральный анализ нагрузки на исполнительном органе при работе комбайна с различной жесткостью системы подачи 162 ГЛАВА 7. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ И РАСЧЕТ НАГРУЖЕННОСТИ СТРУГОВЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ 168 7.1. Определение усилий на резцах стругов 168 7.2. Оценка неравномерности нагрузок на резцах 179 7.3. Определение усилий на головке струга 171 7.4. Расчет необходимых усилий прижатия струга к забою 172 7.5. Расчет статического усилия в тяговой цепи струга 176 7.6. Определение динамических составляющих усилий в тяговой цепи струга 183 ГЛАВА 8. НАДЕЖНОСТЬ ШНЕКОВЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ КОМБАЙНОВ 192 8.1. Критерии оценки надежности 192 8.2. Обоснование критерия оценки свойств угольных пластов применительно к определению надежности исполнительных органов 194 8.3. Анализ структуры отказов шнековых исполнительных органов 200 8.4. Модель надежности исполнительных органов 205 8.5. Влияние режимных параметров очистных комбайнов на надежность исполнительных органов 208 8.6. Физические представления о закономерностях изнашивания резцедержателей 210 8.7. Анализ факторов, влияющих на износ резцедержателей 211 8.8. Долговечность исполнительных органов по поломкам резцедержателей в различных условиях эксплуатации 225 8.9. Долговечность исполнительных органов по отказам узла крепления шнека на валу привода 234 8.10. Определение средних значений показателей надежности шнеков 236 8.11. Прогнозирование надежности исполнительных органов на основе энергоемкости выемки угля 237 8.12. Закономерности изменения показателей надежности резцов при эксплуатации в различных условиях 242 8.12.1. Оценка вероятности безотказной работы резцов и наработки с учетом структуры отказов 242 8.12.2. Исследование зависимости показателей надежности резцов от показателя эквивалентной сопротивляемости пласта резанию 245 8.13. Нормирование расхода резцов 248 8.14. Нагруженность и долговечность средств крепления резцов 252 ГЛАВА 9. ВЛИЯНИЕ НАДЕЖНОСТИ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВЫЕМОЧНЫХ МАШИН 258 9.1. Исследование процесса резания при изнашивании гнезд резцедержателей 258 9.2. Определение усилий на резцах при изнашивании гнезд резцедержателей 264 9.3. Оценка влияния отказов резцов и резцедержателей на показатели эффективности работы угледобывающих комбайнов 265 9.3.1. Производительность 265 9.3.2. Режимные параметры комбайнов 267 9.3.3. Неравномерность нагруженности исполнительного органа 271 9.3.4. Расчет устойчивой мощности двигателей комбайнов при отказах резцедержателей 272 9.3.5. Влияние отказов на энергоемкость и сортность угля при выемке 274 9.4. Комплексная оценка надежности и эффективности применения исполнительных органов в конкретных условиях эксплуатации 278 ГЛАВА 10. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ НА ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ 283 10.1. Общие положения 283 10.2. Выбор параметров процесса резания 283 10.3. Погрузочная способность комбайновых и струговых исполнительных органов 285 10.4. Определение допустимого крутящего момента и устойчивой мощности электродвигателя 290 10.5. Устойчивость угледобывающих комбайнов 291 10.6. Расчет необходимой мощности двигателей угледобывающих комбайнов 293 10.7. Расчет мощности и выбор электродвигателей привода струга 296 ГЛАВА 11. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ УГОЛЬНОГО МАССИВА ВЫЕМОЧНЫМИ МАШИНАМИ 304 11.1. Производительность выемочных машин 304 11.2. Технические ограничения процесса добычи угля 307 11.2.1. Ограничения производительности по тяговому усилию подающей части 307 11.2.2. Ограничение скорости подачи по условиям переизмельчения угля 308 11.2.3. Ограничения по прочности и долговечности элементов трансмиссии 309 11.3. Технологические ограничения производительности и режимных параметров 313 11.4. Экономические ограничения 315 ГЛАВА 12. СОРТНОСТЬ УГЛЯ И ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЕ ПРИ РАБОТЕ ВЫЕМОЧНЫХ МАШИН 320 12.1. Вводные положения 320 12.2. Закон распределения гранулометрического состава угля, разрушенного резанием 321 12.3. Параметры закона распределения гранулометрического состава как физические характеристики измельчения 323 12.3.1. Параметр формы распределения – инвариантная характеристика способности угля к измельчению 323 12.3.2. Параметр масштаба распределения – характеристика степени измельчения угля 325 12.4. Влияние основных факторов на степень измельчения угля 327 12.5. Инженерные методы расчета гранулометрического состава угля при работе выемочных машин 328 12.5.1. Методика расчета сортности и пылевыделения при работе угледобывающих машин 329 12.5.2. Методика выбора параметров исполнительных органов, обеспечивающих получение заданного уровня сортности и пылевыделения 332 12.6. Оценка выемочных машин по факторам измельчения угля и пылеобразования 333 12.6.1. Оценка эффективности по сортности и пылеобразованию 333 12.6.2. Использование характеристик измельчения угля при оценке пылеобразующей способности угольных пластов 335 12.6.3. Оценка выемочных комбайнов по пылевому фактору 335 12.6.4. Оценка экономической эффективности применения угледобывающих машин по фактору сортности угля 336 ГЛАВА 13. ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЫЕМОЧНЫХ МАШИН 339 13.1. Режимы работы исполнительных органов выемочных машин 339 13.1.1. Работа в оптимальном режиме 339 13.1.2. Работа в режиме, отличном от оптимального 341 13.2. Выбор и расчет параметров угледобывающих комбайнов 343 13.3. Выбор и расчет параметров системы «струг – конвейер» 347 13.4. Силовые и скоростные режимы работы системы «струг – конвейер» 353 13.5. Выбор и расчет параметров стругов 357 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 359