Совершенствование конструкции шнекового исполнительного органа очистного комбайна
Текущее состояние. В настоящее время основной объём добычи угля подземным способом осуществляется в длинных очистных забоях выемочными комбайнами со шнековыми исполнительными органами. В последние годы шнековые исполнительные органы оснащаются преимущественно тангенциальными поворотными резцами, особенно при их эксплуатации на угольных пластах сложного строения с породными прослоями и твердыми включениями. Процесс отделения угля от массива шнековыми исполнительными органами относится к комплексным, и включает в себя резание массива, вынос угля резцами и резцедержателями из зоны резания в радиальном направлении, транспортирование угля лопастями шнека в осевом направлении к зоне разгрузки.
Решаемая научная проблема. В общем случае эффективность процесса отделения полезного ископаемого от массива шнековыми исполнительными органами при заданных скоростях резания и подачи очистных комбайнов зависит от значений геометрических и конструктивных параметров, как самих исполнительных органов, так и их резцов и резцедержателей, что в совокупности отражается на значениях параметров расстановки резцов на исполнительном органе. Поэтому существенное внимание следует уделить совершенствованию конструкции шнекового исполнительного органа, методике выбора рациональных значений его параметров и снижению удельного расхода энергии в процессе отделения угля от массива. При этом правильный выбор режущего инструмента, схем его расстановки и способов крепления на исполнительном органе, позволяют увеличить производительность горной машины, обеспечить снижение расхода резцов и повысить ресурс исполнительных органов и комбайнов в целом.
В современных условиях эксплуатации существующие методики расстановки резцового инструмента на шнековых исполнительных органах не позволяют в полной мере обеспечить эффективное отделение угля от массива с достаточной их долговечностью и надежностью.
Целью данной работы является разработка более совершенных технических решений и схем расстановки резцов.
Для достижения поставленной цели необходимо:
1. Рассмотреть критерии, используемые в оценках качества схем расстановки резцов.
2. Провести анализ качества схем расстановки резцов современных шнековых исполнительных органов очистных комбайнов.
3. Разработать рекомендации по выбору параметров установки тангенциальных поворотных резцов на шнековом исполнительном органе.
4. Разработать рациональную схему расстановки резцов.
Методы исследования. Применен комплексный метод, включающий анализ и обобщение результатов ранее выполненных исследований процесса разрушения угольного массива резцовым инструментом шнековых исполнительных органов; синтез эффективных схемных и конструктивных технических решений исполнительных органов очистных комбайнов.
Детали исследования. Основными геометрическими параметрами, влияющими на эффективность процесса отделения угля от массива шнековыми исполнительными органами очистных комбайнов являются: шаг расстановки резцов – , толщина среза – и углы установки режущего инструмента: угол установки резца к плоскости резания – , угол поворота резца к плоскости вращения – , угол наклона резцедержателя к плоскости вращения – , угловой шаг расстановки резцов (угловые координаты резцов) – .
В таблице представлены значения параметров рассмотренных схем расстановки резцов шнековых исполнительных органов очистных комбайнов, эксплуатируемых на шахтах РФ.
Основными критериями для оценки качества схемы расстановки резцов и работы шнека при условии обеспечения заданной производительности приняты: максимально допустимая толщина среза hмах, гранулометрический состав разрушенной массы Wdc, выход пыли и удельный расход энергии HW, а также обеспечение приемлемой неравномерности нагруженности исполнительного органа и его надежности.
Таблица 1. Параметры схем расстановки резцов на шнековых исполнительных органах очистных комбайнов
Номер схемы | 1 | 2 | 3 | 4 |
Тип комбайна | SL-300 | SL-300 | Joy | К-750Ю |
Частота вращения шнека , об/мин | 37 | 45 | 39 | 35 |
Мощность пласта , м | 2,82 | 2,82 | 3,2 | до 4 |
Сопротивляемость пласта резанию , кН/м | 230 | 236 | 200 | до 360 |
Диаметр шнека по вершинам резцов , мм | 2250 | 2250 | 2000 | до 2000 |
Ширина захвата , м | 0,8 | 0,63 | 0,8 | 0,8 |
Кол-во заходов и.о. | 4 | 4 | 3 | 3 |
Количество резцов в л.р. | 4 | 4 | 3 | 3 |
Тип резцов | РШ 30-75/16 | BSR 175 | L90 | 38/30-77/L90 |
