Определение основных параметров инверсионного ходового устройства карьерных горных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Френкель, Александр Владимирович

• Френкель, Александр Владимирович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Френкель, Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ХОДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ КАРЬЕРНЫХ

ГОРНЫХ МАШИН

1.1 Конструкции и принцип действия ходового оборудования карьерных горных машин.

1.1.1 Пневмоколесное ходовое оборудование.

1.1.2 Рельсовое ходовое оборудование.

1.1.3 Гусеничное ходовое оборудование.

1.1.4 Шагающее ходовое оборудование.

1.1.5 Шагающе-рельсовое ходовое оборудование.

1.1.6 Инверсионные ходовые платформы.

1.1.7 Анализ результатов исследований. Выводы и постановка задачи.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ИНВЕРСИОННОГО ХОДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ

КАРЬЕРНЫХ ГОРНЫХ МАШИН

2.1 Общие положения.

2.2 Разворот с поворотом ходовых опор.

2.2.1. Жесткое основание.

2.2.2. Податливое основание.

2.3 Разворот без поворота ходовых опор.

2.3.1. Жесткое основание.

2.3.2. Податливое основание.

2.4 Выводы.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ МОДЕЛИ ИНВЕРСИОННОГО ХОДОВОГО УСТРОЙСТВА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ДВИЖЕНИЙ И РАЗВОРОТОВ

3.1 Методика экспериментальных исследований.

3.1.1 Объект исследований.

3.1.2 Цели и задачи испытаний.

3.1.3 Выбор представительных экспериментальных площадок для проведения испытаний.

3.1.4 Опробование работоспособности на месте.

3.1.5 Движение по горизонтальной поверхности.

3.1.6 Движение по наклонной поверхности.

3.1.7. Развороты.

3.1.8 Определение коэффициента трения.

3.1.9 Определение тяговой способности приводов.

3.2 Результаты экспериментальных исследований.

3.3 Выводы.

ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Последовательность расчета основных параметров ходовой опоры ИХО карьерной горной машины.

4.2. Использование инверсионного ходового оборудования при создании карьерных горных машин.

4.2.1. Устройство перегрузочное самоходное ПУ-2х100/2000.

4.2.2. Расчет основных параметров ходовой опоры ИХО устройства перегрузочного самоходного

УПС-2х100/2000.

4.2.3. Рыхлитель фрезерный РФ-250.

4.2.4. Расчет геометрических, кинематических и силовых параметров ходовой опоры ИХО для РФ-250.

4.3. Экономическая эффективность результатов исследований.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение основных параметров инверсионного ходового устройства карьерных горных машин»

Актуальность работы. В настоящее время общепризнанным является положение, что улучшение технико-экономических показателей угольной промышленности в целом и ее конкурентоспособности на внутреннем и мировом рынках должно осуществляться, главным образом, за счет развития наиболее эффективного открытого способа добычи угля, обеспечивающего по сравнению с подземным существенно более высокую производительность труда, более низкую себестоимость и удельные капитальные затраты, а также значительно лучшие и безопасные условия труда рабочих. Эти преимущества открытого способа реализуются путем применения мощных и эффективных карьерных горных машин.

Одним из основных узлов карьерных горных машин, во многом определяющих их производительность, массу, надежность в эксплуатации и техническую возможность применения, является ходовое оборудование.

Основными требованиями, предъявляемыми к ходовому оборудованию карьерных горных машин, являются: достаточные сила тяги, скорость передвижения и маневренность; способность преодолевать заданные подъемы и уклоны; небольшая масса, обеспечение допустимых давлений на основание; устойчивость машины при возможных изменениях положения ее центра тяжести и отсутствие больших динамических нагрузок в конструкции машины при передвижении; малые сопротивления передвижению; минимальное число быстроизнашивающихся элементов, удобство в эксплуатации и долговечность.

Однако существует целый класс карьерных горных машин (перегружатели забойные, соединительные, межуступные; отвалообразователи, мобильные перегрузочные и дробильно-перегрузочные устройства, приводные и натяжные станции конвейеров в схемах циклично-поточной технологии добычи полезного ископаемого и.т.д.), для которых передвижение не является основным функциональным назначением и осуществляется с малыми скоростями или кратковременно в пределах эксплуатационного цикла, в частности, установочные и поворотные движения. При этом энергозатраты на передвижения малы относительно общих энергозатрат при работе этих машин.

Обзор и исследование преимуществ и недостатков различных видов ходового оборудования карьерных горных машин показывают, что ни один из них в полной мере не отвечает требованиям к ходовому оборудованию для этого класса карьерных горных машин. Однако инверсионное ходовое оборудование (ИХО), обладающее рядом конструктивных, технологических и эксплуатационных преимуществ: простотой изготовления, малой массой, высокой маневренностью, низкими удельными давлениями на грунт и.т.д., этим требованиям удовлетворяет.

