Министерство образования и науки Республики Казахстан
advertisement
Министерство образования и науки Республики Казахстан РГП на ПХВ «ЕВРАЗИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Л.Н. ГУМИЛЕВА» УДК 622.232.8.72 № госрегистрации 0112РК02244 Инв. № УТВЕРЖДАЮ Проректор по научноисследовательской работе ______________ Ж. Уразбаев «____» ____________ 2012 г. ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ по теме: ИССЛЕДОВАНИЕ И СОЗДАНИЕ ГОРНОГО РОБОТОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА С АДАПТИВНОПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ (промежуточный) Руководитель проекта ______________ Т.Е.Ермеков подпись, дата Астана 2012 СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ Руководитель проекта, д.т.н., профессор ____________________________ Т.Е. Ермеков (введение, разделы 1-4, заключение) подпись, дата Ведущий научный сотрудник, д.т.н., профессор Б.Н. Нурмаханов _____________________________ (разделы 2.2.1, 2.2.2, 4.3, 4.3.1) подпись, дата Ведущий научный сотрудник, д.т.н., доцент ___________________________ М.И. Арпабеков (раздел 2.1, 2.2, 2.3 4.1, 4.2,) подпись, дата Научный сотрудник, магистр наук ________________________ Ә.Қ. Атанов (3.1, 3.1.1, 3.2, 3.3) подпись, дата Научный сотрудник, _________________________ подпись, дата 2 Г. М. Ергалиева (2.1, расчет и сбор данных) РЕФЕРАТ Отчет 157 с., 4 ч., 70 рис., 5 табл., 102 источника, 3 приложения. СЕЛЕКТИВНАЯ ВЫЕМКА, ГОРНЫЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫЕМОЧНЫЙ МАНИПУЛЯТОР, ГОРНАЯ ПОРОДА, КРЕПЬ, АДАПТИВНОПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ, ОЧИСТНОЙ КОМБАЙН, РОБОТОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Объектом исследования являются Горные автоматические выемочные манипуляторы ВМФ-5 в составе горного робототехнологического комплекса для селективной выемки угольных пластов в сложных горно-геологических условиях. Цель работы - выявить проблем процесса выемки это засорение угля породой значительно повышающий зольность угля в целом и процент видимой породы в угле, а так же найти причину засорения в разрабатываемых пластах, крупных породных прослоях, которые вырубаются вместе с углем. Провести анализ существующих очистных комбайнов, которые не обеспечивают избирательную выемку и манипулирование стрелы исполнительного органа, позволяющим вести успешную разработку пластов со сложной гипсометрией, наличием твердых включений, горно-геологическими нарушениями. На основе этого провести исследование и создание горного робототехнологического комплекса для селективной выемки пластов в угольных шахтах в условиях с неблагоприятными и опасными для здоровья (запыленность, загазованность, травмоопасность) которые условиями имеет глубокие социальные последствия В процессе работы на I-ом этапе, 2012 года раскрывается вопросы состояние и перспективы механизации и автоматизации, роботизации очистных подземных горных работ и идея о разработке и создание робототехнологического селективной выемки комплекса угольных в горнодобывающей отрасли для пластов с адаптивно-программным управлением, имеющих в своем составе горные выемочные автоматические манипуляторы ВМФ-5. 3 СОДЕРЖАНИЕ НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………….. 1 Состояние и перспективы механизации и автоматизации, роботизации очистных подземных горных работ…………………………………………………. 1.1 Состояние механизации и автоматизации очистных работ в Республике Казахстан и за рубежом…………… 1.2 Роботизированные системы и комплексы в горнодобывающей отрасли………………………………….. 1.3 Системы и средства управления горными машинами Выводы……………………………………………………….. 2 Разработка горных робототехнологических комплексов для селективной, безотходной выемки пластовых месторождений с оставлением пород в шахте………….. 2.1 Анализ технологического процесса роботизированной выемки угля………………………………………. 2.2 Разработка робототехнологического комплекса для селективной выемки угля………………………………… 2.2.1 Конструкция составного элемента механизма перемещения роботизированного комплекса 6 9 15 19 2.2.2 Разработка конструкции надежной базы выемочного манипулятора роботизированного комплекса…………... 54 2.2.3 Совершенствование конструкции горных автоматических выемочных манипуляторов……………. 59 2.2.4 Описание роботизированного комплекса для селективной выемки (КРС)……………………………….. 65 Выбор элементов и технических средств автоматизации селективной выемки………………………………………….. Выводы………………………………………………………… 3 Выбор аппаратуры управления робототехнологическим комплексом…………………………………………………… 3.1 Обоснование системы управления робототехнологи ческого комплекса в горнодобывающей отрасли ….. 3.1.1 Разработка схемы гидравлического управления выемочного манипулятора роботизированного комплекса …………….. 3.2 Разработка средства управления механизированными крепями очистных работ с использованием микро- 82 2.3 4 19 25 36 39 40 40 43 50 86 87 87 94 98 3.3 процессорной техники ………………………………………... Разработка горных автоматических выемочных манипуля111 торов ВМФ-5…………………………………………………… 3.3.1 Разработка адаптивно- программного управления робо- 114 тизированного горно-технологического комплекса…………. 4 Выводы………………………………………………………….. 119 Обоснование технологии выемки и изыскания кон- 120 струкции закладочного устройства для селективной выемки…………. Разработка флангово- фронтальной технологии бесцеликовой выемки пластов…………………………………… 4.2 Создание агрегата по принципу непрерывного потока для разработки пластов……………………………………….…… 4.2.1 Устройство для закладки породы при селективной выемке полезного ископаемого………………………….…………….. 4.3 Разработка устройства для уплотнения породы при селективной выемке полезного ископаемого………………… Выводы…………………………………………………………. Заключение……………………………………………………... Список использованных источников………………………… Приложение А…………………………………………………. Приложение Б…………………………………………………. Приложение В………………………………………………….. 4.1 5 120 126 131 134 137 138 140 152 157 158 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ В настоящей научной работе использованы ссылки на следующие стандарты: ГОСТ 12.0.002-74 ССБТ. Термины и определения ГОСТ 14.323. -84 Роботизация технологических процессов ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. ГОСТ I2.I.CI2-78 ССБТ. Вибрация. Общие требования безопасности ГОСТ 12.2.007.0-75 ССБТ. Изделия электротехнические ГОСТ 14.201-83 Общие правила отработки конструкции на технологичность ГОСТ 14.2. 064-81 Органы управления производственным управлением ГОСТ 14.203-73 Правила обеспечения технологичности конструкции сборочных единиц ГОСТ 14.204-73 Правила обеспечения технологичности конструкции деталей ГОСТ 15.101-98 Система разработки и постановки продукции на производство. Порядок выполнения научно – исследовательских работ ГОСТ 11986-83 Комбайны очистные узкозахватные со шнековым исполнительным органом. ГОСТ 14254-80 Изделия электротехнические. Оболочки. Степени защиты. Обозначения. Методы испытаний. ГОСТ 22261-82 ЕССП. Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия. ГОСТ 22782.5-78 Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь». Технические требования и методы испытаний. ГОСТ 23216-78 Изделия электротехнические. Транспортирование, консервация, 6 Хранение. упаковка. Общие требования и методы испытаний. ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы ГОСТ 2.101-68 ЕСКД. Виды изделий ГОСТ 2.102-68 ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов ГОСТ 2.103-68 ЕСКД. Стадии разработки ГОСТ 2.118-73 ЕСКД. Техническое предложение ГОСТ 2.119-73 ЕСКД. Эскизный проект ГОСТ 2.120-73 ЕСКД. Технический проект ГОСТ 2.114-95 ЕСКД. Технические условия ГОСТ 2.803-77 ЕСКД. Макетный метод проектирования. Требования к конструкции и размерам макетов и моделей ГОСТ 2.804-84 ЕСКД. Макетный метод проектирования. Техническое содержание рабочего макета ГОСТ 3.1127-93 ЕСКД. Общие правила выполнения текстовых технологических документов ГОСТ 3.1128-93 ЕСКД. Общие правила выполнения графических технологических документов ГОСТ 3.1001-2011 ЕСКД. Общие положения ГОСТ 3.1102-2011 ЕСКД. Стадии разработки и виды документов ГОСТ 3.1116-2011 ЕСКД. Нормоконтроль ОСТ 12.44.107-79 Изделия угольного машиностроения. Общие технические требования к изготовлению. ОСТ 12.44.200-82 Изделия угольного машиностроения. Наименование. РД 50-356-82 Методические указания правила организации работ по роботизации производственных процессов. РД 12.14.104-86 Порядок организации и проведения работ по разработке и постановке на производство продукции угольного машиностроения. 7 РД 50-149-79 Методические указания. Оценка технического уровня и качества промышленной продукции. РД 50-451-84 Методические указания. Установление базовых образцов для оценки технического уровня и качества промышленной продукции. РТМ 12.44.022-31 Машины горные. Методика установления шумовых и вибрационных характеристик М 12.001-85 Методика оценки технического уровня и качества изделий угольного машиностроения. ISO 14229 Стандарт, описывающий требования к наличию диагностических функций (сервисов) ISO 14230 (международный стандарт)- описывает в трёх документах требования для физического, канального и прикладного уровней протокола ISO 9141 «Дорожные транспортные средства. Системы диагностирования. Диагностирование по CAN». 8 ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ , м3/мин , кВт. Теоретическая производительность манипулятора Удельные энергозатраты при выемке угля ч/м3 , м/м3 Удельный путь резания резца коронки Отношение при последовательном и непрерывном режимах Отношение при последовательном и непрерывном режимах , м , кН/м Рабочая мощность пласта (прослойка) Сопротивляемость пласта резанию в неотжатой зоне массива Степень хрупкости угля , м Длина стрелы манипулятора , м Плечо поршня гидродомкрата качания стрелы , м Высота коронки , м Максимальный радиус коронки по резцам , градус Угол атаки забоя манипулятором , м , м Ширина захвата Ширина захвата, обусловленная габаритами коронки Число резцов на коронке , м , м Вылет резца Среднее расстояние между соседними резцами, измеренное вдоль оси коронки Усредненный косинус угля между осью резца и радиусом вращения конца резца , градус Угол резания резца 9 , градус Угол конусности резца (державки) , м/м0,5 Отношение ширины кромки резца к квадратичному корню из величины толщины стружки Коэффициент отжима угля для резца Коэффициент сопротивления резанию , кВт Номинальная мощность электродвигателя коронки КПД редуктора рабочего органа Коэффициент ослабления массива, обусловленный наличием дополнительных обнаженных поверхностей при качании стрелы манипулятора , c-1 Угловая скорость вращения коронки , c-1 Угловая скорость качания стрелы в вертикальной плоскости , c-1 Угловая скорость качания стрелы в горизонтальной плоскости , м/с Линейная скорость вертикального качания стрелы , м/с Линейная скорость горизонтального качания стрелы , м/с Скорость внедрения коронки в массив при подаче манипулятора , м/с Скорость подачи манипулятора , м/с Максимальная скорость внедрения коронки , м/с Ограничение скорости внедрения по производительности гидросистемы подачи манипулятора , м/с Ограничение скорости внедрения по вылету резца , м/с Ограничение скорости внедрения по мощности электродвигателя рабочего органа , м/с Ограничение скорости подачи при непрерывном режиме по производительности гидросистемы , м/с Ограничение скорости подачи при непрерывном режиме по мощности электродвигателя рабочего органа 10 Относительное увеличение ширины захвата , кН/м Сопротивляемость пласта резанию, при которой , кН/м Сопротивляемость пласта резанию, при которой , кН/м Сопротивляемость пласта резанию, при которой производительности последовательного и непрерывного режимов без горизонтального качания равны , кН/м Сопротивляемость пласта резанию, при которой производительности последовательного и непрерывного режимов с горизонтальным качанием равны КРС комплекс робототехнологический селективный ММсЗКЦ многоподвижные механизмы с замкнутыми кинематическими цепями ВМФ выемочный манипулятор фронтальный СФГ стержневые функциональные группы СЗ соединительное звено РТ робот транспортный РТК робототехнические комплексы ЛАХ логарифмические амплитудные характеристики РКП робот – крепепередвижчик РКУ робот – крепеустановщик РИВ робот информационный- вспомогательный ЧПУ числовые программные управления СТЗ системы технического зрения АСУ автоматизированные системы управления АФК автоматизированные фронтальные комбайны ДРО двигатели рабочего органа ДТ датчик тока Р регулятор ЭВМ электронная вычислительная машина 11 АЦП аналого-цифровой преобразователь ССИМ схема сопряжения с исполнительными механизмами ССА схемы сопряжения и согласования с аналоговыми сигналами ССД дискретные сигналы датчиков СХУ блок логических схем управления РУКР распределитель сигналов управления крепью КДКР коммутатор сигналов датчиков крепи ДШКР дешифратора выбора секции крепи УВХ устройство выборки и хранения контрольной информации о состоянии секций крепи ЦПУ цифровое преобразующее устройство ЦАП цифро-аналоговый преобразователь БИС блок информации синхронизации БОИ блок обработки информации ППА параллельный программируемый адаптер ГО горное оборудование ТСД технические средства диагностирования МПК многоприводные пластинчатые конвейеры ППЗУ перепрограммируемое запоминающее