Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Разработка типоразмерных рядов основного проходческого оборудования (на примере проходческих комбайнов)

20.12.2019

Имеющая место в последние годы тенденция снижения основных показателей горноподготовительных работ на шахтах отрасли вызвана, в частности, тем, что создаваемая проходческая техника (в том числе проходческие комбайны) не компенсирует усложнение горно-геологических условий проведения подготовительных выработок. При дальнейшем усложнении горно-геологических условий (увеличении глубины разработки, крепости пород и др.) условия применения проходческих комбайнов будут ухудшаться. В этой связи остро стоит вопрос о качественном изменении парка проходческих комбайнов. При существующем положении в машиностроительной базе основным направлением совершенствования структуры парка проходческих комбайнов должно явиться обоснованное сокращение числа выпускаемых типоразмеров и создание новых машин с максимально возможной областью применения. Такой подход даст возможность уделять больше внимания вопросам повышения надежности, долговечности, лучшего обеспечения запчастями. Кроме того, увеличение серийности производства, связанное с сокращением типоразмеров, обеспечит снижение себестоимости выпускаемых машин.

Таким образом, состояние машиностроительной базы выдвигает требования к сокращению номенклатуры и повышению технического уровня и качества выпускаемых машин, их универсальности и технологичности, высокой степени унификации узлов, агрегатов и деталей,

С другой стороны, многообразие горно-геологических условий не позволяет чрезмерно сокращать число типоразмеров, поскольку, во-первых, практически невозможно создать один-два типа комбайнов, с помощью которых можно охватить весь диапазон условий проводимых выработок; во-вторых, ограниченное число типоразмеров приведет к необходимости использования «тяжелых», и следовательно, дорогостоящих комбайнов в «легких» условиях. В этой связи поиск оптимальной структуры парка проходческих комбайнов является весьма актуальной задачей.

Оптимальная структура парка проходческих комбайнов со стреловидным исполнительным органом может считаться определенной, если будут установлены необходимое число типоразмеров; оптимальные параметры комбайнов каждого типоразмера; требуемое число комбайнов каждого типоразмера.

При обосновании типов и параметров проходческих комбайнов принципиальное значение имеет выбор технико-экономического критерия оптимальности, поскольку от выбранного критерия зависит оптимальное решение.

В настоящее время существуют три основные группы критериев, по которым принято определять предпочтительность использования того или иного варианта технического решения в народном хозяйстве; стоимостные, натурные и смешанные. Стоимостные критерии позволяют более объективно подойти к проблеме выбора оптимального технического решения, так как при этом удается увязать между собой различные сферы производства через универсальный денежный эквивалент.

По аналогии с предшествующими исследованиями в качестве стоимостного критерия при выборе оптимального ряда проходческих комбайнов использованы приведенные затраты. Данный подход предусматривает поиск оптимального типоразмерного ряда путем нахождения варианта, удовлетворяющего условию минимума затрат в области проектирования, создания и эксплуатации предлагаемых типов проходческих комбайнов, т. е. при выполнении условия
Разработка типоразмерных рядов основного проходческого оборудования (на примере проходческих комбайнов)

где j - номер рассматриваемого варианта; Ci - себестоимость единицы объема работ в сфере эксплуатации; Ki - капитальные затраты; nj - число типов комбайнов в рассматриваемом j-м варианте (1 < nj < 8); нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; Cнj - затраты на исследование, создание и внедрение комбайнов, входящих в рассматриваемый вариант типоразмерного ряда.

Входящие в формулу (1) составляющие, а также требуемые для расчета исходные данные рассчитывают частично по существующим, частично по специально разработанным и описанным ниже методикам.

Исходным моментом выбора оптимальной структуры парка проходческих комбайнов является определение условного базового типоразмерного ряда, который представляет собой возможную совокупность различных типов проходческих комбайнов, классифицируемых по главному параметру. Узловым вопросом при разработке типоразмерного ряда является выбор главного параметра, который в наибольшей степени должен характеризовать эксплуатационно-технические и конструктивные особенности изделия.

