авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Обоснование параметров исполнительного органа и разработка установки для проведения перегонных то неллей метрополитенов

На правах рукописи

Григоренко Станислав Юрьевич ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА И РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПЕРЕГОННЫХ ТО НЕЛЛЕЙ МЕТРОПОЛИТЕНОВ Специальность: 05.05.06 – «Горные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово – 2008 2

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении выс шего профессионального образования «Кузбасский государственный техниче ский университет» Научный руководитель Горбунов Валерий Федорович заслуженный деятель науки РСФСР, доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты Аксенов Владимир Валерьевич доктор технических наук Кузнецов Владимир Всеволодович кандидат технических наук, доцент ЗАО «Новосибирское научно-производствен Ведущая организация ное объединение «Сибгормаш»

Защита диссертации состоится 21 ноября 2008 года в 14 часов на заседа нии диссертационного совета Д 212.102.01 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государст венный технический университет» по адресу: 650000, г. Кемерово, ул. Весен няя, 28. Факс (3842) 36-16-87.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Государственного обра зовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбас ский государственный технический университет».

Автореферат разослан 14 октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.Г. Захарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важнейшими элементами инфраструктуры и сис темы жизнеобеспечения многих российских городов являются коммуникаци онные тоннели и тоннели метрополитенов. За последние десятилетия темпы строительства метрополитенов в крупных городах России значительно снизи лись. Практически прекратились работы по внедрению новых конс труктивно технологических решений, обещавших значительное снижение трудозатрат и стоимости строительс тва метрополитенов. Вместе с тем сохранение в новых условиях хозяйствования метростроительных организаций, и их оснащенность, позволяют считать, что общий потенциал отечественного метростроения оста ется еще на дос таточно высоком уровне. Его поддержание и развитие является актуальной задачей.

Одним из основных направлений, способствующих интенсификации ра бот по сооружению перегонных тоннелей метрополитенов, является примене ние механизированных комплексов, что дает возможность резко увеличить темпы строительства и, примерно вдвое, снизить трудозатраты.

В связи с этим по-прежнему актуальным является не только создание но вых механизированных комплексов оборудования, но и модернизация сущест вующих частично механизированных щитовых комплексов, таких как ЩН-1С, Щ-21 и др. с ручной разработкой забоя. В Российской Федерации их насчиты вается более 30 штук. Проходческие щиты ЩН-1С используются для сооруже ния перегонных тоннелей Красноярского метрополитена. Достигнутые средние скорости проходки составляют 24-26 м/мес. при низкой производительности и высоком уровне ручного труда и травматизма. В связи с этим возникла необхо димость создания установки для механизированного разрушения забоя в соста ве щита ЩН-1С и совершенствование технологии сооружения перегонных тон нелей модернизированным щитом.

Инициатором работы выступило ООО «Красноярскметрос трой». В проек те участвовали ОАО «Кузниишахтострой» и Сибирский центр горного маши ностроения.

Цель работы: обоснование параметров и разработка ус тановки для про ведения перегонных тоннелей метрополитенов, обеспечивающей повышение эффективности горнопроходческих работ.

Идея работы заключается в создании установки с исполнительным орга ном избирательного действия, обеспечивающей разрушение вмещающих пород по всей площади проходческого забоя за счет радиального и окружного пере мещения режущей коронки.

Задачи исследований:

• разработать конс трукцию установки с исполнительным органом изби рательного дейс твия для механизированного разрушения пород забоя с учетом конструкции щита ЩН-1С;

• обосновать способ разрушения пород забоя исполнительным органом избирательного действия в составе проходческого щита ЩН-1С;

ус тановить основные закономернос ти процесса разрушения горных пород на стенде и в подготовительном забое;

на их основе определить основные параметры рабоче го органа и разработать технологию ведения горных работ при сооружении пе регонного тоннеля метрополитена;

• построить математическую модель динамических процессов разруше ния массива под воздействием конической головки и концентрического ее пе ремещения по площади забоя;

изучить на математической модели основные за кономерности работы исполнительного органа и проверить в практических ус ловиях работоспособность его опытного образца;

• разработать рекомендации по совершенствованию конструкции уста новки для механического разрушения забоя.

