Россия контролирует практически четвертую часть мирового рынка удобрений, которые производятся из природных калийных солей. Необходимую руду добывают на месторождениях с помощью горных комбайнов. Причем часто это происходит, когда машина должна обрабатывать только часть высоты пространства забоя. При работе в таком режиме многие части механизма испытывают значительные динамические нагрузки, что приводит к снижению производительности и аварийным разрушениям деталей. Ученые Пермского Политеха разработали теоретическую модель, которая позволит определить степень нагруженности приводной системы комбайна и оптимальный диапазон высоты подрубки пласта.
Горный комбайн при отработке пласта / Владислав Куоза, пресс-служба ПНИПУ
Исследование опубликовано в журнале «Известия вузов. Горный журнал». Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
В условиях сложной геологии часто происходит так, что комбайн попадает в ситуацию, когда площадь забоя оказывается меньше площади поперечного сечения исполнительного органа машины, то есть ее резцового инструмента. Это называется «работа неполным сечением выработки». Получается, что некоторые механизмы периодически работают «вхолостую», в результате чего существенно возрастают динамические нагрузки на детали комбайна.
Для определения наиболее рациональных условий работы механизмов на калийном месторождении ученые Пермского Политеха разработали модель нагруженности приводной системы комбайна в зависимости от высоты забоя. Политехники учитывали зону разрушения горного массива, силы и момент резания исполнительного органа машины.
«Во время работы комбайна происходит так, что часть исполнительного органа не взаимодействует с горным массивом в зоне его разрушения. Учет этой области важен для определения количества резцов, которые не участвуют в отбойке руды. Это позволяет добиться большей точности расчетов», – поясняет Геннадий Трифанов, заведующий кафедрой горной электромеханики ПНИПУ, профессор, доктор технических наук.
Достоверность модели политехники подтвердили реальным экспериментом – провели испытания высокопроизводительного горного комбайна «Урал-20Р», который занимает доминирующее положение в разработке калийных руд в России.
Максимальное отклонение между значениями теоретической модели и данными измерений составляло 10 процентов. Это можно объяснить реальными условиями эксплуатации горного комбайна, например, неоднородностью массива калийной руды, из-за чего ее сопротивление резанию может увеличиваться или уменьшаться в разное время.
Ученые Пермского Политеха также выявили зависимость эффективности работы комбайна от высоты подрубки пласта калийной руды.
«Мы учитывали колебания нагрузки, силу резания, удельные энергозатраты. Работа комбайна до 400 миллиметров высоты подрубки оказалось малоэффективной, при этом зона 400–1300 миллиметров показала высокую рентабельность. Самый динамический нагруженный диапазон находится в пределах 1300-1900 миллиметров. Поэтому оптимальный диапазон высоты подрубки пласта – 400-1300 и 1900-2800 миллиметров», – рассказывает Владислав Куоза, аспирант кафедры горной электромеханики ПНИПУ.
Исследование ученых Пермского Политеха позволяет оптимизировать работу горных комбайнов. Разработанная модель нагруженности приводной системы машины улучшит производительность и снизит риск аварийных ситуаций при работе неполным сечением выработки.