В качестве главного параметра при оптимизации структуры парка проходческих комбайнов была принята мощность исполнительного органа, поскольку она определяет такие потребительские свойства, как производительность, применяемость по прочности пород, а также другие параметры машины, которые в свою очередь влияют на типы и параметры сопутствующего оборудования.

В соответствии со стандартными типоразмерами электродвигателей был сформирован условный базовый типоразмерный ряд проходческих комбайнов, классифицируемых по мощности исполнительного органа и массе комбайнов (табл. 5.1).

Базовый ряд составлен из таких типоразмеров машин, производство которых либо уже налажено, либо может быть осуществлено в ближайшее время.

Разбивку базового типоразмерного ряда на варианты, предусматривающие различную массу комбайнов, осуществляют с целью выявления целесообразности создания проходческих комбайнов с комбинированным погрузочно-разрушающим органом и комбайнов со струями высокого давления, которые имеют по сравнению с традиционными комбайнами несколько другие соотношения главного параметра и массы. Поскольку в базовый ряд входят комбайны, производство которых в России еще не налажено, их массу определяют по данным лучших зарубежных аналогов.

При расчете приведенных затрат необходимо использовать значения технической производительности комбайнов базового типоразмерного ряда, соответствующие породам различной крепости. Производительность проходческих комбайнов (м3/мин)

где Nн.о - мощность исполнительного органа, кВт; n - КПД привода исполнительного органа; Kи.о - коэффициент, учитывающий несовершенство реального исполнительного органа по сравнению с теоретическим; Эуд - удельная энергоемкость разрушения, 3,6МДж/м3.

Удельная энергоемкость разрушения резцовым инструментом

где Рz - усилие резания, Н; Sст - площадь сечения снимаемой стружки, мм2.

Усилие резания

где Pk - контактная прочность пород, МПа; Kт - коэффициент, учитывающий влияние типа резца; Кг.и - коэффициент, учитывающий влияние геометрии инструмента; Kа - коэффициент, учитывающий влияние угла резания; F - проекция площадки затупления резца по задней грани. Числовые значения коэффициентов Кт, Кг, Kа, а также величины Sст и F определяют в соответствии с ОСТ 12.44.197-81.

В формуле (4) прочностная характеристика пород выражена через контактную прочность. Поскольку в настоящее время в принятой в России нормативно-технической документации прочностную характеристику пород принято выражать через предел прочности пород на одноосное сжатие осж, Рк в данной формуле целесообразно выразить через осж, используя следующую корреляционную зависимость:

На рис. 5.2 показаны зависимости производительности проходческих комбайнов базового типоразмерного ряда от предела прочности пород при одноосном сжатии, которые были использованы в качестве исходного материала при расчете приведенных затрат.

При определении приведенных затрат для различных вариантов типоразмерных рядов необходимо также знать цену каждого комбайна. Поскольку при различных вариантах типоразмерных рядов годовая потребность в проходческих комбайнах определенного типа будет меняться, будет меняться и их цена, так как последняя зависит от годового объема их выпуска.

Из факторов, отражающих особенности организации производства, наибольшее влияние на себестоимость машин имеет их серийность. При этом ее влияние на разных этапах производства различно.

На стадии освоения производства затраты, связанные с подготовкой к выпуску намеченной серии и изготовлением технологической оснастки, тем выше, чем больше объем серии.

На стадии установившегося производства серийность оказывает на стоимость машины противоположное воздействие. При увеличении годового выпуска снижаются затраты, связанные с производством единицы продукции. Объясняется это целым рядом факторов, среди которых наиболее существенными являются экономия на условно-постоянных расходах, включающих расходы на содержание оборудования и помещения, расходы на содержание административного аппарата, обслуживающего персонала.

Анализ стоимостных показателей отечественных проходческих комбайнов со стреловидным исполнительным органом показывает, что цена комбайнов в расчете на 1 т массы (Cт) в зависимости от их годового выпуска N определяется формулой

Графическое изображение зависимости показано на рис. 5.3.

