книги / Расчет и конструирование горных транспортных машин и комплексов

П Р Е Д И С Л О В И Е

Курсу «Расчет и конструирование горних транспортных машин

икомплексов» предшествует курс «Горние транспортные машины»,

вкотором излагаются общие сведения о горних транспортных маши­

нах, рассматриваются их классификации, типажи, эксплуатация и охрана труда при их применении, технико-экономические показа­ тели, технологические расчеты, а также машины общего назначе­

В книге даны анализ конструкций и специальные расчеты, необ­ ходимые конструктору при создании новых машин. Рассмотрены основные типы машин, по которым накоплен значительный отечест­ венный опыт конструирования. Из расчетов приведены только те, которые вошли в практику либо апробированы в такой степени, что могут быть рекомендованы для использования.

Из зарубежной техники рассмотрены лишь наиболее оригиналь­ ные конструкции машин.

Весь материал разбит на три раздела. В конце каждого при­ веден список литературы, на которую даются ссылки в данном раз­ деле и которая рекомендуется для углубленного изучения отдельных вопросов.

В каждом разделе выделены главы, посвященные динамике работы рассматриваемой группы машин, что обусловлено все возрастающим распространением динамических расчетов горных транспортных машин, а также необходимостью в ряде случаев анализа конструкции, исходя из динамических процессов, протекающих в машине.

Подготовку книги в целом, а также общее редактирование выпол­ нил проф., докт. техн. наук И. Г. Штокман.

Авторами книги являются:

проф., докт. техн. наук И. Г. Штокман — введение, глава I {совместно с канд. техн. наук Л. Н. Сигаловым), глаза II (§ 5 — сов­ местно с В. И. Проскуриным), глава V {совместно с доц., канд. техн.

К. И. Чебаненко и канд. техн. наук А. Д. Димашко), заключение; доц., канд. техн. наук П. М. Кондрахин — глава III;

доц.у канд. техн. наук Е. М. Сноведский — глава IV (с исполь­ зованием материалов чл.-порр. АН СССР А. О. Спиваковского);

канд. техн. наук П. С. Шахтарь — §§ 1 и 2 главы VI;

канд. техн. наук Ю. М. Шендерович — § 6 главы VII.

Авторы выражают признательность рецензентам: проф., докт. техн. наук В. С. Берсеневу и колллективу возглавляемой им кафедры конструирования горных машин Ленинградского горного института и проф.у докт. техн. наук А. В. Евневичу за полезные замечанияf сделанные при рецензировании рукописи.

Физические величины в книге даются в единицах систем МКС и МКГСС. Для перевода их в единицы системы СИ можно пользо­ ваться следующей таблицей.

Преобразование используемых единиц измерения в единицы системы СИ

В В Е Д Е Н И Е

Научно-технический прогресс в развитии горнодобывающей про­ мышленности СССР связан с непрерывным совершенствованием существующих и созданием новых, более эффективных машин, отве­ чающих разнообразным требованиям условий их эксплуатации. Однако для того, чтобы горная транспортная машина, как, впрочем, и любая другая машина новой конструкции, наиболее полно отвечала своему назначению и имела высокие технические и экономические показатели, необходимо при ее создании руководствоваться помимо эксплуатационных требований также требованиями общего характера.

Простота конструкции обычно влечет за собой снижение стои­ мости изготовления и эксплуатации машины, облегчает ее обслужи­ вание. Упрощение конструкции, однако, не должно перешагнуть ту допустимую грань, за которой будут снижены степень ее совершен­ ства и эксплуатационные показатели.

Надежность — свойство машины выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в течение требуемого промежутка времени. Надежность обеспечивается рациональной конструкцией и степенью ее отработки, стабильностью свойств вы­ бранных материалов, высоким качеством изготовления и соблюде­ нием правил эксплуатации. Однако было бы неправильным при создании транспортной машины полагаться на постоянный высоко­ квалифицированный уход за ней. Тяжелые условия работы машин

к снижению влияния эксплуатационных факторов на надежность машин и сводить к минимуму объем операций обслуживания.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособ­ ность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.

Фактическая долговечность может быть ниже проектной вслед­ ствие неправильной эксплуатации машины: перегрузок, увеличения длины конвейера выше расчетной, форсирования скорости и т. п. Поэтому конструктор должен ограничить возможности нарушения расчетных режимов работы транспортной машины при ее работе.

