Введение к работе
Актуальность темы. Механические прямые лопаты – основной вид оборудования на открытых горных работах. Для выполнения крупномасштабных объемов горных работ одной из основных задач отечественного экскаваторостроения является повышение производительности труда за счет переоснащения карьеров большой мощности экскаваторами с ковшами 30 м3 и более. Интенсификация рабочего процесса таких крупных машин – задача первостепенной важности.
Условие работы экскаваторов определяется типом и состоянием пород в забое, совершенством технологии предварительного рыхления. Крайнее разнообразие этих условий затрудняет выбор рациональных параметров проектируемых экскаваторов.
Скальные и полускальные породы преобладают на железнорудных месторождениях (85 %), на коренных месторождениях цветных металлов (95 %), на месторождениях горнохимического сырья и нерудных ископаемых (90 %). В то же время на угольных месторождениях свыше 80 % составляют глинистые и песчаные породы.
Карьерные экскаваторы малой и средней мощности могут проектироваться как машины универсального применения. В этом случае копающие механизмы необходимо рассчитывать на предельные нагрузки в наиболее тяжелых условиях разных забоев. Уникальные машины большой мощности целесообразно проектировать для определенных условий в забоях предполагаемой эксплуатации, обеспечивая наибольшую интенсивность рабочего процесса.
Интенсивность процесса непосредственно связана с его энергоемкостью. Объем потребления электроэнергии определяется усилиями сопротивления, преодолеваемого приводом экскаватора. Можно выделить три основных фактора, влияющих на сопротивление копанию:
физико-механические свойства разрабатываемых пород;
качество подготовки забоя;
конструктивные параметры рабочего оборудования.
Следовательно, определение влияния геометрии узлов рабочего оборудования на усилия копания и энергоемкость рабочего процесса, поиск новых конструктивных схем является актуальной задачей.
Объект исследований – карьерные механические экскаваторы с оборудованием «прямая лопата».
Предмет исследования – рабочее оборудование экскаватора.
Целью работы является разработка методов расчета параметров рабочего процесса и обоснование способов его интенсификации.
Идея работы заключается в расширении адаптивных свойств рабочего оборудования и интенсификации рабочего процесса за счет установочного движения верхней части стрелы.
Методы исследований включают обобщение опыта проектирования и эксплуатации карьерных экскаваторов большой мощности, экспериментальных исследований, математическое моделирование и анализ параметров процесса копания.
Научные положения, выносимые на защиту:
формулы для предварительного определения параметров рабочего оборудования карьерных экскаваторов большой мощности должны базироваться на параметрах конкретного забоя;
усилия копания в осыпи забоя определяются углом наклона верхней части шарнирно сочлененной стрелы;
сопротивление внедрению ковша с круглой, разгруженной от кручения рукоятью должно рассчитываться с учетом коэффициента жесткости направления ковша.
Научная новизна работы.
Получены зависимости, связывающие параметры забоя (высоту развала, средний размер куска, коэффициент разрыхления) с основными линейными параметрами экскаваторов большой мощности.
Обоснована методика определения рабочих усилий и мощностей копающих механизмов, а также разработана имитационная модель процесса экскавации связных пород.
Обоснована структура рабочего оборудования с шарнирно сочлененной стрелой и изменяемым углом наклона верхней части стрелы.
Получено аналитическое выражение для расчета сопротивления копанию крупно-кусковой горной массы при внедрении ковша с круглой разгруженной от кручения рукоятью.
Практическая ценность работы.
Разработана новая конструктивная схема рабочего оборудования карьерного экскаватора с шарнирно сочлененной стрелой, с круглой, разгруженной от кручения рукоятью и подвеской стрелы изменяющейся длины.
Предложена методика определения усилий копания при изменении угла наклона верхней части стрелы.
Разработана методика расчета усилий и энергоемкости копания связных пород.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: корректностью постановки задач, адекватностью математических моделей реальным процессам экскавации, сходимостью результатов расчета и параметров новых моделей карьерных механических лопат большой мощности.
Реализация результатов работы. Зависимости, связывающие параметры забоя с основными линейными размерами рабочего оборудования, и математическая модель рабочего процесса используются в проектных расчетах карьерных лопат большой мощности в ОКЭ ООО «Уралмаш-Инжиниринг».
Обоснование параметров конструктивной схемы с изменяемой длиной подвески стрелы используется в лекциях и курсовом проектировании по дисциплине «Проектирование и конструирование горных машин» в Уральском государственном горном университете.
Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на V Международной научно-технической конференции «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (г. Екатеринбург, 2007).
Личный вклад автора заключается:
в разработке зависимостей, связывающих параметры забоя с основными линейными параметрами экскаватора;
разработке методики определения рабочих усилий и мощностей, а также модели процесса и программы для ЭВМ;
выведении формул для расчета усилий и скоростей копающих механизмов при изменении угла наклона верхней секции стрелы.
Публикации. По теме диссертации автором опубликованы три работы, в том числе две в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.
Структура и объем. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений. Содержание работы изложено на 109 страницах, включает 58 рисунков и 3 таблицы. Библиографический список содержит 92 наименования.
