Введение к работе
Актуальность работы.
В условиях рыночных отношений особо остро стоят задачи повышения скорости проходки, производительности труда, безопасности, снижения капитальных затрат и себестоимости проведения вскрывающих, подготовительных выработок, а также протяженных подземных сооружений. Объёмы проведения подземных горных выработок только по Кузбассу составляют около 500 км в год.
Проходческие комбайны и щиты, используемые при проведении подземных горных выработок имеют ряд недостатков: это ограничение области применения по углам наклона проводимых выработок; сложность создания достаточных тяговых и напорных усилий (попытки обеспечить такие усилия за счет увеличения массы проходческих комбайнов, которая уже превышает 100 т, полностью не решают этой проблемы).
Альтернативным и перспективным подходом к проведению горных выработок является геовинчестерная технология, базовым элементом которой является геоход - аппарат, движущийся в подземном пространстве с использованием геосреды.
Основной системой геохода, обеспечивающей передачу усилия внешнему движителю и формирование напорного усилия на исполнительном органе является трансмиссия. Сдерживающим фактором в создании геоходов нового поколения является отсутствие обоснованных конструктивных решений трансмиссии и методик определения её основных параметров. Поэтому исследования, направленные на обоснование параметров трансмиссий геоходов нового технического уровня являются актуальными.
Цель работы - разработка научно-технических основ создания трансмиссии геохода, обеспечивающей непрерывность работы и снижение неравномерности подачи геохода на забой.
Идея работы заключается в использовании в трансмиссии геохода гидропривода с согласованием его силовых, кинематических и конструктивных параметров с внешними воздействующими факторами.
Задачи работы:
разработать компоновочные схемы и конструктивные решения трансмиссии геохода с гидроприводом;
разработать математическую модель взаимодействия элементов трансмиссии геохода с гидроприводом и методику расчета основных параметров трансмиссии;
-определить влияние размеров геохода и функционально-конструктивных особенностей трансмиссии на её основные параметры.
Методы выполнения исследований. Для решения поставленных задач в работе использовался комплекс методов, включающий:
методы синтеза технических решений;
методы структурной систематизации;
метод программирования и математического моделирования с использованием программных средств MathCAD-11 и MS Excel;
методы компьютерного 3-D моделирования с использованием программных средств SolidWorks и Kompas-3D.V10.
Научные положения, выносимые на защиту:
непрерывность вращения головной секции геохода в разработанных компоновочных схемах трансмиссий обеспечивается равенством или преобладанием количества гидроцилиндров, совершающих рабочий ход, над количеством гидроцилиндров, совершающих обратный ход, причем число групп гидроцилиндров, находящихся в разных фазах выдвижения должно быть кратно общему количеству гидроцилиндров;
силовые, кинематические и конструктивные параметры трансмиссии геохода однозначно определяются разработанной математической моделью взаимодействия элементов трансмиссии, с учётом её функционально-конструктивных особенностей;
- коэффициент неравномерности развиваемого трансмиссией вращающего
момента при работе гидроцилиндров в разных фазах ниже, чем при синхронной
работе гидроцилиндров, и уменьшается при увеличении числа фаз, что обеспечи
вает непрерывность подачи геохода на забой и улучшает равномерность нагру-
жения элементов трансмиссии и геохода.
Научная новизна:
разработаны компоновочные и конструктивные решения трансмиссии геохода с гидроприводом, реализующие непрерывность перемещения геохода на забой;
получены аналитические выражения для определения развиваемого трансмиссией вращающего момента, угловой скорости вращения головной секции, коэффициентов неравномерности вращающего момента и угловой скорости, конструктивных параметров гидроцилиндров трансмиссии и параметров их размещения, в зависимости от принятых размеров геохода, количества гидроцилиндров, приемлемого значения неравномерности момента, требуемого габарита внутреннего пространства;
разработана математическая модель взаимодействия элементов трансмиссии, позволяющая определять её основные параметры, в зависимости от принятых размеров геохода (диаметра головной секции), количества гидроцилиндров, приемлемого значения неравномерности момента, требуемого габарита внутреннего пространства;
- определено влияние на параметры трансмиссии её функционально-
конструктивных особенностей и геометрических параметров геохода.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертационной работе, обеспечиваются корректностью допущений при разработке методики расчета основных параметров трансмиссии геоходов; гарантируются использованием фундаментальных положений механики, прикладной математики, динамики машин, расчета деталей машин.
Личный вклад автора заключается:
в обосновании и синтезе новых компоновочных и конструктивных решений трансмиссии геохода с гидроприводом;
в разработке математической модели взаимодействия элементов трансмиссии геохода с гидроприводом;
в разработке методики расчета основных параметров трансмиссии при возможных конструктивных решениях;
в получении зависимостей силовых, кинематических и конструктивных параметров от внешних воздействующих факторов.
Практическая ценность работы.
Разработаны компоновочные и конструктивные решения трансмиссии геохода с гидроприводом, а также методика расчета её параметров, которые могут быть использованы в проектно-конструкторских организациях, занимающихся созданием горнопроходческой техники.
Реализация выводов и рекомендаций работы.
Результаты работы были использованы при выполнении НИиОКР в рамках государственных контрактов №78-ОПН-07п от 10 августа 2007 г. и №26-ОП-08 от 04 февраля 2008 г. «Разработка специальной технологии проходки аварийно-спасательных выработок в завалах при ликвидации техногенных катастроф».
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийских и международных научно-практических конференциях «Современные техника и технологии» (Томск, 2008), «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» (Юрга, 2008-2010), «Энергетическая безопасность России» (Кемерово, 2008-2010), «Перспективы развития Восточного Донбасса» (Новочеркасск, 2008), на международном научно-методическом семинаре «Современные проблемы техносферы и подготовки инженерных кадров» (Сусс (Тунисе), 2009), на «Форуме горняков - 2011» (Днепропетровск (Украина), 2011) а также на научных семинарах в Юргинском технологическом институте (филиале) Национального исследовательского Томского политехнического университета и Кузбасского государственного технического университета.
Публикации.
По теме диссертации всего опубликовано 25 научных работах, в том числе 11 статей в изданиях, рекомендованных ВАК России, 1 патент РФ на изобретение и 1 патент РФ на полезную модель.
Структура и объем работы.
Диссертация изложена на 155 страницах текста. Она состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 88 наименований, и содержит 72 рисунка, 9 таблиц и 2 приложения.
