Разработка конструктивной схемы крепления со статическим исполнительным органом

 

СХЕМА III.

Исполнительный  орган состоит из кожухов (5), шарнирно устанавливаемых на основании (9), поперечины (1,3) для крепления домкрата управления, резцевой головки (4), выдвижных направляющих (2), гидроцилиндра (8) для выдвижения органа на заданную высоту (рис.3). Гидроцилиндр (1) представляет распорную стойку крепи М-81 со специальными проушинами для установки на полке (1,2) и головке (4). Полка (1,2) выдвигается цилиндром (8) по канавкам кожухов (5). Фиксация направляющих (2) в кожухе (5) производится пальцами, которые вставляются в специальные отверстия кожуха и направляющих.

РИС.2

РИС.3

Преимущества: 1) малые габариты органа, что позволяет ему полностью вписываться в призабойное пространство крепи.

Недостатки: 1)меньший рабочий ход при заданных габаритах органа.

 

СХЕМА IV.

Исполнительный  орган состоит из резцевой головки (4) с хвостовиком для придания устойчивости головке, гидроцилиндра (1) из спаренных стоек крепи М-81, направляющих (2), кожухов (5) шарнирно устанавливаемых  на основании секции  (рис.4). В  начальный момент работы органа производится выдвижения направляющих (2) цилиндром (1). Затем, в боковые отверстия  кожухов и соответствующие отверстия  направляющих вставляются пальцы.Возвратно-поступательными  движениями цилиндра (1) резцовая головка (4) производит разрушение подкровельной  пачки.

Преимущества: 1) жесткая конструкция направляющих, позволяющая работу при значительных усилияхотжима.

Недостатки: 1) отсутствие податливости направляющих, что исключает их постоянный контакт с кровлей.

 

СХЕМА V.

Принципиального отличияв конструктивном исполнении от схемы IV нет, кроме наличия податливых направляющих, которые выдвигаются специальным гидродомкратом. Это обеспечивает возможность создания постоянного контакта с кровлей, т.е. возможности обеспечения линии обреза для посадки основной кровли. Данная схема (рис.5) рекомендована для разработки рабочего  проекта экспериментального образца крепи КАМ-Iс.

Рис.4

 

Проверочный расчет  элементов 

исполнительного органа

А. Определение  усилий на резцах.

Исходные  данные:

Мощность  уголной пачки, погашаемой

исполнительным  органом, м                                                                              1,5

Глубина захвата (толщина стружки), м                                                            0,2

Сопративляемость  угля резанию, кг/см                                                           250

Крепость  угли                                                                                                      1,1

Основным  составляющими сопративления разрушению угля резцовым инструментом исполнительного  органа является сила резания Рₓ и  сила откатия Р у инструмента от массива пласта (рис. 6). От значения этих сил, в основном, и зависят сила поджатия исполнительного органа к забою и сила, которую необходимо развивать гидроприводу поступательного движения. Определим силы Рₓ и .

                                              (1-1)

где     Аₒ- коэффициент сопративления угла резанию (250кг/см)

Ғ  –  площадь сечения среза 

H  - толщина среза (20см)

B  – ширина режущей кромки резца (2см)

  – угол развала борозды резания для хрупких углей, град.

 

 

 

 

Рис 6

где  – коэффициент учитывающий степень блокирования реза (0,5).

          t    - шаг реза

 

 

 

 

 

где      - коэффициент, учитывающий значение угла резания, 0,93.

    - коэффициент  учитывающий значений ширины режущей кромки резца (главной)

 

 

 

- усилие резания, приходящейся на один резец по передней грани:

 

 

 

Число  резцов необходимое для установки  на плиту пополнительного органа из-за конструктивных соображений принимается  равным семи, что вполне обеспечивает разрушение угольной пачки на необходимую  ширину в 1500 мм.

Сила, отжимающая резец от забоя:

 

                                                                (1-2)

 

 - сопротивление угля одноосному сжатию, временное, кг/:

 

 

 

 – проекция площадки затупления, ;  ;

  -  коэффициент влияния толщины среза на силу подачи:

 

 

 

 

 

Сила резания (средняя) на один резец:

 

                                                                         (1-3)

 

где - коэффициент сопротивления резанию, представляющий собой                                            отношение суммы сил трения резца о забой  (по задним и боковым граням) к отжимающей силе , принимаем    =0,42.

 

 

 

Сила, затягивающая резец в забой:

 

                                                                              (1-4)

 

r  - передний угол равный 

 – угол трения угля по  передней грани, .

 

 

 

Сила, отжимающая резец, результирующая:

 

.                              (1-5)

 

Сила, отжимающая, суммарная:

 

 

 

Средняя сила резания, суммарная:

 

 

Рис7

Определенные  здесь усилия резания и усилие отжатия   служат для приближенного прочностного расчета узлов исполнительного органа.

 

Б. Приближенный расчет рамы направляющих

 исполнительного  органа.

