X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

В настоящее время в горной промышленности нашей страны ведется техническое перевооружению, при этом значительное место уделяется автоматизации работ. Целью, которой является усиление роли человека в управлении машинами. Сегодня неотъемлемой частью в процессе моделирования и проектирования нового оборудования является система автоматизированного проектирования (САПР).Основные задачи САПР это уменьшение трудоемкости проектирования оборудования или его отдельных частей, сокращение сроков реализации проекта, а так же испытания объекта под нагрузками и выявление недостатков в данной конструкции.

Задачей данного курсового проекта является построение и анализ механизированной крепи со встроенным исполнительным органом. Он позволит решить задачи по увеличению вынимаемой мощности пласта с 3, 5 до 5, 5 м. при обеспечении автоматизации основных процессов, обеспечения надежного поддержания рабочего пространства от обрушений пород, при снижении металлоёмкости крепи. Данную задачу я решу с помощью программного пакета Adams, в котором я спроектирую и проведу анализ механизированной крепи со встроенным исполнительным органом. Это позволит получить возможные траектории движения элементов крепи и нагрузки в них с учетом работы исполнительного органа. Данная крепь предназначена для выемки мощных пластов. Исполнительный орган в данной крепи предназначен и для поддержания боковых пород.

Также целью курсового проекта является закрепление лекционных материалов и навыков, которые были приобретены в процессе выполнения лабораторных и практических работ по автоматизированному проектированию механических систем горных машин и устройств.

1 Механизированная крепь

1.1 Назначение и элементы механизированных крепей

Создание и широкое применение очистных комплексов с применением механизированных гидрофицированных крепей позволило существенно повысить технико-экономическую эффективность работы очистных забоев и решить важную социальную проблему по повышению безопасности работы шахтеров и освобождению их от тяжелого физического труда.

Механизированная крепь в процессе взаимодействия с боковыми породами выполняет три основные функции: управление горным давлением(способом обрушения или другим способом),активное поддержание кровли в рабочем призабойном пространстве очистного забоя и защиту его от проникновения обрушенных пород кровли. Кроме трех основных функций, механизированная крепь может выполнять следующие функции: перемещение забойного конвейера очистного комплекса или агрегата в целом и его управления по гипсометрии и в плоскости пласта.

Механизированная крепь состоит из следующих элементов: из секций или комплектов (взаимосвязанных секций), насосная станция (одна или несколько) для создания давления в гидросистеме, распределительная и контрольно – регулирующая аппаратура, гидрокоммуникации соединительных рукавов и рукавов высокого давления.

Секция крепи – это элемент механизированной крепи, сохраняющий свою целостность при движении.

Секция механизированной крепи, например типа ОКП, рисунок 1, разработанная в Перми, состоит из следующих основных элементов: основания 1, верхней и нижней траверсы лемнискатного механизма 2, перекрытия 3, козырька 4, гидростойки 5, домкрата передвижки 6.

Для приведения в действие механизированной крепи используется гидропривод, основными исполнительными органами которого являются силовые гидроцилиндры: гидростойки, гидродомкраты для передвижения крепи и конвейера, вспомогательные гидроцилиндры для выдвижения и прижатия консольных верхняков и других целей.

Операции , выполняемые секцией механизированной крепи включают: разгрузку (снятия распора) гидростоек, передвижение секции, распор гидростоек, передвижение забойного конвейера и поддержание пород кровли. В некоторых крепях предусматриваются также выполнение вспомогательных операций: отодвигание конвейера от забоя, выравнивания положения секций, поддержание щитами груди забоя в условиях мощных пластов. Для этой цели используются вспомогательные гидродомкраты. Гидростойка- основной опорный элемент механизированной крепи, воспринимающий горное давление и передающий его на почву пласта через основания секции. Гидростойки используются для подъема верхнего перекрытия, а также для регулирования высоты секции по вынимаемой

Рисунок 1. Основные элементы механизированной крепи : 1- основание;2- верхняя и нижняя траверсы лемнискатного механизма;3-перекрытие;4-козырек;5-гидростойки;6-гидродомкрот передвижки.

Принцип работы гидростоек одинаков почти для всех гидрофицированных крепей и заключается в следующем. В поршневую полость стойки под давление подается рабочая жидкость. При этом выдвижная часть стойки, перемещаясь вверх , упирается в кровлю через верхнее перекрытие. Давление жидкости в поршневой полости возрастает до величины, равной рабочему давлению насосной станции. После этого подача жидкости в поршневую полость стойки прекращается. Давление здесь достигает давления начального или предварительного распора .Дальнейшее возрастание давления в стойке в результате опускания пород кровли происходит до величины , на которую настроен предохранительный клапан стойки.

