Повышение надежности исполнительных органов струговых установок отрывного типа

Актуальность работы. Струговая технология выемки угля является одним из перспективных направлений при отработке пластов малой и средней мощности. В угольных бассейнах Российской Федерации в 34 шахтопластах мощностью от 0,8 м до 1,6 м сосредоточено более 386,2млн.т угля. Основные промышленные запасы углей, пригодных для струговой выемки (до 71,3%), сосредоточены в весьма тонких и тонких пластах. Опыт эксплуатации струговых установок в нашей стране и за рубежом показывает, что наиболее эффективными и безопасными при работе на пластах малой мощности являются установки отрывного типа [1].

Отечественные струговые установки по сравнению с зарубежными аналогами имеют низкую надежность, меньший срок службы и ресурс. Это в полной мере относится к их исполнительным органам-стругам. Низкая надежность и малый срок службы струга в условиях тяжелого финансового состояния угледобывающих предприятий нередко служит ограничивающим фактором при выборе оптимальной добычной техники.

Повышение нагрузки на очистной забой существенно зависит от уменьшения потерь времени на ликвидацию отказов стругов. Анализ результатов научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ и литературных источников, посвященных струговой выемке угля, показал, что вопросам установления влияния характеристик разрушаемых пластов и их почв, режимов работы струговых установок на надежность, стругов, изысканию путей повышения надежности стругов уделялось недостаточное внимание. Поэтому повышение надежности стругов, особенно при работе в сложных горнотехнических условиях, является актуальной научной задачей.

Целью работы является повышение надежности исполнительных органов струговых установок отрывного типа, установление закономерностей влияния свойств разрушаемых пластов и их боковых пород, силовых и конструктивных параметров струговых установок на надежность базовых элементов стругов, разработка на этой основе методов определения ресурса стругов и изыскание путей их повышения.

Идея работы заключается в том, заключается в том, что интенсивность изнашивания базовых элементов стругов может целенаправленно снижаться изменением силовых и конструктивных параметров струговых установок и зависит от свойств разрушаемых угольных пластов, их почв и от нагрузок, передаваемых системой подачи.

Научные положения, выносимые на защиту:

— процесс изнашивания базовых элементов стругов отрывного типа адекватен классическим теориям абразивного (подконвейерная плита струга) и усталостного (утюги) изнашивания;

— износ подконвейерных плит по ширине неравномерен, изменяется линейно и достигает максимального значения на забойной кромкеповерхность утюгов изнашивается равномерно;

— интенсивность изнашивания подконвейерных плит исполнительных органов определяется абразивностью пород почвы и контактными давлениями в сопряжении «подконвейерная плита-почва пласта», которые зависят от сопротивляемости пласта резанию, физико-механических свойств почвы, силовых и конструктивных параметров системы «струг-база».

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследования, включающий научное обобщение и анализ производственного опыта, экспериментальные и аналитические исследования процесса изнашивания элементов струга, определение физико-механических характеристик угольных пластов и их почв, корреляционный и регрессионный анализ результатов экспериментов, положения теории упругости и строительной механики.

Научная новизна работы состоит в том, что: — - установлен и экспериментально подтвержден характер износа базовых элементов стругов и распределения контактных давлений на нижней поверхности подконвейерных плит отрывных струговустановлен комплекс факторов, влияющих на интенсивность изнашивания базовых элементов струговустановлены зависимости величины износа от контактных давлений на почву пласта и ее абразивности;

— впервые разработаны методы расчета износа основных элементов отрывных стругов на стадии их. проектирования и в процессе эксплуатации, учитывающие конструктивные параметры струга, характер его на-гружения, сопротивляемость пласта резанию, толщину снимаемой стружки и физико-механические свойства почвы. Разработанные методы позволяют рассчитывать максимальные значения наработок на струги и их ресурс;

— разработан и запатентован способ определения устойчивости струга позволяющий оценить возможность эффективной работы струговой установки в конкретных горно-технических условиях, регулировать характер и величину давлений на почву пласта в сопряжении «подкон-вейерая плита-почва пласта».

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

— представительным объемом наблюдений за надежностью струговых установок в различных условиях эксплуатации;

— удовлетворительной сходимостью расчетных показателей с фактическими (расхождение не превышает 13%);

— положительными результатами промышленных испытаний разработанных технических решений по повышению надежности стругов отрывного типа.

Значение работы.

Научное значение работы состоит в установлении закономерностей изнашивания базовых элементов стругов отрывного типа и разработке способа определения устойчивости струга, учитывающего физико-механические свойства угольного пласта и его почвы, характер на-гружения струга и свойства материала из которого он изготовлен.

Практическое значение работы заключается в следующем:

— разработаны, запатентованы, изготовлены и успешно прошли промышленные испытания конструкции стругов с предохранительной лыжей, обеспечивающие не только увеличение их срока службы, но и повышение эффективности работы струга;

— разработана, запатентована, изготовлена и успешно прошла промышленные испытания конструкция струга с упрочненной подкон-вейерной плитойупрочнение подконвейерной плиты по разработанной схеме и технологии увеличивает ресурс струга не менее чем в 3,2 раза;

— разработана, запатентована, изготовлена и успешно испытана в промышленных условиях конструкция струга с Т-образным соединением подконвейерных плиттакое соединение позволяет увеличить прочность соединения подконвейерных плит на 29%, а ресурс исполнительного органа не менее чем в 2,6 раза;

— разработана методика расчета долговечности базовых элементов струга на стадии проектирования и в процессе эксплуатации в конкретных горнотехнических условиях.