Цену комбайнов, входящих в рассматриваемые варианты типоразмерных рядов, определяют следующим образом:

- по данным ИГД им. А.А. Скочинского и бассейновых институтов подсчитывают ожидаемый объем комбайнового проведения выработок по углю, смешанным забоем и по породе различной крепости;

- с учетом возможности разрушения пород предельной прочности, определяемой мощностью исполнительного органа (см. рис. 5.2), находят объем проведения каждым видом комбайна для всех рассматриваемых вариантов;

- при заданных производительности комбайнов и сроке их службы рассчитывают требуемое число выпускаемых комбайнов в год;

- с использованием формулы (6) и с учетом массы машин находят расчетную цену каждого комбайна для различных вариантов типажного ряда.

Все варианты параметрических рядов проходческих комбайнов являются подмножествами условного базового типоразмерного ряда. В ходе поиска оптимального числа типоразмеров по критерию минимума приведенных затрат были рассмотрены около 800 вариантов типоразмерных рядов. При выборе сочетаний главного параметра соблюдают условие обеспечения в рассматриваемом варианте требуемого объема работ в заданных горно-геологических и горнотехнических условиях (рассматривают сетку условий, охватывающих весь диапазон площадей сечений выработок и крепости пород, и соответствующую сетку значений технико-экономических показателей). Конкретный расчет приведенных затрат производят на ЭВМ.

Необходимые для расчета исходные данные выбирают из утвержденных нормативно-технических документов (тарифные ставки, стоимость электроэнергии, нормы амортизационных отчислений и т. д.), рассчитывают по действующим методикам (трудоемкость выполнения операций проходческого цикла).

Затраты на создание проходческих комбайнов принимают на основании фактических данных. При расчете приведенных затрат не учитывают затраты на материалы (включая их доставку), поскольку эти затраты в рассматриваемых вариантах примерно одинаковы.

По данным полученным на ЭВМ, были построены зависимости изменения приведенных затрат от числа типоразмеров. Для их построения использовали значения, которые обеспечивают минимальные приведенные затраты, т.е. оптимальные соотношения главного параметра.

Зависимость, показания на рис. 5.4, а, построена для базового типоразмерного ряда, состоящего из проходческих комбайнов с отдельным погрузочным органом. При построении зависимости (рис. 5.4,б) рассматривали возможность создания проходческих комбайнов отдельных типов с комбинированным погрузочно-разрушающим органом, а при построении графика (рис. 5.4,в) предусматривали возможность создания проходческих комбайнов как с комбинированным погрузочно-разрушающим органом, так и со струями высокого давления.

Анализ приведенных на рис. 5.4, а зависимостей показывает, что в случае ориентации на существующие типы машин оптимальное число типоразмеров равно четырем. При этом минимальные приведенные затраты достигаются при мощностях исполнительного органа 75, 120, 160, 250 кВт и соответствующих им массах 20, 35, 50, 80 т.

Второй вариант (см. рис. 5.4, б) с точки зрения минимизации приведенных затрат является более предпочтительным по сравнению с первым. В данном варианте оптимальное число типоразмеров также, как и в первом, равно четырем. Приведенные затраты достигают минимальной величины при следующих значениях главного параметра и массе комбайнов; 1-й типоразмер 75 кВт, 13т; 2-й типоразмер - 120 кВт, 35т; 3-й типоразмер - 160 кВт. 50т; 4-й типоразмер - 250 кВт, 80т.

В приведенном варианте комбайн первого типоразмера должен иметь комбинированный погрузочно-разрушающий орган. Наименьшее число типоразмеров (три) и минимальные удельные затраты в области проектирования, создания и эксплуатации проходческих комбайнов достигаются в третьем варианте, при следующих значениях главного параметра и массе комбайнов: 1-й типоразмер - 75 кВт, 13 т; 2-й типоразмер- 120кВт =/= 120 кВт. 35т =/= 5 т; 3-й типоразмер - 160 к Вт, + 120 кВт, 50 т =/= 5 т.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: