Обоснование критериев и структуры средств технической диагностики исполнительного органа проходческого комбайна

Abstract

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06 – Горные машины. ‒ ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет», Донецк, 2014. В работе дается новое решение актуальной научно-технической задачи, заключающейся в обосновании критериев и структуры средств технической диагностики резцового исполнительного органа проходческих комбайнов, позволяющих путем выбора стратегии замены режущего инструмента обеспечить повышение темпов проведения выработок и ресурса элементов конструкции комбайна. При разрушении забоя исполнительным органом проходческого комбайна происходит непрерывный износ резцов, который приводит к изменению их формы и конструктивных параметров, что ведет к росту удельных энергозатрат разрушения забоя. При этом снижается теоретическая производительность комбайна, увеличивается длительность разрушения единицы объема горного массива и, как следствие, количество циклов нагружения, что приводит к снижению ресурса машины. В результате несвоевременная замена изношенных резцов может привести к существенным отклонениям показателей технического уровня комбайна от нормативных значений согласно его технической характеристике. Усовершенствована разработанная на кафедре горных машин ДонНТУ математическая модель рабочего процесса проходческого комбайна. Модель включает в себя модели подсистем конструкции, трансмиссии, системы управления гидропривода. Отличительной особенностью модели является усовершенствованная модель формирования вектора внешнего возмещения на исполнительном органе. При формировании параметров среза на отдельном резце вычисляется шаг резания, затем площадь среза, через которую рассчитывается толщина среза. Такой подход необходим для корректного моделирования стружкообразования в случае поломки резца и учитывает все возможные режимы движения коронки. Для учета постепенного затупления резцов усилие резания линейно возрастает в зависимости от отделенного резцом объема породы. Установлено, что при поломке резца момент в трансмиссии привода исполнительного органа имеет значительно большую неравномерность по низкочастотной составляющей. Работа с отсутствующим резцом на коронке в зависимости от его положения в схеме набора приводит к снижению ресурса трансмиссии проходческого комбайна до 70 %. Для выявления поломок режущего инструмента было использовано спектральное разложение Фурье тока двигателя по частотам, кратным частоте вращения исполнительного органа. Установлено что первый коэффициент спектрального разложения при поломке резца существенно возрастает, тогда как второй, соответствующий удвоенной частоте вращения коронки, практически не изменяется. С учетом изложенного, предложен диагностируемый показатель ‒ отношение 1-го и 2-го коэффициентов спектрального разложения. Критериям диагностирования поломки является превышение этого отношения над полученным в результате предварительного самообучения комбайна в данном режиме разрушение забоя предельным значением. Экспериментально установлена линейная регрессионная зависимость удельных энергозатрат за цикл обработки забоя от объема разрушенной горной массы при этом прирост удельных энергозатрат, обусловленный затуплением рабочего инструмента, составлял между заменами инструмента (20...100) %. Теоретически установлено, что при предельной периодичности замены резцов, соответствующей росту удельных энергозатрат разрушения забоя в 2 раза, снижение ресурса элементов трансмиссии составляет 40-60 %. Диагностируемым параметром при обосновании необходимости замены изношенного режущего инструмента должна быть принята не абсолютная величина износа отдельных резцов, а интегральный показатель, учитывающий их вклад в формирование нагруженности исполнительного органа комбайна в целом – удельные энергозатраты за цикл обработки забоя, которые могут быть рассчитаны путем обработки данных непрерывной регистрации тока двигателя привода резания исполнительного органа. Для обоснования рациональной стратегии замен была разработана математическая модель оптимизации технического обслуживания коронки. Целевой функцией модели является месячный темп проходки выработки. При этом обосновываются оптимальные значения переменных проектирования ‒ периодичности замены резцов и предельной удельной энергоёмкости разрушения забоя. Разработаны структура и алгоритм функционирования адаптивной к горногеологическим и горнотехническим факторам системы технической диагностики и оптимизации технического обслуживания резцового исполнительного органа, позволяющей на основе анализа данных непрерывной регистрации тока двигателя исполнительного органа оперативно выявлять поломки режущего инструмента и степень его изношенности. Результаты работы приняты ГП «Донгипроуглемаш» для использования при модернизации комбайнов КПД и КПА.