Общее количество резцов | 52 | 44 | 48 | 45 |
Шаг расстановки резцов , мм: забойных
кутковых | 95,92,87,84,79, 75, 71, 67 | 115, 106, 96, 87, 76 | 82, 78, 75, 70, 66, 62, 58, 54, 50, 50 | 100, 80, 75, 70, 70, 70, 65, 55, 45 |
62, 48, 28, 12 | 53, 43, 30, 16, 8 | 47, 40, 34, 19, 15 | 35, 30, 30, 25, 25, 20 | |
Углы установки, : поворот резца наклон резцедержателя | 5-8 -15,0, ..., 0, 5, 30, 52, 67 | 5-8 -15,0, ..., 0, 0, 22, 42, 58, 67 | 2-5 0, 16, 29, 41, 51,60 | 5-8 -30, -15, 0, 0, 15, 30, 30 |
Угол установки резца к плоскости резания , | 48 | 52 | 48 | 45 |
Допустимая толщина среза по вылету резца , мм | 52 | 54 | 74 | 58 |
Номер схемы | 5 | 6 | 7 | 8 |
Тип комбайна | К-750Ю | MB-450E | KGS-245 | SL-300 |
Частота вращения шнека , об/мин | н.д. | 47 | н.д. | 47 |
Мощность пласта , м | до 4 | 1,48 | 1,3 | 1,78 |
Сопротивляемость пласта резанию , кН/м | до 360 | 210 | прослои кварцита | 206 |
Диаметр шнека по вершинам резцов , мм | 1600 | 1250 | 1000 | 1500 |
Ширина захвата , м | 0,805 | 0,79 | 0,85 | 0,8 |
Кол-во заходов и.о. | 3 | 3 | 2 | 3 |
Количество резцов в л.р. | 3 | 3 | 2 | 3 |
Тип резцов | РГ-50116 | G50/75-15.5.000CБ | РШ 30-75/16 | РШ 38-95L 100H/19 |
Общее количество резцов | 51 | 45 | 42 | 45=27+18; +6 |
Шаг расстановки резцов , мм: забойных
кутковых | 72, 65, 60, 60, 55, 55, 55, 55, 50, 50, 45 | 48×12 | 49, 49, 49, 49, 48, 48, 48, 48, 46,5, 46,5, 46,5, 46,5, 46,5, 44,5 | 76, 78, 76 74, 72, 70, 68, 66, 60 |
43, 35, 30, 25 | 40, 36, 36, 32, 28 | 43, 40, 34, 28, 20 | 45, 39, 32, 26, 18 | |
Углы установки, : поворот резца наклон резцедержателя |
5-8 -15, 15, 45, 0, 30, 45 |
5 -10, 0,…, -18, 0,15, 30, 40, 55 |
н.д. н.д. |
2-5 -15, -2, 0 …, 0, 12, 24, 36, 45, 47 |
Угол установки резца к плоскости резания , | 50 | 45 | 50 | 45 |
Допустимая толщина среза по вылету резца , мм | 47 | 48 | 52 | 64 |
Исходя из опыта изготовления, ремонта и эксплуатации шнековых исполнительных органов были сформулированы рекомендации к проектированию и изготовлению шнековых исполнительных органов.
По предложенной методике для условий шахты ООО «Шахта «Юбилейная», пласт 16 специалистами ООО «ГРИНС Майнинг» совместно с Санкт-Петербургским горным университетом разработана схема расстановки резцов (рис.1) 3-х заходного шнекового исполнительного органа для комбайна SL-300.
Рис. 1. Схема расстановки резцов шнека (D=1,5м, В=0,8м)
По предложенной схеме разработано техническое задание на проектирование, изготовление и испытание шнекового исполнительного органа для условий ООО «Шахта «Юбиленая». Два шнековых исполнительных органа были изготовлены ООО «ГРИНС Майнинг» (рис. 2), успешно прошли испытания в производственных условиях, где продолжают работать в настоящее время.
Рис. 2. Шнековый исполнительный орган ООО «ГРИНС Майнинг» для условий ООО «Шахта «Юбиленая» (D=1,5м, В=0,8м)
Заключение. Особенности предлагаемой методики выбора параметров шнековых исполнительных органов:
– положение резцов в линиях резания определяется с учетом заданных скоростей подачи и резания, радиального вылета резцов и обеспечения максимально допустимой толщины среза . Качество процесса резания рекомендуется оценивать с учетом формы и площади сечений срезов;
– схема расположения резцов в кутковой зоне шнекового исполнительного органа формируется совместным выбором значений углового шага расстановки резцов , угла установки резцов к плоскости резания , угла поворота резца и угла наклона резцедержателя с резцом к плоскости вращения. При этом результат их взаимодействия оценивается по условию вписываемости резца с резцедержателем в развал опережающего его среза;
– установка резцов под углом к плоскости вращения исполнительного органа в забойной и кутковой его части создают условия возникновения неуравновешенных сил, обеспечивающих проворот (вращение) резцов вокруг собственной оси в резцедержателях под действием сил трения, обеспечивая при этом эффект самозатачивания режущего инструмента;
‑ установка кутковых резцов с постоянным угловым шагом γi обеспечивает динамическую уравновешенность суммарных сил на исполнительном органе;
‑ предлагаемая скорректированная методика позволяет определять рациональные значения параметров схем расстановки резцов и уменьшить интенсивность изнашивания резцов, втулок и резцедержателей.
Предложенные рекомендации могут быть использованы при решении задач, связанных с проектированием, модернизацией и ремонтом шнековых исполнительных органов очистных комбайнов, оснащенных тангенциальными поворотными резцами.