На российском рынке существует несколько видов погрузочных машин, они делятся по типу рабочего органа на: ковшовые и с нагребающими лапами; по типу транспортировки: на колесном, гусеничном и рельсовом ходу.

Погрузочные машины ППН на рельсовом ходу незаменимы при проходке новых подземных выработок, они находят широкое применение не только в угольной промышленности, но и при строительстве метрополитена. Погрузочные машины оснащены электрическим приводом. Машина погрузочная шахтная ППН предназначена для погрузки взорванной горной массы любой крепости и абразивности в вагонетки, на конвейер или другие транспортные средства при проходке горизонтальных горных выработок на разрабатываемых подземных месторождениях полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений. Машина может грузить горную массу с крупностью кусков до 600 мм в выработках высотой не менее 2,3 м от головки рельса. Погрузка производится с рельсового пути, по которому перемещается машина.

Основными узлами являются: ходовая часть, поворотная платформа, редуктор подъема, рабочий орган, корпус с установленным на нем пультом управления, механизм поворота и система орошения.

Машина приводится в действие двумя пневмомоторами. Погрузочная машина ППН периодического действия с нижним захватом горной массы, прямой погрузки, с колесно-рельсовым механизмом передвижения, тросовой стабилизацией рабочего органа и пневматическим приводом. Машина довольно проста по конструкции, удобна в управлении и обслуживании, производительна и надежна в работе. Для снижения утомляемости оператора машина оборудована глушителем шума и антивибрационной подножкой.

Машины буропогрузочные 1ПНБ2Б, предназначены для бурения шпуров и погрузки взорванной горной массы при буровзрывном способе ведения горных работ в горизонтальных и наклонных (до 10°) выработок. Благодаря наличию двух скоростей передвижения погрузочные машины имеют возможность получать большое напорное усилие на погружаемую массу при рабочем ходе (погрузке) и быстро перемещаться при маневрировании. Машины могут применяться в шахтах, опасных по газу и пыли. Применение машин в забоях шахт, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа, запрещается

Машины погрузочные типа 2ПНБ2 предназначены для погрузки горной массы насыпной плотностью до 1,6 т/м3, с коэффициентом крепости по Протодьяконову не более 12 ед. и размером кусков до 500 мм, разрыхленной буровзрывным или иным способом при проходке горизонтальных и наклонных выработок и в очистных камерах, а также для бурения шпуров и погрузки взорванной горной массы при буровзрывном способе ведения горных работ.  Машины могут применяться в шахтах, опасных по газу и пыли. Применение машин в забоях шахт, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа, запрещается.

Машина может иметь исполнения:

 2ПНБ2 – машина базового исполнения предназначена для использования в горизонтальных и наклонных (до + 10о) выработках и в очистных камерах.

 2ПНБ2У – машина предназначенная для использования с предохранительной лебедкой в горизонтальных и наклонных (до 18о по падению) выработках и очистных камерах. По согласованию с заказчиком, машина может поставляться без предохранительной лебедки, с последующей ее установкой самим заказчиком, либо может использоваться без нее в наклонных выработках до + 10о.

 2ПНБ2Б – буропогрузочная машина предназначена для бурения шпуров и погрузки взорванной горной массы при буровзрывном способе ведения горных работ в горизонтальных и наклонных (до + 10о) выработках. Машина комплектуется двумя сменными бурильными машинами:

• электрической – при бурении пород крепостью от 6 до 8 ед. по Протодьяконову.
• пневматической – при бурении пород крепостью от 8 до 12 ед. по Протодьяконову

Нагребающая часть с поворотным конвейером обеспечивает эффективную погрузку горной массы в любые транспортные средства. Машины демонтируются на компактные малогабаритные составляющие части, удобные для транспортирования по горным выработкам. Погрузочная машина с парными нагребающими лапами МПН (МПНБ) предназначена для погрузки горной массы при буровзрывном способе проходки горизонтальных и наклонных до ±12о горных выработок по породам крепостью до 12 единиц по шкале профессора М. М. Протодьяконова.

В исполнении МПНБ машина комплектуется навесным бурильным оборудованием в комплекте с электрической и (сменной) пневматической бурильными машинами, что позволяет обуривать забой крепостью до 12 единиц.

Машина может применяться в шахтах опасных по газу или пыли.

Машины изготавливаются в исполнении У - для районов с умеренным климатом, для диапазонов температур от 5o до 35oС.

Машины выпускаются на рабочее напряжение 660В и 380В по заказу потребителя.
Машина МПНБ явилась дальнейшим развитием погрузочных машин непрерывного действия с парными нагребающими лапами. При ее разработке был учтен опыт эксплуатации погрузочных машин типа ПНБ, устранены недостатки, которыми обладали эти машины.

Машины МПНБ зарекомендовали себя как очень надежные и удобные в эксплуатации. Примененные в конструкции нагребающей части редуктора с уменьшенным диаметром уплотнения выходного вала и конической передачи на 2-ом валу исключили основной недостаток машин типа 1ПНБ2 и 2ПНБ2 заштыбовку редукторов лап и как следствие поломку подшипников и выход из строя редукторов.
Гидравлический привод ходовой части и увеличенный клиренс позволяют работать в обводненных выработках.

Машина МПНБ оборудована рабочим местом с сиденьем для машиниста, что обеспечило удобство и большую безопасность машиниста при эксплуатации машины.
Установленная на машину автономная насосная станция с тремя насосами обеспечивает работу гидросистемы машины, в которой предусмотрен вывод для подключения ручной бурильной установки для анкерования типа УБГ, гидромолотка и других механизмов с гидравлическим приводом.

В течение вот уже более 65 лет оборудование, изготавливаемое ОАО «Копейский машиностроительный завод», используется в суровых условиях горной промышленности. Его главной особенностью является высокая рентабельность, надежность и неприхотливость. Машина погрузочная с боковой разгрузкой ковша МПК  предназначена для погрузки разрыхленной взрывом горной массы в вагонетки, на конвейер и другие транспортные средства, а также для доставки материалов и оборудования в призабойной части выработки, подъема и установки верхняков крепи, подъема затяжек и забутовочного материала.

Машина применяется при проведении горизонтальных и наклонных до ±100 горных выработок в породах крепостью до f16 по шкале профессора М. М. Протодьяконова в шахтах, включая опасные по газу и пыли, сечением в свету, не менее:

- 14,4 м2 при погрузке в вагонетки, - 10,3 м2 при погрузке на ленточный конвейер, - 6,4 м2 при погрузке на скребковый конвейер. Машины исполняются в климатическом исполнении У - для районов с умеренным климатом, для диапазонов температур окружающей среды от 5° до 35°С.Машины выпускаются на рабочее напряжение 660В и 380В по заказу потребителя.

В погрузочной машине МПК заложен ряд технических решений, которые обеспечили ей значительные преимущества перед ковшовыми машинами, выпускаемыми ранее отечественной промышленностью. Наличие балансирной подвески ходовых тележек позволяет ковшу находиться в горизонтальном положении при наездке одной из гусениц на препятствие (кусок породы) и тем самым обеспечивается эффективная загрузка ковша. Гидравлический привод на обе гусеницы обеспечивает большие напорные усилия при погрузке и позволяет работать машине в обводненных забоях. Устанавливаемое на ковш специальное приспособление, поставляемое с машиной, облегчает установку верхняков арочной крепи. Переставляемая с одной стороны ковша на другую, течка, позволяет разгружать ковш на обе стороны машины.

Благодаря этим качествам, а также высокой надежности и простоте в обслуживании машина МПК  пользовались значительным спросом в СССР. Особенно большое применение эти машины нашли на шахтах Донбасса и Луганской области, где технология отгрузки породы из забоя с помощью ковшовых машин с разгрузкой была широко распространена.

Усовершенствование  технической модификации шахтных погрузочных машин

В конце 2006 года была разработана и  запатентована «Программа имитационного моделирования производительности нагрузок и мощности привода рабочего органа погрузочных машин с парными нагребающими лапами (с учетом масштабного фактора и формы кусков погружаемого материала)». В период жизненного цикла погрузочных машин с парными нагребающими лапами типа ПНБ возникают две основные задачи:

1) оценка реальных технологических качеств машины, прежде всего производительности, за чистое время погрузки – назовем эту задачу эксплуатационной;

2) выбор параметров при проектировании машины или улучшение параметров машины при ее модернизации – назовем эту задачу конструкционной.

Первая задача – это анализ показателей машины в различных условиях эксплуатации, установление критических показателей и предельных возможностей. Такая задача решается при выборе машины для конкретных условий или диапазона условий. К числу основных эксплуатационных факторов относятся свойства штабеля: размеры и форма штабеля; состав штабеля по крупности и форме кусков.

Вторая задача – это выбор рациональных значений параметров машины, от которых зависит эффективность ее использования. К числу таких параметров, которые определяют производительность, относятся: по нагребающей части: диаметр ведущего диска dд, который прямо связан с максимальной глубиной внедрения лапы Sл; ширина питателя, B; частота вращения ведущего диска nд; энерговооруженность привода, Nдв.н.ч; средняя высота лапы, hл.ср.

По ходовой части: рабочая скорость подачи машины на питатель, х.ч; энерговооруженность привода, Nдв.х.ч. По системе взаимосвязанного управления подачей машины в функции состояния нагребающей части: периодичность подачи; совокупность ограничений, определяющих возможность очередной подачи.