Рама  направляющих (рис.7) состоит из козырька (1), направляющих (2), перемычки (3) и размещается  в кожухах. Основным элементом является перемычка, служащая для выдвижения направляющих гидродомкратом с усилием  Р=40т. Принимаем перемычку как  защемленную с двух сторон балку, так как она вставлена в  прорезы направляющих и заварена (рис.8)

Исходя  из симметричности схемы имеем:

      

 
=O;

 

 

 

Раскрываем  статическую неопределенность используя теорему о трех моментах (рис.9)

 

         (1-6)

 

 в нашем случае

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя  значения

 

 

Максимальный  изгибающий момент

 

 

 

Проверяем сечение перемычки

 

 

 

 

                                                                                       (1-7)

 

Коэффициент запаса

 

 

 

Рис8

При разрушении пачки неизбежен отжим резцовой головки. При расчете рамы направляющих с учетом сил отжима принимаем  наиболее опасный момент, когда головка  занимает верхнее крайнее положение, а распор гидростойки, выдвигающей  раму, снят (рис. 10). В случае распора  рамы, сила отжима противодействует сила трения козырька рамы о кровлю: =  = 40*0,5=20т и рама защемлена с обеих сторон, что улучшает ее условия работы на изгиб по сравнению с односторонним креплением. Решение такой постановки  задачи предполагает определенную сложность, так как рассматривается пространственная трижцы статическая неопределимая рама. С целью упрошения решения задачу представим в виде показанной на рис. 2.

Определим допускаемую суммарную силу отжима:

 

 

 

 

 

 

 

Расчетная сила отжима 

 

Коэффициент запаса   .

 

При превышении нагрузки 18 т срабатывает предохранительный  клапан гидрозамка управления и рама направляющих отходит от забоя пачки.

Рассмотрим  частный случай – нагружение рамы ассемитричной нагрузкой. Наиболее опасным моментом при этом является случай работы крайнего зубка резцавой головки, что может быть при вывале пачки (рис.12). Случай работы края корпуса головки менее опасен, поскольку она имеет заострение и незначительный контакт с пачкой, что вызовет разрушение последней.

Усилие  резания угла одним зубком в блокированном  режимес некоторым приближением можно принять равным удвоенному полублокированному режиму:

 

 

 

Случай  одновременной поломки зуба маловероятен, так как зуб выдерживает без  достаточной деформации нагрузку порядка 10 т. Расчетная схема зубка приведена на рис.13.

 

 

 

 

 

 

 

 

 Таким образом, при резании одним зубком появляется момент = 4,660,6=2,8 тм, который поворачивает корпус головки органа относительно шарнира 0 (рис.14) на угол.

Заменим раму действием реакций (рис.15). Углом , в силу его малой величины, можно пренебречь.

 

 

 

При этом можно принять 

Уравнение моментов относительно шарниров 0

 

 

 

 

 

Рассматривая  схему на рис.4, заменяем корпус головки  органа действием ее реакции на раму направляющих. При этом имеем расчетную схему (рис.16), которая представляет трижды статически неопределимую раму с кососимметричной  нагрузкой. Не вдаваясь  в ее сложный расчет будем считать, что каждая часть рамы работает со своей нагрузкой (рис.17). Очевидно, что если такая балка окажется работоспособной, то рама также будет работоспособной, поскольку она обладает большей жестокостью.

(Рис.12)

Максимальный  нагибающий момент

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент запаса        

 

Техническая характеристика исполнительного органа:

 

Тип                                                                                       коробчатый,

                                                                                              телескопический

 

Диаметр основного  силового цилиндра, мм                    160

Диаметр цилиндра рамы направляющих, мм                   160

Длина органа, мм

                                      -максимальная                               5100

                                      -минимальная                                3200

Ширина в  плоскости забоя, мм                                         850

Номинальное давление в гидросистеме, кг/              200

Привод                                                                                 гидравлический

Отбойный  орган                                                                                резцовая                                                                       (струговая) головка

Общий вес, кг                                                                      750

(Рис.14,15,16,17)

 

§2. Выбор и компановка принципиальной схемы секции активной крепи.

 

После выбора принципиальной конструкции исполнительного  органа, с учетом результатов шахтных  испытаний, были рассмотрены следующие  схемы секции активной крепи:

СХЕМА I.

Предусматривалась установка исполнительного органа статического действия с жесткими направляющими  на базе экспериментального  образца  секции крепи КАМ (рис.18). Секция состоит  из перекрытия (1) с углеспускным отверстием, основания (2), подрессоренного козырька (3), исполнительного органа (4) с домкратом управления (5) и затвором (6).

Недостатки: невозможность использования унифицированных металлоконструкции; ограниченное рабочее пространство секции крепи.

 

СХЕМА II.

Предусматривается установка телескопического исполнительного  органа с домкратом управления, а  также активного затвора - ограждения (рис.19). Секция состоит из перекрытия (1) с углеспускным отверстием, основания (2), подрессоренного козырька (3), исполнительного органа (4) с домкратом управления (7 и 8).

Преимущества: наличие активного затвора-ограждения, обеспечивающего дробление негабаритов и исключение потерь угля.

Недостатки: невозможность использования унифицированных металлоконструкций; недостаточная устойчивость работы активного затвора-  ограждения; отсутствие жестких направляющих исполнительного органа, что может вызвать его деформацию; недостаточная ширина резцевой головки исполнительного органа обуславливает дополнительные затраты времени на маневрирование исполнительного органа при его установке под пачку.

(Рис.18,19)

СХЕМА III.

С целью  использования унифицированного  оборудования в качества базовой  крепи была принята серийно выпускаемая  крепь КТУ-2 (рис.20). Секция состоит  из верхнего щита перекрытия (1), нижнего(7), основания (12), траверс(8), исполнительного  органа(10), с жесткими выдвижными направляющими, гибкого перекрытия (5), податливого  козырька(9). Для обеспечения большей  вынимаемой мощности (до 3,5 м) в нижнем забое была предусмотрена установка  траверс (8) и нижнего щита перекрытия (7), а для обеспечения податливости крепи – установка козырька на штоке гидроцилиндра, жестко закрепленного к верхнему щиту перекрытия.