Экспериментальные исследования погрузочных органов с нагребающими звездами

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного политехнического университета(Новочеркасского политехнического института) им. М. И. Платова, г. Шахты

Экспериментальные исследования погрузочных органов с нагребающими звездами

Н.Б. Афонина, А.В. Отроков, П.Р. Воронов

В мировом и отечественном комбайностроении, в последнее время, широкое распространение находят погрузочные органы, выполненные в виде двух вращающихся звезд (рис. 1) и отличающиеся простотой конструкции, повышенной ремонтопригодностью и надежностью.

Рис. 1 Проходческие комбайны с погрузочными органами в виде звезд

В то же время погрузочные органы с нагребающими звездами недостаточно изучены /1/. Математические модели, описывающие процесс погрузки материала погрузочным органом с нагребающими лапами, не учитывают особенностей формирования штабеля горной массы нагребающими звездами -- в первую очередь существенно отличную траекторию движения и геометрию нагребающих элементов. Отсутствует методика определения параметров погрузочных органов проходческих комбайнов с нагребающими звездами.

Для исследования таких погрузочных органов в Шахтинском институте (филиале) ЮРГПУ(НПИ) им. М.И. Платова создана универсальная экспериментальная модельная установка (рис. 2), позволяющая выполнять исследования погрузочных органов погрузочных машин и проходческих комбайнов избирательного действия с различными рабочими элементами: нагребающими лапами (традиционными и клиновыми), звездами различной конфигурации. погрузочный звезда комбайн проходческий

Модельная экспериментальная установка спроектирована на основе изучения множества конструкций погрузочных машин с нагребающими лапами и проходческих комбайнов с погрузочными органами с нагребающими звездами как отечественного так и зарубежного комбайностроения с использованием теория подобия и размерностей.

Критерии подобия установлены методом анализа размерностей. Главные из них:

1) безразмерные величины: - угол естественного откоса; - угол внутреннего трения материала; - угол установки питателя погрузочного органа; - углы, характеризующие геометрию звёзд (лучей); и некоторые другие;

2) безразмерные соотношения, характеризующие линейные размеры:

; ; ; ; ,

где Вз -- ширина захвата питателя, м;

Sl -- глубина внедрения луча, м;

rl -- радиус центральной втулки нагребающей звезды, м;

dsr -- средняя крупность материала, м;

dmax -- максимальная крупность материала, м;

Hsh -- высота штабеля, м;

Спроектированная эспериментальная установка имеет следующие характеристики:

- количество нагребающих элементов 2 звезды

- количество лучей, устанавливаемых на звезду 1, 2, 3, 4, 6, 8 шт

- конфигурация лучей нагребающих звезд прямые из центра;

прямые по касательной; изогнутые из центра

- высота лучей нагребающих звезд, м 0,02; 0,04; 0,06

- угол установки питателя, град 18; 33

- скорость вращения приводных дисков, об/мин 33; 45

- привод нагребающих лап/звезд электрический мотор-редуктор

- напряжение питания установки, В 380

- синхронизация вращения приводных дисков присутствует

- привод нагребающих лап и звезд цепная передача

- привод подачи рабочего органа на штабель гидравлический

- масштаб экспериментальной установки 1:3,5

Рис. 2 Модель погрузочного органа

Экспериментальная установка оснащается измерительными устройствами для измерения: - массы погруженной горной массы; - количественной фиксации профиля штабеля и его изменения; - фото- и видеофиксации процесса погрузки горной массы; - измерения угла поворота нагребающей звезды; - тока и напряжения электродвигателя; - напряжений, возникающих в луче нагребающей звезды.

Для измерений используется крейтовая система LTR-U-8-1 производства Российской фирмы ООО «Л Кард», представляющая собой универсальный цифровой измерительный комплекс, со специализированными модулями для сбора данных со специализированных преобразователей (датчиков).

Выбор факторов (табл.1), влияющих на процесс погрузки и пределов их изменения производятся на основе изучения условий эксплуатации проходческих комбайнов. Выявленные факторы /2/ условно делятся на внутренние (конструктивные, кинематические, силовые) и внешние (свойства штабеля, параметры разрушающего органа). Эти группы факторов влияют на формирование активного объема черпания, а, значит, на производительность и энергоемкость процесса погрузки горной массы.

Таблица 1 Пределы изменения факторов

Экспериментальная установка оснащена датчиками для измерения следующих величин:

1. Величина крутящего момента на валу звезды. Для измерения используется датчик крутящего момента, состоящий из тензометрического полумоста, закрепленного на луче звезды, ответный полумост находится в тензометрическом модуле LTR212 крейтовой системы. Провод от датчика выводится вверх к тензометрическому модулю LTR212 крейтовой системы. Для калибровки датчика крутящего момента звезда с установленным измерительным лучом с наклеенными тензорезисторами фиксируется неподвижно на погрузочном органе, к краю луча прикладывается усилие, измеряемое с помощью динамометра, для создания крутящего момента.

