Создание универсального вспомогательного оборудования для шахтного самоходного шасси

К вспомогательному оборудованию горных работ относятся транспортные и грузоподъемные машины. Особенно большую и конструктивно разнообразную группу составляют самоходные транспортные машины. Самоходные транспортные машины предназначены для перемещения по горным выработкам материалов, оборудования и людей, выполнения погрузочно-разгрузочных работ. К грузоподъёмным машинам относят самоходные полки для осмотра кровли и подземные краны.

На заряжании шпуров в забоях высотой свыше 5 м широко применяется доставочно-зарядная машина ПМЗШ-2 конструкции Джезказганского горно-металлургического комбината (ДГМК). В последнее время для этой цели широко применяются машины CHARMEC 1610B фирмы «NORMET CORPORATION» (Финляндия) [1].

Для механизации процессов штангового крепления и поддержания выработанного пространства на рудниках применяются агрегаты СП-8А, СП-18А, созданные на заводе

«Массагет» (Алматы) [2], и зарубежные машины фирм «Секома» и «Нормет».

Объекты и методы исследований

Объектом исследования является универсальное вспомогательное оборудование на самоходном шасси для горно-шахтных работ. В работе использованы численные методы анализа и синтеза механизмов высоких классов. Конструктивные расчеты в работе произведены с помощью программы SOLID WORK.

Масштабность подземных горных работ со значительной территориально-пространственной разбросанностью забоев и рабочих мест техники предопределяют большую протяженность горных выработок и значительные расстояния транспортирования различных видов груза. Естественно, все это усложняет возможность своевременного и качественного проведения различных видов ремонта техники, особенно с заменой на месте ее работы агрегатов и крупногабаритных узлов машины. Для снижения трудоемкости ремонтных и сервисных процессов, их облегчения и ускорения в подземных условиях используются различные комбинированные транспортные установки, несущие на своем шасси грузоподъемные механизмы и агрегаты для производства сварочных и съемномонтажных операций.

Одной из широко применяемых вспомогательных машин является самоходный подъемный кран. Наибольшее распространение получил самоходный кран ПК-5М с максимальной грузоподъемностью до 6300 кг. Кран монтируется на шасси автомобиля МАЗ-5337 [3].

К средствам механизации вспомогательных работ относятся тележки для перевозки людей, материалов, запасных частей, бульдозеры, грейдеры и комбинированные машины. Автотележки имеют пневмоколес-ный ход и дизельный привод. К их числу относится погрузочно-транспортный агрегат ПСШ-20. На самоходном шасси устанавливаются кран и грузовая платформа [4].

Для доставки горюче-смазочных материалов от склада на участки применяют специальные агрегаты ПСА на базе шасси МАЗ-501. Для доставки в забои и обратно к устью ствола применяют дизельные грузовые автомашины. Для ликвидации аварий и при плановых ремонтах забойного оборудования широко применяют ремонтные летучки, оборудованные на автомобильных шасси с дизельным приводом [5].

Для большинства вспомогательных машин коэффициент использования не превышает 0,6, поэтому предлагается установить на разработанное шахтное самоходное шасси конструкцию вспомогательного оборудования, позволяющую быстро их менять, тем самым использовать машину в течение смены для различных вспомогательных операций.

На основе исследования спроектирован комплекс горного оборудования на базе самоходного шасси, приведенный на рисунке 1.

Рисунок 1 - Комплекс универсального оборудования на базе шасси

Для повышения коэффициента использования шахтного самоходного шасси предлагается разработать установку вспомогательного оборудования на специальные площадки, оснащенные гидроцилиндрами горизонти-рования. Они называются кассетами и обладают большими преимуществами, к главному из которых относится независимость платформы кассет от основной рамы. После снятия с машины кассета устанавливается на опоры и работает как стационарный пост на четырех независимых гидравлических домкратах. Кассетными будут выпускаться машины - заправщики топлива, самоходные полки, автобусы для персонала, слесарные и механические мастерские, сварочные посты, водовозки, бурильные установки для разрушения негабаритов и многое другое. Упрощенные подъезд и крепление кассеты на машине позволяют проводить их замену в течение 2-х минут. Установка на кассеты источников питания и станций, подключаемых к шахтной сети, позволяет эксплуатировать кассеты в любом удаленном участке рудника.

Результаты и их обсуждение

Система быстрой замены вспомогательного оборудования повышает эксплуатационную гибкость и технологичность машин. Облегчение процесса смены оборудования увеличивает коэффициент использования машины.

