Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕСПУБЛИКА УЗБЕКИСТАН

НАВОИЙСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ

НАВОИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

на тему:

«РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЁЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ И ДВИЖИТЕЛЕЙ ХОДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГОРНЫХ МАШИН»

Направление бакалавриата - 5521400 - «Горная электромеханика»

Амонов Бобур Рустам угли

Навоий - 2014 г.

Aмонов Б. Разработка технических решений по повышению надёжности и долговечности двигателей и движителей ходового оборудования горных машин. Выпускная квалификационная научно-исследовательская работа выполнена по направлению 5521400 - «Горная электромеханика». Навоий, 2014 г. - 104 с.

Выпускная квалификационная научно-исследовательская работа посвящена исследованию повышения надёжности и долговечности двигателей и движителей ходового оборудования горных машин который определяется уровнем их использования, зависящий во многом от технического состояния каждой машины комплексно рассматренные работоспособностью достигаемые выполнением технических решений по выбору привода, модернизацией конструктивных элементов, трущихся пар и узлов ходового оборудования, способствующие работоспособности их, а также жестких требований эксплуатации и ремонта горного оборудования, т.е. безаварийную работу машин.

Табл.14, список лит. 41 наименований.

машина горный оборудование двигатель

Рецензенты:

Доцент кафедры «Горная электромеханика» Навоийского государственного горного института, кандидат технических наук Махмудов А.М.

Главный инженер проекта Центрального проектного бюро Навоийского горно-металлургического комбината, кандидат технических наук Зарипов Ш У.

 СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА НАДЁЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ХОДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГОРНЫХ МАШИН

1.1 Обзор исследований по надёжности и долговечности элементов ходового оборудования

1.2 Условия эксплуатации машин в карьере Мурунтау

1.3 Характеристика условий работы движителей и двигателей горных машин

1.4 Анализ конструктивных особенностей элементов ходового оборудования горных машин. Цель и задачи исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И РАСЧЁТА СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ХОДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

2.1 Теоретическое моделирование без изменения свойств среды с компенсацией несоблюдения критериев подобия

2.2 Теоретические основы расчёта силовых параметров работы ходового оборудования.

2.3 Определение мощности и выбор двигателей ходовых механизмов буровых станков

Выводы по главе II

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И МЕТОДИКА ОЦЕНКИ НАДЁЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЕЙ И ДВИЖИТЕЛЕЙ ХОДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГОРНЫХ МАШИН

3.1 Разработка технических решений по модернизацию конструктивных элементов ходового оборудования и расчет привода хода горных машин

3.2 Методика оценки исследований изнашивания элементов движителей

3.3 Испитание элементов движителей ходового оборудования на изнашиваемость до и после упрочнения

3.4 Анализ исследуемых пар трения «втулка-палец»

Выводы по главе

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЁЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ХОДОВОГО ОБОРКДОВАНИЯ И ИХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

4.1 Совершенствование ходовых оборудований буровых станков

4.2 Применение частотных свойств ходовой системы горных машин

4.3 Рекомендации опытному упрочнению деталей ходового оборудования горных машин и их экономическая эффективность

4.5 Технико-экономические показатели работы горных машин в результате применения технических решений

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Горнодобывающая промышленность Узбекистана на современном этапе характеризуется интенсивным развитием открытого способа разработки полезных ископаемых. Преобладающее значение открытые разработки приобрели уже при добыче руд черных и цветных металлов, горно-химического сырья, строительных материалов и драгоценных минералов.

Реализация вышеприведенных направлений совершенствования техники и создание необходимых для горной промышленности Узбекистана производственных мощностей тяжелого и транспортного машиностроения позволит на базе имеющихся минеральных ресурсов, обеспечить технический прогресс в области техники и технологии открытой разработки месторождений твердых полезных ископаемых, а также уменьшить техногенное воздействие горного производства на окружающую среду.

В современном производстве буровые станки, одноковшовые экскаваторы и бульдозеры являются наиболее распространенными среди машин для земляных работ, и многие модели этих машин имеют ходовые устройства с гусеничным движителем.

Большой выпуск бульдозеров с низкой долговечностью деталей ходовых устройств приводит к увеличению потребности в запасных частях, на производство которых, а также на создание сети специализированных предприятий приходится отвлекать большие производственные мощности, что требует значительных материальных и трудовых затрат.

Повышение производительности горных работ можно за счет выбора рациональных геометрических, конструктивных и силовых параметров ходового оборудования и движителей; правильного выбора режимов работы в конкретных горно-геологических условиях и организации работ; улучшение конструктивных параметров их; повышение его энергетических параметров является актуальной научно-практической задачей.

Цель исследования - повышение эффективности работы, надежности и долговечности путем совершенствования ходового оборудования и оптимальных технических конструкций, а также разработки оптимальных режимных параметров.

Задачи исследования:

1.Исследование условий эксплуатации и анализ конструкций и технологических возможностей современных горных машин.

2.Анализ литературных источников и изучение отечественного и зарубежного опыта изготовление горных машин и повышение их надёжности и долговечности.

3.Исследование и анализ конструкции двигателей и движителей буровых станков, экскаваторов и бульдозеров и их элементов пар трения определение обоснованности выбора их конструкции и материала с учетом условий эксплуатации машин.

4.Исследование работоспособности и долговечности пар трения, выявление и анализ причин отказов ходовых устройств бульдозеров

5.Повышение долговечности деталей пары трения «палец - втулка» буровых станков, экскаваторов и бульдозеров путем научного обоснованного и проверенного сравнительными эксплуатационными испытаниями выбора вида наплавочных материалов и способа их нанесения.

6.Разработать рекомендации для совершенствования ходового оборудования и выбора бурового инструмента, а также совершенствования буровых станков для конкретных горнотехнических условий;

7.Разработка техническлих решений по повышению надёжности и долговечности двигателей и движителей и установлению оптимальных конструктивных параметров ходового оборудования.

