WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Бегляков Вячеслав Юрьевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ГЕОХОДА С ПОРОДОЙ ЗАБОЯ

Специальность 05.05.06 – «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово – 2012

Работа выполнена в Юргинском технологическом институте (филиале) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, Аксенов Владимир Валерьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Хорешок Алексей Алексеевич кандидат технических наук Копытин Валерий Александрович

Ведущая организация: ООО «Юргинский машзавод»

Защита состоится 20 марта 2012 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.01 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева» по адресу:

650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28. Факс (3842) 36-16-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева» Автореферат разослан «___» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.Г. Захарова

Общая характеристика работы

Актуальность работы.

Освоение подземного пространства, связанное на протяжении многих веков с добычей полезных ископаемых и со строительством подземных сооружений различного назначения, всегда базировалось на технологии проведения выработок.

Следует ожидать, что интенсивность освоения подземного пространства странами мирового сообщества, включая Россию, уже в ближайшее время будет существенно увеличиваться. Остро встают задачи повышения скорости проходки и снижения стоимости работ.

Существующие горнопроходческие системы и технологии проведения горных выработок не соответствуют задачам, возникающим при интенсификации освоения подземного пространства.

На основании ряда проведенных исследований был предложен отличный от традиционного инновационный подход к процессу проведения горных выработок, основная идея – рассматривать проходку выработок, как процесс движения твердого тела (проходческого оборудования) в твердой среде. Данный подход лежит в основе геовинчестерной технологии проведения горных выработок, базовым функциональным элементом которой является геоход.

В настоящее время ведутся работы по созданию нового поколения геоходов. Одной из основных систем геохода является исполнительный орган (ИО).

Существующие исполнительные органы проходческих систем не соответствуют особенностям работы геохода. Отсутствуют конструктивные решения ИО геоходов, учитывающие влияние формы поверхности взаимодействия исполнительного органа геохода с породой забоя (ПВ) на условия разрушения породы. Сдерживающим фактором в разработке компоновочных и конструктивных решений ИО геоходов является отсутствие методик определения параметров рациональных ПВ. Поэтому работа, направленная на обоснование параметров поверхности взаимодействия исполнительного органа геохода с породой забоя является актуальной.

Цель работыобоснование параметров поверхности взаимодействия исполнительного органа геохода с породой забоя и получение предпосылок к уменьшению энергоемкости разрушения породы.

Идея работы заключается в обеспечении смещения значений главных напряжений в породе забоя в сторону растяжения.

Задачи:

1. Разработать схемные решения ПВ и модель взаимодействия ИО с породой забоя;

2. Определить влияние параметров ПВ на напряженно-деформированное состояние (НДС) породы забоя;

3. Обосновать рациональную форму ПВ.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовался комплекс методов, включающий:

– математическое моделирование взаимодействия ИО с породой;

– метод конечных элементов (МКЭ);

– применение ограничений и допущений при формировании условий задач;

– выявление, графическое отображение и анализ зависимостей НДС породы от геометрических параметров поверхности взаимодействия ИО с породой забоя и способов приложения нагрузок;

– сравнительный анализ различных форм забоя и схем приложения нагрузок.

Научные положения, выносимые на защиту:

– преимущества формы забоя с уступом, выявленные на этапе моделирования процесса силового взаимодействия ИО геохода с породой забоя, позволяют определить комплекс характеристик ПВ, которые должны использоваться в качестве исходных данных к проектированию ИО геоходов;

– значения главных напряжений в породе в точке забоя зависят от отношения (r/hв) радиальной координаты r точки к шагу hв винтовой линии движителя, причем зависимость НДС от расстояния до оси выработки в центральной области забоя проявляется сильнее, чем в периферийной области, а размер центральной области зависит от шага движителя геохода.