устройство ЭСВК энергонезависимая система встроенного контроля ПЗУ постоянное запоминающее устройство ОЗУ оперативное запоминающее устройство РВК ручной ввод команд ВУ выбор устройства РКСБЭ роботизированный очистной комплекс для селективной выемки угольных пластов МПСУ БТ микропроцессорная система управления блока таймеров ПУМК программное управление микропроцессорных контроллеров 12 ЭСВК энергонезависимая система встроенного контроля ОД объект диагностирования СД средства диагностирования БИС большая интегральная схема ГТ генератор тестов АЛУ арифметическое логическое устройство ПО программное обеспечение ЛК линейный контроллер СКЭП средство контроля эксплуатационных параметров БОП блок обработки прерываний KB конвейерные весоизмерители ЭКУ электрогидравлический клапан управления ДШС системный дешифратор ДРО двигатель рабочего органа ДТ датчик тока ККД контроллер клавиатуры и дисплея СУ согласующий усилитель ПУ преобразователь уровней логических сигналов ШФ шифратор ППА параллельный программируемый адаптер МП магнитный пускатель БР блок реле СУ2 согласующий усилитель ИОП источник опорного напряжения ТСВ технические средства выемки ГО горное оборудование ТСД технические средства диагностирования ИТР инженерно- технические работники КУП крутонаклонный угольный пласт 13 ТЭО технико-экономическое обоснование KB конвейерный весоизмеритель ПП пункт погрузки СКЭП средства контроля эксплуатационных параметров МПК многоприводный пластинчатый конвейер БИУ блок измерительных усилителей СAN (Controller Area Network) последовательная передача данных 14 ВВЕДЕНИЕ Общая характеристика работы. Научный проект посвящен по бюджетной программе: 055 «Научная и/или научно-техническая деятельность», подпрограмма 101 «Грантовое финансирование научных исследований», Специфика: 149 «Прочие услуги и работы» по договору № 514 от 05.04.2012г. По приоритету: «Информационные и телекоммуникационные технологии», по подприоритету: «Интеллектуальные робототехнические системы». В данном проекте «Исследование и создание горного робототехнологического комплекса с адаптивно-программным управлением» на I-ом этапе, 2012 года раскрываются вопросы состояния и перспективы механизации и автоматизации, роботизации очистных подземных горных работ, идея разработки и создание робототехнологического комплекса в горнодобывающей отрасли для селективной выемки угольных пластов с адаптивно-программным управлением, имеющих в своем составе горные выемочные автоматические манипуляторы ВМФ-5. Актуальность научного проекта. Одним из приоритетных направлений принятой Правительством Республики Казахстан концепции развития горнодобывающей отрасли Казахстана на период до 2020 года являются роботизация и автоматизация производственных процессов, экологическая безопасность и меры по снижению отрицательного воздействия окружающей среды на людей [1,2,3]. Известно, что угольная промышленность относится к одной из важных составляющих горнодобывающей отрасли. Широко применяемые в настоящее время технологические схемы отработки угольных пластов, основанные на системах разработки длинными лавами с применением серийных комплексов оборудования, являются дорогостоящими, требующих больших затрат на поддержание выработок, проведение монтажно-демонтажных работ и к тому же, применяемые технологии оказывают существенное влияние на снижение качества добываемого угля. 15 Так, например, в Карагандинском бассейне добыча угля производится из 27 пригодных для валовой выемки шахтопластов. При ежегодном объеме добытого угля свыше 5 миллионов тонн, указанные факторы приводят к значительным экономическим потерям. При этом существующие технологии требуют постоянного присутствия людей в очистном забое в условиях с неблагоприятными и опасными для здоровья (запыленность, загазованность, травмоопасность) условиями имеет глубокие социальные последствия. Таким образом, существует крупная экономическая проблема, повышения эффективности процесса выемки угля, повышения качества добываемой продукции, высвобождения человека от выполнения тяжелого ручного труда, протекающего в зонах с неблагоприятными условиями и указывает на актуальность исследований в этом направлении. Внедрение безотходной технологии выемки угольных пластов на основе горношахтной роботизации является наиболее эффективным путем решения данной задачи. Большой вклад в развитие методов технологии и средств механизации, автоматизации очистных и проходческих горношахтных работ внесли ученые: Шевяков Л.Д., Бурчаков А.С., Сагинов А.С., Дрижд Н.А., Квон С.С., Сапицкий К.Ф., Хорин В.Н., Фролов А.Г., Болгожин Ш.Г., Рогов Е.И., Алтаев Ш.А., Мукушев М.М., Ким О.В., Ермеков Т.Е., Ракишев Б.Р., Малыбаев С.К., Исабек Т.К., Тазабеков И.И., Бекенов Т.Н., Стариков В.А., Крашкин И.С., Лукьянов П.Ф., Сафокин М.С., Солод Г.И., Савенко Ю.Ф., Зайков В.И., Позин Е.З., Первов К.М., Пономаренко С.С. и др. В развитие теоретических основ и создание робототехники большой вклад внесли: Киклевич Ю.Н., Шматов Н.А., Сапицкий К.Ф., Силаев А.В., Музгин С.С., Ткаченко А.М., Конюх В.А., Тайлаков О.В., Абдраимов С.А., П.Н. Белянин, М.Б. Игнатьев, Л.С. Ямпольский; из казахстанских ученых У.А. Жолдасбеков, Г.У. Уалиев, Байбатшаев М.Ш., Л.И. Слуцкий, А.М. Ткаченко, Т.Е. Ермеков, К.С. Шоланов, С.У. Жолдасбеков, М.М. Молдабеков, Ж.Ж. 16 Байгунчеков, К.С. Иванов и др. Анализ технологий выемки угольных пластов позволил выявить основные недостатки влияющие на качество продукции, это засорение угля породой, что значительно повышает зольность угля в целом и уменьшает процент видимой породы в угле, переизмельчение угля, приводящая к ухудшению его сортности и увеличению энергоемкости отбойки угольной породы. Основными недостатками применяемых вариантов механизмов, в том числе систем на основе горных комбайнов, это – высокая метало и энергоемкость, низкая нагрузочная способность, наличие значительных динамических нагрузок в кинематических соединениях, невысокая степень подвижности. В большинстве случаев управление механизмом или роботом осуществляет человек-оператор на уровне команд или движений, при этом от оператора требуется непрерывное наблюдение за технологическим процессом, механизмом, роботом, контроль и оперативное управление всей системы. Возможными направлениями устранения указанных недостатков, является создание системы, обеспечивающей автоматическую селективную выемку угольных пластов, без постоянного присутствия людей в очистном забое. Научный проект посвящен созданию робототехнологического комплекса, далее называемого как комплекс робототехнологический селективный (КРС), обеспечивающего автоматическую селективную выемку угольных пластов, содержащих пародные прослои, твёрдые включения и геологические нарушения, с тем, чтобы повысить качество добываемого угля и уменьшить её потери в недрах. Целью данного научного проекта на 1-ом этапе является выявление проблемы процесса выемки: это засорение угля породой значительно повышающий зольность угля в целом и процент видимой породы в угле, а так же найти причину засорения в разрабатываемых пластах, крупных породных прослоях, которые вырубаются вместе с углем. Провести анализ существующих очистных комбайнов, которые не обеспечивают избирательную 17 выемку и манипулирование стрелы исполнительного органа, позволяющим вести успешную разработку пластов со сложной гипсометрией, наличием твердых включений, горно-геологическими нарушениями. На основе этого провести исследование и создание горного робототехнологического комплекса для селективной выемки пластов в угольных шахтах в условиях с неблагоприятными и опасными для здоровья (запыленность, загазованность, травмоопасность), которые условиями последствия. 18 имеет глубокие социальные 1 СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ МЕХАНИЗАЦИИ, АВТОМАТИЗАЦИИ И РОБОТИЗАЦИИ ОЧИСТНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ 1.1 Состояние механизации и автоматизация очистных работ в Республике Казахстан и за рубежом В Республике Казахстан в Карагандинском угольном бассейне применяются различные технологии и схемы очистных подземных работ. К ним относятся струговые комплексы «Гляйтхобель» с комбайнами ДБТ, на тяжелых проходческих комбайнах КСП-32, П-110. Большое распространение получили механизированные комплексы «Фазос 12/28», 2ОКП70К, «Пиома 25/45-03» и «Фазос 24/53»,комплекс оборудования «Глиник» оборудованный гидравлическими блоками [3]. Опыт эксплуатации серийных комбайнов и комплексов при разработке пластов, содержащих породные прослои выявил, что исполнительные органы очистных комбайнов не обладают избирательностью работы в диапазоне вынимаемой мощности, иначе они не были бы приспособлены для селективной выемки. К этому можно добавить и низкую отбойную способность рабочего органа. Известен способ [5, 27] механизированной выемки угольных пластов в длинных или коротких очистных забоях, включающий подготовку выемочного поля полевыми или пластовыми штреками, при системе разработки длинными столбами по простиранию или по падению механизированной крепи. Этому способу присущи следующие недостатки: – режущие органы комбайнов, агрегатов, стругов, обеспечивающих выемку угля с рамы специального забойного конвейера, имеют специальные замкнутые тяговые органы, позволяют резать или строгать только по длине лавы и обусловливают фланговую схему разрушения забоя, что сопряжено с прерывистостью и определенной последовательностью выполнения большого числа операций в процессе добычи угля (погрузка угля, зачистка почвы, оформление забоя, ликвидация вывалившихся кусков угля в процессе отжима 19 от забоя угольного массива, концевые операции в нишах, многочисленные операции при монтаже и демонтаже комплексов и конвейеров и т. д.); – строгание или резание угольного массива по всей площади забоя приводит к переизмельчению угля, ухудшению его сортности и увеличению энергоемкости отбойки; – все операции, связанные с добычей угля, производятся в результате перемещения с рамы специального забойного конвейера комбайна или струга; в этом случае специальный забойный конвейер является как направляющим, так и несущим элементом, что требует значительного усложнения его конструкции; – на пластах средней мощности и мощных, где сильно проявляется отжим угля, очистная выемка усложняется, так как выполняются дополнительные непроизводительные операции, связанные с ликвидацией и устранением последствий отжима, а также возможных остановок комбайна. Относительно новыми являются технологии, применяющие короткие очистные забои-лавы без проведения нарезных выработок, обеспечивающих эффективную отработку локальных участков и участков пластов со сложными условиями залегания [6, 7, 25-37]. Во многих шахтах применяется агрегат АК-3 производящий выемку угля одновременно по всей длине очистного забоя на полную вынимаемую мощность пласта. Выемка угля ведется струговой установкой с рассредоточенными резцами, расположенными на контурной цепи. Агрегат эффективно работает в том случае если длина лавы 60м, ровная гипсометрия пласта, выдержанная вынимаемая мощность пласта, угол падения свыше 50 °, сопротивляемость резанию угля . не применимо, ввиду ограниченная вынимаемой мощности пласта и разработка угольного массива со сложной гипсометрией. Недостатками вышеуказанных средств механизации выемки крутонаклонных пластов являются то, что они снабжены специальными приводами, которые имеют большую энергоемкость и металлоемкость. С 20 учетом того, что выемка угля ведется сверху вниз, дополнительные меры борьбы с внезапными выбросами угля и газа не применяются. Во всех западноевропейских странах, а также на шахтах США, Канады, Австралии и других стран, где применяют системы разработки длинными очистными забоями, широко используются укороченные приводные головки с плоским верхом для забойных конвейеров. Однако необходимым условием использования таких головок является подрыва для ниш почвы на сопряжении лавы с конвейерным штреком на высоту 0,5– 0,6м. В Германии применяется вариант совместной работы двух комбайнов в лаве на одной общей тяговой цепи с фронтальной зарубкой в пласт. Применение этого варианта эффективно, когда конвейерный штрек пройден или его проведение ведется с опережением лавы, а вентиляционный штрек проходится одновременно с лавой. Выемка производится сразу на полную мощность пласта, причем главный комбайн работает по челноковой схеме. В Польше широко распространены одношнековые очистные машины (КВ125, КВБ-5, КВВ-ЗД, КВХ-1, КВР-1), причем конструкции их все время совершенствуются и создаются новые типы комбайнов. Все комбайны выпускаются с регулируемым шнеком и большим диапазоном вынимаемой мощности. Их характерной особенностью является также высокая энерговооруженность (125-250 кВт), а на последних образцах – высокое напряжение сети (1000 В), водяное охлаждение двигателя, большая скорость подачи (до 10 м/мин.) и высокая производительность (до 10т/мин.). Во Франции [11] для выемки наклонных и крутонаклонных пластов по восстанию используются механизированные крепи поддерживающего типа, панцирные забойные конвейеры и очистные выемочные машины. При этом забойный конвейер и комбайн устанавливаются в горизонтальном положении, а выработанное пространство заполняется закладочным материалом. Выемочный комплекс ANF внедрены на шахтах «Мерлебаш» и «Симон», а также