2. Угол поворота звезды. Для измерения используется оптический энкодер, закрепленный под плитой на ведомой звездочке цепной передачи. Диапазон измерений -- 0-360є, точность измерения -- ± 0,1є. Калибровка датчика осуществляется путем поворота ведущего диска на заданный угол, измеренный транспортиром и подсчетом сигналов с энкодера. Датчик угла поворота (оптический энкодер) подключается к субмодулю H-27U-10, установленного в модуле LTR27 крейтовой системы.

3. Мгновенную производительность погрузки. Измерение осуществляется датчиком, состоящим из металлического стержня с наклеенными на него тензорезисторами, ответный полумост находится в тензометрическом модуле LTR212 крейтовой системы. Калибровка датчика веса осуществляется разными грузами известной массы. Массы грузов определяются при помощи весов рычажных.

Крейтовая система записывает данные с датчиков в файл стандартного формата «csv» с разделителями. Данные из такого файла удобно анализировать с помощью специализированного языка обработки статистических данных GNU R.

Для фиксации профиля штабеля используется профилометр, представляющий собой раму с закрепленной на ней металлической сеткой с ячейками 50х50 мм и расположенной на известной высоте над столом со штабелем. Профиль штабеля фиксируется в нескольких точках для чего с помощью лазерной рулетки с погрешностью измерения ±1 мм измеряется расстояние от профилометра до штабеля. Количество точек для измерения подбирается опытным путем, обеспечивая для данной крупности и насыпной плотности материала штабеля соответствие погруженной массы и изменения объема штабеля. Исходя из калибровочных экспериментов на материале со средней крупностью 15 мм и насыпной плотностью 1400 кг/м3 при измерении профиля штабеля в 30-ти точках (для одной звезды) погрешность определения объема выгруженного материала не превышает 10%.

Для получения максимально полной информации об объекте исследования, так как количество исследуемых факторов невелико (три на двух уровнях и один на трех), был выбран полнофакторный эксперимент. Составлен план проведения 24-х опытов с различным сочетанием значений факторов. Для достижения доверительной вероятности 0,85 в определении средних значений каждый опыт повторялся минимум 5 раз.

Опыты проводились в следующей последовательности:

1. На звезду устанавливается необходимое количество прямых (установленных радиально) лучей средней высоты: один, два, четыре, шесть. Затем, для оценки влияния формы звезды устанавливается четыре луча прямых по касательной, а затем, четыре луча изогнутых из центра.

2. Насыпается штабель так, чтобы его передняя кромка доходила до втулки нагребающей звезды. Измеряется угол откоса штабеля.

3. Устанавливается видеозаписывающая аппаратура -- одна видеокамера фиксирует процесс сверху со стороны модели погрузочного органа, а вторая видеокамера -- справа-сверху от погрузочного органа. Под приемным окном питателя устанавливается емкость для погружаемого звездами груза. Количество оборотов звезды оценивается визуально.

4. Включаются нагребающие звезды и совершают несколько оборотов (от 4 для многолучевой звезды до 15 для однолучевой звезды) до полного обнажения питателя погрузочного органа, при этом проводится компьютерная фиксация угла поворота нагребающей звезды, усилий в измерительном луче, веса погруженного материала и тока электродвигателя.

5. Оценивается состояние штабеля (измеряется угол откоса, фиксируется форма штабеля).

6. Изменяется количество лучей на звездах и повторяются п.п.2-5.

Обработка результатов замеров стендовых испытаний выполнена методами математической статистики. В этих целях по каждой группе опытов, выполненных в аналогичных условиях, было рассчитано среднее значение, среднеквадратичное отклонение и ошибка в определении среднего значения с помощью критерия Стьюдента.

В результате обработки экспериментальных данных получены зависимости, которые позволяют уточнить характер взаимодействия нагребающих звезд с погружаемым материалом и разработать математические модели. Последние станут основой инженерной методики выбора рациональных погрузочных органов проходческих комбайнов с нагребающими звездами.

Литература

1. Хазанович Г.Ш., Афонина Н.Б. К вопросу об исследовании современных комбайнов для строительства горных выработок /Материалы I Международной научно-практической конференции «Современная наука: теория и практика». Том первый. Естественные и технические науки. г.Ставрополь: СевКавГТУ, 2010. - С.561-564.

2. Отроков А.В., Афонина Н.Б. К разработке методики исследования погрузочных органов проходческих комбайнов с нагребающими звездами /Горное оборудование и электромеханика. - 2013. - №2 - С.25-30.

Размещено на Allbest.ru