Методы исследований:

• анализ и обобщение опыта создания проходческих установок для строи тельства метрополитенов;

• методы теории вероятностей, математической статис тики, аналитиче ского и имитационного моделирования многосвязных систем, статис тической динамики горных машин;

• экспериментальный метод с использованием в обработке элементов теории случайных функций.

Научные положения, выносимые на защиту:

• разрушение пород забоя по всей площади поперечного сечения тоннеля достигается путем совмещения радиального и концентрического перемещения корончатого исполнительного органа относительно оси выработки;



• принципиально новые конструкция установки, схема обработки забоя и разработанная технология проведения тоннеля позволяют увеличить темпы проходки в 2,5 раза;

• максимальная производительнос ть ус тановки достигается при исполь зовании резцов с рабочим вылетом 65 мм при разрушении вмещающих пород с абразивностью до 10 мг. с учетом применения породопогрузочной машины не прерывного дейс твия с нагребающими лапами;

• разработанная рациональная схема разрушения пород забоя, с примене нием математической модели установки, позволяет снизить динамические на грузки в приводе исполнительного органа на 30%.

Научная новизна работы:

• разработаны статическая и динамическая модели режимов нагружения исполнительного органа установки;

определены рациональные режимы работы исполнительного органа;

определена модель рациональной схемы нагружения коронки исполнительного органа за один ее оборот;

• получены зависимости составляющих усилия разрушения от основных режимных и геометрических параметров инструмента;

• определена зависимость производительности установки от абразивности породы и типа режущего инструмента;

• установлены расчетные зависимости, учитывающие влияние на нагру женность исполнительного органа конкретных условий эксплуатации (толщина стружки, скорость и углы перемещения корончатого исполнительного органа по забою и др.) Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и ре комендаций подтверждается:

• использованием апробированных математических методов;

• корректной постановкой задач по исследованию взаимодействия испол нительного органа установки с разрушаемым горным массивом;

• сходимостью результатов теоретических исследований с данными, по лученными в ходе опытно-промышленной эксплуатации установки в составе проходческого щита.

Личный вклад автора заключается:

• в обосновании принципа разрушения вмещающих пород по всему сече нию радиальными и концентрическими составляющими перемещения исполни тельного органа избирательного действия проходческого щита;

• в изучении основных закономернос тей формирования нагрузки на эле менты проходческого щита и исполнительного органа в процессе разрушения вмещающих пород забоя;

• в построении динамической модели взаимодейс твия рабочего органа установки с разрушаемой средой, пригодной для исследования компоновочных схем установки;

• в участии в заводских испытаниях и промышленном опробовании уста новки, обобщении результатов экспериментальных исследований и разработке рекомендаций по совершенствованию конс трукции установки для механиче ского разрушения пород забоя щитом ЩН-1С.

Практическая ценность работы состоит в том, что её результаты позво ляют:

• расширить область применения модернизированного щита, создать но вую технологию его использования;

• разрушать вмещающие породы строго по контуру выработки кольцевой формы, обеспечивая высокую точность движения щита;

• рассчитывать параметры конс трукции и технологию работы установки применительно к конкретным горно-геологическим и горно-техническим усло виям эксплуатации проходческого щита.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Результаты исследований были использованы ОАО «Кузниишахтострой» и ООО «Сибирский центр горного машинос троения» при проектировании и из готовлении опытного образца установки для механизированного разрушения пород забоя при проходке перегонного тоннеля Красноярского метрополитена, а также при корректировке рабочей документации на опытную партию ус тано вок.





Апробация работы.

Основное содержание работы

и отдельные ее положения докладывались на Международной научно-практической конференции «Наукоемкие техноло гии разработки и использования минеральных ресурсов» (г. Новокузнецк, г.);

Юбилейной 50-й научно-практической конференции студентов и аспиран тов Кузбасского государственного технического университета (г. Кемерово, 2006 г.);

Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России – новые подходы к развитию угольной промышленности», проходившей в рамках Международной выставки–ярмарки «Экспо-Уголь» (г.