Лотарингском бассейне «Сагем» внедрены выемочная машина Дресматик. Опорная рама с выемочной машиной ANF перемещается с помощью цепей 21 лебедок с усилием тяги 30т каждая. Сложность выемки заключается еще в том, что расстояние от места закладки до груди забоя изменяется в пределах (4,78,2) в зависимости от угла падения пласта. При применении самозарубающихся комбайнов отличают два способа самозарубки в пласт: фронтальную и косыми заездами. Фронтальная зарубка производится комбайном (например, КШ-ЗМ, К105), работающим с рамы забойного конвейера с исполнительными органами и погрузочными устройствами, обеспечивающими возможность фронтальной самозарубки без одновременного продольного его перемещения. При косых заездах применяются комбайны с фланговыми заездами и исполнительными органами, исключающими возможность фронтальной зарубки на полную ширину захвата (комбайны ГШ-68, БК-52, БКТ и др.). Одной из самых важных проблем процесса выемки является засорение угля породой значительно повышающий зольность угля в целом и процент видимой породы в угле. Причина засорения кроется в разрабатываемых пластах, крупных породных прослоях, которые вырубаются вместе с углем. Существующие очистные комбайны не обладают избирательную выемку и манипулированию стрелы исполнительного органа, позволяющим вести успешную разработку пластов со сложной гипсометрией, наличием твердых включений, горно-геологическими нарушениями[6, 7, 37-39]. Решение этой проблемы заключается в обеспечении раздельной выемки угля и породных прослоев, что требует разработку технических средства выемки нового типа, отличные от существующих традиционных средств. Наиболее эффективным и перспективным путем решения является разработка систем основанные на применении промышленных роботов и средств и систем робототехники. Впервые в мировой практике предлагается инновационный способ резанья угольного пласта, что почти в 10-15 раз уменьшает удельную емкость резака, 22 по сравнению с существующими очистными комбайнами. Общая мощность электродвигателей внутреннего манипулятора составляет около 50кВт. Это достигается тем, что при отбойке горных пород стреловидными исполнительными органами комбайнов, заключающейся в подаче исполнительного органа на забой, качании исполнительного органа по мощности пласта забоя и перемещении исполнительного органа вдоль забоя, качание исполнительного органа по мощности пласта забоя и перемещение исполнительного органа производят одновременно, при этом скорость перемещения определяют из соотношения: V=≤ rk /(m/V1+m/V2) где rk - величина подачи исполнительного органа на забой, м; m – вынимаемая мощность пласта, м; V1 и V2 - скорость качания исполнительного соответственно от почвы к кровле и от кровли к почве, м/мин. На рисунке 1.1.1 показана схема способа отбойки горных пород стреловидными исполнительными органами комбайнов, на рисунке 1.1.2 – сечение А-А на рисунке 1.1.1 Рис. 1.1.1- Способы обработки забоя: а) непрерывный способ; б) последовательный способ. 23 Рисунок 1.1.2- Сечение А-А на рисунке 1.1.1. Способ отбойки горных пород стреловидными исполнительными органами комбайнов осуществляется следующим образом: отбойный орган 1 с коронкой 2 и рукоятью 3, шарнирно установленной на комбайне 4, перемещающимся по ставу конвейера 5, производит отбойку массива качанием исполнительного органа по мощности пласта m с одновременным непрерывным перемещением его вдоль линии очистного забоя. При отбойке получаются симметричные серповидные стружки. За время отбойки двух смежных стружек исполнительный орган совершает радиальное движение от почвы к кровле, от кровли в почве и поступательное движение длиной, равной захвату отбойной коронки вдоль линии очистного забоя. В этом случае отбойная коронка проходит путь, получаемый сложением двух движений: радиального по мощности пласта и поступательного вдоль линии очистного забоя с траекторией и направлениями, показанными стрелками. Для определения необходимой скорости перемещения исполнительного органа, при которой исключается образование гребешков не разрушенной породы, необходимо выполнение следующего соотношения: rk /V≤ (m/V1+m/V2) (1) Где V1- скорость отбойного органа при движении от почвы к кровле, м/мин; V2 – скорость при движении от кровли к почве, м/мин. Отсюда: V=≤ rk /(m/V1+m/V2) (2) 24 Постоянное поступательное перемещение отбойной коронки способствует щелеобразованию и отделению от массива заштрихованной области Б. Этому также способствует отжим пласта и вибрация органа при работе. Предложенный способ отбойки обеспечивает непрерывность выемочных работ отбойным органом стреловидного типа, при этом снижаются энергозатраты за счет исключения прямого внедрения отбойного инструмента в массиве, что позволяет распределить электрозатраты на резанье в различных точках очистной лавы, а существующая очистка колебаний мощности свыше 1000кВт и массой свыше 100т обеспечивают резанье пласта в одной точке перемещения по очистной лаве. 1.2 Роботизированные системы и комплексы в горнодобывающей отрасли Наибольшее развитие работы по шахтной робототехнике получили в Великобритании, Японии, США, Германии, Республике Чехии. Например, с 1995 г. в США начато широкое применение роботов-манипуляторов для бурения шпуров (фирма «Фанук»), установки бетонной тюбинговой крепи в тоннелях (фирма «Дайники»). Роботизация горных работ в Великобритании ведется в рамках государственной программы [20, 21]. Система управления крепью на шахте «Эллалонт» (Австралия) обеспечивает дистанционное управление следующими операциями: разгрузкой, передвижкой и распором секций крепи, передвижкой конвейера, выдвижением и втягиванием гибкой консоли. Данная система основана на использовании слаботочной электронной аппаратуры в искробезопасном исполнении. Оператор может разгружать, передвигать и распирать секции крепи, а также передвигать конвейер. Такое управление осуществляется дистанционно в пределах 25 секций крепи по обе стороны от управляемой в данный момент секции. На шахте «Распадская» производственного «Южкузбассуголь» испытывалась аппаратура объединения дистанционного и автоматизированного управления крепью в составе экспериментального 25 образца комплекса КМ 138, аппаратура беспроводного дистанционного управления комбайном с инфракрасным каналом типа УЗМ и аппаратура регулирования по гипсометрии пласта с датчиком «порода – уголь» типа «Квант-III». Автоматизированные комплексы KM-137A, КАМ и КМС (для пластов от 0,8 до 1,5 м), KM138A (от 1,2 до 2,5м), агрегаты АФК (от 0,65 до 0,9м) и Ф-1 имеют аппаратуру автоматизации из нескольких самостоятельных или связанных информационных систем, позволяют реализовать автоматический, дистанционный и автоматизированный по командам оператора режимы управления крепью. Возможно изменение оператором порядка передвижки секций (последовательная, шахматная) величины групп. На центральном пульте имеется информация о состоянии комбайна, конвейера, магнитной станции. Автоматизированные фронтальные комбайны (АФК) типа РКУ, КА, КАС оснащаются подсистемами слежения за границей «уголь-порода», имеют беспроводное радио – или инфракрасное управление. Агрегат АФК управляется с пульта управления в откаточном штреке. Институтом «Донавтоматгормаш» совместно с горнопромышленным объединением «ЭМАГ» (Польша) созданы средства автоматизации добычного оборудования: гидравлические и электрогидравлические исполнительные устройства для автоматизации забойного оборудования; специализированная микроЭВМ для установки на очистных и проходческих комбайнах; лазерный задатчик направления для ведения горных работ и система управления забойным оборудованием с использованием инфракрасного излучения. Вопросами шахтной робототехники занимаются Институт угля СО АН России (научные основы технологического и алгоритмического обеспечения [40,41], ИГД им. А.А. Скочинского (роботизированные технологии безлюдной выемки весьма тонких крутых пластов [53], ДГИ им. Артема (специализированный робот для вспомогательных работ при комбайновой проходке [45], Институт геотехнической механики АН Украины для 26 набрызгбетонирования подготовительных выработок [46]), Новочеркасский политехнический университет (бурильные манипуляционные роботы) [47], Институт геологических наук АН Украины [48] (роботизированные технологии добычи руд). Однако, несмотря на значительное развитие и широкое применение рассмотренных агрегатов, комплексов, следует отметить что, существующие системы не обладают свойством производить избирательную выемку необходимую в условиях разработки пластов со сложной гипсометрией, наличием твердых включений, горно-геологическими нарушениями, что характерно для месторождений Карагандинского угольного бассейна. В настоящее время в большинстве случаев управление агрегатами, комплексами осуществляет человек-оператор, при этом от человека требуется непрерывное наблюдение за технологическим процессом и оперативное управление процессом работы. Такое положение определяется неспособностью агрегатов, комплексов автоматически корректировать или изменять программу действий, принимать решения в случаях изменения технологической ситуации (изменение твердости породы, появление зоны пустой породы), принимать самостоятельные решения В существующих системах необходима организация и постоянной поддержки канала связи агрегата с человеком- оператором. При выполнении технологических операций оператор, получая от системы информацию об объекте управления и технологическом процессе, непрерывно осуществляет контроль и управление исполнительными механизмами всего комплекса. Сложность процесса, неблагоприятные условия в сочетании с характером работ, требующих повышенного внимания, приводит к быстрой утомляемости оператора и, как следствие, увеличению вероятности ошибочных действий. В научно-исследовательской лаборатории «Новые методы и средства разработки пластов Карагандинском со сложными государственном горно-геологическими техническом 27 условиями» университете начали разработки и постепенно совершенствовали маневренную выемочную машину облегченного типа для выемки угля на пологих, наклонных и крутонаклонных пластах со сложными горно-геологическими условиями, эксплуатируемую по фронтально-избирательной технологии [48, 49]. В 1975-76 годах впервые была разработана безредукторная выемочная машина фронтально-флангово-избирательного действия ВМФ-1. Конструкция манипулятора обеспечивает три независимых степени подвижности: 1) подачу вдоль очистного забоя; 2) качание исполнительного органа в вертикальной плоскости; 3) качание исполнительного органа в горизонтальной плоскости и возможность совмещения при работе манипулятора. Главные конструктивные отличия ВМФ-1 при фронтальной технологии устанавливались стационарно в забое и несущей секции механизированной крепи. Размещение ВМФ-1 с завальной стороны конвейерной линии предусматривало применение специальной направляющей балки, конструкция которой обеспечивала автоматизированную равномерную передвижку фронтальной машины вдоль очистного забоя. В этом случае забойный конвейер постоянно находился у груди очистного забоя, а телескопическая стрела с механизмом поворота и подъема подвижно установлена на этой балке, имеющей специальный механизм перемещения (рисунок 1.2.1) [48]. Созданные и внедренные варианты выемочных машин фронтальноизбирательного действия маневренны, облегченной конструкции, надежны и удобны в эксплуатации, и их внедрение позволило решить вопросы отработки целиков различного назначения. 28 Рисунок 1.2.1 – Горный выемочный манипулятор фронтально-избирательного действия ВМФ-1 с привязкой к секции механизированной крепи 1 – гидродвигатель; 2 – телескопическая труба; 3 – направляющая труба; 4 –боковые гидродомкраты для подачи; 5 – опорно- распорная стойка; 6 – гидродомкрат для поворота стрелы в горизонтальной плоскости; 7 – гидродомкрат для поворота стрелы в вертикальной плоскости гидростойкой; 8 – забойный конвейер. Горный выемочный манипулятор фронтально-избирательного действия ВМФ-1 позволял свободно, без особых задержек во времени переходить нарушения с амплитудой выброса или сброса до 1,5м, а в отдельных случаях, при сравнительно устойчивых кровлях, с амплитудой нарушения до вынимаемой мощности пласта. Поворот стрелы в горизонтальной плоскости производится гидродомкратами 6, а в вертикальной плоскости – гидроцилиндрами 7, транспортирование угля из забоя осуществляется конвейером 8. Основные недостатки ВМФ-1: требовалось улучшить технологию выемки, допустимое обнажение выработанного пространства, скорость подачи, ширину захвата, направление и способ обработки забоя, а также низкая трудоемкость, формы забоя и др. Учитывая эти недостатки, в дальнейшем был разработан горный выемочный манипулятор ВМФ-2 с конвейерной линией. В процессе движения 29 осуществлялись отбойка, погрузка и зачистка угля, а также обеспечивались вспомогательные работы (подрыва почвы, кровли, извлечение и установка крепи и процессы по извлечению целика) на сопряжение лавы с выработкой. Горный выемочный манипулятор ВМФ-2 работает совместно с рамой изгибающего конвейера обладающими стабильной в забоях и с характеристикой гидравлическими постоянного стойками, сопротивления, высоким устойчивым распором, которые позволяют снизить трудоемкость крепления и повысить условия труда. Для передвижения забойного конвейера используются гидравлические передвижки (рисунки 1.2.2, 1.2.3). При фронтальной технологии ВМФ-2 передвигается вдоль забоя по ставу конвейера по специальной направляющей балке при помощи горизонтально расположенных гидродомкратов передвижения, распорных стоек или специальных устройств автоматического передвижения [50]. Рисунок 1.2.2 – Выемочная машина фронтально-флангово-избирательного действия ВМФ-2 с привязкой к конвейерной линии и направляющей балкой с механизмом бесцепной подачи 1 – гидродвигатель; 2 – телескопическая труба; 3 – направляющая труба; 4 –боковые гидродомкраты для подачи; 5 – опорно-распорная стойка; 6 – гидродомкрат для поворота стрелы в горизонтальной плоскости; 7 – гидродомкрат для поворота стрелы в вертикальной плоскости гидростойкой; 8 – забойный конвейер. 