В этот период гидростойка работает в режиме нарастающего сопротивления. Когда давление в поршневой полости достигает придельной величины , стойка переходит в заданный режим постоянного сопротивления , т.е. рабочий режим, отклонения от которого могут быть вызваны лишь кратковременным повышением скорости опускания пород кровли, а также перепадами давлений открытия и закрытия предохранительного клапана. При срабатывании предохранительного клапана рабочая жидкость из замкнутой гидросистемы стойки вытесняется в сливную магистраль крепи.

Для передвижения секции производят разгрузку ее стоек соединением поршневых полостей стоек со сливной магистралью через управляемый обратно-разгрузочный клапан.

По конструктивному выполнению секции крепи различают : одностоечные, двухстоечные-рамные и кустовые.

Одностоечные. Секция крепи состоит из: перекрытия, гидродомкрата передвижения , 1 гидростойки. Рисунок 2.

Рисунок 2-Одностоечная секция крепи

Двухстоечные-рамные крепи. Секция крепи состоит из: перекрытия, гидродомкраты передвижения, 2-х гидростоек, расположенных в один ряд по продольной оси секции и основание. Их относят к типу поддерживающих крепей. Рисунок 3.

Рисунок 3-Двухстоечная-рамная секция крепи

Кустовые крепи. Секция крепи состоит из: перекрытия, основания, 4 или 6 гидростоек , расположенных в два ряда по ширине секции, одного или двух гидродомкратов передвижения, рисунок 4.

Рисунок 4-Кустовая секция крепи

Одними из первых в мире такие секции создавались в СССР на базе крепи 3МК, промышленные испытания которой проводились в Караганде на ш. им. Костенко, при мощности пласта 3, 5 м. и комбайне с бесцепной реечной системой подачи. Авторы считали, что исходя из обширного опыта применения схем управления породами кровли такая расстановка стоек наиболее выгодна для безопасности поддержания пород над лавой. Однако секция имела 3 гидростойки (две сзади и одна спереди), что обеспечивало удобный проход обслуживающего персонала. Испытания показали хороший результат, однако в серию крепь не пошла из за общего кризиса 85- 90 годов.

1.2 Основные конструктивные типы механизированных крепей и их классификация

Все механизированные крепи по основным функциональным критериям и их взаимодействия с боковыми породами можно разделить на оградительные, поддерживающие, оградительно-поддерживающие, поддерживающе-оградительная.

Оградительные крепи, рисунок 5 (КТУ 2мкэ) имеют одну основную функцию-ограждение рабочего пространства лавы от проникновения в него обрушенных пород кровли. Эти крепи не имеют элементов для поддержания кровли. Конструктивно они наиболее просты и наименее металлоемки, но имеют ограниченную область применения. Они не исключают проникновения в рабочее пространство пород кровли, обрушающихся по линии забоя пласта.

Секция оградительной крепи состоит из основания, гидродомкрата для передвижения крепи и конвейера , двух стоек и ограждающего щитового перекрытия.

Рисунок 5-Оградительная крепь:1-основание;2- верхняя и нижняя траверсы лемнискатного механизма;3-гидростойки;4-ограждение.

Заметим, что такие крепи ныне не применяются. А в 60 годах использовались для выемки мощных пластов с погашением толщи угля выше крепи, которая разрушалась буровзрывными работами и выпускалась через люк щитового перекрытия. Гибкое ограждение (черно-белая линия) настилалось на почву пласта при выемке первого слоя специальным агрегатом и отделяло уголь от обрушенных пород

Поддерживающие крепи, рисунок 6 выполняют две основные функции: управление горным давлением и поддержание кровли в рабочем пространстве лавы. Секции крепи этого типа имеют основание, от двух до шести гидравлических стоек, один или два гидродомкрата передвижения , верхнее перекрытие и оградительный элемент , выполненный в виде вертикально расположенного щитка.

Основное преимущество поддерживающих крепей заключается в том, что они сохраняют устойчивость пород кровли над рабочим пространством и обеспечивают управление горным давлением способом полного обрушения за поддерживающей частью крепи. Поддерживающие крепи получили широкое применение на пластах мощностью менее 1.8 м, а в конце 70 – 80 годах и на пластах средней мощности до 3, 5 м. (КМ – 130), которая была одной из лучших систем выемки в Караганде и Кузбассе, а также поставлялась объединением КарГорМаш за рубеж в Индию.

