Seria: GÓRNICTWO z. 106 Nr kol. 646
Tadeusz GIZA Marek JASZCZUK Piotr SOBOTA
METODYKA OKREŚLANIA STATECZNOŚCI ŚCIANOWYCH KOMBAJNÓW WĘGLOWYCH
Streszczenie. W artykule przedstawiono dwa algorytmy postępowa
nia p r z y o k r e S T a n i u stateczności kombajnów ścianowych. Podano model obciążenia .kombajnu, określono momenty ustalające i wywracające dla przyjętych krawędzi wywrotu. W drugim sposobie sprawdzania statecz
ności określa się położenie wypadkowej reakcji prostopadłych do pła
szczyzn podparcia w stosunku do konturu podparcia kombajnu.
» • <
1. WSTfP
Ścianowy kombajn węglowy w czasie pracy powinien znajdować się w rów
nowadze pod wpływem działania sił zewnętrznych oraz własnego ciężaru. Je
żeli warunki równowagi nie są spełnione (moment wywracający jest większy od ustalającego) równowagę należy zapewnić poprzez zastosowanie odpowied
nich zabezpieczeń. V przypadku tym należy wyznaczyć, jak duże jest obcią
żenie prowadnic zapewniających stateczność kombajnu przy jego najbardziej niekorzystnym obciążeniu.
2. MODEL OBCIĄŻENIA KOMBAJNU
Dla wyznaczenia stateczności kombajnu ścianowego można przyjąć model obciążenia pokazany na rys. 1. Osie Qx, Qy układu współrzędnych leżą w płaszczyźnie podparcia kombajnu. Oś 0x pokrywa aię z osią wzdłużną kombaj
nu, natomiast oś Oy dzieli rozstaw płóz na połowy. Przyjęcie takiego ukła
du współrzędnych uwarunkowane jest tym, że krawędzie wywrotu leżą w płasz
czyźnie wyznaczonej przez punkty podparcia. Rozpatrujemy stateczność kom
bajnu ścianowego przy następujących założeniach: maszyna znajduje się w wyrobisku o nachyleniu podłużnym (kąt of) i poprzecznym (kąt ji ) oraz poru
sza się ruchem Jednostajnym (Vp a const), w związku z czym nie występują siły bezwładności.
Obciążenie kombajnu stanowią siły:
*1,2* Z1*2* Y 1 2 “ u °gólnione siły skrawania i ładowania, działające' na organy urabiające,
154 T. Giza i inni
T
Rys.1.Modelogólnyobciążeniakombajnuścianowego
Rys.
O tŃ KEŚLEN iE C i^ Z A K U KOM&A3NU i TO ■ ŁO ŻEN fA ŚKC O C A C iE iliO Ś O ’
O K K E Ś L E N f€ W ARTOŚĆ* Sffc H ZrAkAZJ/y CVGH- NA KOM15A3N CfKAZ TUNKTÓW
fOtt T K 2 Y ŁO Ż E N ' A r.
T K Z Y O ĘC iE KKAW^DZi WYWKOTU
K 0 3 A K 2 C N iE N A O N fEtśO KZYSTN TEJ BZ IA - kA3/yGY3tt~ O B C iĄ Ż E t^ .
OBLfCZ£Nf£ MOMENTÓW USTALADACYCtt M u i MOMENTÓW W YW KACADACYOłf M w
o b c t a^ EnTa r K O W A D N f e
STATECZNOŚĆ. ZAFEWNiONA-
)
2. Algorytm postępowania przy określaniu stateczności kombajnu po
przez obliczenie momentów ustalających M^, i wywracająych Mw
156 T. Giza i inni
T -* napięcie w gałęzi roboczej łańcucha pociągowego, T0 - napięcie w gałęzi biernej łańcucha pociągowego, G - ciężar kombajnu. (
Położenie wszystkich sił w stosunku do układu odniesienia opisane jest przez odpowiednie współrzędne yit zi - Siła Rz jest wypadkową reakcją prostopadłych do płaszczyzny Oxy w punktach podparcia kombajnu, której współrzędne wynoszą xR i yR .
Z z
Zwrot siły Z-j odpowiada pracy podsiębiernej organu roboczego, a zwrot siły Z2 pracy n a d s i ę b i e m e j organu urabiającego. Zwroty sił X 1 , Xg są przeciwne do kierunku ruchu kombajnu.