30 Горный выемочный манипулятор ВМФ-2 обеспечивает раздельную выемку угля и породы за счет избирательности и высокой маневренности исполнительного органа. В нем для устранения большого числа холостых перегонов выемочной машиной обеспечивается поворот исполнительного органа на 180°. Главным недостатком ВМФ-2 является то, что для отбрасывания отбитой породы не предусмотрено специальное перегрузочное устройство, невозможна полная зачистка отбитой породы и устранение падения кусков угля с верхней угольной пачки за счет естественного отжима, а также для увеличения несущей способности почвы необходимо оставлять защитный угольный слой мощностью от 0,3 до 0,5 м, а также при фронтальной технологии ВМФ-2 нельзя располагать между конвейером и забоем. Рисунок 1.2.3 – Машина ВМФ-2 с дисковым исполнительным органом 1 – гидравлическая распорная стойка; 2 – две направляющие лыжи; 3 – гидродомкраты передвижения двойного действия; 4 – стреловидный телескопический рабочий орган; 5 – внутренняя труба; 6 – опорно-распорная 31 стойка; 7 – домкрат подачи; 8 – наружная труба; 9 – пульт управления; 10 – гидродомкрат; 11– редуктор; 12–гидродомкрат; 13– четыре направляющие лыжи; 14 – турели; 15 – основание ВМФ-2; 16 – электродвигатель; 17– конвейерная линия. Во время работы нагрузка на крепи постоянно увеличивается, после передвижения и распора сопротивление стоек развивается неравномерно, а задняя стойка воспринимает нагрузку больше, чем передняя. Учитывая предыдущие недостатки, т.е. затруднение погрузки угля на конвейер, увеличение площади обнажения призабойного пространства, была разработана новая модификация серии ВМФ-3 (рисунок 1.4). Особенность ВМФ-3 в том, что перемещение машины вдоль забоя производится механизмом бесцепной подачи, состоящим из гидродомкратов 10, ползуна 13 и направляющей рейки с пазами 14. Рисунок 1.2.4 – Выемочная машина флангово-избирательного действия ВМФ-3 с бесцепным механизмом подачи 1 – резцовая коронка; 2 – электродвигатель; 5 – поворота стрелы; 8 – погрузочный шнек; 3 – стрела; 4 – турели; 6 – магнитные станции; 7 – гидродомкрат гидродомкраты подъема и опускания стрелы; 9 – основания; 10 – гидродомкрат подачи; 11 – направляющие лыжи; 12 – 32 конвейер; 13 – ползун; 14 – направляющая рейка с пазами; 15 – кабелеукладчик. Горный выемочный манипулятор ВМФ-3 устанавливается забойной стороны от конвейерной линии. При критерий устойчивого положения конструкции в лаве с расчете устойчивости определяется некоторым наперед заданным значением коэффициента грузовой устойчивости (kгр. = 3,54,7) [5, 50]. Недостатки ВМФ-3 – в частых отказах в системе, нецикличной работе. Учитывая предыдущие недостатки, а также обеспечение непрерывности работы при забое и увеличение скорости подачи, повышение надежности конструктивных соединений на стыках направляющих балок, обеспечение автоматической непрерывной подачи перемещения машины по конвейерной линии, была разработана новая конструкция горного выемочного манипулятора ВМФ-4, который дополнительно снабжался электрогидравлической схемой и погрузочным устройством (рисунки 1.2.5, 1.2.6 а, б, в). Горный выемочный манипулятор изготовлен в трех вариантах: ВМФ-4М, ВМФ-4Н, ВМФ-4КН: – ВМФ-4М предназначен для работы на пологих пластах и имеет ручное управление. – ВМФ-4Н предназначен для работы на наклонных пластах с непрерывной отбойкой полезных ископаемых. ВМФ-4 устанавливается в лаве с завальной стороны от конвейерной линии (между забойным направляющей конвейером балке [89, 90]. и секциями Недостатки крепи) этой на машины производительность, ограниченная степень подвижности специальной – и неустойчивость, большая динамическая нагрузка в процессе работы, низкая надежность. 33 низкая Рисунок 1.2.5– Выемочная машина флангово–фронтального действия ВМФ-4М 1– исполнительный орган избирательного действия; 2– поворотное устройство вокруг вертикальной оси на 180º; 3 – опорно-подающий механизм перемещения; 4 –погрузочное устройство; 5 – маслостанция; 6 – рама; 7– пульт управления; 8 – магнитная станция; 9 – опорно-подающий механизм захвата домкратов подачи; 10 – лыжа забойной опоры; 11 – гидрозахват; 12 – круглая направляющая. ВМФ-4КН предназначен для разработки крутонаклонных угольных пластов и имеет дистанционное управление. Доказана возможность следующих вариантов установки типов ВМФ в лаве: а) ВМФ-1 с привязкой к несущей секции крепи; б) ВМФ-2 конвейерной линии; в) ВМФ-3 с забойной стороны от конвейерной линии; г) ВМФ-4 с завальной стороны от конвейерной линии (между забойным конвейером и секциями крепи) на специальной направляющей балке. 34 Рисунок 1.2.6 – Конструкции выемочных манипуляторов а) ВМФ-2 4); б) ВМФ-4КН; в) ВМФ-4Н(М): 1 – стрела с редуктором и электродвигателем, 2 – резцовая коронка, 3 – турель для подъема и опускания поворота стрелы, 4 – механизм подачи, 5 – маслобак, 6 – магнитная станция для управления. Общий вид промышленного образца горного автоматического выемочного манипулятора представлен на рисунке 1.2.7. а) б) Рисунок 1.2.7 – Общий вид манипулятора ВМФ-4КН а) общий вид экспериментального образца б) общий вид промышленного образца 35 Выемочные манипуляторы типов ВМФ прошли стендовые, шахтные приемочные испытания с последующим их внедрения в условиях шахт «Топарская», «Долинская», «Казахстанская», им. Костенко и Ленина. Приведенный краткий обзор наиболее характерных вариантов горных выемочных манипуляторов показывает, что основными недостатками конструкций этих исполнительных механизмов являются низкая нагрузочная способность, наличие значительных динамических нагрузок в кинематических соединениях, невысокая степень подвижности и т. д. 1.3 Системы и средства управление горными машинами Системы программного разрабатывались управления ВНИИгидроуголь, Гипроуглегормашем, Копейским проходческими КузНИУИ, машзаводом, комбайнами Автоматгормашем, Прокопьевским заводом шахтной автоматики и др. В ВНИИгидроуголь разработана и испытана в шахтных условиях система программного управления комбайном К-56МГ [56]. Задание программы осуществляется с помощью 152 многопозиционных и 76 малогабаритных тумблерных переключателей, расположенных на панели программонаборника. С помощью этих переключателей создается условная сетка, разбивающая сечение забоя на 19 равных частей по горизонтальным и вертикальным осям. Программонаборником можно производить коррекцию и набор программы непосредственно на рабочем месте. КузНИУИ разработан и испытан в шахтных условиях экспериментальный образец аппаратуры программного управления контактно-релейного исполнения с жестким заданием программы на специальном коммутаторе, в качестве которого используются многоконтактные штекерные разъемы. Для последовательного задания величин и направления этих перемещений служит распределитель, выполненный на базе шагового искателя типа ШИ-17 [57]. В Республике Чехия разработаны системы использующие принцип копировального шаблона [57]. Машинист комбайна обрабатывает забой вручную, при этом для получения более точных оконтуривающих размеров 36 выработки на рукоятку управления устанавливается копировальные устройство таким образом, что длинное плечо двухплечевого рычага перемещается в регулируемым копировальном шаблоне, а его короткое плечо управляет золотниковым гидроцилиндром подачи. Изменение размеров выработки осуществляется перемещением копировального шаблона относительно оси поворота рукоятки управления. Институтом «Автоматгормаш» разработана и испытана в шахтных условиях система программного управления проходческого комбайна ПК-9рА. В качестве программоносителя в данной системе применен магнитный барабан. Выполнение логических операций, связанных с управлением блоком магнитной памяти и электрогидроусилителем в режиме программной обработки забоя, осуществляется блоком автоматического управления. Институтом «Гипроуглегормаш» испытана аппаратура программного управления исполнительным органом проходческого комбайна. Функции, которые выполняет аппаратура на проходческом комбайне, сводятся к автоматизации перемещения коронки исполнительного органа в соответствии с некоторой заранее составляемой программой. Одновременно обеспечивается ограничение величины нагрузки привода двигателя. На шахте «Распадская» производственного «Южкузбассуголь» производились испытания объединения микропроцессорные системы управления на механизированной крепи М-138 в комплексе с комбайном 2ГШ68Б. Система управляет крепью по командам с комбайна и оператора с центрального пульта, расположенного на штреке, или с постов на секциях крепи. Аппаратура автоматизации включает микропроцессорную систему управления и контроля 74-мя секциями крепи, управление комбайном осуществляется с применением беспроводного инфракрасного канала. Для регулирования положения режущих органов комбайна была использована аппаратура «Квант-III» на базе радиоизотопного датчика границы «уголь – порода» [62- 66]. 37 Фирма «Атлас Копко» (Швеция) поставляет на внешний рынок ряд механизмов комбайнов для проходки вертикальных и наклонных выработок, которые могут бурить выработки на глубину до 600м. Основу привода составляет асинхронный преобразователем с двигатель, помощью микроЭВМ. управляемый тиристорным Контролируемые параметры воспроизводятся на дисплее. Большинство из рассмотренных систем управления разработаны на базе микропроцессоров. Достоинство микропроцессорных систем заключается в их универсальности, высокой степени гибкости за счет возможностей перепрограммирования, возможность использования в управлении не только основными механизмами и агрегатами но и для обеспечения выполнения различных вспомогательных функций (контроль за состоянием оборудования и технологической и рабочей зоной, диагностика неисправностей и др.). Однако общим недостатком всех рассмотренных систем управления является то, что человек (оператор-машинист) не освобождается от процесса управления, т.е. требуется постоянное присутствие оператора-машиниста в зоне выполнения технологического процесса. Наиболее эффективным путем для решения проблем является разработка и создание, и исследование горных робототехнологических комплексов. Комплекс должен обеспечивать также отработку целиков угля различного назначения и локальные участки со сложными условиями залегания. позволяющего сохранить длину очистных забоев в пределах 100-120м и при этом на выемочных полях протяженностью менее 500м обеспечивать бездемонтажное продолжение очистных работ на последующих частях одного целого локального участка. Выводы: 1 Одной из самых важных проблем процесса выемки является засорение угля породой значительно повышающий зольность угля в целом и процент видимой породы в угле. Причина засорения кроется в разрабатываемых пластах, крупных породных прослоях, которые вырубаются вместе с углем. 38 2 Существующие очистные комбайны не обеспечивают избирательную выемку и манипулирование стрелы исполнительного органа, позволяющим вести успешную разработку пластов со сложной гипсометрией, наличием твердых включений, горно-геологическими нарушениями. 3 Большинство систем управления разработаны на базе микропроцессоров, достоинство которых заключается в их универсальности, высокой степени гибкости за счет возможности перепрограммирования, использования их в системе управлении не только основными механизмами и агрегатами, но и для обеспечения выполнения различных вспомогательных функций (контроль за состоянием оборудования и технологической и рабочей зоной диагностика неисправностей и др.). 4 Общим недостатком всех применяемых выемочных агрегатов и комплексов является то, что человек (оператор-машинист) не освобождается от процесса управления, т.е. требуется постоянное присутствие операторамашиниста в зоне выполнения технологического процесса (очистном забое) в условиях с неблагоприятными и опасными для здоровья (запыленность, загазованность, травмоопасность) условиями имеет глубокие социальные последствия. 5 Наиболее эффективным и перспективным путем решения является разработка систем основанных на применении промышленных роботов и средств и систем робототехники. Эффективным путем является создание КРС селективной выемки на базе горного автоматического выемочного манипулятора ВМФ-5. 6 Впервые в мировой практике предлагается инновационный способ резанья угольного пласта стреловидным исполнительным органом горного выемочного манипулятора, который резко снижает удельную энергоемкость резанья на 10 раз по сравнению с существующими очистными комбайнами, предложено заявление на изобретение. 