– рациональная форма образующей забоя обеспечивает контролируемое смещение главных напряжений в породе забоя, причем увеличение угла между образующей забоя и фронтальной плоскостью выработки приводит к смещению напряжений в сторону растяжения, а влияние угла наклона образующей в центральной области забоя проявляется сильнее, чем в периферийной области.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, обеспечиваются корректностью допущений при разработке условий задач математического моделирования; гарантируются использованием фундаментальных положений механики, сопротивления материалов, прикладной математики, доказываются логической сходимостью результатов исследований, проводимых на разных этапах работы.

Научная новизна работы:

– разработаны схемные решения ПВ, введены понятия элементов и параметров ПВ, определены принципы их классификации;

– разработаны модели взаимодействия исполнительного органа геохода с породой забоя, определено влияние параметров ПВ на НДС породы забоя;

– определено влияние угла наклона образующей забоя на параметры уступа и на НДС породы забоя;

– получены рациональные формы образующей забоя и ПВ, обеспечивающие смещение главных напряжений в породе в сторону растяжения;

Практическая ценность работы:

– полученный комплекс характеристик ПВ может и должен использоваться в качестве исходных данных при проектировании ИО геоходов;

– исходные данные для проектирования ИО геоходов позволяют создать рациональные конструктивные решения, добиться уменьшения удельной энергоемкости разрушения породы;

– обоснованный в работе способ приложения нагрузок при моделировании взаимодействия ИО с породой позволяет упростить процесс и расширить область применения моделирования при научных исследованиях процессов взаимодействия элементов горных машин с геосредой.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты работы использовались при выполнении государственных контрактов № 78-ОПН-07п от 10 августа 2007 г. и № 26-ОП-08 от 04 февраля 2008г. «Разработка специальной технологии проходки аварийно-спасательных выработок в завалах при ликвидации техногенных катастроф».

Личный вклад автора:

– разработаны схемные решения ПВ, определены и систематизированы геометрические признаки поверхности забоя, а также оценки их влияния на работу и характеристики ИО геохода;

– созданы модели взаимодействия ИО геохода с породой забоя;

– определено влияние на НДС породы геометрических параметров: угла наклона ПВ, отношения толщины срезаемого слоя к диаметру исполнительного органа, отношения расстояния между уступами к толщине срезаемого слоя;

– определена рациональная форма ПВ и разработано конструктивное решение ИО геохода, соответствующее рациональной форме ПВ;

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на: VI, VII Всероссийских научнопрактических конференциях с международным участием «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» (г. Юрга, 2008, 2009 гг.), Х, XI, XII международных научно-практических конференциях «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (г. Кемерово, 2008, 2009, 2010 гг.), Международной конференции «Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений» (г. Донецк, 2009 г.), I, II Международных научно-практических конференциях с элементами научной школы для молодых ученых «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» (г. Юрга, 2010, 2011 гг.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе 6 работ опубликовано в изданиях, входящих в перечень ВАК, и получен 1 патент на изобретение РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 139 страницах машинописного текста, содержащих 92 рисунка, 17 таблиц, список литературы из 77 наименований.

Основное содержание работы

В первой главе приведен обзор основных способов механизированной проходки горных выработок. Приведено краткое описание нового развивающегося вида проходческого оборудования – геоходов, (рисунок 1) устройство и теоретическое обоснование основных принципов работы которых, изложены в работах А.Ф. Эллера, В.В. Аксенова и В.Ф. Горбунова.

Приведен обзор конструктивных решений ИО геоходов, а также методов решения задач контактных взаимодействий упругих тел, программных продуктов, позволяющих решать эти задачи с применением ЭВМ.

Во второй главе приведено описание особенностей работы геохода, в соответствии с которыми разработаны требования к ИО геохода:

– соответствие геометрических параметров ИО геохода, параметрам его винтового движителя;

– разрушение забоя на шаг движителя за один оборот головной секции;

Рисунок 1 – Конструктивное исполнение геохода – работоспособность и возможность размещения привода и инструмента в условиях ограниченного пространства;

С учетом особенностей работы ИО и требований к нему определены требования к ПВ, основные из которых:

– обеспечение смещения главных напряжений в породе в зоне контакта с инструментом в сторону растяжения;

– возможность размещения разрушающего инструмента и механизмов.

Введены понятия номинальной поверхности забоя и её образующей.

На рисунке 2а представлена поверхность забоя, которая рассматривается как совокупность участков, каждый из которых представляет из себя участок винтовой поверхности с соответствующей образующей. На рисунке 2б представлены номинальные поверхность и образующая забоя.

а б а – участки поверхности забоя, б – номинальная поверхность Рис. 2. Поверхность забоя выработки геохода Любой достаточно короткий участок образующей можно охарактеризовать расстоянием до оси выработки r и углом наклона образующей к фронтальной плоскости выработки (рисунок 3) Определен список геометрических параметров ПВ и предложена их классификация по подчиненности (иерархии) и первичности (зависимости).

По подчиненности выделены два уровня геометрических параметров:

– первый уровень (качественный) – параметры, которые дают общую характеристику форме поверхности взаимодействия, определяют тип формируемого забоя по наличию или отсутствию тех или иных признаков;

– второй уровень (количественный) – характеризуют параметры первого уровня, дают численное представление о тех или иных признаках;

По признаку первичности выделены две группы параметров:

– первичные (независимые) – параметры, значения которых напрямую определяются соответствующими конструктивными параметрами исполнительного органа, движителя или других систем геохода;

– вторичные (зависимые) – параметры, значения которых определяются автоматически в результате формирования первичных параметров.

а) с наружным расположением ПВ, б) с внутренним расположением ПВ Рисунок 3– Вариант номинальной формы и образующей забоя В данной работе актуальны параметры поверхности, формирущей уступ.

На рисунке 4 показаны основные элементы уступа. На рисунке 5 представлены развертки цилиндрических сечений забоев с уступами и основные геометрические параметры уступа.

а) с цилиндрической ПВ, б) с линейной ПВ Рисунок 4 – Уступ забоя и его элементы l, l’ – расстояние по нормали к кромке и по окружности во фронтальной плоскости; h – толщина срезаемого слоя; – угол наклона ПВ к формируемой поверхности; D – диаметр инструмента.

а) забоя с линейным профилем ПВ, б) с цилиндрической ПВ Рисунок 5 – Развертки цилиндрических сечений забоя Параметры, характеризующие размеры и форму уступа: толщина срезаемого слоя h; радиус поверхности взаимодействия D/2; расстояние между уступами l, угол наклона ПВ к формируемой поверхности, относительная инструментальная высота h/D, – относительное расстояние l/h.

Форма образующей номинальной поверхности забоя является комплексной геометрической характеристикой исполнительного органа и ПВ, которая учитывает конструктивное исполнение ИО.

Одним из основных признаков, характеризующих ПВ, является наличие или отсутствие уступа на поверхности забоя. Уступ является структурным элементом ПВ и сам, в свою очередь, состоит из элементов.

В третьей главе введены понятия локальных и фоновых напряжений. Выделены уровни напряжений:

–первый уровень напряжений – локальные (элементные) напряжения, которые формируются в зоне контакта породы забоя с резцом, зубом шарошки или другим разрушающим инструментом;

– второй уровень напряжений – суммарные (фоновые) напряжения, которые формируются исполнительным органом (шнеком, коронкой, барабаном и т. п.).

Напряжения, которые являются результатом сложения напряжений первого уровня, всех контактных (локальных) воздействий;

Распределение напряжений первого уровня вдоль произвольной оси можно выразить через обобщенный многочлен типа:

A1 A2 A3 An ..... при x > x0 (1) x x2 x3 xn где x – расстояние до точки контакта, x0 – расстояние от точки контакта до точки, в которой напряжения достигают предела прочности (расстояние до границы области разрушения), Ai – эмпирические константы.