8.Разработка методики расчёта эксплуатационных показателей

9.Расчет, анализ и обработка опытно-экспериментальных данных с помощью математической статистики и корреляционного анализа.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является двигатели и движители ходового оборудования горных машин и их составляющие элементы.

Предмет исследования -путы повышения надёжности и долговечности двигателей и движителей ходового оборудования горных машин и их элементов с использованием различных методов и способов изготовления и восстановления, позволяющие эффективного применения их в диапазоне различных по крепости, кусковатости и абразивности горных пород.

Методы исследований. Квалификационная работа выполнена с применением комплексных методов исследований, включающих: анализа и синтеза; экспериментальные исследования; теоретические исследования и методов математической статистики и хронометражных наблюдений.

Научные положения вносимые на защиту:

1.Повышения надежности, долговечности и работоспособности двигателей и гусеничных движителей горных машин, прямо пропорционально зависит от основных характеристик технологической среды и параметров горных машин, свойств разрабатываемых грунтов и их подготовленности к перемещению и разработке.

2.Силы отделения грунта от массива и сцепления грунта со стальной поверхностью рабочего органа (силы адгезии) является двухмерной системой и пропорциональны квадрату обобщенного линейного размера системы. Силы сопротивления перемещению призмы волочения перед инструментом (ковшом) и силы веса стружки грунта и грунта в ковше представляют силы трехмерной системы и пропорционально кубу линейного размера.

3..Эффективным способом повышения надёжности и долговечности деталей движителей горных машин является наплавка износостойких материалов на их рабочие поверхности, которые зависит от правильного выбора вида наплавочного материала и технологических операций,с учетом всех основных факторов определяющих условие их работы.

Научная новизна работы:

3.Разработаны технические решения по совершенствованию конструктивных схем применением в качестве привода двигателя постоянного тока тристорным управлением, заимствованием ходового оборудования от экскаватора и применением осевого балансира на ходовом оборудование.

2. Совершенствование технологии нанесения наплавочных материалов в пары трения «палец - втулка» за счет внедрения достижений передовой науки и техники, а также высокоэффективных износостойких материалов, позволяет повышению надёжности, долговечности и срока службы горных машин.

3.Разработанные технические решения по совершенствованию конструктивных схем ходового оборудования позволяет использование его в обводненных сложных условиях,уменьшение динамических нагрузок на основные рабочие оборудования,способствует увеличение надежности на 14-18%, производительности на 16-18% и ресурса работаспособности горных машин на20-26 %.

Научная и практическая значимость результатов исследований

В результате анализа горно-геологических условий разработки и изменение физико-механических свойств по глубине карьера установлено, что породы карьера представлены в основном легко (33.9 %) и средне разрабатываемыми (45.8 %). Трудно разрабатываемые породы составляют всего 20.3 %, при этом доля трудно разрабатываемых пород с глубиной карьера постепенно увеличивается.

Повышение долговечности деталей пары трения «палец - втулка» буровых станков, экскаваторов и бульдозеров достигается путем научного обоснованного и проверенного сравнительными эксплуатационными испытаниями выбора вида наплавочных материалов и способа их нанесения.

Предлагается выполнить гусеничное ходовое оборудование по статически определимой схеме присоединения гусеничных тележек к раме станка. Для этого вместо поперечной оси скрепляющей между собой гусеничные рамы со стороны приводов хода установить балансир зафиксированный проушиной на раме станка осью. Такое конструктивное исполнение двух гусеничного ходового оборудования позволит при движении бурового станка по подошве уступа с большой гипсометрией существенно снизить динамические нагрузки на мачту станка, как в её вертикальном, так и в транспортном положении.

Гусеничный ход станка - экскаваторного типа с индивидуальным приводом на каждую тележку. Расчетная техническая производительность станка при бурении пород в диапазоне их крепостей f = 6 - 18 составляет соответственно 35 - 25 м/ч.

· Опубликованность результатов. Основные положения квалификационной работы отражены в 10 публикациях автора в виде тезисах докладов в конференции одаренных студентов (2011-2014 гг) и в Республиканской научно-технической конференции Современные технологии и инновации горно металлургической отрасли (2012г).

· Структура и объем работы. Квалификационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы. Содержание работы изложено на 104 страницах, включая 14 таблиц, 24 иллюстраций, список использованных источников из 41 наименований работ местных и зарубежных авторов.



I. ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА НАДЁЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ХОДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГОРНЫХ МАШИН.

1.1 Обзор исследований по надёжности и долговечности элементов ходового оборудования

Решению проблемы надёжности, а также совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта горных машин и оценке качества эксплуатации горного оборудования посвящены работы В. И. Галкина, Б. Л. Герике, В. Н. Гетопанова, В. Н. Дмитриева, В. Н. Ефимова, Л. И. Кантовича, Н. Г. Картавого, В. С. Квагинидзе, Б. И. Когана, П. И. Коха, Ю. Д. Красникова, Б. Н. Кутузова, Д. Е. Махно, В. И. Морозова, М. С. Островского, Ю. А. Нанкина, И. Э. Наринского, В. В. Олизаренко, Р. Ю. Подэрни, И. Л. Пастоева, Я. М. Радкевича, В. М. Рачека, Г. С. Рахутина, В. И. Русихина, В. И. Солода, Г. И. Солода и др. учёных.

Из работ этих ученых, так же как и из многих зарубежных публикаций, следует, что наиболее прогрессивным и экономически целесообразным методом технического обслуживания является система технического обслуживания по фактическому техническому состоянию оборудования, базирующемся на его распознавании (диагностике).

В современном производстве буровые станки одноковшовые экскаваторы и бульдозеры и являются наиболее распространенными среди машин для земляных работ, и многие модели этих машин имеют ходовые устройства с гусеничным движителем.

Большой выпуск бульдозеров с низкой долговечностью деталей ходовых устройств приводит к увеличению потребности в запасных частях, на производство которых, а также на создание сети специализированных предприятий приходится отвлекать большие производственные мощности, что требует значительных материальных и трудовых затрат.