Рисунок 6-Поддерживающая крепь:1-основание;2-гидростойки;3-гидродомкрот передвижки;4-перекытие.

Оградительно-поддерживающие крепи (Рисунок 7) выполняют все три функции: управление горным давлением, поддержание кровли в рабочем пространстве и ограждение его от проникновения обрушающихся пород кровли. Оградительный элемент преобладает над поддерживающим . Крепи этого типа получили широкое распространение в нашей стране и применяются при разработке пологих пластов мощностью 1.8-3.5 м с легкообрушающимися породами кровли.

Секция оградительно-поддерживающей крепи состоит из основания, четырехзвенника, щитового перекрытия , козырька , одной наклонной гидростойки и гидродомкрата передвижения . Основным преимуществом крепей этого типа является небольшая ширина полосы поддерживаемых пород кровли в призабойном пространстве , что уменьшает нагрузку на крепь , позволяет увеличить ширину секции крепи и улучшить ее устойчивость. Недостатком является сравнительно малое рабочее пространство , что затрудняет размещение оборудования, перемещения людей и проветривание лавы.

Рисунок 7- Оградительно-поддерживающая крепь:1-основание,2- верхняя и нижняя траверсы лемнискатного механизма,3-ограждение,4-козырек,5-гидростойки,6-гидродомкрат передвижки

Поддерживающе-оградительные крепи (Рисунок 8) выполняют те же функции, что и оградительно-поддерживающие, но поддерживающий элемент у них преобладает над оградительным. Крепи этого типа применяются при разработке пологих пластов мощностью 1.4-3.2 м как с легко обрушающиеся , так и устойчивыми породами кровли.

Секция крепи состоит из основания, четырехзвенника, щитового перекрытия, верхнего перекрытия, двух гидростоек и гидродомкрата передвижения.

Основным преимуществом поддерживающе-оградительных крепей перед оградительно-поддерживающими является большее рабочее пространство, позволяющее более удобно расположить оборудование и обеспечить свободный проход для людей.

Рисунок 8- Поддерживающе-оградительная крепь:1-основание;2- верхняя и нижняя траверсы лемнискатного механизма;3-ограждение;4-перекрытие;5-гидростойки;6-гидродомкрат передвижки.

По характеру взаимодействия крепи с породами кровли различают крепи:

-теряющие контакт с кровлей при передвижке секций

-передвигаемые без потери контакта с кровлей

-с регулируемым сопротивлением, позволяющим управлять горным давлением и отжимом угля

По структурной схеме различают крепи комплектные и агрегатные.

Комплектная крепь-это совокупность двух или трех секций, соединенных между собой кинематическими связями и гидродомкратами передвижки. Комплекты не связаны друг с другом и с конвейером. К комплектным относятся, например, крепи МК97, МК98, 1МКС.

Комплект крепи МК97, рисунок-9 состоит из двух двухстоечных секций, связанных между собой гидродомкратом передвижения двойного действия. Домкрат расположен у кровли пласта. Он осуществляет последовательное передвижение секций по принципу шагания с отталкиванием их одна от другой. Перед передвижением секции распор с нее снимается и опоры поднимаются вверх. При этом секция 1 повисает на соседней секции 2, которая неподвижно расперта между кровлей и почвой пласта. Далее секция 1 перемещается к забою гидродомкратом и распирается между почвой и кровлей пласта в новом положении. Аналогично осуществляется затем передвижение секции 2.

Рисунок 9-Комплектная механизированная крепь МК97

К преимуществам комплектной крепи следует отнести: возможность преодоления небольших геологических нарушений, возможность изменять шаг передвижки крепи, так как крепь не связана с конвейером, свободное перемещение рабочих по почве пласта, которая не загромождена гидродомкратами передвижения, основаниями секций и т.д. , большая маневренность.

Недостатком комплектной крепи является сложность автоматизации ее работы.

Агрегатная крепь- это механизированная крепь , секции которой имеют кинематические связи друг с другом по всей длине лавы , обеспечивающие взаимодействие секций при их передвижении. Агрегатные крепи получили наибольшее применение. К ним относятся крепи «Донбасс», КМ87УМ, 1МКМ, ОКП и др. Работа этих крепей может быть автоматизирована.

По технологическим критериям механизированные крепи можно классифицировать:

а)по способу перемещения всей крепи комплекса- фронтальное сразу по всему фронту забоя и фланговое (волновое перемещение с фланга)

б) по последовательности передвижения секций- последовательное(одна за другой) и линейно-шахматное через одну, что позволяет ускорить почти в двое время на передвижку секций и благодаря этому увеличить скорость выемки угля комбайном

в) по способу перемещения секций – скользящее по почве пласта, на гусеничном ходу, шагающая .