Градиент фоновых напряжений значительно меньше, чем локальных, поэтому с некоторым приближением значение фоновых напряжений в пределах локальной зоны можно считать постоянной величиной. Выражение (1) с учетом фоновых напряжений примет вид: A1 A2 A3 An ..... (2) x x2 x3 xn Графики на рисунке 6 иллюстрируют влияние фоновых напряжений на значение главных напряжений и размер зоны разрушения от превышения предела прочности на срез. О размерах зоны разрушения можно судить по площади сектора Т, отсеченного кривой паспорта прочности от кругов Мора.

Связь между удельной энергоемкостью разрушения AV породы, силой резания F, площадью поперечного сечения борозды S, остающейся от резца, и длиной пути L, пройденного резцом, определяется выражением:

A F L F AV , (3) V S L S Это позволяет утверждать, что смещение фоновых напряжений к области растяжения создает предпосылки к снижению удельной энергоемкости разрушения породы и снижению требований к энерговооруженности ИО.

При моделировании суммарные нагрузка от всех резцов ИО заменялась на эквивалентные распределенные нормальную и касательную нагрузки, приложенные к ПВ. Применимость такой замены подтверждается сходностью результатов моделирования воздействия на ПВ группы резцов и распределенной нагрузки. Для определения величин распределенных нагрузок в качестве прототипа брали ИО щита ММЩ-1. Применялись значения нагрузок:

– нормальная распределенная нагрузка qn = 2,5 МПа – касательная распределенная нагрузка qt = 0,6 МПа При моделировании применялись модели выработки с толщиной законтурного массива 6 м, разбитые на конечные элементы размерами = 25 мм у поверхности забоя и = 650 мм в остальной части массива, с плавным переходом на 8-ми слоях.

а), г) сжимающие напряжения , б), д) отсутствие , в), е) растягивающие Рисунок 6 – Смещение кругов Мора фоновыми напряжениями В четвертой главе определено влияние уступа и его параметров на напряжения в породе забоя.

Для определения влияния уступа на работу ИО рассмотрены модели взаимодействия ИО с породой (рисунок 7).

а) плоский забой, б) забой с уступом Рисунок 7 – Схема модели взаимодействия ИО с породой забоя На рисунке 8 представлены эпюры напряжений в породе плоского забоя.

Области растягивающих главных напряжений (рисунок 8а) находятся за пределами ПВ, в области ПВ главные напряжения расположены в сжимающей области, из чего вытекает, что имеет место трехосное сжатие. В породе забоя с уступом в области ПВ главные напряжения (рисунок 9) расположены в растягивающей области, что исключает трехосное сжатие, причем, растягивающие напряжения распространяются на значительную глубину.

При моделировании взаимодействия ИО, формирующего уступ, с породой забоя варьировалось направление приложения касательных нагрузок. При лю бых направлениях касательных нагрузок наличие уступа приводит к смещению главных напряжений в сторону растяжения.

а) главные напряжения , б) напряжения , в) касательные напряжения Рисунок 8 – Эпюры напряжений на срезе плоского забоя.

а) общий вид, б) вид на забой, в) распределение по профилю уступа Рисунок 9 – Эпюры главных напряжений 3 в забое с уступом На рисунке 10 приведены графические зависимости распределения напряжений по поперечным сечениям ПВ. Из сравнения графиков видно, что по всему сечению ПВ, формирующей уступ, значения главных напряжений смещены в направлении растяжения по отношению к ПВ, формирующей плоский забой.

r – поперечная координата точки ПВ, B – ширина ПВ а) ПВ, формирующая плоский забой б) ПВ, формирующая уступ Рисунок 10 – Распределение напряжений по поперечному сечению ПВ Смещение главных напряжений в сторону растяжения создает предпосылки к снижению удельной энергоёмкости разрушения породы и делает ПВ, формирующую уступ, предпочтительной.