39 2 РАЗРАБОТКА ГОРНЫХ РОБОТОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ, БЕЗОТХОДНОЙ ВЫЕМКИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ОСТАВЛЕНИЕМ ПОРОД В ШАХТЕ 2.1 Анализ технологического процесса роботизированной выемки угля Основные задачи и требование к конструктивным устройствам и составом КРС Главной задачей создание робототехнологического комплекса является основой для решения социальной задачей – сокращения числа рабочих, а в дальнейшем разработка таких технологических процессов, которые исключали бы необходимость присутствия людей в забое (рисунок 2.1). Рисунок 2.1– Роботизированная выемка угля 40 Поэтому в настоящее робототехнологических промышленности время основное комплексов должно для получить развитие при создании горнодобывающих отраслей дистанционное, преимущественно супервизорное управление, с использованием микропроцессорной техники и бортовых персональных компьютеров. Но даже при этом телеуправляемые роботы должны обладать широкими адаптивными возможностями. Перспективы подземной добычи полезных ископаемых связаны с созданием и освоением технологии безлюдной выемки, развитие которой в настоящее время развитие которой ведется по трем направлениям [5,73, 89, 90]: – выемка угля без постоянного присутствия людей в очистном забое, предполагающая кратковременное пребывание людей в лаве для ремонта и осмотра оборудования; – выемка угля, состоящая из способов и средств, исключающих необходимость присутствия человека в местах ведения очистных работ; – технологии и средствах всего робототехнологического комплекса. Первое направление базируется на развитии комплексной и агрегатной выемки с использованием микропроцессорной техники в длинных очистных забоях (главным образом для пластов тонких и средних мощностей) с добычей угля комбайнами или стругами. В этой области накоплен значительный опыт. По мере удаления человека от забоя в магистральные выработки и на поверхность шахты происходит закономерное перераспределение функций в робототехнологического комплекса, растет сложность роботов практически до полной его автономности. Второе управляемых направление ориентируется на создание дистанционно агрегатов с программным управлением в коротких очистных забоях (в том числе с применением гидродобычи), а также на разработку технико-технологических решений нетрадиционными способами. Третье направление основывается на технологии и средствах, предусматривающих ведение всего комплекса работ с поверхности при предварительном изменении агрегатного состояния угля. 41 Как уже указывалось, в силу технических условий в горном машиностроении в будущем имеют перспективы, предложенные нами горного автоматического выемочного манипулятора ВМФ-5 для основных операций. Наиболее тяжелые условия складываются при добыче угля на тонких пластах, где, кроме указанных факторов, особое влияние оказывает еще и стесненность пространства. Для этих условий предлагаем КРС, построенные на базе гидрофицированных секционных крепей. КРС предназначен для селективной (раздельной) выемки угля и породы на пластах, залегающих в сложных горно-геологических условиях, без постоянного присутствия людей в очистном забое с оставлением породы в шахте [68, 70 - 73]. Область применения КРС – одинарные с породными прослойками или сближенные угольные пласты мощностью 2,14 - 7,0м с углом падения до 55°, сопротивляемостью пласта резанию до 400кН/м, крепостью породных прослоев до 6 (по классификации Протодьяконова). породных прослоев – Мощность от 0,4 до 1,5м. При обработке пластов допускается наличие твердых включений и геологических нарушений с амплитудой до 1-2м. КРС выполняет следующие операции: – разработку пологих, наклонных и крутонаклонных пластов со сложными горно-геологическими условиями (сложная гипсометрия пласта, наличие твердых включений, породных прослоек, валунов, выбросы, неустойчивость кровли и почвы и т.д.); – раздельную выемку угля и породы; – отработку целиков различного назначения; – расконсервацию списанных балансовых запасов. Применяемые системы разработки – длинные столбы по простиранию с длиной лавы 100-150м и короткие столбы по восстановлению без проведения нарезных выработок с длиной лавы 25-100м. Управление кровлей – полное обрушение основной части лавы и частичная закладка выработанного пространства вдоль конвейерного штрека (ходка). 42 2.2 Разработка робототехнологического комплекса для селективной выемки угля Основным критерием при работе механизированной крепи для выемки того или иного пласта является соответствие горно-геологических условий пласта его техническим характеристикам. К основным горно-геологическим условиям относятся: вынимаемая мощность пласта, угол падения пласта, несущая способность кровли и почвы пласта, устойчивость кровли пласта. Крепь основной части лавы 2ОКП70К предназначена для поддержания кровли в призабойном пространстве, защиты рабочей зоны от обрушения кровли и управления кровлей основной части лавы. Крепь закладываемой части лавы М130 предназначена для поддержания кровли в призабойном пространстве, защиты рабочей зоны от обрушения кровли в закладываемой части лавы, а также для подвески закладочных трубопроводов и обеспечения закладки пустой породы в выработанном пространстве за секциями крепи. Состав КРС состоит из шнекового закладочного устройства, изготовленного на базе буровой установки «Старт», закладочного комплекса «Титан» и гидроэлектрооборудования с аппаратурами управления и микропроцессорной системы управления с использованием микропроцессоров с указанием количества (комплекта) и обозначения входящих в него составных частей (таблица 1). Крепи сопряжения Т6К и М81СК предназначен ы для крепления верхнего и нижнего сопряжений лавы с прилегающими выработками и удержания линейных секций крепей от сползания. Крепи сопряжения должны обеспечивать компактность размещения забойного оборудования в концевых частях лавы. Отдельные конструктивные изменения крепи нижнего сопряжения окончательно будут уточняться в процессе разработки. 43 Таблица 1– Состав робототехнологического комплекса Обозначение Наименование оборудования ВМФ-5, ВМФ-6 Количество (комплект) Выемочная машина-манипулятор 2 2ОКП70К («Пиома Крепь (три типоразмера) 0,7-0,8 или 25/45-03» «Фазос 24/53») М130 Крепь (четыре типоразмера) Т6К Крепь верхнего 0,2-0,3 сопряжения 1 сопряжения 1 (вентиляционного штрека) М81СК Крепь нижнего (конвейерного штрека) СУ-ОКП70 (СП301) Забойный конвейер 1 «Титан» Шнековое закладочное устройство 1 СП87П Реверсивный штрековый конвейер 1 СНУ-5 Группа насосная 2 Электрооборудование 1 Система автоматического управления с 1 микропроцессорными устройствами и микроЭВМ Забойные конвейеры СКУ, 2ОКП70К (СП87П, СП63М) обеспечивают доставку отбитой массы угля и породы. Конвейер СКУ-45 содержит приводную головку с электродвигателя, секции рештаков, цепь с консольными складывающимися скребками, желоба для консольной цепи, гидро – и электрокоммуникации для управления связи. Забойный конвейер со стороны завальной части лавы должен быть приподнят относительно почвы пласта для обеспечения захода основания секции крепи на величину 130мм с глубиной 430мм. Длина линейных секций конвейера – 1100мм. Шаг установки консольных скребков должен быть 1000мм. Нагрузка на тяговую цепь при транспортировке угля и породы не должна превышать 843кН. 44 Используемые забойные конвейеры имеют значительную массу, что в силу действия гравитационных сил при больших углах наклона приводит к их сползанию, например, масса конвейеров при длине до 200м колеблется в пределах (54,8… 109,8) т. Это требует проведения специальных мероприятий [26]. Они могут быть осуществлены по трем схемам: - применение специальных распорных устройств; - кинематическая (конструктивная) увязка забойного конвейера с крепью; - удержание забойного конвейера с помощью лебедки. Первая схема приемлема и целесообразна при индивидуальном креплении в составе робототехнологического комплекса, так как с помощью распорных устройств достигается эффективное удержание забойного конвейера, упрощается компоновка вспомогательного оборудования за счет ликвидации лебедок и уменьшается трудоемкость работ на сопряжении штрек-лава. КРС обеспечивает выемку пласта с переменной мощностью и сложной гипсометрией, осуществляемую стреловидными телескопическими органами фрезерного или дискового типа с широким диапазоном перемещения по горизонтальной и вертикальной плоскости из одного крайнего положения в другое с одновременной отбойкой угля от массива пласта, а также полным обрушением или плавным опусканием. Системная магистраль позволяет подключать устройства сопряжения для автоматического управления комплексом. Набор таких устройств и соответствующая различным схемам обработки забоя программа управления, помещаемая в модуле программируемого запоминающего устройства, служат для проведения работы комплекса в различных режимах выемки угля с учетом гипсометрии пласта. Аппаратура автоматизации очистного оборудования позволит повысить безопасность труда обслуживающего персонала за счет обеспечения управления операциями добычных процессов на расстоянии нахождения обслуживания комплексами в с безопасном пространстве. использованием Общей микропроцессорных 45 целью управления систем является обеспечение максимальной производительности труде при минимальном времени пребывания людей в зоне выемки. Рассмотрим основные принципы построения и функционирования систем автоматизации управления исполнительным органом как системы программного управления. Системы программного управления исполнительным органом по способу задания программы можно разбить на два вида: а) с дискретным сложением; б) с непрерывным сложением. Системы с дискретным сложением обеспечивают задание программой движения исполнительного органа с помощью программно-наборщиков, имеющих запоминающие устройства на ограниченное число команд. Такие системы имеют недостаточную гибкость задания программы, малую разрешающую способность и небольшой объем программ. Этот способ задания программы благодаря своей простоте нашел широкое применение в металлорежущих станках при обработке несложных деталей. Ввиду того, что при обработке очистного забоя требуется относительно частое изменение формы, особенно при выходе манипулятора из секции крепи, применение для горного выемочного автоматического манипулятора ВМФ-5 систем программного управления с дискретным слежением оказывается малоэффективным [37, 80, 86]. Наиболее перспективными являются системы программного управления с непрерывным сложением, позволяющие задавать траектории движения исполнительного органа любого вида и в любом количестве. В качестве программоносителей могут быть использованы микропроцессорная аппаратура управления на основе микропроцессорного типа РМ-4, РМ-32, перфокарты, перфоленты, магнитные ленты [49, 73]. Штрековый реверсивный конвейер на базе конвейера СП87П предназначен для доставки угля на последующие штрековые конвейеры при включении и 46 перегрузке отбитой породы в приемный бункер закладочного устройства при реверсивном включении. КРС состоит из выемочного манипулятора ВМФ -5 с мех анизи рован ной крепью с конвейером, эле ктро-гидрооборудования, а также аппаратуры адаптивно-п рограммного управления с диагностикой состояния. Согласно рисунка 2.2.1, КРС содержит линейные секции механизированной крепи 1 с основанием и перекрытием, выемочную машину в виде горного автоматического выемочного манипулятора 2, расположенного на основании, опирающемся лыжами на направляющие транспортирующего става 3 и закладочной машины 4, секции крепи с закладочным устройством 5, штрековый конвейер 6, перегрузчик 7 и поддерживающее устройство 8. С завальной стороны расположены два блока пульта управления, а на задней части рамы- магнитная станция. К основанию также крепятся лыжи с захватами. Применение КРС позволяет: – р езко уменьшить потери полезных ископаемых в недрах при э кс п луатаци и угольных шахт, рудников, разрезов, карьеров; – о существлять разработку сближенных угольных пластов и расстоянием (0,5-2 м) и углом падения до 55° как селективную выемку с оставлением породы в шахт е ; – о существлять расконсервацию и разработку техногенных запасов месторождений полез ных ископаемых, а также отработку ц еликов различного назначения рудных и нерудных месторождений геологических условиях. 47 в сложных горно- Рисунок 2.2.1 – КРС для безотходной селективной выемки 1 – линейные секции крепи М130; 2 –горный автоматический выемочный манипулятор ; 3 – забойный конвейер КИ-02БИ; 4 – шнековая закладочная машина; 5 – секции крепи М-130 с закладочным устройством; 6 – штрековый конвейер СП87П; 7 – перегрузчик; 8 – поддерживающее устройство При разработке крутонаклонного пласта применяется специальная транспортирующая база с гасителями скорости отбитого манипуляторами угля. На основании результатов рассмотрения показателей в карте технического уровня и качества продукции комплекса для селективной выемки КРС должен обеспечивать полную автоматизацию очистных работ в лавах с раздельной выемкой угля и породы без постоянного присутствия людей в очистном забое с оставлением вынутой породы в шахте для закладки. Общая краткая характеристика КРС представлена в таблице 2. 