Общность эксплуатационной и конструкционной задач определяется тем, что ни одну, ни другую нельзя решить в виде конечных соотношений. Это связано со сложным взаимным влиянием факторов, случайным характером формирования процессов во времени и по положению машины относительно штабеля. Поэтому остается путь моделирования рабочего процесса для различных сочетаний параметров, которые предварительно должны быть известны. Сопоставляя результаты моделирования, можно получить влияние различных факторов и затем принимать обоснованные решения о целесообразности использования машины или проектирования ее с некоторым сочетанием параметров.

Для реализации процесса имитационного моделирования рабочего процесса машины разработана компьютерная программа, защищенная свидетельством Роспатента позволяющая принципиально изменять любые из приведенных выше эксплуатационных условий и конструктивных факторов.

Разработка компьютерной модели динамического процесса рабочего органа погрузочной машины осуществлена с использованием среды программирования Visual Basic для приложения Microsoft Excel. Программа содержит две экранные формы: для ввода информации об исходных данных (рисунок 1) и вывода полученных в результате расчета средних значений показателей (рисунок 2). На рабочем листе Microsoft Excel (рисунок 3) выводятся значения всех показателей в каждом реализуемом цикле расчета и графики их изменения от номеров черпания.

Рис. 3 – Форма для ввода исходных данных

Программой предусматривается возможность определения технических параметров машины с учетом случайной составляющей среднего размера куска [2] и без ее учета с помощью переключения режимов расчета. Количество необходимых реализаций также может задаваться пользователем.

Рис. 4 – Форма для вывода средних значений по всей реализации

Сопоставление результатов расчета и опытных данных, полученных в условиях полноразмерного стенда, показывает, что относительное отклонение не превышает 16-18%, в среднем – 14%. Это свидетельствует о достаточной адекватности разработанного программного продукта и возможности создания тестовых нагрузок, имитирующих реальный процесс погрузки кускового материала. Процедура имитационного моделирования требует задания значений всех факторов, в том числе эксплуатационных, конструкционных и режимных. С учетом практической целесообразности и возможности использования результатов эксплуатационными предприятиями и заводами-изготовителями моделирование выполнено на примере серийно выпускаемой погрузочной машины 2ПНБ-2.

В структуру программы моделирования введено «виртуальное устройство программного управления» подачей машины на штабель, для работы которого необходимо задать следующие характеристики: периодичность включения подачи; установившаяся скорость ходовой части х.ч; ограничения для начала и прекращения подачи.

Рис. 5 – Вывод результатов моделирования по каждому циклу черпания на рабочем листе Microsoft Excel

Принято к реализации в «виртуальном устройстве программного управления» следующие виды ограничений: по максимальной глубине внедрения питателя (или нагребающей лапы) Sл  Sл.max; по длительной нагрузке двигателя за период выгрузки заходки Mэ  Mном.; по максимальной нагрузке двигателя MmaxMном.; по допустимой частоте включения фрикционной муфты ходового привода nп  nп.доп.. При невыполнении хотя бы одного из ограничений очередная подача машины откладывается до завершения следующего черпания. В некоторых циклах моделирования используется не вся совокупность ограничений для оценки степени влияния каждого из них на выходные параметры машины.

 

Программа, реализующая процесс моделирования, позволяет получить результаты по каждому циклу черпания. На рисунке 4  приведены примеры реализации процесса поциклового моделирования формирования параметров машин для различных скоростей подачи машины на штабель. Условия проведения серии опытов указаны в подрисуночных подписях.

Анализ результатов, представленных на рисунке 4, показал, что производительность машины между подачами принимает значения в широком диапазоне, что объясняется колебаниями глубины внедрения и активного объема материала. Увеличение глубины внедрения пропорционально повышает производительность и нагрузки, вплоть до максимальных. Это обусловлено ростом объемов черпания нагребающими лапами из активного объема.

Рис. 6 – Реализация процесса поциклового моделирования формирования параметров машин (dср=0,25м, хч=0,15 м/с, Lтр.minSлLтр.max; nпод  nпод.доп)

Таким образом, разработанная программа имитационного моделирования рабочих процессов машин типа ПНБ позволяет реализовывать случайный процесс погрузки, учитывать масштабный фактор и форму кусков погружаемого материала и, тем самым, повысить достоверность их расчета. Кроме того, на основании анализа получаемых результатов можно выявить, в каких условиях работы машины получаются низкие значения параметров, а в каких - реализуются полные возможности машины.

Повысить производительность и надежность погрузочных ма¬шин, снизить затраты на погрузку горной массы позволяет примене¬ние автоматизированных устройств управления приводом подачи. Изменение настроек устройства управления позволяет получить мак¬симально возможную производительность без уменьшения показате¬ля надёжности погрузочной машины.

С анализом российского рынка шахтных погрузочных машин  Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок шахтных погрузочных машин в России».

Автор:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
Тел.: (495) 672-70-46, 672-70-55
E-mail: mail@akpr.ru
WWW: www.akpr.ru

Об авторе:

Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.

• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование

www.newchemistry.ru