3. ALGORYTM POSTĘPOWANIA PRZY OKREŚLENIU STATECZNOŚCI KOMBAJNU
Algorytm postępowania przy określaniu stateczności kombajnu przedsta
wiono na rys. 2.
a. Określenie środka ciężkości kombajnu
Aby określić położenie środka ciężkości kombajnu należy dokonać podzia
łu kombajnu na proste elementy, których środki ciężkości mogą być stosun
kowo łatwo określone. 'Najkorzystniej jest przyjąć jako takie elementy po
szczególne podzespoły, które jako bloki montowane są na saniach, np. ciąg
nik hydrauliczny, silniki elektryczne, głowice, organy urabiające. Znale
zienie środka ciężkości można dokonać analitycznie, względnie graficznie za pomocą wieloboku sznurowego [i]. ..
b. Określenie sił działających na kombajn
Należy przyjąć maksymalne wartości sił także i w tych przypadkach, je
żeli działają one przez krótki okres czasu. Punkty ich przyłożenia, kie
runki i zwroty, przyjmuje się najbardziej niekorzystne.
Do obliczeń można przyjąć siły Wynikające z układu noży na organie ura
biającym, uwzględniając najtrudniej urabiany rodzaj skały, do skrawania której może być zastosowany [2, 3, 4]. Można również przyjąć maksymalne siły wynikające z mocy zainstalowanych na kombajnie silników elektrycz
nych [3 , 4].
c. Określenie krawędzi wywrotu
Należy określić krawędzie wywrotu, w stosunku do których będą liczone momenty wywracające i ustalające. Każda krawędź wywrotu przechodzi przez dwa punkty podparcia kombajnu, leżące wzdłuż osi wzdłużnej, względnie po
przecznej kombajnu. Wszystkie krawędzie wywrotu I-II, II-III, III-IV, I-IV tworzą jednocześnie kontur podparcia kombajnu ścianowego.
d. Kojarzenie obciążeń
W przypadku gdy nie jest wiadome, jakie połączenie równocześnie^działa
jących obciążeń będzie najbardziej niekorzystne dla wybranych krawędzi wy
wrotu, obliczenia należy przeprowadzió tyle razy, ile jest możliwych wa
riantów skojarzenia obciążeń i wybrać przypadek najmniej korzystny.
e. Obliczenie momentów ustalających M u i wywracających M [lr
Moment ustalający, będący funkcją ciężaru kombajnu i położenia jego środka ciężkości oraz moment wywracająy, będący funkcją pozostałych sił działających na kombajn i ich położenia, liczymy względem tej samej krawę
dzi wywrotu.
K r a w ę d ź w y w r o t u I-II
M u =* 0 cosqpcos¡i . (| - yG )
Mw - - G cosqfsin/5 . zG - Z1 (yz - |) + Z g i y ^ - |)
+ Yt z^ + Y 2zY 2 -
K r a w ę d ź w y w r o t u II-III
M u m G cosc* cosp (i| - xG )
“w “ " 0 sin<* ZG + h <§ + + Z2 (xZ2 " I 5 + X 1ZX 1+ X 2zX 2
" T, *+ . O
K r a w ę d ź w y w r o t u III-IY
M u = G cosffcos/J (| + y G )
Mw = G cosqrsinj* zQ + l y (f + y ^ ) - Z2 (| + y ^ ) - Y ^ - Y g Z ^
Dla przyjętego układu sił niecelowe jest liczenie momentów, ustalającego i wywracającego, względem krawędzi I-IT.
Obliczenia momentów ustalających i wywracających dokonujemy dla przy
padku;
1) pracy w pokładzie nachylonym oę f 0, [b $ 0, 2) prący w pokładzie poziomym 0 j?»= 0.
158 T. Giza i inni
d
O K K Ł Ś i £ N ? f e WSKijt-Ka^DN-, O H T O Ł O Ż E - N ‘tV W Y r y i D K O W E O ^ T ^ A ^ C O ?
v w z n a c z e n; ^ w p a d k o w e;] t^z “R & v fic o r T ^ o s r o r A D t v G H - n o T X A s a c x y j z N y
T O D F A K C f A K O M T i A O N U
#
Rys. 3- Algorytm postępowania przy określaniu stateczności kombajnu po
przez wyznaczenie współrzędnych położenia wypadkowej R„
Z
f. Porównanie momentów ustalających i wywracających
Jeżeli we wszystkich przypadkach moment ustalający jest większy od wy
wracającego, wówczas stateczność kombajnu jest zapewniona. Gdy tak nie jest prowadnice kombajnu są dodatkowo obciążone. Obciążenie to oblicza się z zależnościs
M - M
^ ^ dla krawędzi wywrotu I-II i III-IT,
M - M
F 2 = " U dla krawędzi wywrotu II-III i I-IV.
Siły te mogą obciążać jedną lub dwie prowadnice w zależności od rozwią
zania konstrukcyjnego prowadzenia kombajnu po przenośniku.