48 Таблица 2 – Краткая характеристика КРС Показатель Данные 1 2 Производительность одного манипулятора с автоматическим управлением, т/мин. 2,5 Количество манипуляторов на один агрегат, шт. 10 Мощность электродвигателя одного манипулятора, кВт 22 Число степеней подвижности манипулятора 5 Общая мощность электродвигателей комплекса, кВт 240 Удельные энергозатраты агрегата, кВт ч/т 0,4 Масса одного манипулятора, т до 5,0 Общая масса комплекса КРС при длине лавы до 200 м, т Система разработки 480 -длинные столбы по простиранию Управление кровлей полное обрушение Породы кровли устойчивые и средней устойчивости Породы почвы любой крепости с сопротивлением вдавливанию не менее 1,0 МПа (10 кг/см2) Категория шахт по газу сверхкатегорная включительно Вынимаемая мощность пласта, м 1,6-7,0 Угол падения пласта, град. до 55 Длина лавы, м 180-200 Суточная нагрузка на комплекс, т/сут. 8000 Тип крепи для комплекса КРС ОКП-70 Тип конвейера при угле падения до 35 СКУ-45 Для КРС устанавливается удельная трудоемкость не более 600 нормочасов на тонну. Удельная трудоемкость аппаратуры управления должна составлять не более 100 нормо-часов на функцию, а удельная металлоемкость – 49 25 кг на функцию. Конструкция КРС и его составных частей должна соответствовать ГОСТу 14.203.73, ГОСТу 14.204-73 [89, 90]. Робототехнологический средствами комплекс оснащен программно-аппаратными (датчиками, исполнительными механизмами, интерфейсными устройствами, контроллерами SIMATIC S7-200, 300, индикаторами, кнопками управления, а также специализированным программным обеспечением контроллеров, SCADA-системой Win CC, операционными системами реального времени) фирмы Siemens. 2.2.1 Конструкция составного элемента механизма перемешения роботизированного комплекса Цель обеспечение повышения надежности и работоспособности. На рисунке 2.2.1.1 изображен предлагаемый гидродомкратный механизм подачи; на рис. 2.2.1.2 – вид по стрелке А на рис. 2.2.1.1; на рис.2.2.1.3 – вид по стрелке Б на рис. 2.2.1.1; на рис. 2.2.1.4 – сечение В – В на рис.2.2.1.1 на рис. 2.2.1.5 – гидросхема управления. Механизм подачи содержит гидродомкраты 1 и 2, концами шарнирно соединенные с корпусом выемочной машины 3 и механизмов 4, 5 зацепления посредством проушин 6. Механизм зацепления включает корпус 7, имеющий зубчатое колесо 8, установленное на валу 9. В корпусе 7 в гнездах 10 установлено тормозное устройство, включающее выдвижные пальцы 11 с упругим элементом 12 и гнезда, закрытые гидропатронами 13 и 14, закрепленными к корпусу посредством хомутов 15. В гидропатроне имеется поршень со штоком 16, упругие элементы 17 и винт 18. Гидросхема включает гидродомкраты 1 и 2, гидропатроны 13 и 14, трубопроводы 19, 20, 21, 22 и гидрозамки 23, 24, 25, 26. Выемочная машина 3 перемещается по ставу конвейера 27, а механизмы зацепления 4, 5 – по цевочной рейке 28, уложенной на конвейере 27. Зубья рабочего колеса 8 входят в зацепление с роликом 29 цевочной рейки 28. Механизм подачи работает следующим образом. 50 В нерабочем состоянии механизм 4 зацепления находится в положении, как показано на рис.2.30. Под воздействием усилий упругих элементов 17 поршень со штоком 16 прижимает выдвижной палец 11 к торцовой поверхности зубчатого колеса 8 и застопаривает. Зубья колеса 8 находятся в зацеплении с роликом 29 цевочной рейки 28. Таким образом, механизм зацепления зафиксирован на цевочной рейке. Для перемещения выемочной машины 3, например, влево рабочая жидкость одновременно подается в трубопроводы 19 и 20. В этом случае на механизме 4 зацепления выдвижные пальцы 11 прижимаются к рабочему колесу 8 под воздействием усилий упругих элементов 17 и рабочей жидкости посредством штока поршня 16. Механизм зацепления 4 зафиксирован. На механизм 5 зацепления рабочая жидкость в гидропатроны 14 подается через штоковые полости, и поршень со штоком отодвигается вправо (рис.2.2.1.4), а выдвижной палец 11 отодвинут от зубчатого колеса 8 упругим элементом 12. Зубчатое колесо свободно, механизм зацепления 5 не зафиксирован. Под воздействием давления рабочей жидкости гидродомкрат 1 перемещает выемочную машину 3 влево, а гидродомкрат 3, подтягивая механизм 5 зацепления, подготавливается к следующему циклу для перемещения выемочной машины 3 в том же направлении. При этом трубопроводы 21 и 22 работают на слив. По достижении штоком гидродомкрата 1 крайнего правого положения рабочая жидкость подается в трубопроводы 21 и 22, а трубопроводы 19 и 20 работают на слив. Механизм 5 зацепления зафиксирован, гидродомкрат 2 перемещает машину, а механизм 4 зацепления не зафиксирован и гидродомкрат 1 становится подготовительным. Время застопорения (зафиксирование) механизма зацепления зависит от хода штока поршня 16 (рис.2.2.1.5), определяемого зазором ε. Выдерживание и регулирование зазора ε осуществляется винтом 18. 51 Гидрозамки 23, 24, 25 и 26 служат для предохранения гидравлической системы от самопроизвольного слива рабочей жидкости при работе на наклонных пластах и обрывах подводящих трубопроводов. В предлагаемом устройстве зубчатое колесо служит только для зафиксирования механизма зацепления и способствует применению гидродомкратных механизмов подачи на наклонных пластах. При соответствующем подборе материалов в основном изнашивается выдвижной палец, изготовление которого недорого. Механизм подачи может быть применен без существенных конструктивных изменений выемочной машины и цевочной рейки (подобные цевочные рейки выпускаются серийно). Быстрота срабатывания (зафиксирования) механизмов зацепления повышает надежность работы за счет уменьшения времени переключения в 1. Рис.2.2.1.1- Гидродомкратный механизм подачи момент застопорения и расстопорения, облегчается автоматизация процесса перемещения. 52 2. Рис.2.2.1.2 - Вид по стрелке А на рис. 2.2.1.1 Рис. 2.2.1.3 - вид по стрелке Б на рис. 2.2.1.1 Рис. 2.2.1.4 сечение В – В на рис.2.2.1.1 Рис. 2.2.1.5- Гидросхема управления 53 2.2.2 Разработка конструкции надежной базы выемочного манипулятора роботизированного комплекса Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для применений при разработке наклонных пластов угля. Известна база горной машины, включающая подвесное устройство, установленное верху лавы и предназначенное для удержания – базы от смещения вдоль забоя и подвесную цепь, расположенную вдоль базы [1]. Недостатком устройства является невозможность снижения нагрузок на элементах соединения става базы и неудобство использования подвесных цепей гашения скорости транспортируемого материала, т.к. висячие цепи сужают обзор и создают угрозу зацепления за выступающие части выемочной машины. Наиболее близким техническим решением является база горной машины, включающая направляющие с подвесным устройством и раздвижными ловителями, имеющими тормозные элементы и расположенными вдоль направляющей [2]. Недостатком устройства является невозможность снижения нагрузок на элементах соединения става базы и в лавах с неустойчивой почвой или кровлей произойдет перемещение базы вниз, т.к. при постоянном контакте с кровлей диск своим острием нарушают кровлю, кроме того, при самотечном транспортировании будет происходить переизмельчение отбитой массы, что снижает ее качество. Задачей изобретения – повышение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство, включающее направляющие и ловители, снабжено выполненными в виде пластин гасителями скорости с пружинами, установленными на направляющих, а ловители выполнены в виде ножей, шарнирно соединенных с гасителями скорости. Устройство снабжено винтами, установленными на направляющих неподвижно в осевом направлении, а ножи имеют отверстия с резьбой и 54 установлены на резьбовой части винтов с возможностью продольного перемещения. На рисунке 2.2.2.1 представлена база выемочной машины; на рисунке 2.2.2.2 – разрез А-А рисунке 2.2.2.1; на рисунке 2.2.2.3 – разрез Б-Б на рисунке 2.2.2.1; на рисунке 2.2.2.4 – разрез В-В на рисунке 2.2.2.3; на рисунке 2.2.2.5 – схема соединения ножа с направляющими; на рисунке 2.2.2.6 – вид по стрелке Г на рисунке 2.2.2.5; на рисунке 2.2.2.7 – вид по стрелке Д на рисунке 2.2.2.1; на рисунке 2.2.2.1 и рисунках 2.2.2.8 и 2.2.2.9 – различные уложения ножа и гасителя скорости. База выемочной машины содержит направлящие 1, соединенные между собой штырем 2, закрепляемые гайками 3. Каждая направляющая 1 представляет собой сварную конструкцию, состоящую из листа закрепленного к лыжам 5 и 6, кроме того на листе 4 закреплена круглая направляющая 7, забойная направляющая 8 и четыре проушины 9. К одной торцовой стороне листа 4 снизу закреплена полоса перекрытия, а к завальной стороне закреплено кольцо 11. К лыжам болтовым соединением 12 закреплен подборщик 13. На месте соединения лыж 5 и 6 с листом 4 в сквозных прорезях установлен нож 14 с шарнирно соединенным к нему пластинами 15 и 16, сам нож 14 закреплен к листу 4 посредством винта 17 удерживаемый шайбой 18 и стопорным кольцом 19. Оси 20 и 21 шарнирного соединения пластин и ножа проходят через пружины 22 и 23 концами, закрепленными к пластинам и ножу. База выемочной машины работает следующим образом. При поднятом ноже 14 шарнирные пластины 15 и 16 выступают за верхнюю плоскость листа 4 и задерживая отбитую массу, транспортируемую самотеком по направляющей, снижают ее скорость и тем самым снижается дробление массы. При этом большое накапливание массы не допускают пружины на шарнирах, т.к. пластины, наклоняясь, пропускают массу, значительно снижая ее скорость. 55 Опущенный нож 14, внедряясь в почву пласта 24, создает сопротивление перемещено вниз всей направляющей, поскольку каждая направляющая снабжена ножами по всей длине базы, поэтому напряжение на соединительных штырях 2 значительно снизится. В случае твердой почвы внедрение ножей в нее происходит после прохождения выемочной машины по этой направляющей. Подъем и опускание ножа осуществляется с помощью двух винтов, 17, неподвижных в осевом направлении. Например, при закручивании винтов 17 нож 14 поднимается, а при откручивании опускается. Для регулирования частоты установки гасители скорости могут быть убраны при сложенном виде пластин 15 и 16 или использованы на половину. Для перемещения базы вправо на забой гидродомкрат перемещения штоком упирается в кольцо 11 и осуществляет силовое перемещение одной направляющей или одновременно нескольких с несколькими гидродомкратами. При этом сползание направляющей в момент передвижения предотвращается тем, что верхний нож, внедренный в почву, создает сопротивление перемещению и направляющая вынужденно поворачивается относительно верхней направляющей против штока гидродомкрата подачи на забой с некоторым перемещением вверх. Рисунок 2.2.2.1- Общий вид базы выемочной машины 56 Рисунок- 2.2.2.2 - Разрез А-А на рис. 2.2.2.1 Рисунок 2.2.2.3 - – Разрез Б-Б на рис. 2.2.2.1 Рисунок 2.2.2.4 - Разрез В-В на рис. 2.2.2.3 57 Рисунок 2.2.2.5 - Схема соединения ножа с направляющими Рисунок 2.2.2.6- Вид по стрелке Г на рис. 2.2.2.5 Рисунок 2.2.2.7 - Вид по стрелке Д на рис. 2.2.2.1 Рисунок 2.2.2.8- Различные положения ножа 58 Рисунок 2.2.2.9- Различные положения гасителя скорости Конструкции, паказанные выше явлются функциональными элементами базы выемочного манипулятора, который входит в состав роботизированного комплекса. 2.2.3 Совершенствование конструкции горных автоматических выемочных манипуляторов Горные автоматические выемочные манипуляторы ВМФ-5предназначены для выемки и породы в очистном забое в заданном режиме, частичной погрузки отбитой массы на забойный конвейер СП87М. Эти манипуляторы состоит из стреловидного исполнительного органа с резцовой коронкой от проходческого комбайна типа ПК3р и К56М. А также опорно-поворотного устройства, рамы, маслостанции, магнитной станции от комбайна КШ-3М, опорных лыж, бесцепного гидродомкратного механизма подачи, оборудованием ручного, автоматического и программного управления и средства пылепоглощения. Важным достоинством выемочного манипулятора ВМФ-5, наряду с маневренностью, наличием прогрессивной бесцепной подачи, небольшой массой, является обеспечивается способность вести манипулированием избирательную стрелы выемку. исполнительного Это органа. Реализация избирательной выемки осуществима за счет снабжения ВМФ-5 механизмами перемещения (система подачи) и подъема- опускания и поворота стрелы. Главной целью совершенствования манипуляторов типа ВМФ является обеспечение выемки месторождений на пластах с различной мощностью. Для 59 достижения цели машина снабжена телескопической опорой для стрелы с исполнительным органом, установленной на распорной стойке. Телескопическая опора может быть выполнена из подвижной и неподвижной частей, соединенных между собой гидродомкратами, при этом в неподвижной части целесообразно выполнить пазы, а в подвижной – выступы [81]. Неподвижная часть опоры может быть жестко закреплена на распорной стойке, нижняя часть которой снабжена амортизатором, а верхняя – диском. На рисунке 2.2.3.1 изображена горная машина (вид сбоку и разрез А-А). Горная машина содержит телескопический рабочий орган 1 с отбойной коронкой 2 для разрушения горной массы, турель 3, гидродомкрат 4 подъема и опускания рабочего органа 4, гидродомкрат 5 поворота подвижной и неподвижной части 6 и 7 телескопическую опору с гидроцилиндрами 8,раздвижки, основание с направляющими лыжами 9; наружную трубу 10, распорную стойку 11 с самоустанавливающимся диском 12, упор 13, пружину 14, основание 15, направляющую балку 16, забойный 17 