Реализация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы используются ООО «Машдеталь» при изготовлении отрывных стругов и их элементов, ООО «Ростовуглеснаб» при планировании расхода комплектующих, изделий струговых установок.

Работа выполнена в Шахтинском институте Южно-Российского государственного технического университета — ШИ ЮРГТУ (НПИ).

Автор выражает глубокую благодарность и признательность коллективу кафедр: «Сервис и эксплуатация транспортных и технологических машин», «Горные машины и оборудование» ШИ ЮРГТУ, а также профессорам, докторам технических наук Г. Ш. Хазановичу и А. Б. Голоду, профессору | С. И. Носенко I (ШИ ЮРГТУ), кандидатам технических наук А. П. Бондаренко, Б. А. Ошерову (ОАО «ШахтНИУИ») за указанную поддержку и ценные указания методического и научного характера на различных этапах исследований.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Выводы.

1. Разработаны, запатентованы, изготовлены и прошли промышленные испытания конструкции стругов отрывного типа с износостойкой предохранительной лыжей. Предохранительная лыжа не только увеличивает долговечность струга, но и повышает эффективность его работы за счет надежного ввода в забой рабочей поворотной державки и отвода неработающей.

2. Разработана, запатентована, изготовлена и прошла промышленные испытания конструкция струга с упрочненной подконвейерной плитой. Упрочнение подконвейерной плиты твердосплавной наплавкой по разработанным нами схемам и технологии позволило увеличить долговечность струга не менее, чем в 3,2 раза по сравнению с серийным.

3. Разработана, запатентована, изготовлена и испытана в промышленных условиях конструкция струга с Т-образным соединением рам подконвейерной плиты. Такое соединение позволяет увеличить долговечность струга не менее, чем на 29%.

4. Разработан и запатентован способ определения устойчивости струговой установки, позволяющий оценить возможность её эффективной работы в конкретных горнотехнических условиях, регулировать характер и величину давлений на почву со стороны струга.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

t.

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, на основе выполненных автором исследований изложены научно-обоснованные решения, использование которых позволяет повысить надежность и долговечность стругов, совершенствования конструкций их базовых элементов, что имеет важное народнохозяйственное значение.

Основные научные выводы и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1. Установлено, что основной причиной отказов стругов отрывного типа является износ. Установлена адекватность процесса изнашивания базовых элементов стругов классическим теориям абразивного и усталостного износа, что позволяет использовать их для расчетов элементов струга.

2. Наибольшему износу подвергается 25% ширины подконвейерной плиты с забойной стороны, преобладающим видом изнашивания при этом является абразивное, сопутствующим — усталостное. Рабочие поверхности опор струга о конвейер (утюгов) изнашиваются равномерно, доминирующий вид износа — усталостный. Величина предельно допустимого износа подконвейерных плит равна 32% их конструктивной толщины, утюгов — 38%.

3. Впервые разработана методика расчета контактных давлений в сопряжении «подконвейерная плита — почва пласта». Величина контактных давлений зависит от сопротивляемости пласта резанию, физико-механических свойств почвы, силовых и конструктивных параметров. системы «струг-база».

4. Установлено, что условия эксплуатации существенно влияют на износ стругов. Наиболее значимыми факторами при этом являются сопротивляемость пласта резанию и толщина снимаемой стружки. При увеличении этих параметров пропорционально возрастают как средние, так и максимальные значения контактных давлений на почву со стороны подконвейерной плиты струга.

5. Впервые разработаны методики расчета износа базовых эле-. ментов стругов на стадии их проектирования и в процессе эксплуатации. Методики учитывают конструктивные параметры струга, характер его нагружения, сопротивляемость пласта резанию, толщину снимаемой стружки и физико-механические свойства почвы. Разработанные методики позволяют рассчитывать износ и долговечность стругов, что является базой определения потребного их количества и составления графика плановых замен стругов для безаварийной работы по факту износа.

6. Разработан и запатентован способ определения устойчивости дтруговой установки, позволяющий оценить возможность ее эффективной работы в конкретных горно-технических условиях, регулировать характер и величину давлений на почву пласта в сопряжении «подкон-вейерая плита-почва пласта».

7. Разработаны, запатентованы, изготовлены и прошли промышленные испытания новые конструкции стругов — с износостойкой предохранительной лыжей и упрочненной подконвейерной плитой. Реализация этих решений позволяет увеличить их долговечность не менее, чем в 3,2 раза по сравнению с серийным.

8. Разработана, запатентована, изготовлена и прошла промышленные испытания принципиально новая конструкция Т-образного соединения подконвейерных плит струга. Такое соединение позволяет увеличить прочность соединения подконвейерных плит на 29%, а долговечность не менее чем в 2,6 раза.

9. Основные рекомендации, разработанные в диссертации, приняты и используются ООО «Машдеталь» при изготовлении отрывных стругов и их элементов, ООО «Ростовуглеснаб» при обосновании необходимого количества комплектующих изделий струговых установок.

10. Принципы расчета износа базовых элементов стругов отрывного типа, могут быть использованы при расчете износа подконвейерных плит комбинированных, и опор о направляющую скользящих стругов.