Для исследования влияния на НДС породы были выбраны три изменяемых параметра (рис 5): угол наклона ПВ, отношение h/D толщины срезаемого слоя к диаметру инструмента (относительная высота) и отношение l/h расстояния между уступами к толщине срезаемого слоя (относительное расстояние).

Для оценки влияния угла наклона ПВ на НДС породы была создана модель с изменяемым углом (рисунок 11). При моделировании изменяли угол от 10 до 140° с шагом в 10°, определяли касательные и главные напряжения и напряжения в области ПВ и сравнивались распределения напряжений по ПВ при разных углах наклона .

Рисунок 11 – Общий вид модели для оценки влияния угла наклона ПВ на НДС породы забоя На рисунке 12 представлены графические зависимости, отражающие влияние угла на распределение главных напряжений по ПВ. Из графиков видно, что с увеличением угла значения главных напряжений 1 и 3 смещаются в сторону растягивающей полуоси, а при углах < 70° на всей ПВ имеет место трехосное сжатие, при >< 70° в области внутренней кромки ПВ трехосное растяжение, в остальных областях ПВ одноосное растяжение.

4,00 2,10° 10° 20° 20° 3,50 30° 30° 0,а б 0 0,2 0,4 0,6 0,8 40° 40° 50° 50° 3,-2,60° 60° 70° 70° 2,-4,80° 80° 90° 90° 2,-6,100° 100° 110° 110° 1,120° -8,120° 130° 130° 1,140° 140° -10,0,-12,0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 -14,а) 1 (МПа), б) 3 (МПа) Рисунок 12 – Распределение главных напряжений 1 (МПа) по ПВ в зависимости от угла её наклона Анализ НДС породы забоя показал, что с увеличением угла наклона ПВ:

– значения главных напряжений смещаются в направлении растягивающих напряжений на всей ПВ;

– увеличивается значение касательных напряжений на всей ПВ;

– уменьшается область распространения зон с трехосным сжатием на ПВ;

– увеличивается распространение зон с трехосным растяжением на ПВ;

– при углах < 70 преобладает трехосное сжатие, при углах > 70 трехосное сжатие исчезает;

Из результатов моделирования можно сделать следующие выводы:

1) угол наклона ПВ влияет на напряжения в породе забоя;

2) увеличение угла наклона ПВ приводит к смещению главных напряжений в сторону растяжения;

3) увеличение угла наклона ПВ создает предпосылки к уменьшению удельной энергоёмкости разрушения породы и снижению требований э энерговооруженности ИО.

Чтобы оценить влияние относительной высоты уступа h/D была создана модель участка забоя с изменяемой относительной высотой уступа (рисунок 13 а).

а б а) участок уступа, б) распределение глубины резания и интенсивности нагрузки Рисунок 13 – Модель участка уступа с изменяемой относительной высотой При моделировании изменяли высоту h от 50 до 400 мм с шагом 50 мм, что соответствовало отношению h/D от 1/8 до 1.

К ПВ прикладывались радиальная (нормальная) и окружная (касательная) неравномерно распределенные нагрузки. Было принято допущение, что сила резания пропорциональна глубине резания (рисунок 13 б).

Интенсивность распределенных нагрузок определяли из условий пропорциональности глубине резания и равенства максимальной силы резания:

t qn max t qt max qn и qt , (4) tmax tmax где t – глубина резания, максимальные интенсивности нагрузок в местах максимальной глубины резания qn max 2.48МПа и qt max 0,59МПа. Закон изменения глубины резания задавался приближенно квадратным полиномом:

t ax2 bx c, (5) где 0 < x < 1 – круговая координата периметра, выраженная в долях от длины дуги поперечного среза ПВ, а коэффициенты a, b, и c для каждой высоты уступа отдельно определялись аппроксимацией значений, полученных графическим построением.