Очевидно, что такое положение наносит заметный ущерб всему народному хозяйству и поэтому не может считаться нормальным. Единственный путь его улучшения это разработка и широкое внедрение мероприятий направленных на повышение долговечности ходовых устройств и в первую очередь ходовых устройств с гусеничным движителем.

В гусеничном движителе, наиболее массовыми и дорогостоящими являются детали пары трения «палец - втулка», ресурс которых составляет 2ч2,5 тыс. мото*час. Это обстоятельство, по указанным выше причинам, дает основание рассматривать пару трения «палец - втулка» как объект, в наибольшей степени нуждающийся в повышении долговечности.

Все сказанное выше справедливо также и для ходовых устройств экскаваторов и бульдозеров, в которых детали пары трения «палец - втулка» с точки зрения долговечности не отвечают предъявляемым к ним требованиям.

По данным многочисленных исследований наиболее эффективным способом повышения долговечности описанных выше деталей является наплавка износостойких материалов на их рабочие поверхности. При этом большей значение имеет выбор вида наплавочного материала. Требуемая долговечность упрочняемых деталей может быть достигнута, если наплавочный материал выбран с учетом всех основных факторов определяющих условие их работы.

1.2 Условия эксплуатации машин в карьере Мурунтау

Статистическая модель условий эксплуатации [ ] землеройно-транспортных машин должна формироваться на основе закономерностей, отражающих изменение сопротивляемости грунтов копанию в зависимости от состава грунта и его физического состояния. Одной из наиболее общепринятых характеристик, отражающих сопротивляемость грунта копанию, является число С-ударов динамического плотномера ДорНИИ, эквивалентное работе, расходуемой на погружение (вдавливание) в грунт цилиндрического штампа диаметром 10 мм и длиной 100 мм, производя за один удар работу, равную 1 кГм.

Разработанные А.Н. Зелениным формулы расчета сопротивлений копанию, включающие число С как прочностную характеристику грунта, позволяют сравнительно точно оценить суммарные сопротивления продолжительности копания и техническую производительность ЗТМ.

Необходимо отметить, что оценка грунтов по числу С на какой-то конкретный момент времени еще не дает реальной картины изменения прочностных свойств [ ], так как оно в течении года колеблется от влажности грунтов, а также глубины залегания. По данным А.П. Зеленина, величина C при изменении значений влажности от 5…..10 до 30….35% колеблется от 35 до 1…2 ударов. По влажности от 5.года реальной картины изменения прочностных свойств грунтов продолжительности копания этому распределение прочностных свойств горных пород рекомендуется устанавливать через изменение влажности в годовом режиме.

Особенностями климата в карьере Мурунтау г. Зарафшан

1. Большая инсоляция и низкая влажность;

2. Жаркое продолжительное лето (температура доходит до +50⁰С), количество дней с температурой выше 0⁰С в году - от 180 до 295, холодная короткая зима (температура воздуха местами до -35⁰С);

3. Малое количество осадков (от 47 до 475 мм) в году.

4. Рельеф местности чаще равнинный и слабохолмистый, однако, часть территории - предгорье и горы. Сейсмичность района - 5…8 баллов, глубина промерзания - 0,3….2,0 м.

Проведенный анализ грунтового фона республики [ ] на основе обзорной карты четвертичных отложений Узбекистана. В соответствии с Гостом 25100-82 приняты следующие типы грунта: 1) скальные (без разделения на типы); 2) галечниковые (с подразделениями на дополнительные включения); 3) гравийные (дресвяные); 4) пески; 5) супеси; 6) суглинки; 7) глины; 8) лессы.

На основе исходных типов выделены основные грунтовые группы в Навоинской области [ ], представляющие собой устойчивые сочетания перечисленных типов: 1) скальные; 2) галька - песок - суглинок; 3) галька - песок - суглинок глина; 4) щебень - песок - суглинок; 5) песок; 6) песок-суглинок; 7) лессы;

Измерение площадей (км²), занятых различными грунтовыми группами территории Узбекистана Навоинской области, позволило составить таблицу распределения грунтовых групп (табл. 1.2.2.). Как видно из таблицы, на территории Республики Узбекистан встречаются скальные грунты (Р=0,29), пески (Р=0,28), пески суглинки (Р=0,19), лессы (Р=0,10). На эти четыре группы приходится 86% территории республики.

Таблица 1.1

Область республики	I Скальные	III Галька -песок-суглинок	V Галька - песок -суглинок-глина	VI Щебень- песок- суглинок	VII Песок	VIII Песок-суглинок	X лессы
Навоинская область	13982,4	8236,8	40,32	24595,2	75435,84	7577,28	1964,16

Под фоном эксплуатации буровых станков, бульдозеров и одноковшовых экскаваторов понимается совокупность природно-климатических факторов, грунтовых условий, системы организаций проведения работ, уровня технического обслуживания и ремонта машин. Первые две составляющие относятся к неуправляемым элементам фона эксплуатации и при прочих равных условиях определяют долговечность, надежность и работоспособность одноковшовых экскаваторов. Поэтому при проведении исследований, направленных на повышение долговечности этих машин, необходим тщательный анализ естественных условий их эксплуатации, учет степени влияния природно-климатических и грунтовых факторов на процесс изнашивания основных механизмов экскаваторов.

Данные исследования проводятся для бульдозеров и одноковшовых карьерных экскаваторов, эксплуатирующихся в регионе Центральной Азии, где природно-климатические условия отличаются высокой контрастностью. Основные типы природных ландшафтов здесь образуют горные системы, степные равнины с оазисами и пустынные зоны. Характерными чертами климата Центральной Азии являются засушливость обилие солнечных дней в году, резкая континентальность, высокая температура воздуха в летнее время, сильные ветры и пыльные бури, сложная инженерно-гидрогеологическая обстановка, Согласно результатам исследований ( ), климат Центральной Азии характеризуется следующими данными.