До настоящего времени теоретические основы работы ИХО изучены только для прямолинейного движения. Отсутствуют исследования работы ИХО при разворотах (установочных движениях и т.д.), а также экспериментальные исследования работы ИХО при различных видах движений и разворотов, нет методики расчета основных параметров ИХО для карьерных горных машин.

Поэтому актуальными являются исследования, позволяющие теоретически и экспериментально обосновать основные параметры работы ИХО при разворотах для определенного класса карьерных горных машин.

Целью работы является установление зависимостей кинематических и силовых параметров инверсионного ходового устройства от его конструктивных параметров при разворотах карьерных горных машин и экспериментальное подтверждение принципиальной возможности использования этого ходового устройства для прямолинейного перемещения и разворотов карьерных горных машин, а также создание методики расчета основных параметров ИХО на базе теоретических и экспериментальных исследований.

Идея работы заключается в использовании в качестве ходового оборудования для определенного класса карьерных горных машин оригинального инверсионного ходового устройства.

Основные научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна; математические модели ИХО карьерной горной машины, позволяющие определить силы на ходовых опорах ИХО и их кинематические параметры при разворотах машины с учетом плотности грунтового основания и внешних сил, действующих на машину; - экспериментальные качественные зависимости мощности приводов, скорости передвижения ходовых опор ИХО и их просадки в грунтовое основание в зависимости от его плотности при прямолинейном перемещении машин с ИХО. Мощности приводов и просадка опор уменьшаются, а их скорости растут с увеличением плотности оснований; способы и схемы разворота карьерных машин с ИХО поворотом плоскостей наклона опорных дисков ходовых опор и без их поворота. При использовании этих способов и схем для ИХО может быть обеспечен разворот машины с любыми радиусами и ее высокая маневренность;

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждены: математическим моделированием работы ИХО с использованием классических методов механики, механики грунтов и современных численных методов с применением персональных ЭВМ; результатами экспериментальных исследований модели инверсионного ходового устройства, в частности, полным соответствием кинематики и схем разворотов модели ИХУ с результатами теоретических исследований. Научное значение работы состоит в установлении аналитических зависимостей для определения геометрических, кинематических и силовых параметров ИХО для определенного класса карьерных горных машин; в разработке способов и принципиальных схем разворотов этих машин; в получении экспериментальных зависимостей для определения влияния плотности грунтового основания на скорости перемещения машин с ИХО, потребляемые мощности приводов ходовых опор и их просадки в грунт.

Практическое значение работы заключается в разработке методики выбора и расчета основных параметров инверсионного ходового оборудования для транспортных и других карьерных горных машин, перемещаемых в процессе эксплуатации с низкими скоростями в рекомендуемых схемах инверсионного ходового устройства для этих машин.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Методика выбора и расчета основных параметров инверсионного ходового оборудования для карьерных горных машин использована АОЗТ «ВНИИЗеммаш» при разработке конструкторской документации инверсионного ходового оборудования рыхлителя фрезерного РФ-250.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты работы докладывались и получили одобрение на научных симпозиумах и семинарах в МГГУ: «Неделя горняка 98», «Неделя горняка 99»; на НТС в НПК «Стройкарьермаш» в 1999г; на АО «ВНИИЗеммаш» в 2000г. Публикации: По результатам выполненных работ опубликовано 5 статей. Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 34 рисунка, 42 таблицы, список литературы из 83 наименований и 3 приложений.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Френкель, Александр Владимирович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано решение новой актуальной научной задачи определения основных параметров инверсионного ходового оборудования для определенного класса карьерных горных машин, что обеспечивает повышение эффективности при их эксплуатации.

Выполненные в работе исследования позволили сделать следующие основные выводы и рекомендации:

1. Инверсионное ходовое оборудование (ИХО) рекомендуется к применению на транспортных и других, редко и на небольшие расстояния перемещаемых горных машинах, для которых недостатки ИХО (повышенная энергоемкость при передвижении и низкие скорости) не имеют определяющего значения. В сравнении с применяемым ходовым оборудованием на горных машинах ИХО обладает следующими преимуществами: простотой конструкции, малой массой и высокой маневренностью. При создании этого ходового оборудования возможно достижение низких удельных давлений на грунт и упрощение конструкции машины.

2. Мощность, потребляемая приводами опор ИХО, и величина их просадки в грунтовое основание нелинейно зависит от плотности грунта и снижаються с увеличением плотности.

Скорость передвижения машины с ИХО нелинейно возрастает с увеличением плотности грунтового основания и снижается с ростом вертикальных нагрузок на опору ИХО

3. При развороте машины с ИХО на 3-ходовых опорах, развернутых так, что нормали к направлению их перемещения пересекаются в одной точке, не возникает дополнительных сил сопротивлений на опорах и разворот машины с ИХО происходит вокруг этой точки.