конвейер с домкратом 18 передвижки. Телескопическая опора имеет направляющие пазы 19. Рисунок 2.2.3.1 – Горный автоматический выемочный манипулятор ВМФ-5 для выемки пластовых месторождений Горный автоматический выемочный манипулятор ВМФ-5 работает следующим образом. Перед пуском рабочего органа 1 производится распор стойки 11, после этого в зависимости от мощности пласта раздвигается часть 60 опоры 6, затем производится отбойка полезного ископаемого коронкой 2 рабочего органа 1. Раздвижка осуществляется усилиями гидроцилиндров 8, вмонтированных в неподвижной части 7 опоры. Штоки гидроцилиндров шарнирно прикреплены к подвижной части опоры 6. Наружная труба 10, жестко прикрепленная к неподвижной части опоры 7, служит направляющей для подвижной части опоры, которая, уменьшая вибрацию, способствует надежности работы распорной стойки 11. Вибрация частично погашается также пружиной 14, служащей амортизатором, так как при распоре стойки 11 пружина 14 зажимается не до конца, а направляющая балка 16 распирается под усилием распорной стойки 11. Для улучшения устойчивости высота забойных и завальных опор уменьшена на 140 мм, а в завальной стороне применены опорные лыжи от комбайна КШ-ЗМ для круглых направляющих. Это привело к уменьшению высоты манипулятора и позволило его применение в комплексе секций крепи 1MKM. Кроме того, дополнительно установлена опорная лыжа под опорно-поворотным устройством, где рама подвергается наибольшей нагрузке при отбойке угольного массива исполнительным органом снизу вверх. К средней части стрелы и турели прикреплены домкраты подъема и опускания исполнительного органа. Поворотное устройство, состоящее из домкратов, поворота и зажимов, кинематически связано с поворотным диском, шарнирно прикрепленным к турели. Снижение динамических нагрузок на исполнительном органе осуществляется за счет применения укороченной стрелы и оптимального варианта расположения гидродомкратов подъема и опускания. С уменьшением длины стрелы уменьшается вынимаемая мощность манипулятора (m = 2,2м), но этой высоты достаточно для работы совместно с крепью 1МКМ. Общие габаритные размеры выемочного манипулятора не должны превышать по длине 3,5, по ширине 1,5 и по высоте 1,8м. Масса – не более 6,0т, ширина захвата 0,63м. Нерационально увеличивать ширину захвата более 61 0,63м, так как это даст возможность привязать выемочного манипулятора ВМФ-5 к серийным механизированным крепям. Опорно-поворотное устройство выемочного манипулятора должно обеспечивать плавный поворот стреловидного исполнительного органа в горизонтальных и вертикальных плоскостях, опускание резцовой коронки на 200мм ниже уровня транспортирующего органа. Поворот стреловидного исполнительного органа в горизонтальной плоскости на 360° должен обеспечиваться двумя устройства периодическим с дискообразным горизонтальными кольцом гидродомкратами зацеплением турели зажимного опорно-поворотного поворотного устройства с устройства. Гидроцилиндры шарнирно крепятся с одной стороны к гидрозажимам, а с другой – к раме манипулятора. В настоящее время созданием и совершенствованием таких машин занимается совместно с ЕНУ им. Л.Н. Гумилева и КарГТУ, разработавший безредукторную машину фронтально-флангово-избирательного действия ВМФ и различные стреловидные, облегченные (до 5т), маневренные выемочные машины флангово-фронтально- избирательного действия типа ВМФ-5. Подъем и опускание стреловидного исполнительного органа на величину вынимаемой мощности пласта 1,9-7,0м с учетом высоты манипулятора должно обеспечиваться гидродомкратом вертикального качания, расположенного на турели опорно-поворотного устройства. крепится Корпус гидроцилиндра шарнирно к поворотной раме (турели), а шток – к поставке стрелы исполнительного органа. Рама выемочного манипулятора должна выполняться из листовой стали, жесткость – обеспечиваться конструктивными элементами крепления опорных лыж и гидродомкратов механизма подачи. Минимальный зазор между рамой манипулятора и круглой направляющей конвейера должен быть не более 25мм. Дальнейшее совершенствование конструкции манипуляторов ВМФ-5 в комплексе с механизированными крепями позволяет создать КРС за счет использования микропроцессорных систем управления. 62 Область применения горных автоматических выемочных манипуляторов ВМФ-5: – разработка пологих, наклонных и крутонаклонных пластов со сложными горно-геологическими условиями (сложная гипсометрия пласта, наличие твердых включений, породных прослоек, валунов, выбросы, неустойчивость кровли и почвы и т.д.); – раздельная выемка угля и породы; – отработка целиков различного назначения; – расконсервация списанных балансовых запасов. Наличие у ВМФ-5 стреловидного исполнительного органа с отбойной коронкой на конце позволяет осуществлять избирательную обработку забоя и обеспечивает высокую отбойную способность при отработке пластов с крепкими породными прослойками и твердыми включениями, а также с боковыми породами геологического нарушения. Основные сравнительные технико-экономические показатели выемочных манипуляторов типа ВМФ представлены в таблице 3. Таблица 3 – Сравнительные технико-экономические показатели выемочных машин-манипуляторов типа ВМФ Типы выемочных машин-манипуляторов Технические ВМФ-2 ВМФ-4 характеристики 1 Степень подвижности ВМФ- ВМФ ВМФ ВМФ-5 4КН -4Н -4М (проект) 2 3 4 5 6 7 5 3 3 3 4 6 2-3,5 Вынимаемая мощность, м 1,8-2,0 2,0-3,8 2-3,2 Величина захвата, м 0,4-1,2 0,6 0,6-0,8 0,6-1,0 0,6-1,4 0,6-1,4 Длина лавы, м 10-20 10-40 10-100 10-150 10-150 10-200 ручное 1,8 1,2 1,5 1,3 1,35 1,47 дистанционное 2,9 1,8 2,0 2,2 2,2 2,4 автоматическое 2,6 - - 3,0 - 4 микропроцессорное 4,2 - - - - 16 1,8-3,8 2,5-7,0 Производительность т/мин.: 63 Угол падения пласта, град. 0-20 0-25 0-55 2 3 4 0-35 0-18 0-55 Продолжение таблицы 3 1 5 6 7 Усилие подачи, тс 8,0 8,0 7,0 6,0 6,0 8,0 Скорость подачи, м/мин. 12,0 12,0 10,0 10,0 10,0 12,0 Гидроци ли-ндр. с зажимом Реечная с пазами Гидро- Гидроцилин. с Цилинд. зажимом с ползуном Спец. Спец. Напнаправл. равл. с с пазами пазами ГПК III КС ГидроТип механизма перемещения Гидроци- Гидролиндр. с цилиндр. с цилинд зажим. зажим. р. с зажим. Реечная Цевочная КругТип направляющей лая направл. с пазами Тип исполнительного ПК-ЗМ ПК-ЗР ПК-9 ПК-9 органа (резцовая коронка) Схема выемки Удельная Одностор Одностор Одност Челноэнергоемкость 0,24 Челно- Челно- ор ковая ковая ковая 0,18 0,36 0,45 0,45 0,8 22 32 55 55 80 18 18 20 20 20 М-130 М138, М-142 М-137 Спец. кВт. ч/т Установленная мощность 32 исполнительного.органа, кВт Мощность насосной кВт Типы 18 механизированной М81 крепи Тип конвейерной линии КМ81- М137 крепь СП-202 БНГС-1 СП87Н СП64Н СП-301 02Б Габаритные размеры, мм Длина по основанию 3000 1500 1800 1800 2000 3000 Ширина 1350 1400 1400 1300 1400 1400 Высота 1600 1200 1580 1800 1800 2000 Масса, кг 1700 3000 3600 3600 3200 5800 Стоимость *(расчетная), 98800 48000 48900 48600 48800 - тыс. тенге * Стоимость очистного комбайна SL-300, по данным ДУ «Испат-Кармет», – 149212000 64 (сто сорок девять миллионов двести двенадцать тысяч тенге) Конструкция горного автоматического выемочного манипулятора должна обеспечивать шесть независимых степеней подвижности: 1) продольное движение рабочего органа, достигающееся путем перемещения ВМФ на подачу вдоль очистного забоя; 2) дугообразное перемещение рабочего органа по мощности пласта, обеспечивающееся качательными движениями стрелы; 3) горизонтальное движение рабочего органа по ширине вынимаемой полосы угля в лаве, осуществляющееся за счет поворота стрелы; 4) исполнительный орган вокруг вертикальной оси поворотной турели ВМФ; 5) перемещение относительно почвы всей системы конвейерной линии; 6) перемещение распорной стойки по вертикали; Подача машины вдоль линии забоя, осуществляемая бесцепным механизмом подачи, позволяет вести циклическую отбойку угля по всей длине лавы. Таким образом, горный автоматический манипулятор фронтальноизбирательного действия при шести степенях подвижности обеспечивает обработку забоя по всей площади при заданной ширине захвата. 2.2.4 Описание КРС Робототехнологический комплекс состоит из механизированной крепи типа 2ОКП70К или М130, направляющего транспортирующего става и рабочих органов. Рабочие органы выполнены в виде горных выемочных автоматических манипуляторов, подвижно установленных через 10-12 секций крепи, с четырьмя стойками. Направляющие выполнены с подвижными криволинейными участками, расположенными на транспортирующем ставе и на основании секции механизированной крепи, причем криволинейные участки попарно связаны гидроцилиндрами соединены посредством трубопроводов с распределителем. Рукоять расположена с возможностью взаимодействия с кулачком, шарнирно закрепленным на основании манипулятора, к которому также шарнирно прикреплены захваты лыж. Гидроцилиндры соединены с гидрораспределителем, трубопроводов и обратного клапана. На концах лавы 65 направляющие имеют пару криволинейных участков II: как на основании секции крепи 2, так и в призабойной части, т. е. на концевой части направляющие имеют Т-образный вид. Для обеспечения точности установки манипулятора под секцией крепи на концах направляющих, установленных на основании секции крепи, выполнены упоры. На рисунке 2. 2 . 4 . 1 а показан общий вид КРС; на рисунке 2.2.4.1, б – общий вид комплекса в плане; на рисунке 2. 2 .4 . 1 а – конструктивная схема направляющих и система их управления; на рисунке 2.2.4.2 б – вид А; на рисунке 2.2.4.3 – система управления манипулятором; на рисунке 2.2.4.4 – поточная технология выемки угля ВМФ-5; на рисунке кинематическая схема манипулятора; на рисунке 2. 2 . 4 . 6 – криволинейных направляющих (рисунок 2.2.4). а) общий вид КРС; б) вид сверху 66 2. 2 . 4 .5 – конструкция Рисунок 2.2.4.1 – Общий вид робототехнологического комплекса Для обеспечения концентрации очистных и подготовительных работ концевые части направляющих выполнены Т-образными с подвижными криволинейными участками. КРС содержит секции механизированной крепи 1 с основанием 3 и перекрытием 3, выемочную машину в виде манипулятора 4, расположенного на основании 5, опирающемся лыжами 6 на направляющие 7 транспортирующего става 8. Направляющие имеют прямолинейные участки 9, 10 расположенные на транспортирующем ставе подвижные криволинейные участки 11 и расположенные на основании секций крепи 2 подвижные криволинейные участки 12, 13 и 14, 15 (рисунок 2.2.4.2) с проушинами 16, 17, расположенными в направляющих пазах 18, 19, с гидроцилиндрами управления 20 и 21, трубопроводы 22, 23, соединенные с гидрораспределителем 24 рукоятью 25, взаимодействующей с кулачком 26, связанным с рукоятью 27 посредством оси, пропущенной через основание 5. Кроме того, на криволинейных и прямолинейных участках имеются направляющие 28, взаимодействующие с захватами 29 и 30, управляемыми гидроцилиндрами 31 и 32. На основании манипулятора 5 установлено оборудование управления 33. Гидросистема управления состоит из гидроблока управления 34 стрелой и головкой манипулятора 4, насоса 35, регулятора тока 36, распределителя 37, взаимодействующего с кулачком 38 обратных клапанов 39, 40 и 41 трубопроводов 42, 43, гидроцилиндра подъема-опускания 44 трубопроводов 45, 46, гидроцилиндра поворота 47, трубопроводов 48, 49, гидрораспределителя 50 трубопроводов 51, 52, гидроцилиндров захвата 31 и 32. Гидроблок управления 34 состоит из предохранительного клапана 53, секции управления гидроцилиндрами подъема-опускания 54, секции управления поворотом 55 стрелы манипулятора 4. Транспортирующий став 8 соединен с основанием секции крепи 3 посредством гидроцилиндра 56. 