Температурный режим. В летнее время температура воздуха часто превышает 40 0С, причем в предгорных районах лето длится до 110 дней, а на равнинах до 106-170 дней. Летом в дневные часы почва нагревается до 68-70 0С( сероземы); песчаные грунты - 80 0С. Вероятность ясного неба над равнинами достигает 90-95%. Поэтому годовое число солнечного слияния составляет 4500-5300. Территория Центральной Азии получает в год 125-160 ккал/см2 солнечного тепла в виде прямой и рассеянной радиации. Распределение атмосферных осадков крайне неравномерно: наименьшее количество осадков выпадает в пустынных зонах, наибольше - в горных и предгорных районах.

По климатическому районированию Центрально-Азиатский регион относится к четвертой зоне, где число дней с относительной влажностью воздуха 80 % и более составляет 36 дней в году, понижаясь в Туркмении до 23 дней. Многолетними наблюдениями установлено, что при низкой влажности и температуре воздуха свыше 36 0С у человека происходит потеря минеральных солей, полезных микроэлементов, гормонов, витаминов и др. необходимых организму веществ, в результате чего производительность труда рабочих-строителей снижается на 18-26%.

Ветровой режим. Контрасты Центральной Азии проявляются ив режиме ветра. В различных районах Центральной Азии число дней в году с сильными ветрами колеблется в пределах от 11 до 65. На фоне маловетрия в степных зонах, в местах расширения горных проходов, при определенных синоптических ситуациях, возникают сильные ветры местного значения: урсатьевский, джизакский, «улан», «санташ» и др. Так, в Урсатьевской (Республика Узбекистан) и в прилегающих районах (Бекабад, Фархад, Янги -Ер) скорость ветра достигает 38-42 м/сек, а его продолжительность составляет в среднем около трех уток. Местные ветры распространяются на высоту до 1,5-2,0 км, мешают работе транспорта, нарушают связь, повреждают растительность, приводят во взвешенное состояние и перемещают на значительные расстояния большие массы пыли, которая представляет собой мелкодисперсные абразивные частицы. Совместное воздействие таких факторов, как высокая температура воздуха, дефицит влажности, пересушенность почв и сильные ветры, приводит к возникновению пыльных бурь, во время которых концентрация пылевых частиц в воздухе достигает 6 г/ м3.

Соответствующий анализ показал, что основными составляющими пыли являются: кварц (SiO2), окись алюминия (Al2O3), окислы железа (Fe2O3) и в значительно меньшем количестве соединения других элементов. Причем из указанных составляющих наибольшее количество приходится на кварц (65-95 %). Микротвердость частиц кварца находится в пределах 11-12 кН/мм², т.е. в 1,5-2,5 раза превышает твердость рабочих поверхностей сопряжений землеройных машин. Таким образом, пыль представляет собой воздушную абразивную примесь, попадание которой во внутренние рабочие полости механизмов машин крайне нежелательно.

Свойства грунтов Центральной Азии. Разрабатываемые грунты являются основной технологической средой для одноковшовых экскаваторов [ ]. В зависимости от состава и физико-механических свойств, грунты оказывают большее или меньшее изнашивающие воздействие соприкасающиеся с ними детали рабочего и ходового оборудования экскаваторов. По инженерно-геологическим свойствам грунты Центральной Азии делятся на три группы: скальные, связные и несвязные. Скальные грунты залегают в горных районах с частичным выходом на равнину: к ним относятся граниты, известняки, песчаники и мергели. Связные грунты располагаются в горной части региона, и слагает верхнюю часть речных террас, а также равнин; сюда относятся глины, суглинки и супеси. Несвязные грунты представлены галечниками, гравиями и песками [ ], в том числе и золовыми песками пустынь. В равнинной части Центральной Азии широко распространены окаменевшие лессы и конгломераты. В связи с незначительным выпадением осадков (80-100мм/год), влажность лессовидных грунтов летом составляет всего 3-5 %, что приводит к их значительному упрочнению.

1.3 Характеристика условий работы движителей и двигателей горных машин

Гусеничные движители являются частью ходового оборудования горных машин, они воспринимают все рабочие нагрузки, возникающие в процессе разработки грунта, а также при передвижении машины, ее поворотах и др. операциях. Кроме того, движители находятся в постоянном контакте с грунтовой поверхностью и, следовательно, подвержены ее непосредственному воздействию. Отсюда следует, что условия работы гусеничных движителей, в первую очередь определяются реальными грунтовыми условия, в которых осуществляется эксплуатация горных машин. Поэтому, разработку методов повышения надежности, долговечности и работоспособности гусеничных движителей горных машин, необходимо проводить на основе анализа основных характеристик технологической среды горных машин свойств разрабатываемых грунтов и их подготовленности к перемещению грунта.

Грунтовые условия в карьерах, в зависимости от вида добываемого материала, изменяются в широких пределах. При этом наиболее тяжелый режим работы для карьерных бульдозеров складывается в тех случаях, когда на карьере ведется разработка и добыча каменных и рудных материалов. Как правило, это крупнообломочные взорванные горные породы, отличающиеся повышенной трудностью разработки и высокой абразивностью. Так, на карьере «Мурунтау» Навоийского горнометаллургического комбината (НГМК) бульдозеры D10N, D10R, D9N и др. разрабатывают грунты, состоящие из фрагментов горных пород с физико-механическими свойствами, приведенными в таблице 1.2.

Физико-механические свойства пород карьера «Мурунтау»

Таблица 1.2

Характеристика пород	Переслаивающиеся метаморфизованные сланцы	Окварцован-ные углисто- слюдистые сланцы	Сильнокварцованные алевролиты, песчаники, кварциты и др.
Плотность пород, т/м3 Коэффициент Пуассона Модуль упругости, Мпа 10 4 Абразаивность, мг	2,53 0,205 6,5 39-40	2,6 0,220 6,6 40-48	2,7 0,199 6,9 48-59

Из данных табл. 1.2.видно, что исходные породы карьера “Мурунтау”, по уровню механической прочности и абразивности, намного превосходят грунты равнинного залегания. Разработка таких пород без их предварительного разрыхления практически невозможна и требует проведения специальных подготовительных работ.