2 Современные механизированные крепи

2.1 Механизированные крепи производства «Сaterpillar»

Caterpillar – мировой лидер в технологии механизированной крепи при разработке длинными забоями. В начале 1970-х годов сложные условия добычи в немецких угольных шахтах определили необходимость обширных исследовательских и конструкторских работ в области механизированных крепей. Пласты высокой и малой мощности с различными углами падения, слабая кровля и кровля из мощных пластов песчаника, слабая почва и геологические нарушения обуславливали высокий уровень индивидуальности подхода к каждой ситуации. Полученный опыт получил широкое распространение и был применен во всех зонах добычи полезных ископаемых в мире. Он обеспечил заказчикам современную технологию, предназначенную для максимального управления состоянием кровли и почвы в длинных забоях. Это не только позволило устранить простои благодаря контролю пород кровли и почвы пласта, но и облегчило внедрение автоматики в системах механизированной крепи даже в крайне сложных геологических условиях.

Отличительной конструктивной особенностью данной механизированной крепи является ширина секции крепи, равная двум метрам. Механизированные крепи шириной два метра обладают рядом преимуществ перед обычными ограждениями шириной 1,50 или 1,75 м. Применение секций с шириной ограждения два метра требует меньше вложений и работ по техническому обслуживанию. Также это означает меньшее количество элементов, способных выйти из строя. Сокращение количества ограждений позволяет упростить выполнение перемонтажа оборудования и перемещение оборудования в длинных забоях.

Рисунок 10- Двухметровые механизированные крепи

Компания Caterpillar производит полный спектр систем управления механизированной крепью, от ручных гидравлических органов управления до хорошо зарекомендовавшей себя системы электронного управления PMC-R для самой современной автоматизации работы в забоях и контроля оборудования.

Электрогидравлическая система управления Cat PMC-R для длинных забоев – это передовая технология автоматизации работы в длинных забоях, обеспечивающая полную автоматизацию, мониторинг и удаленную диагностику для всего оборудования в забое. Вся информация может передаваться на поверхность в реальном времени, позволяя максимально повысить производительность работ в забое.

Преимущества системы управления:

• гибкость управления;

• простота эксплуатации;

• легкость обслуживания;

• надежность и безопасность.

Опоры и цилиндры спроектированы и изготовлены по высочайшим стандартам качества и производительности. Поставляются двух- и трехступенчатые системы. Выбор материалов и конструкций обеспечивает максимальный срок службы. Гальванизация позволяет работать даже в самой агрессивной среде.

Рисунок 11-Опоры и цилиндры механизированной крепи

За долгие годы компания Caterpillar разработала и внедрила в механизированные крепи множество технологий, позволяющих совершенствовать технику безопасности на рабочем месте:

• рассеивающие муфты;

• маркировка шлангов;

• фиксация струбцинами;

• усовершенствованная конструкция струбцин (D-образная форма);

• D-образные струбцины Super-Stecko.

Рисунок 12- Механизированная крепь Cat для мощных пластов

Компания Caterpillar производит механизированные крепи индивидуально для каждого заказчика, заказчик выбирает параметры крепи исходя из своего производства. Данные параметры выбираются из интервалов представленных в таблице 1.

Высота, закрытое положение	500-2900 мм
Высота, выдвинутое положение	1100-6100 мм
Номинальное усилие на опоры	2 × 800-2 × 7156 кН
Плотность ограждения	до 111 тонн/м2
Длина ограждения	2997-8000 мм
Длина поджимного козырька	1980-4520 мм
Задний выступ	850-1448 мм
Масса	6,5-63,5 тонн

Таблица 1-Характеристики механизарованных крепей Cat

2.2 Механизированные крепи производства «Юргинский машзавод»

2.2.1 Крепь МКЮ 4У-12/25

Крепь механизированная МКЮ 4У-12/25 поддерживающе-оградительного типа предназначена для механизации крепления призабойного пространства, поддержания и управления кровлей, включая тяжелые по проявлению горного давления передвижки забойного конвейера при ведении очистных работ на пологих и наклонных пластах с углом падения до 35°, при продвижении забоя по простиранию и до 12° - по падению и восстанию.

Крепь оснащается устройствами якорения, правки, а также корректировки трассы и удержания лавного конвейера.

Рисунок 13-Крепь МКЮ 4У-12/25

Характеристики механизированной крепи МКЮ 4У-12/25 приведены в таблице 2.

Минимальная конструктивная высота, мм	1230
Максимальная конструктивная высота, мм	2530
Сопротивление крепи, кН/м2	1150
Шаг передвижки, мм	800
Шаг установки, мм	1500
Количество гидравлических стоек	4
Рабочее давление, МПа	32
Масса, т	13,5

Таблица 2-Технические характеристики механизированной крепи МКЮ 4У-12/25

2.2.2 Крепь МКЮ 2У-07/19

Крепь механизированная МКЮ.2У-07/19 поддерживающе-оградительного типа предназначена для механизации крепления призабойного пространства, поддержания и управления кровлей, передвижки забойного конвейера при ведении очистных работ на пологих и наклонных пластах.

Крепь оснащается устройствами стабилизации секций, системой удержания лавного конвейера от сползания, системой громкоговорящей связи.

Рисунок 14-Механизированная крепь МКЮ 2У-07/19

Характеристики механизированной крепи МКЮ 2У-07/19 приведены в таблице 3.

Таблица 3-Технические характеристики механизированной крепи МКЮ 2У-07/19

Минимальная конструктивная высота, мм	850
Максимальная конструктивная высота, мм	1900
Сопротивление крепи, кН/м2	496...617
Шаг передвижки, мм	700
Шаг установки, мм	1500
Количество гидравлических стоек	2
Рабочее давление, МПа	32
Масса, т	10,4

Основной недостаток крепей щитового типа – зарывание носка основания в почву пласта. Это вызвано тем, что в отличие от крепей типа ОКП их основания выполнялись короче и не проходили под конвейер, что сокращало площадь контакта и резко повышало давление у носка. Здесь же располагались две гидростойки расположенные во фронт лавы с огромной несущей способностью до 360 тс на каждую. Попытки же перенести часть давления на конвейер через направляющие соединявшие борт конвейера, гидродомкрат передвижки и основание секции было ограничено небольшой несущей способностью домкрата управления направляющими, который в основном предназначался для подъёма носка из утопленного состояния при разгрузке секции. Поэтому расположение гидростоек со смещением в завал, как например это имело место в крепи 3МК представляется оправданным.

3 Задача на проектирование механизированной крепи с встроенным исполнительным органом

3.1 Общие сведения

Разработка мощных угольных пластов на всю их мощность производится либо щитовыми системами, либо системой подэтажных штреков. При щитовых системах выемка угля осуществляется под защитой специальных щитов (секционных щитов). Отбойка угля под щитом производится с помощью буровзрывных работ. Следует отметить, что при увеличении мощности пласта управлять щитом становится сложно, увеличиваются потери угля и растет объем подготовительных работ.

Для решения данных проблем была спроектирована механизированная крепь с встроенным исполнительным органом, которая предназначена для увеличения вынимаемой мощности пласта.

Механизированная крепь с встроенным исполнительным органом, включает в себя базовую балку, секционную крепь, содержащую телескопические перекрытия, основания, шарнирно связанные с базовой балкой верхними и нижними забойными и завальными рядами гидростоек и телескопическими ограждениями, и гидродомкраты передвижки, верхние и нижние гидростойки завального ряда размещены на каретках с возможностью перемещения верхних по базовой балке, нижних по основанию, забойные гидростойки и ограждения выполнены телескопическими, а на передней части базовой балки выполнен гидродомкрат для опоры на забой.

Механизированная крепь состоит из забойных 1 и завальных 2 рядов верхних и нижних гидростоек. Штоки верхних гидростоек 1 и 2 при помощи шарниров 3 соединены с перекрытием 4 и базовой балкой 5. Нижние гидростойки 1 и штоки нижних гидростоек 2 закреплены шарнирно на базовой балке 5 и основании 6, а основания гидростоек 2 шарнирно соединены с каретками 7, способными перемещаться по направляющим 8. Гидростойки 1 выполнены телескопическими, а ограждения 9, шарнирно связанные с основанием 6, базовой балкой 5 и перекрытием 4, имеют телескопическую связь для раздвижки. Базовая балка 5 соединена при помощи скользящих захватов 10 с базовыми балками соседних секций. В скользящих захватах 10 установлены гидродомкраты 11 для передвижки базовой балки 5 относительно соседних секций. Гидродомкрат 12 с опорой на забой, шарнирно связанный с базовой балкой 5, предназначен для передачи части нагрузки от пород кровли на угольный забой. Перекрытие 4 выполнено из забойной и завальной частей, связанных телескопической связью. Перемещение забойной части перекрытия 4 к забою осуществляется гидродомкратом 13, им же осуществляется перемещение завальной части перекрытия 4. Основание 6 соединено гидродомкратом 14 с конвейерным ставом. Механизированная крепь позволяет изменять угол наклона плоскости забоя к плоскости пласта от 45 до 90^o.