Кемерово, 2005 – 2006 гг.);

Российско-Китайском симпозиуме (г. Кемерово, 2006 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объём работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 117 наименований и приложений. Ос новной текст изложен на 133 машинописных страницах и содержит 54 рисунка, 6 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматривается существующие способы сооружения тоннелей метрополитенов, показана необходимос ть работ по внедрению новых конструктивно-технологических решений, позволяющих повысить темпы про ходки, снизить трудозатраты и стоимость с троительства метрополитенов. Раз работке и совершенствованию проходческого оборудования и технологии со оружения горных выработок посвящены работы Я. И. Базера, В. Н. Гетопанова, В.Ф. Горбунова, А. В. Докукина, Б.А. Картоз ии, В.Х. Клорикьяна, А. Н. Певчен ко, В.Г. Лукьянова, О.Н. Макарова, Л.Е. Маметьева, Н.А, Малевича, В.Е. Меркина, Г. В. Петренко, Н.М. Покровского, В. И. Солода, В. А. Ходоша, В. Н. Хорина и др.

В настоящее время применение механизированных комплексов дает воз можность резко увеличить темпы строительс тва тоннелей и примерно вдвое снизить трудозатраты. В связи с этим по-прежнему актуальным является созда ние не только отечественных гидрощитов, но и комплексов для механизиро ванной проходки тоннелей в скальных и смешанных грунтах. До сих пор этот грунтовый диапазон в отечественной практике закрывается бесщитовыми и бу ровзырвными комплексами АБТ-5,5М;

КПМ-11 и час тично механизированны ми щитами ЩН-1С, Щ-21 с ручной разработкой забоя.

Строящиеся перегонные тоннели Красноярского метрополитена имеют протяженность от 900 до 3000 метров. Их сооружение ведется под застроенной зданиями городской территории на глубине от 35 до 65 м от поверхнос ти. Гео логическое строение трассы тоннелей представлено сложной осадочной толщей разнозернистых выветренных, трещиноватых песчаников с прослоями мерге лей, алевролитов, гравелитов, линзами известняков.

Строительство тоннелей ведется с использованием немеханизированных щитов ЩН-1С круглой формы, конструктивные решения которых традиционны и представлены на рис. 1.

В целях повышения уровня механизации и скорости проведения перегон ных тоннелей, создание установки для механизированного разрушения забоя и обоснование ее параметров является актуальной задачей.

Разрабатываемая ус тановка для механизированного разрушения пород за боя должна быть размещена на основе щита ЩН-1С без существенных измене ний его конструкции, с учетом выполнения других горных работ.

Рис. 1. Проходческий щит ЩН-1С:

1- ножевое кольцо;

2 - опорное кольцо;

3 - хвостовая часть;

4 – вертикальные перегородки;

5 – горизонтальные перегородки;

6 - выдвижные площадки;

7 - система силовых гидроцилиндров Для реализации намеченных задач выполнен анализ конструкции проход ческих щитов и исполнительных органов машин для сооружения тоннелей, рас смотрены методики их расчета на прочность.

Анализ конструкций и условий применения исполнительных органов проходческих щитов показал, что в щитах круглой формы для сооружения тон нелей метрополитенов преимущес твенное значение получили исполнительные органы избирательного дейс твия на подвижной телескопической с треле. Вме сте с тем, все рассмотренные конс трукции исполнительных органов избира тельного действия имеют важный недостаток - невозможность разработки по роды в периферийной части забоя точно по периметру внешней оболочки щита, что обеспечивает направленное его перемещение по трассе тоннеля без ручной разработки отдельных участков, недоступных исполнительному органу.

Таким образом, анализ конструкций и методики расчета исполнительных органов избирательного действия показал, что они не в полной мере соответст вуют пос тавленным задачам модернизации проходческого щита ЩН-1С.

Выявленные тенденции в развитии метростроения и проведенный анализ конструктивных схем исполнительных органов и методик их расчета позволили сформулировать цель и поставить задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию конструкций уста новки для механизированного разрушения пород забоя.

При создании установки для механического разрушения пород забоя в со ставе щита ЩН-1С необходимо было учес ть положительные стороны конст рукции исполнительных органов (ИО) избирательного действия и устранить вышеотмеченные недос татки в их работе в составе щитов.

В результате выполненных исследований были разработаны новые кине матическая (рис. 2), а также компоновочные схемы исполнительного органа для механизированного разрушения пород забоя (рис. 3).

Она защищена патентом на полезную модель.

Рис. 2. Кинематическая схема исполнительного органа избирательного действия Основные требования к ее разработке:

• размещение ус тановки должно производиться без существенных изме нений конструкции и несущей способности щита ЩН-1С;

Рис. 3. Схема установки проходческого щита для механизированного разруше ния пород забоя: 1 - проходческий щит ЩН-1С;

2 - исполнительный орган с конической коронкой;

3 - вал рабочей турели;

4 - подшипники скольжения;

5 реечный механизм;

6 – гидроцилиндры.