На карьере “Мурунтау” подготовка забоев к работе горных машин осуществляется буровзрывным методом, основная цель которого - разрушение монолитной структуры горной породы и ее дробление на мелкие фрагменты, однако, в ряде случаев, из-за недостаточной эффективности взрывных работ, в подготовленном забое обнаруживаются крупные обломки породы с размерами 1,5-2,0м. Повторный подрыв забоя обычно позволяет довести измельчение породы до требуемой степени, но как правило, не производится, т.к. требует дополнительных материальных и трудовых затрат.

Нормально подготовленным считается забой [ ] с измельчением кусков породы до размеров не более 105-200 мм, однако согласно результатам проведенных исследований, фактический фракционный состав подготовленных к экскавации грунтов соответствует следующим данным:

Размер фрагментов породы, мм	Процентное содержание в ед. объема
До 50 От 50 до 100 От 100 до 250 От 250 до 400 От 400 до 800 Более 800	15-20 30-35 25-30 20-25 5-10 до 5

Подготовленная таким образом грунтовая масса [ ] пригодна к экскавации, однако даже в разрыхленном состоянии она оказывает значительной сопротивление копанию. Это обусловлено, во-первых, высокой механической прочностью отдельных фрагментов, а во-вторых, тем, что измельченные куски породы имеют преимущественно остроугольную форму, затрудняющую их взаимное скольжение и перемещение одних объемов грунта относительно других. В результате этого разрыхления грунтовая масса проявляет свойства трудно разрабатываемых связных грунтов. К значительному возрастанию сопротивления копанию и приданию ему динамического характера приводит также наличие в грунтовой массе фрагментов с размерами порядка 1 и более метров. Установлено, что присутствие в разрабатываемом грунте даже единичных крупногабаритных фрагментов сильно затрудняет продвижение ковша при его заполнении и вызывает повышение динамические нагрузки на рабочее оборудование бульдозера и, следовательно, на его гусеничный ход.

В немалой степени надежность и работоспособность гусеничных движителей карьерных горных машин [ ] зависит также и от действия неблагоприятных климатических факторов. Так, частое и длительное выпадение атмосферных осадков, может значительно ухудшить условия работы подшипниковых узлов и их уплотнений, при высокой влажности поверхности передвижения происходит усиленное налипание грунта на детали гусеничных движителей, что способствует их ускоренному износу. Высокая или очень низкая температура воздуха приводит к серьезному нарушению режимов смазки подшипников, в результате чего возрастает их число отказов. При температуре воздуха ниже -20 0С увеличивается частота разрушения деталей по причине хладноломкости их материала, резко ухудшаются условия труда обслуживающего персонала, затрудняется проведение соответствующих техобслуживаний и ремонтов.

Климатические особенности района «Мурунтау» определяются его географической принадлежностью к южной части пустыни «Кызылкум». Для этого района характерны: низкое количество выпадающих атмосферных осадков, высокая температура воздуха в летнее время (днем до 48 0С), сильные ветры ( до 30-35 м/сек) и пыльные бури в осенне-весенний период, отсутствие мощных наземных источников воды (крупных рек, озер и т.п.) Указанные факторы отрицательно влияют на местный климат и придают ему резко континентальный характер с высокой засушливостью, с большими перепадами температур в летний и зимний период, а также в дневное и ночное время, большой запыленностью воздуха и пересушенность грунтов.



1.4 Анализ конструктивных особенностей элементов ходового оборудования горных машин

Бульдозер является землеройно-транспортной [ ] машиной, предназначающейся для резания и перемещение грунта и планировки разрабатываемой поверхности.

Бульдозеры применяются в дорожном, железнодорожном, горнорудном, мелиоративном и ирригационном строительстве. При помощи бульдозеров можно возводить насыпи, разрабатывать выемки, планировать и отделывать скаты, откосы [ ] и поверхности площади, прокладывать и грубо профилировать дороги, разрабатывать и засыпать рвы, траншеи, котлованы и каналы, послойно разрабатывать легкие породы на открытых горных разрезах и удалять вскрышной слой грунта при добыче полезных ископаемых.

Бульдозеры также применяют на складских работах для штабелирования, погрузки, разгрузки и разравнивания различных сыпучих и кусковых материалов, для корчевания пней и валки деревьев, уборки камней, пней, кустарника и деревьев при строительных работах, на расчистке дороги участков от снега, а также и в качестве толкачей для скреперов при наборе ими грунта. В зависимости от мощности и конструкции бульдозеры могут работать на самых разнообразных грунтах - от болотисты до взорванных скальных пород. На грунтах 1 - 3 категории бульдозеры чаще всего работают без предварительного разрыхления грунта. Для большинства современных гусеничных бульдозеров предел экономически выгодной дальности перемещения в настоящее время не превышает 60 - 100 м. С увеличением мощности и тяговых возможностей бульдозеров предел экономически выгодной дальности перемещения грунта будет повышаться. Некоторые конструкции бульдозеров допускают выполнение отдельных работ в воде глубиной до 1 м.

Теперь переходим непосредственно к бульдозеру фирмы Caterpillar. Существуют различные типы [ ] бульдозеров этой марки, такие как :

легкие (D3C, D4C, D4H, D5H, D6D)

средние (D6H, D7G)

тяжелые (D8L, D8N, D9N, D10N, D11N)

В случае будет рассмотрен [ ] обзор конструкций конкретного бульдозера CAT D10N.

Объем и вид работ, которые должны выполнять крупные тракторы, явно расширяются и каждым днем предъявляют всё более жёсткие требования. А с ними растут расходы.

Рассмотрим полный обзор конструкций ходовой части горных машин .

Сила тяги, равновесие и опорная проходимость. У тракторов серии - N катков протягивается к тыловой стороне, что увеличивает площадь контакта с грунтом. Это обеспечивает хорошую опорную проходимость, равновесие и силу тяги машины и уменьшает вероятность опрокидывания бульдозера на подъёмах.