На рисунке 14 представлены эпюры главных напряжений в области поверхности взаимодействия. Из рисунка видно, что при увеличении относительной высоты уступа увеличивается распространение растягивающих напряжений в породе.

h = 50 мм h = 150 мм h = 250 мм h = 350 мм Рисунок 14 – Эпюры главных напряжений в области ПВ при высоте уступа h Графики зависимостей главных напряжений от относительной высоты уступа показаны на рисунке 15.

а) в области внутренней кромки, б) в центральной части, в) в области наружной кромки Рисунок 15 – Зависимость 3МПа) от относительной высоты уступа При высоте уступа h < 0.25D на ПВ преобладает трехосное сжатие, а с увеличением относительной высоты уступа главные напряжения в области внутренней кромки и в центральной области смещаются в сторону растяжения.

В области внешней кромки модуль напряжений увеличиваются, что можно объяснить усилением влияния концентратора напряжений в данной области.

При высоте уступа h > 0.6D значения фоновых напряжений в области верхней кромки превышают предел прочности на растяжение, что может привести к неконтролируемому скалыванию крупных кусков породы.

Исследования НДС уступов различной высоты показали, что с увеличением относительной высоты уступа:

– значения главных напряжений смещаются в направлении растягивающих напряжений на всей поверхности рабочей поверхности;

– увеличивается значение касательных напряжений на всей рабочей поверхности;

– создаются предпосылки к снижению удельной энергоёмкости разрушения породы.

Толщина срезаемого слоя h и расстояние между уступами l определяются выражениями:

hв 2 r h cos и l cos , (6) n n где hв – шаг винтовой линии движителя, r – расстояние до оси выработки, n – количество уступав на данном расстоянии, b – угол подъема винтовой линии.

l 2 r Относительное расстояние между уступами равно: lh (7) h hв Чтобы оценить влияние относительного расстояния lh между уступами на НДС породы и исключить влияние других геометрических параметров была создана модель в виде прямого каскада уступов с профилем, соответствующим развертке цилиндрического сечения выработки (рис. 16).

а б а) общий вид модели, б) схема приложения нагрузок Рисунок 16 –Развертка участка забоя.

При моделировании изменяли отношение l/h, в диапазоне от 1/40 до 4.

На рисунке 17 представлены графические зависимости, отражающие зависимость главных напряжений на ПВ от отношения l/h.

а б в а) области внутренней кромки, б) средняя часть ПВ, в) в области внешней кромки Рисунок 17 – Графики зависимостей главных напряжений 3 от относительного расстояния между уступами.

При значениях l/h < 1.25 с уменьшением l/h главные напряжения смещаются к сжатию, а при l/h > 1.25 зависимость носит неявный характер.

Учитывая, что относительное расстояние между уступами lh влияет на НДС породы и зависит от расстояния до оси выработки и шага движителя, можно выявить характерные концентрические зоны на груди забоя (рисунок 18).

В пятой главе обоснована форма образующей забоя.

Если образующая забоя наклонена к фронтальной поверхности забоя под углом (рис. 5), то выражения (6) примут вид:

hв 2 r h cos cos и l h2 (8) n n А относительное расстояние между уступами:

hв2 2 r l lh 1 (9) h hв2 cos2 Рисунок 18 – Выделение концентрических зон на груди забоя Учитывая, что параметр lh влияет на напряжения в породе, задаёмся условием lh> lhкр, которое обеспечивает максимальное смещение главных напряжений в направлении растяжения и получаем условие:

hв2lhкр 2 r dz tg (10) dr hв2 2 r где z и r – осевая и радиальные координаты произвольной точки образующей.

Интегрируя выражение (10), получим уравнение рациональной образующей забоя:

rкр hв2lhкр 2 r z( r ) dr (11) hв 2 2 r r hвlhкр hвlhкр Выражение (11) определено в диапазоне 0 | r |, при r угол на2 2 клона образующей не оказывает существенного влияния на условия резания и может быть выбран из конструктивных соображений.