Рисунок 15-Механизированная крепь с встроенным исполнительным органом

По мере выемки угля, например, струговой установкой, осуществляется передвижка по кровле пласта забойной части перекрытия 4 гидродомкратом 13 и передвижка конвейерного става гидродомкратом передвижки 14. Затем посекционно, предварительно сняв распор с нижних гидростоек забойного 1 и завального 2 рядов, осуществляется передвижка оснований 6 при помощи гидродомкрата передвижения 14 к забою. Вслед за этим посекционно при помощи гидродомкрата 11 передвигаются к забою базовые балки 5. После этого при помощи гидродомкрата 13 происходит передвижка к забою завальной части перекрытия 4.

Способность крепи формировать забой из вертикального положения в наклонное осуществляется в следующей последовательности.

По мере выемки угля, например, струговой установкой, осуществляется передвижка по кровле пласта забойной части перекрытия 4 гидродомкратом 13. Вслед за этим посекционно при помощи гидродомкрата 11 передвигаются к забою базовые балки 5. После этого при помощи гидродомкрата 13 происходит передвижка к забою завальной части перекрытия 4. Для повышения несущей способности крепи в наклонном положении нижней части гидростоек 2 завального ряда передвигают по направляющим 8 в сторону забоя и фиксируют их в нужном положении.

3.2 Постановка задачи

Задачей данного курсового проекта является проектирование, и силовой анализ механизированной крепи с встроенным исполнительным органом. Если конструктивная схема крепи близка к секции КТУ – 2мкэ для отбойки мощных пластов под защитой гибкого металлического перекрытия, то исполнительный орган позволит не настилать гибкое перекрытие и исключить применение БВР за счет трещинообразования верхней пачки угля горным давлением и например, резцовой струговой головкой.

Данную задачу решим при помощи программного пакета Adams, в котором мы спроектируем крепь с встроенным исполнительным органом на базе механизированной крепи «Глиник15/29»,а также произведем силовой анализ данной крепи в условиях поддержания кровли.

Крепь Глиник 15/29, рисунок 16, создана на базе механизированной крепи Глиник 22/08 ПОЗ ВЗМ и предназначена для крепления и управления кровлей полным обрушением в лавах с вынимаемой мощностью 1,7…2,8 м, с углами падения от 00 до 350 – по простиранию и ±150 по падению при средних и легкообрушиваемых кровлях. Крепь снабжена механизмами

Рисунок 16- Крепь «Глиник15/29»

для стабилизации конвейера и верхняков, а так же для коррекции и подъема основания, что позволяет облегчить передвижку крепи при слабых почвах. Концевые секции снабжены отклоняющими выдвижными щитами (козырьками) для удержания и предотвращения попадания пород кровли под секции крепи. Для облегчение процесса управление кровлей в забое верхняки снабжены выдвижными отклоняющимися козырьками с щитами удержания груди забоя.

Глиник15/29 состоит :1 - перекрытие; 2,3 - полуоснования; 4 - ограждение; 5 - балка передвижения секции крепи и конвейера; 6 - гидростойка двойной раздвижности; 7 - угловой гидродомкрат-стабилизатор; 8 - гидродомкрат выдвижного борта ограждения; 9 - гидродомкрат передвижки секции крепи забойного конвейера; 10 - устройство корректировки положения основания секции крепи; 11 - блок управления секцией; 12 - передняя траверса направляющего механизма; 13 - завадбная траверса направляющего механизма; 14,15,16 - узел крепления траверс в основании; 18 - узел механизма выдвижного борта на проставке; 19 -щит ограждения забоя; 20 - гидродомкрат щита ограждения забоя; 21 - гидроподжимная выдвижная консоль перекрытия; 22 -гидродомкрат гидроподжимной консоли перекрытия. Основные технические характеристики приведены в таблице 4.

Таблица 4 –Технические характеристики крепи «Глиник15/29»

№	Параметры	Значение
1	Минимальная конструктивная высота, мм	1500
2	Максимальная конструктивная высота, мм	2900
3	Рабочее сопротивление секции, кН	3078-3490
4	Вынимаемая мощность, м	1,7-2,8
5	Максимальная удельная нагрузка на кровлю, МПа линейная секция переходная секция концевая секция	0,623 0,584 0,543
6	Максимальная нагрузка на почву, МПа	1,655
7	Шаг установки секции, м	1,5
8	Шаг передвижки секции, м	0 ,65
9	Рабочее давление, МПа	25-30
10	Усилие передвижки крепи, кН	357-429
11	Усилие передвижки конвейера, кН	163-294
12	Масса крепи, кг	13400

4 Введение в Adams

4.1 Назначение Adams

ADAMS/View предназначен для создания, тестирования и оптимиза- ции работы моделей механизмов и конструкций, состоящих из абсолютно твердых тел и их соединений (шарниров, нитей, пружин и т.д.).

Пакет Adams функционально состоит из трех основных частей:

1. Предпроцессор – программа позволяющая задавать геометрические и физические параметры модели, а так же начальные и граничные условия. Обычно в предпроцессор закладываются геометрические и физические свойства простейших элементов и материалов. Можно 4 сказать, что предпроцессор это с одной стороны, графический редактор, где изображение строится по уже готовым эскизам, с другой стороны это инструмент для задания всех исходных данных модели. Кроме того, предпроцессор отвечает за импорт данных из других вычислительных пакетов. Это позволяет для решения составной задачи использовать несколько различных вычислительных пакетов, применяя к каждой части задачи именно тот пакет, который дает наиболее точное решение.

2. Процессор или решатель (solver) это программа, предназначенная для численного решения уравнений, описывающих поведение созданной модели, с исходными данными, заданными в предпроцессоре. Один и тот же решатель может использовать различные методы интегрирования уравнений. В вычислительном пакете можно использовать различные решатели по желанию пользователя.

3. Постпроцессор отвечает за обработку результатов вычислений. Он используется для построения графиков, различных величин. Экспорта числовых и графических данных, построения анимационных роликов для наглядного представления работы модели.

В пакете сформированы объекты или примитивы, которые играя роль каких-то элементов машин можно соединять заданными связями и шарнирами таким образом, что уравнения динамики, описывающие возможные движения этих частей и узлов формируются автоматически (используется принцип линеаризации уравнений динамики) и затем решаются при имитации движения управляя графическим построителем меняющим в течении времени положение деталей. Уравнение и их системы управления записаны на языке С++, код которых можно сохранить, посмотреть и откорректировать, под новые условия. Нет необходимости и в точном моделировании конструктивных особенностей деталей. Для решения достаточно ввести их массы и осевые моменты инерции. Или начальные скорости и ускорения. Считая, например, сами части жесткими и недеформируемыми. Полученные же усилия можно перенести в пакет Ansys, где машина или её узел деталь выполнены со всеми геометрическими подробностями. Наличие языковой объектино-ориентированной оболочки позволяет этот процесс переноса автоматизировать и наладить полностью автономный обмен данными

4.2 Общие принципы создания моделей

Виртуальные модели, которые отображают реальные механизмы, в ADAMS конструируются из отдельных частей (Parts). Часть представляет некоторый набор заранее заданных первичных объектов (линии, цилиндры, параллелепипеды, пружины и др.). Часть в целом рассматривается как физический объект, который может иметь или не иметь массу, моменты инерции, скорость и так далее. Составляющие часть объекты определяются лишь геометрическими характеристиками и связями между собой. Все характеристики можно задавать при создании или изменять в процессе работы.

В ADAMS существуют следующие основные типы первичных объектов:

- твердые тела. Объекты, которые имеют массу и моменты инерции;

- примитивы. Тела, которые не имеют массы и характеризуются только геометрическими размерами (линии, дуги, сплайны и др.);

- точечные массы. Такие тела не имеют размеров, моментов инерции и характеризуются только своей массой;

- гибкие тела. Они имеют массу и моменты инерции и могут изгибаться под действием внешних сил;

- кроме того, ADAMS имеет специальный объект «земля», или «фундамент», который присутствует в любой модели.

4.3 Основные меню команд и панели инструментов

Управление ADAMS осуществляется при помощи верхнего меню. Кроме того, для удобства на экран можно вывести различные панели инструментов. Обычно после начала работы на экране присутствует главная панель инструментов (Main toolbox) . С ее помощью можно создавать различные конструкции, проводить расчеты движения с одновременной анимацией. Эта панель состоит из двух частей - «Набора инструментов» и «Панели управления просмотром», которая позволяет рассматривать создаваемую модель с различных позиций.