По конструктивной схеме смешанной подвески трактора гусеничные (рис.1.1.) тележки качаются вокруг специальной оси, заделанной в раму трактора, и опираются на поперечную балансирную балку, закреплённую на пальце в раме трактора и на сферических подшипниках в рамках гусеничных тележек [ ]. Восемь опорных катков объединены попарно в четыре каретки, балансиры которых опираются на резиновые амортизаторы. Первая и четвертая каретки объединены с передними и задними направляющими колёсами. Объединённые каретки [ ] качаются вокруг осей в раме трактора.

Конструктивная схема ходовой системы.

Рис 1.1 Конструктивная схема ходовой системы горных машин

1-направляюещее колесо; 2-гидаравлический механизм натяжения гусеницы; 3-резиновые амортизаторы; 4-ведущее колесо; 5-поперечная балка; 6-сферический подшипник;

Подвеска на тележках позволяет плавно проходить по кускам породы и неровностям почвы - большая поверхность ленты сцепляется с землёй, вследствие этого:

меньше буксования;

больше тяги

Машины CAT серии - N обладают [ ] соотношением мощность/вес, что является результатом равномерного распределения веса, т.е. низкий вес по отношению к мощности в л.с. способствует быстрому перемещению больших объемов материалов.

Конструкция высоко расположенной звездочки и упругая ходовая часть передают больше мощности на грунт, что повышают эксплуатационные качества отвала и рыхлителя.

От двигателя требуется теперь меньше мощности для выполнения того же объёма работы. Благодаря критериям современного дизайна и эффективной техники, повышается усилие тяги при меньшем расходе топлива.

Рис 1.2 Конструктивная сравнительная схема ходовой части серии-N и серии-L. 1-ведущее колесо звездочка; 2-натяжное устройство; 3-гусеничная лента; 4-рама катков; 5-направляющее колесо; 6-ведомое колесо; 7-опорные катки;

Гусеничный ход обладает большей площадью контакта с грунтовой поверхностью. Ввиду этого оказываемое на грунт удельное давление здесь ниже, чем при колёсном ходе. Поэтому гусеничные машины, как правило, обладают большей проходимостью по рыхлым и особенно переувлажненным грунтам.

Техническая характеристика CAT D10N

дизельный двигатель	CAT 3412
полная мощность	415кВт/557л.с.
мощность на маховике	388кВт/520л.с.
эксплуатационный вес	65772кг
емкость отвала	20,9м.куб.

Характерные черты ходовой части CAT D10N.

Бортовые редукторы, муфта управления поворотов и тормоза не подвергаются воздействию вертикальной ударной нагрузки, вызываемой контактом с почвой, а также воздействию несоосности рамы катков и нагрузки, воспринимаемой отвалом - что способствует продлению срока службы компонентов силовой передачи [ ].

Длина 3874 мм траковой ленты, соприкасаемой с землёй, обеспечивает устойчивую и уравновешенною платформу для хорошей тяги и нормального управления отвалом.

Центр тяжести перемещен ближе к передней части машины, что способствует лучшему заглублению отвала.

Большая часть траковых лент расположена в тыловой части трактора. Это противодействует подъёму передней части, увеличивает силу тяги, обеспечивает высокие усилия на отвале и на рыхлителе.

Низкое давление на грунт - более длинная широкая колея уменьшает сопротивление качению и увеличивает опорную проходимость.

Подвеска на тележках позволяет плавно проходить по кускам породы и неровностям почвы - большая поверхность траковой ленты сцепляется с землёй меньше буксования больше тяги.

Колея траковых лент 2550 мм обеспечивает широкую площадку под трактором и оптимальную устойчивость на уклонах.

«Плавающая» ходовая часть при работе поглощает до 50% ударов от нагрузки на ее компоненты, но ходовая часть D10N может больше - увеличенное усилие и размер для повышения способности сглаживания и сводить на нет нарушения, допущенные при эксплуатации. Тубулярная рама на катках предотвращает момент скручивания излома лучше, чем коробчатая рама.

Привод, защищённый от повреждений.

Бортовые редукторы CAT D10N - это двух ступенчатые, планетарные, смонтированные в ряд редукторы, шестерни с бочкообразными зубьями, смазываются разбрызгиванием, плавающие кольцевые уплотнения DUO - CONE, звёздочка с пятью сменными сегментами обода, прикреплёнными болтами.

Ведущее приводное колесо - звездочка, поднятая вверх у D10N увеличивает продолжительность работы системы, сцепления управления и тормоза удалены от воздействия на них грунта, тем не менее, они не поглощают ударов от контакта с грунтом, они свободны от поддерживающей катковой рамы и они изолированы от прицепного приспособления и нагрузок. Также грязь, абразив, лёд и скальные породы не застревают между зубьями ведущего колеса и втулки, что продлевает время эксплуатации привода.

Рама катков и траковых лент

Это трубчатая конструкция, стойкая к скручивающей нагрузке. Заправленные смазкой на весь срок службы катки и натяжные колёса упруго смонтированные на раму катков посредством ряда тележек. Тележки совершают колебательные движения на полных, уплотненных и заправленных смазкой пальцах; их движение ограничено упругими подушками.

Качающиеся рамы катков прикреплены к трактору шарнирной осью и балансирным брусом на пальцах. Шарнирные втулки большого размера работают в масле. Пальцы шаровых шарниров балансирного бруса и рамы катков уплотнены и заправлены смазкой. Опорное соединение обеспечивается свободной от трения и не требующей ухода втулкой. Колебательные движения балансирного бруса сдерживаются упругими прокладками. Механизм отдачи полностью герметизирован и заправлен смазкой.