Вспомогательное оборудование к шасси можно присоединять ручным, полуавтома тическим и автоматическим способами. При ручном соединении выделяются следующие процессы: захват, зацепление и фиксация, которые происходят при помощи рабочих. В полуавтоматическом соединении - наводка, захват, зацепление осуществляется оператором из кабины, а фиксация соединения завершается вручную (затяжка гаек, болтовые соединения). При автоматическом - оператор без выхода из кабины управляет присоединением вспомогательного оборудования. Крепление оборудования осуществляется при помощи отверстий, крюков зацепления или их комбинации. По типу механизма фиксации вспомогательного оборудования имеют механический и гидравлический привод.

Для проектируемой машины предлагается закрепить вспомогательное оборудование на платформе самоходного шасси с помощью фиксаторов. Шасси въезжает задним ходом под поднятое гидроцилиндрами вспомогательное оборудование, после чего гидроцилиндры опускают оборудование, и оно закрепляется на платформе в фиксаторах. При смене фиксаторы отжимаются ручным способом и гидроцилиндры поднимают вспомогательное оборудование.

Конструктивно защелки выполняются в виде выдвижных клещевин, перемещающихся по направляющим. Схема их работы приводится на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема работы фиксирующих элементов платформы

Конструктивные размеры рабочих клещевин и прочностной расчет получены с помощью программы SOLID WORK. Ис- ходная модель для расчета изображается на рисунке 3.

Деталь1-Статический анализ 1-Деформация-Деформация1

Рисунок 3 – Результаты исследований

Расчет опор в статическом состоянии производится по максимальной массе навесного оборудования. Такой массой обладает передвижная заправочная станция вместе с установленным оборудованием – 8000 кг (по аналогичным конструкциям). Её конструкция приводится на рисунке 4.

Рисунок 4 – Конструкция рабочего оборудования заправщика

Расчет производится по усилию

Для выбора гидроцилиндров исполни-

F = mg . 1,25 ,            (1)

n где: m – масса оборудования;

n – число опор, принимается равным 4;

1,25 – коэффициент неравномерности распределения нагрузки.

F = ⁸⁰⁰⁰ . 9,81 . 1,25 = 24525 Н

4,

тельных механизмов определяются их конс-

труктивные параметры.

Диаметр поршня гидроцилиндра опре-

деляется по формуле d =

4. Р n. р

где: Р – усилие, развиваемое гидроцилиндром, Н;

р – давление рабочей жидкости, р=16 МПа.

d_x =

' 4 ■ 24525

3,14 - 16 - 10⁶

= 0,044 м

Выбирается гидроцилиндр с размерами 50×25×3200 двустороннего действия с односторонним штоком, массой 5,3 кг.

Необходимая площадь сечения сорта- мента для крепления гидроцилиндров определяется по формуле

A = п , н

где [σ] – допускаемое напряжение, для материала сталь 10 группа В ГОСТ 13663-86 [σ]=200 МПа.

A = 24525 = 0,000122625 м 2 или 1,22625 см 2 200 - 10⁶

Конструктивно принимается квадратная труба (ГОСТ 8639-82) с параметрами: наружный размер А=600 мм; толщина стенки s=3,5 мм; площадь сечения А=7,7 см²; масса одного метра – 6,04 кг; момент инерции I_x=I_y=40,44 см⁴; момент сопротивления W x =W y =13,48 см³; длина – 1,5 м.

Прочностной расчет металлоконструкции выполнен в программе SOLID WORK и приведен ниже в виде скомпилированного отчета. Информация о модели показана на рисунке 5. Толщина листа конструкции принимается 30 мм.

Рисунок 5 – Модель рамы вспомогательного оборудования

Результаты исследований металлоконструкции приводятся на рисунке 6.

Имя	Тип	Мин	Макс
Деформация1	ESTRN: Эквивалентная деформация	2.53089e-007 Элемент: 672951	0.0015912 Элемент: 590841

Сборка1-Статический анализ 1-Деформация-Деформация1

Рисунок 6 – Результаты исследований

Заключение, выводы

Разработана конструкция сменного вспомогательного оборудования, установленного на специальной платформе, прикрепляемому к самоходному шасси с помощью фиксаторов. Данная конструкция обладает большими преимуществами, к главному из которых относится независимость платформы кассет от основной рамы. После снятия с машины кассета устанавливается на опоры, и работает как стационарный пост на четырех независимых гидравлических домкратах. Кассетными будут выпускаться машины – заправщики топлива, самоходные полки, автобусы для персонала, слесарные и механические мастерские, сварочные посты, водовозки, бурильные установки для разрушения негабаритов и многое другое