4. При развороте машины с 4-х опорным ИХО с поворотом ходовых опор установлено, что:

- на жестком основании разворот машины осуществляется вокруг точки пересечения нормалей к направлениям перемещения внутренних ходовых опор. При этом поперечное проскальзывание этих опор отсутствует, и величины поперечных сил на них могут иметь любое значение в пределах полных сил трения; на податливом основании центр разворота машины не совпадает с точкой пересечения нормалей и смещается ближе к внутренним опорам. При этом силы сопротивления развороту уменьшаются, но приводы ходовых опор должны преодолевать моменты сопротивления, связанные с просадкой опорных дисков в грунт.

5. Разворот машины с ИХО с жестким креплением ходовых опор осуществляется так же, как и машины с 2-гусеничным ходовым оборудованием, т.е. путем задания разных скоростей движения опорным дискам ходовых опор правой и левой сторон вплоть до остановки или реверсирования одной из сторон. Силы сопротивления развороту машины будут наибольшими при движении по жесткому основанию, когда отсутствуют скольжения от вращения опорных дисков. Однако в этом случае привод не испытывает нагрузок, связанных с моментом трения при вращении опорных дисков. При движении по податливому основанию сопротивления от разворота уменьшаются, однако на приводы ходовых опор действуют моменты от сил сопротивления, связанные с просадкой опорных дисков.

6. По сравнению с прямолинейным движением машин с ИХО при их разворотах коэффициенты перегрузки приводов ходовых опор не превышают значений: 1,36 - для жесткого основания и 1,5 - для податливого основания. Эти значения ниже допустимых коэффициентов перегрузки электродвигателей приводов ходовых опор. Поэтому выбор электродвигателей для приводов ходовых опор рекомендуется вести по сопротивлениям при прямолинейном перемещении машины с ИХО.

7. Предложенная методика расчета основных параметров ИХО обеспечивает их выбор для ИХО транспортных и других карьерных горных машин при их прямолинейном движении и разворотах с учетом внешних сил сопротивления, действующих на машины.

8. Результаты исследований внедрены при изготовлении АОЗТ «ВНИИЗеммаш» новых горных машин: перегрузочного самоходного устройства УПС-2x100/2000 и фрезерного рыхлителя РФ-250. Рассчетный экономический эффект на этих машинах составил около 1,8 млн. рублей на один комплекс оборудования от использования в них .

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Френкель, Александр Владимирович, 2000 год

1. Расчет унифицированных экскаваторов с ковшом емкостью 0,3 м3 : Э - 302, Э - 303, Э - 304. Ленинградский экскаваторный завод.

2. Кифер А.Г., Абрамович H.H. "Грузоподъемные машины. М. Машгиз, 1957 г.

3. Епифанов С. П. "Исследование давлений на опоры автомобильного крана во время его работы". Автореферат. М. 1950 г.

4. Комаров М.С. "Динамика грузоподъемных машин". 1962 г.

5. Рабинович И.Ш. "К расчету давлений на колеса поворотных кранов на пневмошинах". "Механизация строительства", №3, 1950 г.

6. Рейш А.К., Монадеев Л.Ш. "Пневмошинные шасси зарубежных экскаваторов и кранов". НИИ информациистройкоммунмаш, серия 1 "Строительные и дорожные машины", Москва, 1967 г.

7. Научно-исследовательский отчет по теме "Технические требования к эксплуатационным качествам новых строительных машин", ЦНИИОМТП, 1961 г.

8. Научно-исследовательский отчет по теме "Обследование в эксплуатационных условиях пневмоколесного хода одноковшовых экскаваторов и стреловых самоходных кранов". ЦНИИОМТП, 1963 г.

9. Чудаков Е.А. "Теория автомобиля". Москва, 1950 г.

10. Фалькевич Б.С. "Теория автомобиля". Машгиз, 1963 г.

11. Ротенберг Р.В. "Подвеска автомобиля и его колебания". Машгиз, 1960 г.

12. Чудаков Д.А. "Основы теории трактора и автомобиля". Издательство Сельхозмет, 1962 г.

13. Чжан Хун Син "Исследование динамических нагрузок, действующих на автомобиль". Диссертация. Горький. 1960 г.

14. Фортунков Д.Ф. "Исследование колебаний управляемых колес автомобиля с переменным радиусом"."Автомобильная промышленность", №6, 1966 г.

15. Вопросы исследования колебаний сельскохозяйственныхтракторов. Труды НАТИ. Выпуск 183, 1966г.

16. Бабков В.Ф.,Бируля А.К., Сиденко В.М. "Проходимость колесных машин по грунту". Автотрансиздат. 1959 г.17