Рис.1.3 Фронтальная проекция, рамы катков и траковых лент

Число опорных катков (с каждой стороны)	8 шт
Наибольшее отклонение колеблющегося тела от положения равновесия	351мм

Уплотненные и заправленные смазкой траковые ленты

Пальцы траков окружены маслом [ ] для устранения внутреннего износа втулок. Масло удерживается в полостях при помощи полиуретанового уплотнения, резинового нажимного кольца. Дополнительное количество смазки содержится в полости, высверленной в пальце. Это повышает срок службы траковой ленты, удлиняет интервал

Рис. 1.4 Шарнирная ось CAT D10N

времени ТО - и сокращает расходы. Гидравлика регулирования натяжения траковых лент, направляющие кожухи и разъемное замыкающее звено с принудительным затвором являются стандартным оборудованием.

шаг гусеницы	260мм
число башмаков (с каждой стороны)	44
тип башмака	для экстремальных условий работы
ширина стандартного башмака	610мм
длина траковой ленты, соприкасаемой с землёй	3874мм
опорная поверхность траковой ленты со стандартными башмаками	4,7м.кв
высота грунтозацепа (от нижней поверхности башмака)	93мм
дорожный просвет	616мм
колея	2550мм

Механизмы натяжения.

При конструировании механизмов натяжения в основном применяют на бульдозерах CAT, а именно CAT D10N гидравлические натяжители с пружинным сдающим звеном.

В ходовых системах промышленных [ ] тракторов широко используют торцевые уплотнения опорных и поддерживающих катков, а также направляющих колес, обеспечивающие несменяемость смазочного материала в течении всего срока службы узла.

На промышленных тракторах также применяют уплотненные смазываемые шарниры гусениц и замыкающие пальца.

Все эти конструкции позволяют улучшить показатели надежности гусеницы.

Рис.1.5 Смазываемый шарнир гусеницы трактора фирмы СATERPILLAR. 1-полость заполненная маслом; 2-втулка; 3-резиновое уплотнение с разжимным кольцом; 4-звено; 5-палец; 6-резиновая заглушка с пластиковой пробкой; 7-упорное кольцо; 8-канал масло подводящей. (фронтальная проекция).

Рис.1.6 Смазываемый шарнир гусеницы трактора фирмы CAT (аксонометрическая проекция)

Компоновочная схема.

Принципиально новая компоновочная схема возникает при выведении ведущего колеса из контакта с грунтом и установки их над гусеничной тележкой, что предопределяет треугольный обвод гусеницы.

При такой конструкции была обеспечена модульная компоновка трактора, т.е. все основные узлы, такие как:

1. двигатель

2. коробка передач

3. механизмы поворота

4. конечные передачи

были выполнены в виде отдельных легко демонтирующихся модулей (

Механизм поворота.

На тяжелых тракторах, т.е. CAT D10N (D9L), широко применяют дисковые тормоза. Дисковой тормоз (Рис. 1.7.) в данной конструкции унифицирован по дискам, поршнем гидравлических бустеров и нажимным пружинам с бортовым фрикционом. Тормоз постоянно замкнут с помощью набора тарельчатых пружин 1, воздействующих через нажимной диск - поршень 4 на пакет из спеченных материалов. При этом диски с внутренними зубьями установлены на шлицах ведущего барабана бортового фрикционного устройства.

Рис. 1.7 Механизм поворота трактора D9L

Подвод масла к бустеру тормоза осуществляется через каналы в корпусе, а к бустеру фрикционного устройства - через вращающиеся уплотнения 2, 10 и каналы барабанах 3. При этом внутренний элемент бустера фрикциона 9 вращается на роликовых подшипниках вместе с ведомым барабаном 6, болтами 7 и поршнем 8 [ ].

При движении или стоянки трактора с выключенными тормозами масло подаётся в бустер тормоза 5 и отжимает диск 4. при уменьшении давления в магистрали как управляемом, так и случайном (неисправность системы управления), пружины 1 замыкают диски и блокируют ведущий барабан фрикциона и далее - ведущие колёса.

Конечная передача.

На тракторе D10N (D9L, D10N) используют соосную 2-х ступенчатую планетарную конечную передачу. Крутящий момент с полуоси 6 передаётся на солнечную шестерню первого планетарного ряда, затем через водило 1 первого планетарного ряда - на солнечную шестерню второго планетарного ряда, с водила 3 которого осуществляется привод барабана 5, связанного с ведущем колесом трактора.

Эпициклическое колесо 2 является общим для 2-х планетарных рядов и через диск 4 связанно с корпусом редуктора.

Рис. 1.8 Конечная передача трактора D9L

Гидромеханическая трансмиссия.

При применении на тракторе D10N ведущих колес малого диаметра, центр вращения которых поднят практически до горизонтальной плоскости валов большой конической шестерни и механизмов поворота (см. рис.1.9.), появилась возможность не устанавливать цилиндрическую пару шестерён для увеличения

Рис.1.9 Конструктивная схема тракторов D9L, D10L.

1-конечная передача; 2, 5-механизмы поворота; 3-центральная передача; 4-коробка передач

расстояния между входным и выходным валом конечной передачи и уменьшить также передаточное число трансмиссии. В результате такой компоновки была создана кинематическая схема ГМТ с соосной двухступенчатой планетарной конечной передачей, обеспечивающей U~23, и приводом ведущего колеса с водила планетарного ряда (см. Рис.1.10), т.е. двухступенчатые конечные передачи в большей степени позволяют снизить нагрузки на детали трансмиссии, что повышает надежность.

Рис.1.10 Кинематическая схема ГМТ гусеничных тракторов D9L, D10N



Назначение трансмиссии:

Частота вращения валов двигателей значительно выше, чем скорость вращения гусениц тракторов даже при движении на высоких скоростях.

Сопротивление движению тракторного агрегата меняется непрерывно и в широких пределах. Это объясняется колебаниями удельного сопротивления почвы и загрузки рабочих органов машины, изменениями сопротивления сцепления их с грунтом или дорогой, возникающими на пути движения подъемами и уклонами и т.д.

Соответственно этому требуется менять крутящий момент, подводимый к гусеницам, как для преодоления возросших сопротивлений, так и для более полного использования мощности двигателя, получения высокой производительности при наименьшем расходе топлива.