На рисунке 19а представлена рациональная форма образующей забоя при lhкр =1,25 и при шаге движителя hв = 1,5 м, на рисунке 19в представлены эпюры главных напряжений в породе забоя рациональной формы.

Сравнение эпюр главных напряжений на рисунках 18 и 19б показало, что изменение формы забоя в центральной части позволило сместить главные напряжения в сторону растяжения.

С учетом полученных результатов исследований было разработано конструктивное решение ИО геохода (рисунок 20).

а б а) рациональная форма образующей, б) эпюры главных напряжений Рисунок 19 – Модель забоя рациональной формы Рисунок 20 – Конструктивное решение исполнительного органа геохода ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации решена актуальная задача обоснования параметров формы поверхности взаимодействия исполнительного органа геохода с породой забоя, что вносит существенный вклад в горное машиностроение и экономику страны.

Основные результаты и выводы сводятся к следующему:

1. Значение фоновых напряжений, создаваемых суммарным воздействием ИО на породу забоя, позволяет оценить влияние формы ПВ на условия разрушения породы:

– смещение фоновых напряжений в сторону растяжения создает предпосылки к уменьшению удельной энергоёмкости разрушения породы и снижению требований к энерговооруженности ИО.

– применение распределенных нагрузок обеспечивает достоверность результатов при математическом моделировании взаимодействия ИО с горной породой.

2. Формирование и разрушение уступа в забое геохода является предпочтительным по сравнению с формированием плоского забоя т.к. создаёт предпосылки к снижению энергоёмкости разрушения породы.

Наличие уступа приводит к смещению главных напряжений 3 в сторону растяжения на 1,5…2,2 МПа.

Параметрами определяющими форму и расположение уступов являются:

угол () наклона ПВ, отношение толщины срезаемого слоя к диаметру ИО (h/D) и отношение расстояния между уступами к толщине срезаемого слоя (l/h).

При < 70° на ПВ преобладает трехосное сжатие. С увеличением главные напряжения смещаются в сторону растяжения и растут касательные напряжения. При > 70° трехосное сжатие полностью исчезает с ПВ и в области внутренней кромки появляется трехосное растяжение. Увеличение угла от 10° до 120° приводит к смещению главных напряжений 3 в сторону растяжения на 4…6 МПа.

При отношении h/D<0.3 на ПВ преобладает трехосное сжатие. С увеличением h/D главные напряжения смещаются в сторону растяжения и растут касательные напряжения. При h/D>0.5 трехосное сжатие полностью исчезает с ПВ.

Увеличение отношения h/D от 0,125 до 0,6 приводит к смещению главных напряжений 3 в сторону растяжения на 2…2.5 МПа, при h>0.6D фоновые напряжения превышают предел прочности породы.

С уменьшением отношения l/h в диапазоне от 0 до 1,25 главные напряжения смещаются в сторону сжатия, при l/h>1,25 зависимость главных напряжений от расстояния между уступами носит неявный характер.

3. При разрушении забоя с уступом на поверхности забоя выделено пять характерных концентрических зон, размер которых r зависит от шага движителя hв. При радиальном расположении внутренней кромки уступа границы концентрических зон составили:

– 0

–0.16hв

–0.32hв

–0

–r<0.2hв – значения главных напряжений s3 в породе не зависят от радиальной координаты;

4. Изменение формы образующей забоя позволяет управлять отношением l/h и смещением главных напряжений в породе центральной области забоя.

При формировании выпуклой поверхности значения напряжений смещены в сторону растяжения по сравнению с вогнутой. Формирование выпуклой поверхности обеспечивается наружным расположением ПВ относительно забоя.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Статьи в изданиях рекомендованных ВАК 1. Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Бегляков В.Ю., Бурков П.В., Блащук М.Ю., Сапожкова А.В. Компоновочные решения машин проведения горных выработок на основе геовинчестерной технологии // Горный информационный аналитический бюллетень/ Москва, МГГУ, 2009– №1. С. 251-259.

2. Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Бегляков В.Ю., Блащук М.Ю., Тимофеев В.Ю., Сапожкова А.В. Разработка требований к основным системам геохода // Горное оборудование и электромеханика/ Москва, 2009– №5. С.3-7.

3. Аксенов В.В., Садовец В.Ю., Бегляков В.Ю. Влияние динамических процессов, формирующихся в рабочих режимах, на силовые параметры ножевого исполнительного органа геохода // Горный информационный аналитиче ский бюллетень. Перспективы развития горно-транспортных машин и оборудования / Москва, МГГУ, 2009 – ОВ №10. С. 91-106.

4. Аксенов В.В., Садовец В.Ю., Бегляков В.Ю. Синтез конструктивных решений исполнительных органов геоходов // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2010 – ОВ №3.

С. 49-54.

5. Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Бегляков В.Ю. Моделирование напряженно-деформированного состояния породы, создаваемого воздействием на неё исполнительного органа горной машины. // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2011 – ОВ №5.

С. 9-14.

6. Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Бегляков В.Ю. Влияние суммарного воздействия исполнительных органов горных машин на напряжения в зоне действия отдельно взятого резца. // Горный информационный аналитический бюллетень. Горное машиностроение / Москва, МГГУ, 2011 – ОВ №5. С. 15-21.

Статьи в прочих изданиях 7. Аксенов В.В., Садовец В.Ю., Бегляков В.Ю. Обоснование необходимости создания исполнительного органа геохода для разрушения пород средней крепости // Материалы международной конференции «Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений» 22-24 апреля 2009г., г.

Донецк. – С. 2-4.

8. Аксенов В.В., Садовец В.Ю., Бегляков В.Ю. Создание нового класса исполни тельных органов проходческого оборудования // Тр. VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии и экономика в машиностроении». 21- 22 мая, 2009. г. Юрга. – Томск: Издательство ТПУ, 2009. - С.649-652.

9. Аксенов В.В., Садовец В.Ю., Бегляков В.Ю. Разработка конструктивных решений исполнительных органов геоходов// Тр. Международной школысеминар для магистрантов, аспирантов и молодых ученых, посвященной памяти профессора Хорста Герольда (Университет им. Отто-фон-Герике, Магдебург, Германия) «Новые технологии, материалы и инновации в производстве». 26-июня 2009. г. Усть-Каменогорск, Казахстан.. – Томск: Издательство ТПУ, 2009. – С85-89.

10. Аксенов В.В., Садовец В.Ю., Бегляков В.Ю. Обоснования формы забоя выработки геохода // Сборник трудов Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых «Инновационные технологии и экономика в машиностроении». 20- 21 мая, 2010 г. / ЮТИ.

– Томск: Издательство ТПУ, 2010. - С.492-496.

11. Аксенов В.В., Ефременков А.Б., Садовец В.Ю., Бегляков В.Ю. Влияние уступа на НДС призабойной части горной выработки, при проходке геоходом.

Тр. ХII межд. научно-практ. конф. «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности». Кемерово: ИУУ СО РАН, КузГТУ, ННЦ ГП – ИГД им. А.А. Скочинского, ЗАО КВК «ЭкспоСибирь», 2010 – С. 216-224.

12. Патент на изобретение № 2418950 RU. Проходческий щитовой агрегат (геоход) / В.В. Аксенов, А.Б. Ефременков, Тимофеев В.Ю., Бегляков В.Ю., Блащук М.Ю. Опубликовано 20.05.2011 Бюл. №14.

Подписано к печати «___» __________.201__ г.

Формат 60х84/16. Бумага офсетная Плоская печать. Усл. печ. л. 1,10. Уч.-изд. л. 1.

Тираж 100 экз. Заказ ____ __. Цена свободная.

ИПЛ ЮТИ ТПУ Ризограф ЮТИ ТПУ.

652000, Юрга, ул. Московская, 17.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.