В нормально функционирующей машине может, однако, быть исчерпан ресурс ее моральной долговечности. Моральное старение

о

(износ) происходит, если показатели действующих машин перестают удовлетворять горное производство, особенно при появлении ма­ шин, выполняющих те же функции с лучшими показателями. Глав­ ным направлением предупреждения морального износа является создание таких базовых конструкций, в которых заложены резервы их совершенствования по всем основным показателям, осуществля­ емым при периодических модернизациях.

Экономичность машины, с одной стороны, связана с процессом ее конструирования и изготовления и, с другой, — с процессом эксплуатации. Обе эти стороны в зависимости от конкретных кон­ структивно-технологических решений могут находиться в противо­ речии, но могут и дополнять друг друга.

Конструктор должен стремиться к снижению стоимости проект­ ных работ и удешевлению изготовления машин. Однако удешевле­ ние машины не должно вызывать ощутимого увеличения эксплуата­ ционных расходов, в противном случае суммарный экономический эффект будет снижаться. Поэтому в задачу конструктора входит установление экономической эффективности машины по совокупности всех влияющих факторов.

Блочность (агрегатирование) конструкции предусматривает соз­ дание машины из обособленных узлов (блоков), монтируемых на базовом узле. Машину, состоящую из блоков, легче собирать, регу­ лировать, транспортировать и ремонтировать. Кроме того, блочная конструкция проще поддается модернизации. Как сказано выше, в самой конструкции машины должны быть заложены предпосылки, облегчающие ее последующую модернизацию. Одной из таких пред­ посылок является разделение конструкции машин на отдельные узлы, по возможности взаимозаменяемые и выполняющие самостоя­ тельные функции.

При испытаниях машин и во время их эксплуатации выявляются наименее совершенные элементы. При наличии самостоятельных бло­ ков разработку необходимых конструктивных усовершенствований, их испытание и внедрение в серийное производство можно ограничить лишь отдельными блоками, не ‘затрагивая остальных. Наконец, принцип блочностн позволяет использовать одинаковые блоки (чаще всего приводные) в различных транспортных машинах (например, в конвейерах).

Безопасность машины является требованием первостепенной важности, несоблюдение которого делает машину непригодной для

эксплуатации.

Взрывоопасность рудничной атмосферы, запыленность и влаж­ ность среды, стесненность и непостоянство рабочего места — эти и другие специфические условия работы средств горного транспорта усложняют решение вопросов создания безопасных машин.

Конструктивная безопасность машины достигается взрывобезо­ пасным исполнением оборудования, компактностью, повышением удобства обслуживания, предохранением машины от перегрузок, устройством ограждений и переходных мостиков (для магистральных

конвейеров), наличием блокировок и кожухов, автоматизацией управления и контроля режимов работы отдельных узлов машины и т. д. Большое значение имеют такие эксплуатационные мероприя­ тия, как улучшение проветривания и освещения, а также строгое

ляются не только уровнем безопасности, но и рядом дополнительных факторов.

Снижение веса машины облегчает ее сборку и разборку. Они облегчаются также упрощением конструктивных форм узлов и до­ ступностью мест сборки.

Компактность машины связана не только с условиями ее вписы­ вания в выработки, но и с облегчением обслуживания, в частности, доступности для наблюдения и осмотра.

Возможность разборки машины на транспортабельные узлы обеспечивает удобство ее транспортирования по горным выработкам и на поверхности.

Блочность конструкции облегчает проведение ремонтов, так как позволяет заменять вместо отдельных деталей целые блоки, что уменьшает объем монтажных работ.

Применение долговременных смазок, особенно у машин с боль­ шим числом одинаковых (или подобных) смазываемых узлов (напри­ мер, роликовых опор конвейеров), применение централизованной смазки, поставка горным предприятиям наряду с машиной и вспомо­ гательного оборудования сервиса также способствуют облегчению обслуживания.

Для повышения комфортности управления большое значение имеют простота и удобство конструкции кнопок и рукоятей управ­ ления, сосредоточение их, а также высокая степень автоматизации, удаление мест пересыпания груза от рабочего места оператора, низ­ кий уровень шума, отсутствие вредных вибраций, соблюдение тре­ бований технической эстетики.

