Способ определения устойчивости исполнительного органа струговой установки Советский патент 1992 года по МПК E21C27/32 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в проектно-кон- структорских расчетах струговых установок отрывного типа для уточнения области их применения на пластах с различной почвой.

Известен способ определения давлений на почву пласта со стороны механизированных крепей, основанный на отыскании частного от деления сопротивления секции крепи на площадь ее основания

(1).

Данный способ позволяет получить средние значения давлений основания крепи на почву пласта и определить путем сравнения этих значений с контактной прочностью почвы возможность использования конкретной конструкции крепи в указанных условиях.

Недостатком данного способа является то, что он не учитывав г характер взаимодействия основания крепи с почвой пласта и не позволяет рассчитывать значение максимальных давлений, которые могут в несколько раз превышать средние. Вследствие этого возможно зарывание забойной или завальной части основания крепи в почву, контактная прочность которой превышает средние давления основания крепи на почву пласта.

Аналогичный способ определения давлений на почву пласта, основанный на отыскании их средних значений, существует и для исполнительных органов струговых установок отрывного типа (2).

Недостатком данного способа является его низкая точность, заключающаяся в том, что он не позволяет выявить характер распределения давлений по ширине исполнительного органа и определить их максимальные значения, хотя очевидно, что, если эти максимальные значения будут

сл

о

сл

превышать контактную прочность почвы, то струг в процессе работы будет разрушать почву опорными плитами и, как следствие тонуть, что приведет к невозмох ности его эксплуатации в таких условиях,

Целью изобретения является повышение достоверности и точности получаемых результатов для струговой установки отрывного типа на пластах с различной почвой.

С этой целью в способе определения устойчивости исполнительного органа струговой установки, включающем определение давления на почву пласта от исполнительного органа, определение контактной прочности почвы пласта и сравнение давления на почву от исполнительного органа с контактной прочностью почвы пласта, определение давления на почву пласта от исполнительного органа струговой установки осуществляют по формуле:

P(X) a0+2ai(Ј-0.5) +

+ 4а2(Ј - 0,5)2 + 8аз(Ј - 0,5)3 ,

у

где Р (т) - величина давления на почву плау

ста в точке с абсциссой (т-) , Нм;

х - расстояние от забойной кромки опорной плиты основной рамы до искомой точки, м;

L - ширина опорной плоты основной рамы струга, м;

а0аз - параметры давления, зависящие от жесткости опорной плиты основной рамы струга, модуля деформации почвы пласта и характера и величины нагрузки на струг отдельно для каждого вида нагрузки, Нм,

причем сравнение полученных данных с контактной прочностью почвы пласта осуществляют по максимальному значению величины давления на почву пласта.

Определение давления на почву со стороны исполнительного органа таким способом учитывает характер взаимодействия опорных плит струга с почвой и позволяет построить эпюру распределения давлений по ширине исполнительного органа. Сравнивая максимальное значение давлений с контактной прочностью почвы, предложенный способ позволяет достоверно определить возможность применения струговой установки на данном пласте. Кроме тою, указанный способ дает возможность целенаправленно изменять величины нагрузок, приложенных к системе струг-база, чтобы получить максимальные давления, не превосходящие контактной прочности почвы. Такое изменение величин нагрузок возможно путем изменения толщины стружки (установка ограничителей толщины стружки другого типоразмера), изменения координаты точки приложения равнодействующей от- жимающих сил (изменение высоты струга) или изменения величины силы подачи струга на забой (изменение давления в системе подачи).

На фиг. 1 изображен общий вид системы 0 струг-база ; на фиг,2 - общий вид струга; нафиг.З-тоже, вид сверху; на фиг.4-балка единичной ширины, нагруженная в одной плоскости, эквивалентно системе струг- на фиг 5 - эквивалентные схемы на- 5 гружения и эпюры распределения давлений для одних условий работы струговой установки; на фиг.6 - то же, для других условий работы струговой установки.

Система струг-база состоит из испол- 0 нительного органа (струга) 1, решетчатого става 2, с которым жестко связан кожух 3. С кожухом 3 шарнирно связан кронштейн 4. с которым, в свою очередь, шарнирно связан шток гидроцилиндра 5 подачи. Корпус гид- 5 роцилиндра закреплен в упоре 6 (может закрепляться в основании механизированной крепи) Струг состоит из шарнирно соединенных между собой основной рамы 7 и крайних рам 8. Основная рама 7 представ- 0 ляет собой опорную плиту 9, с которой жестко связаны корпуса 10, С корпусами жестко связаны проставки 11 с резцами и крышки 12 с резцами, представляющие собой башни 13 струга, а также шарнирно свя- 5 заны поворотные державки 14 с резцами Крайние рамы 8 представляют собой опорные плиты 15, с которыми жестко связаны ограничители толщины стружки 16.

Сущность способа заключается в следу- 0 ющем,

Так как основные весовые составляющие струга 1 и силы, действующие на него, сосредоточены на основной раме 7, то очевидно, что максимальные давления на почву 5 будут именно со стороны основной рамы 7. По технической документации на струговую установку определяем:

Sop - площадь основной рамы 7, м ; Ьпл - толщина опорной плиты 9 основ- 0 ной рамы 7, м;

L - ширина опорной плиты 9 основной рамы 7, м;

Спл - сила тяжести опорной плиты 9 основной рамы 7, Н;

5 GK - сила тяжести корпусов 10 струга 1, Н, Сд - сила тяжести поворотных державок 14, Н;

Gnp- сила тяжести двух проставок 11, Н; Скр - сила тяжести крышек 12, Н;

ц - длина цилиндра 5 подачи в сложенном состоянии, м.

Изображаем общий вид системы струг- база (см.фиг. 1) и расставляем все силы, действующие на эту систему, при этом равнодействующие средних отжимающих на резцах Ру и боковых сил Pi и координаты точек их приложения определяются по РТМ 12.14.001-77 (Машины очистные. Струговые установки. Расчет сил на резцах струга. Методика. МУП СССР, ИГД им. А.А.Скочинскб- го, М.,1977, 49 с.), сила подачи струга 1 на забой Nc определяется по РТМ 12.14.001-78 (Машины очистные. Струговые установки. Расчет тяговых усилий в цепи струга. Методика. МУП СССР ИГД им. А.А.Скочинского, М.,1979, 84 с.), реакция RB переднего ограничителя толщины стружки 16 - по РТМ 12.14.001-80 (Машины очистные. Струговые установки. Расчет устойчивости. Методика. МУП СССР. ШахтНИУИ им. М.А.Терпигоре- ва, Шахты, 1981, 27 с.), сила тяжести Ge башен 13 определяется по формуле:

G6 Gk + Gfl + GKp + nGnp, H, где п - количество проставок 11 одной башни 13 струга;

Gp - сила тяжести рештачного става 2 с грузом, расположенного над основной рамой 7, определяется по технической документации на струговую установку.

Значения координатxi,x2,yiуэтакже

принимаются из технической документации На струговую установку.

Реакция RB переднего ограничителя толщины стружки 16 приводится к башне 13 основной рамы 7, затем все силы, приложенные к системе струг-база, приводятся к опорной плите 9 основной рамы 7 известными методами (например, методом теоретической механики), действия сил, приложенных к корпусу струга при приведении их к опорной плите 9 основной рамы, заменяют приЁеденной силой Ry и приведенным моментом МПр.

Определение Мпр и Ry производится в следующей последовательности:

в сложенном состоянии у arcsin

угол наклона гидроцилиндрз 5 подачи к горизонтуу определяется для гидроцилиндра

Х2 -XI

«ц величина ую(см.фиг.1)

ую 1ц cosy , м;

плечо силы NC при действии на башню 13 струга

f УЮ + У9 + У8 f (У7 - 0,5у4) Sin Х1 НПЛМ;

r cosy

приведенный момент

Мпр - Nc f + Рх (ye - - 0,5у«) + G6 (0,5У4 - -уз) - Ру (x/i - ЬПл) - Refo - ппл). Нм.

За положительное направление момеи- та принимается направление против часовой стрелки.

Приведенная сила определяется оп формуле:

+ Ge, H.

Определяем эквивалентную длину опорной плиты 9 основной рамы 7 по формуле:

., Sop

изквг

М.

Кмз -

Условно вырезаем из опорной плиты основной рамы балку длиной L и шириной Ь, равной 1, и определяем величины нагрузок, приходящихся на эту единичную балку, для этого определяем коэффициент изменения сил

1 t Ьэкв

Допуская, что приведенная сила Ry и приведенный момент Мпр распределены равномерно по всей длине опорной плиты основной рамы Ьэкв, определяем величины нагрузок, действующих на балку единичной ширины b 1

МпР Мпр-Киз, Нм;

Ну Ку Киз г

Gp/2 Gn/2-KM3, H.

Составляем схему балки единичной ширины, нагруженной в одной плоскости эквивалентно нагружению системы струг-база, при этом учитываем нагрузку на почву пласта от силы тяжести самой балки и принимаем ее как равномерно распределенную нагрузку q по длине L балки единичной ширины b 1

G к u/

q -F- b, Н/м.

oop

Рассчитываем величину и распределение давлений на грунт со стороны балки единичной ширины методом расчета балки на упругом основании по формуле:

P(Ј)ao+2ai(Ј-0,5) +

-I- 4cfe(p - 0,5)2 + 8аз(Ј - 0,5)3 .

(Симвулиди И.А. Расчет инженерных конструкций на упругом основании. Высшая школа, 1987,575с).

Параметры а0,...,аз рассчитываются для действия каждого вида нагрузки на балку.

Результирующая эпюра давлений получается путем сложения од нойменных ординат

Р(г). полученных по формуле, длл каждого вида нагрузки.

Для расчета параметров а0аз необходимо определить показатель гибкости п

1-д2.яЕоЫ3

Vo El

где Е - модуль Юнга материала опорной плиты основной рамы, Н/м2;

I - момент инерции сечения единичной ширины, м ;

b 1 - ширина балки, м;

L- длина балки (ширина опорной плиты основной рамы), м:

i - коэффициент Пуассона материала опорной плиты основной рамы;

Ео - модуль Юнга почвы пласта, Н/м ;

//о коэффициент Пуассона почвы пласта.

Параметры а0аз при действии сосредоточенных сил Pi определяются по формулам:

(8252 - 34а)(Ј)Г р - 13440Ва

а0 13440 +29а

, Н/м;

где вспомогательные члены В и N определяются по формулам:

-Зй-PSXI -#,)4 -2Р,(1 ,) - W,H/M; W -Ei-52P,(0,5-,)3,H/M.

N тУ№. -2Р,(1 ,)3 Н/м,

где/Ь ;

I3i - расстояние от забойной кромки опорной плиты основной рамы (расстояние от левого конца балки до 1-ой силы, м;

L - длина балки (ширина опорной плиты основной рамы струга), м;

Г0 - двусторонний прерыватель Гер- севанова.

Параметры а0,...аз при действии сосредоточенных изгибающих моментов MI определяются по формулам: 13440Bia

ai 2560 - 10avMi .

«„ЧЛ/10 J sv -. 1 М,

аз

2048 + а 13440В

аг

3 13440 + 29а

I/

, Н/м;

аз 768+6«vMi u/ ТО 2048 + а Z T H/M

где вспомогательный член Bi определяется по формуле

Bi

(1 /Ъ)3 1 -24Г« 5(0.5 -#,)2j

Н/м, здесь/%| аналогично ДлПараметры ао,...,аз при действии равномерно распределенной по всей длине балки нагрузки определяются по формулам:

a 8252 4- 29а п и. .

30 13440+29а 9 Н/м

32 5188,,,

3 13440 + 29а 9

ai эз 0.

После построения эпюры распределения давлений максимальное их значение сравнивается с контактной прочностью почвы Рк и делается заключение о возможности применения струговой установки в данных условиях. Если максимальные давления ниже контактной прочности почвы Рк, то использование струговой установки возможно.

Примеры реализации предложенного способа приведены на фиг.5 и 6.

Исходные данные для фиг.5

Струг С075.26.00.000; высота струга Нс 0,4 м; материал опорной плиты основной рамы струга - сталь 35ХГСА, Е Kf±- fi 0,25;

2.1-Ю4

см

5

°

0

5

Спл 4,8кН; Сд 1,2 кН; Скр 0,8кН; GK 3 кН; Gnp 1,0 кН; п 1. Силы, действующие на систему струг-база

Gp 6.6 кН; Pi 2.2 кН; NC 93 кН; Р; 43,5 кН;Р в 49,5 кН.