• конструкция ИО должна обеспечивать разрушение пород забоя по всей его площади с учетом круглой формы щита, точности его передвижения и вы полнения других процессов проходческого цикла согласно паспорту ведения горных работ, в час тнос ти, возможности работы породопогрузочной машины с основания щита;

• с пульта управления работой ИО должен быть хороший обзор по всей площади забоя.

При использовании установки разрушение породы происходит за счет враще ния резцовой коронки ИО, закрепленной на турели, перемещающейся за счет гидравлических домкратов как в горизонтальном, так и в вертикальном направ лениях, а с помощью реечного механизма – по кругу.

Рис. 4. Модернизированный проходческий щит ЩН-1С:

1 - щит ЩН-1С;

2 - исполнительный орган избирательного действия;

3 - турель;

4 - рабочий поворотный вал;

5 - маслостанция установки;

6 - пульт управления;

7 - привод поворотного вала.

В качестве исполнительного органа установки был принят рабочий орган избирательного действия проходческого комбайна 1ГПКС Копейского машза вода. Его конструктивные и силовые параметры вполне соответствовали по ставленным задачам.

В состав установки входят также турель, поворотный вал с реечным ме ханизмом, опорная плита с узлами крепления подшипниковых опор вала, мас лостанция и пульт управления (рис. 4).

Разработанная конструкция установки была подвергнута исследованиям с целью определения опорных реакций в узлах крепления установки к щиту для 12 вариантов нагружения ИО и мер по укреплению конс трукции щита.

В третьей главе выполнены исследования и расчеты основных парамет ров установки, технологии работы механизированного щита ЩН-1С в подгото вительном забое. Описаны результаты сопроводительных испытаний.

Методика расчета производительнос ти ИО ус тановки для механического разрушения пород забоя модернизированного щита ЩН-1С разработана на ос нове методики расчета производительности ИО проходческого комбайна.

Значение технической производительнос ти выпускаемых проходческих комбайнов в справочной литературе представлены однозначно применительно к определенным показателям разрушаемых пород. Это объясняется тем, что каждый из комбайнов создавался для эксплуатации в конкретных условиях вы работок угольных шахт. Учитывая, что горно-геологические условия при строительстве метрополитенов отличаются большим разнообразием (сж=1,5...120 МПа), техническая производительнос ть ИО также меняется в широких пределах и определяется из выражения Q теор Q техн = t + tп 1, м3 /мин, + н + tз Z Q теор KГ Sh где Kг - коэффициент готовнос ти модернизированного проходческого щита;

tн - время затрачиваемое на изменения направления движения ИО, мин;

tп - время на погрузку горной массы (погрузка машиной 1ПНБ), не со вмещенное с разрушением забоя, мин;

S - сечение тоннеля, вчерне, м ;

h - толщина стружки, срезаемой за один оборот режущей коронки, м;

tз - время на замену одного резца, мин;

Z - удельный расход резцов, шт/м ;

Qтеор - теоретическая производительнос ть ИО, м /мин.

Выполненные работы по созданию ус тановки для механизированного разрушения пород забоя и модернизации на ее основе проходческого щита ЩН 1С позволили разработать новую технологическую схему сооружения тоннеля (рис. 5). Проектная скорость проведения тоннеля составила 78 м/месяц, произ водительнос ть труда проходчиков - 5,1 м в свету/чел.-см.

Опытный образец установки для механизированного разрушения пород забоя был установлен на щите ЩН-1С, работающем на учас тке трассы Красно ярского метрополитенная: ствол №2 - ст. «ул. Копылова». Проектная протя женность перегонного тоннеля - 3600 м (рис. 6).

Промышленные испытания опытного образца установки в составе щита ЩН-1С проведены в соответствии с «Программой и методикой приемочных испыта ний».

Всего за период испытаний пройдено 96 метров перегонного тоннеля.

Расчетно-эксплуатационная скорость проходки составила 64 м/мес.