Istnieje również drugi sposób sprawdzenia stateczności kombajnu, dla którego algorytm postępowania przedstawiono na rys. 3. Pierwsze trzy kro
ki związane z ustaleniem obciążenia kombajnu są identyczne, jak w poprzed
nio podanym sposobie (odpowiednio a, b, d).
g. Wyznaczenie wypadkowe.1 reakcji prostopadłych do płaszczyzny podpar
cia
Większość współczesnych kombajnów ścianowych porusza się po przenośni
ku, opierając się na nim na czterech podporach. Ze względu na to, że pod
pory są sztywne w ogólnym przypadku w danej chwili maszyna urabiająca bę
dzie opierała się o przenośnik tylko trzema podporami, a czwarta nie bę
dzie się kontaktowała z przenośnikiem. W zależności od położenia wypadko
wej występują różne warianty podparcia kombajnu o przenośnik.
Przyjęcie tr.zech punktów podparcia kombajnu na przenośniku stanowi, te układ jest statycznie wyznaczalny. Wypadkową reakcji prostopadłych do pła
szczyzny podparcia wyznaczamy z sumy rzutów sił na oś Oz v
R z = G cosoęcosjł - Z1 + Zg.
h. Wyznaczenie współrzędnych wypadkowej *
Dla wyznaczonej wartości wypadkowej R z reakcji prostopadłych do płasz
czyzny podparcia wyznaczamy współrzędne punktu jej przyłożenia. Korzysta
my z warunków równowagi momentów wszystkich sił liczonych względem osi 0x i Oy.
160 T. fliza i inni
M ix - 0
Y.jZy^ + YgZy^ - Z:y z^ + + 0 ooBai coajb yQ +
* G cos# sinjb zG - R zyjj ” 0»
stąd
* 1 % + X 2zX 2 + Z 1x Z l + Z 2x Zg - % + * 0
XR Z = G cosqroosji- + ¿2
G c o s # co s fi . x a - G s in q f . Zg + & c o sof c o sji - Zf + Zg
Y-jZy + Y g Z y - Z .,yz + Z2y z + G c o s # coe/i . y g
\ = --- & c o s # c o s - Ż1 + Zg
G cos# sinfł zQ G c o s # cosp - Z., + Zg*
Po wyznaczeniu współrzędnych określających położenie wypadkowej R z reak
cji prostopadłych do płaszczyzny podparcia, należy sprawdzić, czy wypadko
wa R z leży wewnątrz konturu podparcia wyznaczonego przez punkty podparcia I, II, III, IV.
Porównujemy wyznaczone wartości xR i yR z wartościami ^ . £. Aby sta-
z z
tecznośó była zapewniona, muszą być spełnione oba warunki
I I L | i b
i xr oraz yR < 7 -
l zl I zl
ZAKOŃCZENIE
W celu zapewnienia stateczności pracy kombajnów ścianowych, w przypad
ku gdy nie zapewnia tego jego siła ciężkości, stosuje się różnego typu prowadzenia. Chcąc wyznaczyć obciążenie prowadnic, należy wyznaczyć reak
cje w punktach podparcia kombajnu dla wszystkich możliwych dla danego po
łożenia wypadkowej reakcji wariantów podparcia kombajnu. Dodatkowe obcią
żenie prowadnic, zwiększa opory ruchu maszyny.
/
LITERATURA
[1] Leyko J.i Mechanika ogólna, RWU, Warszawa 1974.
[2] Opolski T. 1 Urabianie calizny węglowej narzędziami skrawającymi "Śląsk"
1965.
[3 ] Gornyje maśiny i kompleksy pod oblćej redakcej prof. A.W. Topóijewa,
"Niedra" Moskwa 1971.
[4 ] Metodika raóóeta sił riezanija, podaói i raschodujemoj mośnosti. OST 24.070.03, 1968.
METOflHKA OIIPEHEJIEHiifl yCTOftHHBOCTH YrOJIbHHX KOMEAiłHOB ftUH PAEOTH B JLABAX
P e 3 n m e
B csaTŁe iiphboxxtox XBa axropnTMa h cnoeodu ĄeUctnsui npa onpexexeHHH yo- To&ttHBOcTH EOudattHOB ffia. pa<5om b xaBax. HaSto* uoxexfe aarpyaxa KO»0ai?aa, onpexexeao onpexejtsjomae h onpoKKXHBanaiae itoiieaTu n p u M t r a rpaHeit onpo- EHXtaaHBa. Bo BiopoM cnocode npoBepKK yoToftaaBOCTH onpexexaeiOH noxoaeaHe paBKoxeflciByBaefi peas na? nepneHXHKyxxpHHX k a x o c K O o i m noxxepsHBamui o s h o- CHSexbHO KOHiypa noxxopaxH KOMdattaa.
THE METHOD POR DETERMINIHG THE STABILITY OF THE DRUM SHEARER
* S u m m a r y
The paper contains two algorithms of proceding for determining the sta
bility of the drum shearer. A model for fixing and overturning for the accepted edge of dump are determined. The other method for checking the stability defines the position of random reaction of perpendiculars to su
pport planes with regard to combine support contour.
/