ДВС обладают весьма ограниченными свойствами саморегулирования - автоматического изменения крутящего момента и частоты вращения в зависимости от колебания внешних сопротивлений.

передача	1	2	3
Фрикционное устройство и тормоз.	Т2Ф2/ Т1Ф1	Т1 Т4/Т1Т4	Т2Т3/Т1Т3

· в числителе - данные для переднего хода.

· в знаменателе для заднего хода.

· Цель и задачи исследований.

· Повышение производительности горных работ можно за счет выбора рациональных геометрических, конструктивных и силовых параметров ходового оборудования и движителей; правильного выбора режимов работы в конкретных горно-геологических условиях и организации работ; улучшение конструктивных параметров их; повышение его энергетических параметров является актуальной научно-практической задачей.

· Целью исследования является -повышение эффективности работы, надежности и долговечности путем совершенствования ходового оборудования и оптимальных технических конструкций, а также разработки оптимальных режимных параметров.

· Основными задачами исследования является:

· 1.Исследование условий эксплуатации и анализ конструкций и технологических возможностей современных горных машин.

· 2.Анализ литературных источников и изучение отечественного и зарубежного опыта изготовление горных машин и повышение их надёжности и долговечности.

· 3.Исследование и анализ конструкции двигателей и движителей буровых станков, экскаваторов и бульдозеров и их элементов пар трения определение обоснованности выбора их конструкции и материала с учетом условий эксплуатации машин.

· 4.Исследование работоспособности и долговечности пар трения, выявление и анализ причин отказов ходовых устройств бульдозеров

· 5.Повышение долговечности деталей пары трения «палец - втулка» буровых станков, экскаваторов и бульдозеров путем научного обоснованного и проверенного сравнительными эксплуатационными испытаниями выбора вида наплавочных материалов и способа их нанесения.

· 6.Разработать рекомендации для совершенствования ходового оборудования и выбора бурового инструмента, а также совершенствования буровых станков для конкретных горнотехнических условий;

· 7.Разработка технических решений по повышению надёжности и долговечности двигателей и движителей и установлению оптимальных конструктивных параметров ходового оборудования.

· 8.Разработка методики расчёта эксплуатационных показателей

· 9.Расчет, анализ и обработка опытно-экспериментальных данных с помощью математической статистики и корреляционного анализа.

· В результате применения рекомендованных технических решений по изменению кинематических схем по базовому варианту с двигателями постоянного тока с тиристорним переобразователем получено прибыль 28,4 млн. сумов, по инновационному варианту с переходом применения гидравлических приводов основных оборудований и ходового механизма экскаваторного типа в размере 29,7 млн. сумов.



2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И РАСЧЁТА СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ХОДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

2.1 Теоретическое моделирование без изменения свойств среды с компенсацией несоблюдения критериев подобия

Важной задачей теории приближенного физического моделирования процессов взаимодействия рабочего оборудования со средой является определение основных положений моделирования при испытании моделей в среде оригинала в условиях проявления всех действующих факторов. Достоинством такого моделирования является то, что здесь не требуется прибегать к изменению прочностных свойств среды. Определение значения коэффициентов перехода от параметров модели к параметрам оригинала и характер их изменения от влияющих факторов для общего случая действия сил связано с наибольшими теоретическими и экспериментальными трудностями.

В частном случае, когда моделирующая среда тождественна оригиналу, подобие системы обусловлено соблюдением простейших критериев подобия: E/у, у/ф, с, д, c_щ/у

Это следует из тождественности физико-механических характеристик среды модели и оригинала, так как в обоих случаях исследование ведут в одной и той же среде.

Комплексные критерии подобия, составленные из величин, имеющих разную размерность, не соблюдаются:

Величина их у модели будет иной, чем у оригинала. Установлено, что в условиях работы ряда машин наиболее важным обстоятельством, определяющим нарушение подобия системы, является несоблюдение критериев подобия .

Переход от модели к оригиналу по величинам, определяющим силовые характеристики процесса, может быть в общем случае осуществлен посредством применения принципа суперпозиции при анализе сил, определяющих рассматриваемый процесс. Такой прием базируется на известном положении механики о независимости действия сил.

Правомерность такого подхода к анализу сил, действующих на рабочее оборудование со стороны среды, обусловлено, прежде всего практикой применения этого принципа при определении сил сопротивления резанию, рыхлению, копанию и др.

Из рассмотренных уравнений и полученных критериев подобия следует, что изучаемый процесс обусловлен проявлением главным образом действием объемных (массовых) и поверхностных сил. Расчетная схема, приведенная на рис. 2.2.1, иллюстрирует возможный характер сил разного вида, действующих в подсистемах типа «грунт - режущий элемент».

Общее сопротивление, действующее на инструмент при его взаимодействии со средой, представляют в виде суммы:

P=P₁+P₂+P₃+P₄, (2.1)

где Р₁ - сопротивление, обусловленное проявлением массовых сил, величина которых пропорциональна кубу линейного размера системы; Р₂ - сопротивление, обусловленное действием поверхностных сил, величина которых характеризуется предельными значениями сцепления сдвига, отрыва и пропорциональна квадрату линейных размеров системы; Р3 - сопротивление, являющееся результатом действия сил, пропорциональных единице длины; действует в области лезвия и площадки затупления (рис. 2.1.); Р₄ - силы, приложенные к системе сосредоточенно (например сопротивление отдельных включений). Наличие сил, пропорциональных кубу, квадрату и линейному размеру подсистемы, подтверждается экспериментальными исследованиями. Анализ полученного соотношения с использованием второго следствия из теорем подобия позволяет разработать зависимости перехода от модели к оригиналу по силовым и энергетическим параметрам с компенсацией ошибки на несоблюдение соответствующих критериев подобия. Важным ограничением использования этого метода является требование сохранения качественного подобия процесса при нарушении в некоторых пределах величин определяющих критериев подобия.

Рассмотрим процесс движения твердого тела в жесткопластической вязкой среде. Сопротивление движению можно представить в виде механической модели, состоящей из набора простейших реологических моделей.

...