а) в) б) г) Рис. 5. Технология сооружения тоннеля модернизированным щитом:

а - разработка исполнительным органом нижней и верхней части забоя тоннеля;

б - погрузка отбитой горной массы нижней части забоя;

в - перемещение щита ЩН-1С домкратами к забою;

г - установка тюбингового крпления;

1 - шит;

2 - ИО;

3 - 1ПНБ-2;

4 - эректор;

5 - лотковый тюбинг;

6 - самоходный вагон.

Проведенные испытания показали, что установка работоспособна, ее обо рудование конструктивно и технологически взаимоувязано со щитом ЩН-1С и другими машинами, участвующими в процессе сооружения перегонного тонне ля.

Установка обеспечивает механизацию работ по всей площади забоя с уче том требований сооружения перегонного тоннеля Красноярского метрополите на.

Рис. 6. Установка для механизированного разрушения пород забоя Полученные результаты промышленных испытаний показали высокую сходимость расчетных и фактических параметров установки. Расхождение не превышало 11%. В ходе испытаний использовались различные типы резцов для конической коронки исполнительного органа.

В результате выполненных исследований определены техническая произ водительнос ть установки и усилие в ее приводе в зависимости от прочности и абразивности вмещающих пород и типа режущего инструмента (рис. 7;

8).

2 Qтех, м3/мин 2 1, 1 Р, МПа 1 0,5 0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 коэф. крепости f коэф. крепости f а = 5 мг б = 10 мг в = 15 мг 1. РКС-1 2. РКС-2 3. Р Ш2 5-6 Рис. 7. Зависимость технической про- Рис. 8. Зависимость рабочего давления изводительнос ти установки от крепо- в гидросистеме установки от крепости сти и абразивности вмещающих пород разрушаемых пород и типа режущего инструмента Как видно из рисунков, абразивность вмещающих пород оказывает суще ственное влияние на производительнос ть исполнительного органа и нагружае мость его привода. Это связано с увеличенным расходом режущего инс трумен та и его заменой.

Анализ результатов промышленных испытаний позволил выяснить при чины, связанные с выходом из строя элементов привода установки (поворотно го вала, узлов крепления гидроцилиндров т.д.). Ими стали динамические на грузки возникающие при работе установки в определенных режимах обработки забоя, пиковые нагрузки на привод ИО возникают при разрушении вмещающих пород по внешнему диаметру щита (при круговом вращении ИО снизу вверх).

В целях углубленного изучения взаимодействия режущей коронки ИО с породами забоя в процессе их разрушения, определения влияния возникающих нагрузок на привод и конструкцию установки, разработана динамическая мо дель ее работы в подготовительном забое.

В четвертой главе приведена математическая модель работы установки с помощью которой, описаны динамические процессы и нагрузки, формирую щиеся в рабочих режимах ИО в его приводе.

Рабочий орган избирательного дейс твия с изменяемой траекторией созда ет возможность не только детального анализа, но и выбора рационального управления движением. В конечном счете, определение сложной функции глу бины резания должно быть направлено на формирование приемлемых динами ческих процессов привода режущей части.

Сравнение возможных траекторий осложняется стохастичностью процес сов резания горных пород. Следует вспомнить, что еще в 1976 году в известной работе А. В. Докукина, А.Г. Фролова и Е.З. Позина было предложено использо вать нормальный закон распределения для случайных величин момента на дви гателе ( M ДВ ) и мощности. При наличии данных расчет может быть произведен с заданным уровнем доверительной вероятности.

Как компромиссный вариант моделирования нагрузок можно использо вать подход, предложенный в Институте угля и углехимии СО РАН для диаг ностики состояния сложных уникальных объектов. Здесь для сравнения воз можных моделей нагрузок используется рабочая гипотеза о «предыс тории» их формирования, определяющая диагностические признаки функции.

Практика испытаний рабочего органа показала, что траектория обработки забоя рабочим органом избирательного дейс твия существенно влияет не только на производительнос ть установки, но и может привести к выходу оборудования из строя.

Проблема выбора рациональной траектории для рабочего органа обуслов лена тем, что при работе исполнительного органа разрушение забоя в направ лении «сверху вниз»и его отработка за счет боковой (круговой) подачи оказа лись чреваты поломками привода перемещения из-за значительных динамиче ских нагрузок, сходных по своим характеристикам со ступенчатым «набросом» нагрузки (рис. 9).

t Рис. 9. Динамическая нагрузка при ступенчатом изменении режима Таким образом, была поставлена актуальная задача выбора рационально го режима перемещения и формы стружки, обеспечивающей безаварийную ра боту установки.