Геометрические характеристики системы струг-база

L yi 80 см,у2 78 26 см,ЬПл см,х1 8 см;

У4 20 см;у5 5 см,уе 16 см,1ц 120 см Х2 15 см,

У7 84см,у8 21 см),5см;5о 9624 см2 хз 15,5 см,Х4 20,2 см.

Характеристики пласта и его почвы:

Сопротивляемость пласта резанию Ар 200 кН/м; коэффициент отжима Котж к 0,5; величина снимаемой стружки h 0,042 м. Почва - песчано-глинистый ела нец средней крепости

Е0 2,1-103кН/см2; //0 « 0,18; Рк 2,3 кН/см2.

Исходные данные для фиг.б.

Струг КД (при работе наблюдалась тен денция к уходу струга на земник), высот струга Не 1,2 м, материал опорной плиты основной рамы струга - сталь 35ХГСА,

Е 2,М04кН/см2; //0 0.25;

Спл 6 кН; Сд 1.2 кН; Скр 0,8 кН; Ск ЗкН;Спр 1,ОкН;п 5,

Силы, действующие на систему струг- база,

Gnp 11,6 кН; Pi 1,43 кН;Мс 97.4 кН; Ру 56,96 кН;Вв 40,4 кН.

Геометрические характеристики систе- мы струг-база

L yi 80 см; у 20 см; у 84 см; уа 78 см; ys 5 см; ув 21 см; уз 26 см; уе 16 см; уд 12,5 см; Ьпл 6 см; ц 120 см; Sop «1690 см2; xi 12 см; Х2 19 см; хз 15,5 см; Х4 58,4см.

Характеристики пласта и его почвы:

Сопротивляемость пласта резанию Ар 150 кН/м; коэффициент отжима Котж ™ 0,67; величина снимаемой стружки h 0,03 м; почва - глинистый сланец средней крепости; Ео - 1,2- Ю3 кН/см2; Ц0 0,15; Рк - 1.6 кН/см2.

Сравнивая максимальные давления на почву с контактной прочностью, можно еде- лать вывод о возможности использования данных струговых установок в конкретных приведенных условиях.

Тот факт, что у забойной кромки опорной плиты основной рамы струга КД (см. фиг.6) получились отрицательные давления (т.е. отсутствует контакт с почвой), подтверждается тем, что струг имел устойчивую тенденцию к уходу на земник.

Использование предлагаемого способа позволит достоверно определять возможность применения струговых установок на пластах с различной почвой, а также регулировать характер и величину давлений на почву со стороны исполнительного органа, что, в свою очередь, даст возможность решать ряд вопросов, связанных с управлением струга в вертикальной плоскости Формула изобретения Способ определения устойчивости исполнительного органа струговой установки, включающий определение давления на почву пласта от исполнительного органа, опре- деление контактной прочности почвы пласта и сравнение давления на почву пласта от исполнительного органа с контактной прочностью почвы пласта, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и точности получаемых результатов для струговой установки отрывного типа на пластах с различной почвой, определение давления на почву пласта от исполнительного органа струговой установки осуществляется по формуле:

Р(Ј) а0 + 2ai(Ј-0,5) +

+ 4Э (Ј - 0,5)2 + 8аз(Ј - 0,5)3 ,

у

где Р( т- ) - величина давления на почву

пласта вточке с абсциссой - . Нм;

х - расстояние от забойной кромки опорной плиты основной рамы до ископаемой точки, м;

L - ширина опорной плиты основной рамы, струга, м;

а0аз - параметры давления, зависящие от жесткости опорной плиты основной рамы струга, модуля деформации почвы пласта и характера и величины нагрузки за струг отдельно для каждого вида нагрузки (Нм), причем сравнение полученных данных с контактной прочностью почвы пласта осуществляют по максимальному значению величины давления на почву пласта.

1

ч

Использование: в горном деле. Сущность изобретения: определяют давление на почву от исполнительного органа. Определяют контактную прочность почвы пласта и сравнивают давление на почву пласта от исполнительного органа с контактной прочностью почвы пласта. При этом определение давления на почву пласта от исполнительного органа осуществляют по определенной формуле. Сравнение полученных данных с контактной прочностью почвы пласта осуществляют по максимальному значению величины давления на почву пласта.6 ил.

99S9Sa

in

LO Ю Ю Ю

r-

out

ч

.

vi

tfgJ ASMM /

Mnf -10500tt e