Во время работы с ADAMS на экране могут присутствовать следующие окна:

- координатное окно - в нем отображаются текущие координаты курсора. Оно вызывается клавишей F4 или с помощью пунктов верхнего меню View/Coordinate Window;

- для показа выполняемых команд ADAMS используется командное окно. Оно вызывается клавишей F3 или с помощью пунктов верхнего меню View/Command Window;

- для просмотра текущих сообщений о результатах работы используется окно сообщений Message Window. Оно вызывается с помощью пунктов верхнего меню View/Message Window.

- кроме того, на экране всегда присутствует рабочее окно или рабочая плоскость, на которой выполняется создание и тестирование моделей.

Рисунок 17- Схема модели исполнительного органа: 1 - гидроцилиндр – направляющая исполнительного органа; 2-гидроцилиндр-исполнительный орган ; 3 –поступательная связь;4-ограждение встроенного исполнительного органа;5-поступательная связь;6-перекрытие встроенного исполнительного органа

Рисунок 18-Схема общего вида механизированной крепи с встроенным исполнительным органом

Проектирование механизированной крепи в Adams

Открываем программный пакет Adams и создаем новую модель

В верхнем меню выбираем команду « RigidBody:Link»

В появившемся окне, меняем команду «New part» на «On ground» , так как основание должно быть не подвижно, проставив все галочки устанавливаем размеры основания.

В результате получаем основание

Аналогично строем нижнюю траверсу лимнискатного механизма

Потому же принципу строем ограждение

Далее достраиваем верхнюю траверсу лимнискатного механизма

Аналогично достраиваем перекрытие и козырек

В результате получаем механизированную крепь в 3d

С помощью команды «Create a Revolute joint» устанавливаем шарнирную связь элементам

Выбираем в верхнем меню «Simulation» чтобы проверить правильно ли расставлены шарнирные связи

Проверяем в 2d , результат положительный, все связи расставлены верно

Для уверенности проверяем в 3d,в результате все связи расставлены верно

С помощью команды « RigidBody:Link» достраиваем недостающие элементы

Устанавливаем на достроенные элементы одну шарнирную и две поступательной связи, поступательную связь устанавливаем с помощью команды «Create a Translational joint»

На этом геометрическое построение закончено, результат построения в 3d преставлен ниже

Заходим в свойство элемента, выбираем вкладку «Modify» и меняем массу элемента

Аналогично изменяем массу остальных элементах

Устанавливаем силу распора гидростойки

Проводим симуляцию

Останавливаем в рабочем положении

Получаем графики после испытания

Приведем один из вариантов разработанной крепи

Заключение

Механизированная крепь предназначена для поддержания боковых пород в призабойном пространстве. Для разработки мощных пластов используется механизированная крепь с встроенным исполнительным органом. Исполнительный орган предназначен для увеличения вынимаемой мощности пласта.

В данном курсовом проекте я спроектировал и провел силовой анализ механизированной крепи с встроенным исполнительным органом на базе механизированной крепи «Глиник15/29» .

В таком исполнении крепь лучше поддерживает кровлю и на ~ 30 % легче крепи, спроектированной в традиционном исполнении.

В результате написания курсового проекта сделал вывод, что исполнительный орган необходим для выемки горных пород из мощных пластов, так как с его помощью можно увеличить высоту любой механизированной крепи и без всяких трудностей управлять кровлей.

Список использованной литературы

Бейсембаев К.М.: Методическое указание по выполнению курсового проекта

Васючков Ю.В. Горное дело – М. Недра, 1989 .с. 175-181

Яцких В.Г., Спектор Л.А., Кучерявый А.Г. Горные машины и комплексы- Недра, 1984. - 400 с

http://mmm.samsu.ru/polyakov/adams/Adams_pos_new.pdf

http://www.yumz.ru/

Жетесова Г.С. Анализ разрушений и деформаций элементов конструкций механизированных крепей //Труды университета. Выпуск 1. – Караганда: Изд-во КарГТУ, 2002, – С. 9-11.

Хорин В.Н., Мамонтов С.В., Каштанова В.Я. Гидравлические системы механизированных крепей. – М.: Недра, 1971. – 288 с.

Бейсембаев К.М., Дёмин В.Ф., Жетесов С.С., Малыбаев Н.С., Шманов М.Н Практические и исследовательские аспекты разработки горных машин в 3 d монография. Караганда, 2012, изд-во КарГТУ, 135с.

Кудинов В.А., Карташов Э.М. Гидравлика / Москва, «Высшая школа», 2007, 199с.

Поляков К.А. Создание виртуальных моделей в пакете прикладных программ ADAMS , учебное пособие, Самара 2003, электронный вариант

Код для цитирования: Скопировать