Как компромиссный вариант моделирования нагрузок можно использо вать подход, предложенный для диагностики состояния сложных уникальных объектов. Модель момента сопротивления перемещению коронки может быть представлена в виде m n t t t Mm, n (t) = M 1 dt, 0 t T ;

m = 1, 2,3,...;

n = 1, 2, 3,..., T T где параметр М определяется из условия M m, n (t = T ) = M 0.

* В варианте m = n = 1 находим модель угловых деформаций в приводе, представленную на рис. 10:

t 1 1 t 6M 0 2c t 1.1 ( t ) = 1.1 (t )dt = k + Tk 2 T k T T t Рис. 10. Динамический процесс в приводе при основной модели нагрузки В итоге получаем динамический момент сопротивления (рис. 11) c t 1 t 2 1 t 2c M 1.1;

ДИН ( t ) = k 1.1 (t ) + c 1.1 (t ) = 6 M 0 + 22 + 2 3 = Tk T k T 2T 3T c 2c 1 t 1 t t = 6M 0 Tk 1 Tk + 2 T 3 T T t 1.1 ( t ) = (t)dt.

где 1. Эффект снижений опасности поломок в приводе при выбранной траекто рии движения коронки виден непосредственно по отсутствию ярко выражен ных «пиков». Кроме того, уменьшается величина угловых деформаций, кото рые могут иметь негативные последствия.

t Рис. 11. Динамический момент в приводе при основном типе нагрузки Для того, чтобы выбрать альтернативные модели плавного перевода ко ронки предлагается использовать 3 2 t t t t w 1,3 ( t ) = 2 0 M 1 ;

w2,2 ( t ) = 30 M 0 1 ;

T T T T t t w 3,1 ( t ) = 2 0 M 1 T.

T При выборе рационального варианта траектории учтено различие объемов раз рушения породы в каждом из режимов T V= M (t ) d t, M 0 где общий коэффициент пропорциональнос ти.

В рассмотренных частных случаях получаем:

T 1 t3 1 t4 = 3T 3 4 = T ;

V1. 3 T 6 T 0 T 1 t3 1 t 1 t4 3 t5 = 20T 3 4 + 6 = T ;

V 1. 6 T 4T 20 T 30 T 0 T 1 t4 1 t 1 t5 = 30 T 6 = T;

4 5+ V 2. 12 T 10 T 30 T 0 T 1 t t5 1 = 20T 6 = T.

V 3. 20 T 3 0 T 0 На этой основе выделен режим с параметрами m = 1;

n = 3 (рис. 12) Рис. 12. Альтернативный вариант траектории коронки В этом случае получено решение, вызывающее несколько больший дина мический момент (рис.13) t c4 c3 c 10 Jc Jc M1.3. ДИН (t) = M0 72 4 4 + 54 3 3 144 4 3 + 36 2 2 +18 3 3 T T k Tk Tk Tk Tk 4.

Jt t2 t 3t c2 Jc c J c 36 3 2 9 2 24 2 2 +18 12 2 6 2 7 + 2,25 3 Tk T k T T k Tk Tk T Tk T 5T t Рис. 13. Динамическая нагрузка в приводе при траектории m = 1, n = Таким образом, устанавливаются следующие основные правила выбора рационального режима работы исполнительного органа:

- резкий перевод коронки на новую стружку формирует динамичный режим на гружения с пиковыми значениями, величина которых сильно зависит от дина мических параметров привода;

подобные выбросы являются причиной поломок и других внезапных отказов (деформации, смятия и т.п.);

- при ограниченной прочности элементов привода следует рекомендовать ре жим, задаваемый основной моделью с параметрами m = 1, n = 1 ;

в этом случае достигается уменьшение угловой деформации и, особенно, скорости деформа ции и скорости изменения динамической нагрузки;

- для достижения наименьшей энергоемкости следует принять режим с пара метрами m = 1, n = 3 ;

некоторое повышение деформации и скорости изменения нагрузки компенсируется производительностью, уступающей только 33,3 % максимальному («ступенчатому») режиму.

По результатам выполненных исследований и анализа математической модели разработаны рекомендации по оптимизации процесса разрушения по род забоя (рис. 14) и совершенствованию конструкции наиболее нагруженных узлов установки (рис. 15).