Изложенные принципы не исчерпывают всех требований, предъ­ являемых к конструкциям транспортных машин. Многие из них определяются конкретным назначением машины.

Проектированию новой машины или модернизации существу­ ющей, как правило, предшествует научная проработка, обосновыва­ ющая необходимость проектных работ, а также основные параметры и показатели машины. Для этого прежде всего тщательно изучают условия работы машины. Устанавливают требуемую производитель­ ность, длину транспортирования, диапазон углов наклона и ряд других эксплуатационных показателей; обобщают достоинства и не­ достатки существующих транспортных машин, работающих в анало­ гичных условиях как в СССР, так и за рубежом. Последнее требует проведения патентного поиска, который закладывает основу обеспе­ чения патентной чистоты нового изделия. Кроме того, выполняются теоретические исследования.

витель. Разработка рабочих чертежей должна производиться в соот­ ветствии с общегосударственной единой системой конструкторской документации (ЕСКД) и с соблюдением действующих государствен­ ных стандартов, межотраслевых и отраслевых нормалей, а также нормалей сортаментов материалов, принятых на заводе-изготови- теле. Изготовление и доводка опытно-промышленных образцов новой транспортной машины производится под руководством главного конструктора проекта и ведущего конструктора завода.

Заводские испытания новой машины проводят с целью проверки ее соответствия техническому заданию и готовности к промышлен­ ным испытаниям. При промышленных испытаниях опытно-промыш­ ленного образца машины проверяют ее соответствие ТЗ, а по их окончанию производят доводку машины.

Эксплуатационная проверка лучше всего позволяет устранить слабые места конструкции. В процессе промышленных испытаний могут быть подвергнуты ремонту отдельные узлы машины, а также внесены некоторые изменения в ее конструкцию.

При изучении возникающих отказов в работе машины необхо­ димо установить их причины. Обязательному учету подлежат те отказы, которые вызваны конструкцией машины, а не нарушениями условий эксплуатации.

Важную роль играют экспериментальные исследования как при заводских, так и при промышленных испытаниях. На узлы и детали транспортйой машины во время эксплуатации действуют нагрузки,

зить всю картину нагружения и вызвать разрушения узлов машины. В этих условиях трудно, а часто и невозможно получить расчет­ ным путем достоверные данные о нагрузках и режимах работы ма­ шины. Между тем такие сведения необходимы для расчета элементов машин на прочность, усталость от переменных деформаций и вынос­ ливость контактных поверхностей. Комплексные экспериментальные исследования образцов оборудования рудничного транспорта на испытательных стендах и в шахтных условиях позволяют выявить динамические свойства машин и фактические нагрузки, действу­ ющие на их элементы. Материалы этих исследований необходимы для создания новых, более совершенных образцов машин и модерни­ зации существующих, а также для решения важных теоретических

вопросов.

По результатам промышленных испытаний производят корректи­ ровку технической документации и принимают решение о серийном производстве машины.

Раздел первый

К О Н В Е Й Е Р Ы

Г л а в а I

ДИНАМИКА РАБОТЫ КОНВЕЙЕРОВ

СТЯГОВЫМ ОРГАНОМ

§1. ДИНАМИКА УСТАНОВИВШЕГОСЯ ДВИЖЕНИЯ

Волновое уравнение

Реальный тяговый орган обладает упругостью и под действием внешнего возмущения деформируется на величину и (я, t), которая является функцией положения рассматриваемого сечения х и вре­ мени t.

При рассмотрении колебательных процессов в тяговом органе зго в первом приближении можно отождествить с однородным упру­ гим стержнем, относительная деформация которого в рассматривае­

Рис. 1.1. Расчетные схемы для определения частоты собственных колебаний тяговых органов при «закритическом» (/) и «докритическом» (II) первоначальном натяжении

отражает свойства натянутой тяговой цепи, не имеющей провиса­ ющих участков. К большим погрешностям приводит подобное рас­ смотрение конвейерной ленты, которая является не вполне упругим (упруго-вязко-пластическим) телом.

Для составления уравнения продольных упругих колебаний тяго­ вого органа выделим на порожней ветви элементарный участок, ограниченный близкими сечениями х и х + 6я (рис. 1.1, а).