С учетом динамических процессов в приводе ИО выполнены работы по совершенствованию конс трукции рабочего поворотного вала и механизма его вращения (рис. 15), а также элементов гидропривода ИО.

Оптимизация схемы разрушения пород забоя ИО позволила повысить технико-экономические показатели работы модернизированного щита ЩН-1С при проходке тоннеля.

а) в) б) г) Рис. 14. Схема разрушения вмещающих пород ИО установки:

порядок разрушения нижней (а) и верхней (б) части забоя радиальными пере мещениями ИО, зачистка левой (в) и правой (г) частей забоя круговым враще нием ИО.

Рис. 15. Рабочий вал с турелью и реечным механизмом вращения ИО ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертационной работе на основании выполненных автором исследо ваний изложены научно обоснованные технические и технологические разра ботки, обеспечивающие решение важной задачи повышения уровня механиза ции и скорости проведения перегонных тоннелей метрополитенов проходче скими щитами ЩН-1С, что имеет существенное значение для решения транс портной проблемы в крупных городах РФ.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующе му.

1. Строящиеся перегонные тоннели Красноярского метрополитена имеют протяженность от 900 до 3000 м. Сооружение тоннелей ведется под зас троен ной зданиями городской территорией на глубине от 35 до 65 м от поверхности, с помощью частично механизированных проходческих щитов ЩН-1С. Их мо дернизация путем оснащения оборудованием для механизированного разруше ния пород забоя является актуальной задачей, позволяющей повысить уровень механизации процессов проходческого цикла до 75% и увеличить скорость проведения перегонных тоннелей щитами ЩН-1С в 2,5 – 3 раза.

2. Разработаны кинематическая и компоновочная схемы исполнительного органа избирательного дейс твия механизма разрушения забоя, учитывающие горно-геологические условия проведения тоннелей щитом ЩН-1С и его конст руктивные особеннос ти.

3. Определены нагрузки, действующие на конс трукцию щита ЩН-1С и уз лы установки во время работы исполнительного органа избирательного дейст вия с конической головкой. Разработаны предложения по модернизации щита и созданию установки, механизирующей отбойку горных пород на полное сече ние выработки.

4. Разработана методика расчета технической производительности установ ки, которая позволяет получить ее значение в зависимости от типа режущего инструмента и горно-геологических условий сооружения перегонных тоннелей.

Определены рациональные схемы разрушения забоя исполнительным органом избирательного действия установки.

5. Выполненные работы по созданию установки для механизированного разрушения пород забоя и модернизации на ее основе проходческого щита ЩН 1С позволили разработать новую технологию сооружения перегонных тонне лей с высокими технико-экономическими показателями. Проектная скорость проведения тоннеля составила 78 м/мес., а производительность труда проход чика - 5,1 м3 в свету/чел-см.

6. Проведенные предварительные (заводские) и промышленные испытания опытного образца установки подтвердили высокое соответствие фактических ее параметров расчетным. Всего за период испытаний пройдено 96 метров пе регонного тоннеля. Расчетно-эксплуатационная скорость проходки составила 64 м/мес. Экономический эффект от внедрения установки за период приемоч ных испытаний составил 240 000 рублей, что в пересчете на погонный метр тоннеля составляет 2500 руб./пм экономии бюджетных средств.

7. Построена математическая модель динамических процессов разрушения пород забоя под дейс твием конической головки исполнительного органа и концентрического его перемещения по площади забоя. Установлены основные правила выбора рационального режима работы исполнительного органа, пре дотвращающего опасный динамический режим нагружения привода при сохра нении высокой производительности при отбойке горной массы.

8. Выполненные исследования и анализ результатов испытаний позволили разработать предложения по совершенствованию конструкции опытного образ ца установки, работающей в составе щита ЩН-1С. После проведения модерни зации конструкции, согласно рекомендациям, установка продолжила работу по проходке тоннеля Красноярского метрополитена, отказы приводов исполни тельного органа прекратились, уровень его вибраций снижен, а биение при от работке пород забоя прекратились.

9. Установка может применяться в составе создаваемых проходческих ком плексов для сооружения горных выработок круглой и арочной формы попереч ного сечения.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в сле дующих работах:

1. Григоренко С.Ю. Перспективы разработки установки для механического разрушения горных пород забоя при проведении перегонных тоннелей метро политенов [Текст] / Горбунов В.Ф., Григоренко С.Ю. // "Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений": Труды ме ждународной конференции: Екатеринбург, 18-20 мая 2004 г. – Екатеринбург изд-во УГГА. – 2004. – С.150-152.

2. Григоренко С.Ю. Патент 43588 РФ МПК7 Е21Д 9/06. Проходческий щит [Текст] / Григоренко С.Ю., Григоренко Ю.Д., Винокуров Г.Ф. Хроленко М.А.:

заявл. 22.06.2004, опаубл. 27.01.2005, бюл. №3.

3. Григоренко С.Ю. Проведение тоннелей щитом ЩН-1С, оборудованным исполнительным органом избирательного действия [ Текст] / Горбунов В.Ф., Григоренко С.Ю. // Сборник научных трудов международной научно практической конференции "Наукоемкие технологии разработки и использова ния минеральных ресурсов": Изд. Центр СибГИУ. – Новокузнецк. – 2005. – С.

79-83.

4. Григоренко С.Ю. Выбор механизма и схемы разрушения пород забоя при проведении перегонных тоннелей Красноярского метрополитена с использова нием модернизированного щита ЩН-1С [Текст] / Горбунов В.Ф., Григоренко С.Ю. // "Сборник лучших докладов студентов и аспирантов КузГТУ": КузГТУ, Кемерово. – 2005. – С. 96-97.

5. Григоренко С.Ю. Обоснование конструктивных решений и силовых па раметров установки с исполнительным органом избирательного действия [Текст] / Горбунов В.Ф., Григоренко С.Ю. // "Энергетическая безопасность Рос сии. Новые подходы к развитию угольной промышленности": Труды 7-й меж дународной конференции "Экспо-уголь" – г. Кемерово: – Кемерово. – 2006. – С. 232-233.

6. Григоренко С.Ю. Определение параметров исполнительного органа изби рательного действия проходческого щита [Текст] / Горбунов В.Ф., Григоренко Ю.Д., Григоренко С.Ю. // Сборник научных статей международной научно практической конференции "Наукоемкие технологии разработки и использова ния минеральных ресурсов". – Новокузнецк. – 2005. – С. 90-92.

7. Григоренко С.Ю. Разработка методики расчета производительнос ти ис полнительного органа проходческого щита ЩН-1С [Текст] / Григоренко С.Ю., Лебедев А.А. // Материалы первой межрегиональной научно-практической конференции – г. Кемерово: – Кемерово. – КемГППК. – 2006. – С. 271-273.

8. Григоренко С.Ю. Разработка технологии проведения тоннеля модернизи рованным щитом ЩН-1С [Текст] / Горбунов В.Ф., Григоренко Ю.Д., Войтов М.Д., Григоренко С.Ю. // Вестник КузГТУ. – Кемерово. – КузГТУ. – 2006. – №3. – С. 30-33.

9. Григоренко С.Ю. Способ проходки горных выработок круглого сечения [Текст] / Григоренко, Ю.Д., Войтов М.Д., Григоренко С.Ю. // Сборник трудов 8-й международной научно-практической конференции "Энергетическая безо пасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленнос ти": г.

Кемерово: – Кемерово. – 2006. – С. 92-93.

10. Григоренко С.Ю. Новая технология сооружения тоннеля Красноярского метро [Текст] / Григоренко Ю.Д., Григоренко С.Ю., Лебедев А.А. // Материалы 4-го Российско-Китайского симпозиума. – г. Кемерово: – Кемерово. – КузГТУ.

– 2006. – С. 176-181.

11. Григоренко С.Ю. Новые модели динамических процессов горных машин с рабочим органом избирательного дейс твия [Текст] / Григоренко Ю.Д., Григо ренко С.Ю. // Материалы 4-го Российско-Китайского симпозиума. – г. Кемеро во: – Кемерово. – КузГТУ. – 2006. – С. 191-196.

12. Григоренко С.Ю. Модернизация проходческого щита ЩН-1С и разра ботка технологии сооружения перегонного тоннеля Красноярского метрополи тена [Текст] / Першин В.В., Войтов М.Д., Григоренко С.Ю., Григоренко Ю.Д. // «Горное дело и электромеханика». – 2006. – №11. – С.45-48.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.