67 На основании секции крепи 2 жестко установлены упоры 57. Упор 57 (рисунок 2.2.4.1 б) ограничивает перемещение манипулятора в сторону завала независимо от расположения секции крепи, способствует точному установлению манипулятора в исходное положение и предохраняет от лишних силовых воздействий на рукоять 25 распределителя 24 (рисунок 2.2.4.1б). При установке манипулятора в исходное положение осуществляется автоматический перевод криволинейных участков направляющих в рабочее положение под воздействием кулачка 26 распределителя 24 через рукоять 25. Поворот рабочего органа (стрелы манипулятора) в горизонтальной плоскости осуществляется опорно-поворотным устройством [75]. Робототехнический комплекс работает следующим образом. В исходном положении манипуляторы находятся под секцией крепи (рисунок 2.2.4.2 а). Рукоять 27 повернута в необходимое положение, например, на перемещение направо, положение «Пи» (рисунок 2.2.4.2 б). В этом положении кулачок 26, воздействуя на рукоять 25 распределителя 24, подает рабочую жидкость по трубопроводу 22 в гидроцилиндры 20 и 21. Под действием перемещающихся штоков этих гидроцилиндров подвижные криволинейные участки направляющих 11, 12 и 13 плотно прижимаются к прямолинейным участкам направляющих 9 и 10, и тем самым направляющие дают возможность манипуляторам двигаться вправо, как показано на рисунке 2.2.4.2. При этом одновременно приводятся в рабочее положение правые захваты 30 (рисунок 2.2.4.2б). Для этого (рисунок 2.2.4.3) от секции управления 55 рабочая жидкость по трубопроводам 46, 49 посредством распределитель 50 и обратный клапан 41 по трубопроводу 52 подается в гидроцилиндры 31 и 32, и тем самым захваты 30 приводятся в рабочее положение, а захваты 29, наоборот, выводятся из рабочего положения. Одновременно рабочая жидкость по трубопроводу 46 через обратный клапан 40 подается в гидроцилиндр поворота 44, и устанавливается необходимый угол поворота стрелы манипулятора 4 в сторону забоя. Стрела манипулятора установлена на верхней опорно68 поворотной платформе 58, связанной с нижней платформой 59 посредством гидродомкратов раздвижки платформ 60, 61. Рисунок 2.2.4.2– Управляемые криволинейные участки базы манипулятора КРС а) конструктивная схема направляющих и система их управления; б) вид А На этом заканчивается подготовка манипуляторов I, II, III, IV к выемочным работам. При этом все подготовительные работы ведутся от прилегающих выработок: команда подается одному из крайних манипуляторов, а другие повторяют эту команду, так как они все выполняют одну и ту же операцию, автоматизация значительно облегчается. Далее все манипуляторы, постепенно выезжая на прямолинейные участки направляющих, начинают зарубку, как показано на рисунке 2.2.4.1. Выходя на прямолинейный участок направляющих, каждый манипулятор ведет отбойку массы полезных ископаемых на своем участке (рисунок 2.2.4.3). По окончании обработки своих участков манипуляторы I, II, III устанавливаются в исходное положение под ближайшую секцию крепи, к забою подвигаются конвейер и механизированная крепь, горный автоматический выемочный манипулятор IV, выезжая по криволинейному участку на направляющую, расположенную в выработке, ведет отбойку по подготовке этой выработки глубиной, равной шагу 69 передвижения агрегата, как показано на рисунке 2.2.4.3г, и после тоже устанавливается в исходное положение. Выемочная работа в обратную сторону ведется аналогично предыдущей. В этом случае рукоять 27 устанавливается в левое положение «Л» (рисунок 2.2.4.1 б), рабочая жидкость подается по трубопроводу 23 к гидроцилиндрам 20 и 21, при этом шток гидроцилиндра 21, перемещаясь (рисунок 2.2.4.5) вверх, выводит подвижные криволинейные направляющие 12 и 13 из рабочего положения. Эти направляющие перемещаются под некоторым углом к прямолинейным участкам направляющих, чему способствует расположение проушины 16 в направляющих пазах 18. Одновременно приводятся в рабочее криволинейные направляющие 14 и положение подвижные 15, перемещаясь в направлении расположения проушины 17, расположенной в направляющем пазе 19, и криволинейная направляющая II приводится в рабочее положение поворотом вокруг оси. 70 Рисунок 2.2.4.3 – Система управления робототехнологическим комплексом в составе горного автоматического выемочного манипулятора ВМФ-5 Захват 29 подачей рабочей жидкости в трубопровод 45 (рисунок 2.2.4.3) переводится в рабочее положение, выводится из рабочего положения захват 30, а стрела манипулятора разворачивается в другую сторону, как это показано на рисунке 2.2.4.2 д. Перевод захватов 29, 30 из одного положения в другое обусловлен необходимостью обеспечения устойчивости основания манипулятора 5. Перевод захватов осуществляется таким образом, чтобы рабочими оказались захваты, находящиеся на завальной стороне, в данном случае захваты 29. По окончании транспортирующего выемочных става, работ осуществляется механизированные крепи и подвигание манипуляторы устанавливаются в исходное положение, а манипулятор, вышедший на выработку, ведет подготовительную работу (углубление выработки). Происходит поточная технология выемки угля манипуляторами ВМФ-5, ВМФ-6. Среднее значение математического ожидания тока исполнительного органа при подаче имеет величину 10 А-30 А в течение 6 с, а дисперсии в течение 4с, затем уменьшение соответственно до 20 А и 2 А, при средних значениях электродвигатель нагружен на 60-65%. При выходе из строя какого-либо манипулятора, например, манипулятора 1, его участок обрабатывается ближайшими манипуляторами, у которых совпадает направление движения, как показано на рисунке 2.2.4.4 д. а, б, в – фронтальная подготовка ниш манипуляторами ВМФ-5 ; г – фронтальная передвижка манипуляторов ВМФ-5 в нишу с конвейерным ставом; д– начало выемки новой полосы угля манипуляторов ВМФ-5 и выемка первой полосы следующей ниши; е – передвижка конвейерного става и ВМФ5, а также выемка второй полосы ниши 71 Одновременно проводится ремонт вышедшего из строя манипулятора III, если это не связано со вскрытием электрической части, и готовится к следующему циклу (рисунок 2.2.4.4в). Рисунок 2.2.4.4 – Поточная технология выемки угля робототехнологического комплекса В отличие от известных комплексов подобного типа не возникает проблемы при развороте стрелы, облегчены задачи автоматизации процесса отбойки, т. к. все манипуляторы могут работать, параллельно выполняя одни и те же операции; процесс перевода криволинейных участков направляющих из одного положения в другое осуществляется автоматически при установке машин под секции крепи; при выходе из строя какого-либо манипулятора его можно заменить двумя соседними манипуляторами; при ведении работ по 72 углубке выработки на одном конце на другом конце лавы осуществляется передвижка концевой части забойного конвейера, передвижка конвейерной линии, секции крепи и другие вспомогательные работы; установка вышедшего из строя манипулятора под крепь позволяет произвести его ремонт, не останавливая выемочные работы, если это не связано со вскрытием электрической части; применение однотипных манипуляторов на подготовительных и очистных работах позволяет быстрее приобрести практические навыки горнорабочими по управлению ими. Число криволинейных направляющих больше числа манипуляторов на одну единицу, причем они (криволинейные направляющие) расположены по длине лавы на одинаковом расстоянии (рисунок 2.2.4.5) . Рисунок 2.2.4.5 – Криволинейные участки базы робототехнологического комплекса Основным достоинством предлагаемого агрегата является возможность концентрации очистных и подготовительных горных работ в пределах выемочного поля, что дает значительный экономический эффект за счет совмещения процессов выемочных и подготовительных работ. Командная аппаратура, пульты управления, секционные электроблоки имеют хорошо воспринимаемую символику команд. Задача устройства- повышение надежности работы. 73 Указанная цель достигается тем, что механизм подачи, включающий гидродомкраты с присоединенными к ним ползунами, связанными круглой направляющей, и гибкие трубопроводы, снабжен заклинивающими пластинами со скосами, а каждый ползун выполнен в поперечном сечении в виде полукруга, в котором расположена заклинивающая пластина, при этом пластина установлена с возможностью взаимодействия с круглой направляющей и гибкими трубопроводами. Кроме того, заклинивающие пластины снабжены упругими элементами. На рисунке 2.2.4.6 показан механизм перемещения, продольное сечение, на рисунке 2.2.4.7 – поперечное сечение А-А на рис. 2.2.4.6; на рис.2.2.4.8 – график зависимости усилия жидкости от давления. Механизм перемещения содержит гидродомкраты 1 и 2, присоединенные одним концом к машине 3, а другим концом к корпусам 4 и 5, ползунов 6 и 7, внутри которых расположены заклинивающие пластины 8 и охватывающие их гибкие трубопроводы 9 и 10, 11 и 12. Заклинивающие пластины выполнены со скосами на концах и имеют пластинчатые пружины 13, установленные с возможностью взаимодействия с круглой направляющей, прикрепленной, например, к столу конвейера 15. Гибкий трубопровод 9 сообщается с гибким трубопроводом 10, а трубопровод 11 с трубопроводом 12. Ползун работает следующим образом. При подаче рабочей жидкости под давлением она проходит через трубопроводы 9 и 10 и создает усилие, стремящееся выпрямить огибающие части этих трубопроводов, которые в свою очередь прижимают заклинивающие пластины 8 к направляющей 14. Далее рабочая жидкость подается в полость 16 гидродомкрата 1, при этом в момент подачи жидкости корпус 4 ползуна 6 переместится вправо и заклинивает уже прижатую к направляющей 14 заклинивающую пластину 8. Этим создается упор для силового перемещения выемочной машины влево по мере заполнения полости 16 рабочей жидкостью. Для подготовки ползуна 6 к следующей подаче рабочая жидкость подается в полость 17, а полость 16 и трубопроводы 10 и 9 станут сливными. В этом 74 случае момент подачи жидкости в полость 17 поршень, перемещаясь влево, выводит корпус 4 ползуна из заклиненного положения и заклинивающие пластины 8 освобождаясь займут исходное положение под воздействием пружины 13, далее ползун 6 перемещается вхолостую влево на рабочую длину штока. Для перемещения машины влево рабочая жидкость проходит через гибкие трубопроводы 9 и 10 и подается в полость 16, ползун 6 создает упор для силового перемещения. Одновременно рабочая жидкость подается в полость 19 гидродомкрата 2 и ползун 7 вхолостую перемещается влево. Полость 18 через трубопроводы 12 и 11 и полость 17 работают на слив. При достижении штоков гидродомкратов крайнего подается импульс, рабочая жидкость поступает в полость 17 и через гибкие трубопроводы 11 и 12 в полость 18. В этом случае расклинивается ползун 6 и вхолостую перемещается вправо, а в ползуне 7 под воздействием гибких трубопроводов 11 и 12 заклинивающие пластины прижимаются к направляющей, корпус 5, перемещаясь вправо, заклинивается, и гидродомкрат 2 толкает машину 3 влево на ход штока. В этом случае сливными являются полость 16 через трубопроводы 10 и 9. Таким образом, попеременно перемещая машину, механизм обеспечивает непрерывную подачу влево. Для перемещения машины вправо трубопровод 10 переключается к полости 17, а трубопровод шланга 12 к полости 19 и перемещение осуществляется аналогично перемещению машины влево. Рабочая жидкость через трубопроводы 11 и 12 подается в полости 19 и 16, при этом заклинивающие пластины 8 ползуна 6 касаются направляющей 14 только пружинами и ползун перемещается вхолостую вправо, а заклинивающие пластины ползуна 7 наоборот прижаты к направляющей под воздействием гибких трубопроводов 11 и 12 и заклинены корпусом 5, поэтому машина перемещается вправо на ход штока гидродомкрата 2, далее подается импульс жидкость проходит через трубопровод и 10 попадая в полость 17 и одновременно жидкость подается в поло 18 и т.д. 75 В механизме перемещения гибкие трубопроводы служат для подготовки заклинивающих пластин к заклиниванию, а заклинивание осуществляется корпусом ползуна. Возможность управления заклинивания пластинами с помощью гибких трубопроводов была проверена на специальном стенде. Были проверены основные параметры, влияющие на усилие, передаваемое жидкостью, проходящей через гибкий трубопровод. Этими параметрами является давление самой жидкости, внутренний диаметр трубопровода, радиус обхвата (изгиба). Кроме того, влияют физико- механические свойства материала гибкого трубопровода, температура окружающей среды, вязкость рабочей жидкости и т.д. Но влияние этих факторов относительно незначительно, поэтому представлены результаты замеров по основным параметрам. Усилия жидкости, проходящей через гибкий трубопровод в зависимости от давления при различных радиусах изгиба и трубопровода представлены на рис. 2.2.4.8 , где внутреннего диаметра P- давление F-усилие, подаваемой жидкости. Кривые 1,2,3 показывают изменения усилия при радиусах изгиба трубопровода с внутренним диаметром соответственно при R1=100мм, R2=150мм и выражают изменения усилия при R3= 200мм. радиусах R41=100мм d =16мм и Кривые 4 и 5 и R5=150мм трубопровода с внутренним диаметром d=8мм. Такое выполнение устройства обеспечивает повышение надежности его в работе. 76 Рисунок 2.2.4.6- Механизм перемещения, продольное сечение Рисунок 2.2.4.7- Поперечное сечение А-А на рисунке 2.2.4.6. 77 Рисунок 2.2.4.8 –График зависимости усилия жидкости от давления. Предложенное к очистке роботизированного комплекса как составным элементом предложено следующее устройство. Устройство относится к горной промышленности и предназначено для механизации работы в очистных забоях. Цель изобретения – повышение работоспособности в сложных горно – геологических условиях. Механизм подачи включает гидродомкраты 1 подачи, шарнирно соединенные одним концом с выемочной машиной 3, а другим – с корпусом 6 механизма зацепления (МЗ) 4. Последний включает гидроцилиндр и направляющую 8 с пазами. С пазами направляющей 8 кинематически связан фиксатор, выполненный в виде коромысла (К). Один конец К связан с корпусом МЗ 4 посредством гидроцилиндра, а другой конец К выполнен со скошенными краями для размещения в пазах направляющей 8 с наклонными краями. Каждое шарнирное соединение гидродомкратов 1 с выемочной машиной и корпусом 6 МЗ 4 выполнено в виде втулки 14 с шаровой наружной поверхностью, размещенной в гнезде одного сопрягаемого элемента. Внутри втулки 14 78 расположена ось 16, связанная с проушинами другого сопрягаемого элемента. При прохождении изгибных частей конвейера 18 ось 16 может повернутся в любой плоскости. При взаимодействии скошенного конца К с пазами направляющей 8 с наклонными краями отсутствует зазор между ними в осевом направлении. Это исключает взаимное перемещение. Механизм подачи выемочной машины включает гидродомкраты 1 и 2 подачи, соединенные одним концом с выемочной машиной 3, а другим – с механизмами 4, 5 зацепления посредством шарнирных соединений. Каждый механизм 4, 5 зацепления включает корпус 6, гидроцилиндр 7 и направляющую 8 с пазами 9. С пазами 9 направляющей 8 кинематически связан фиксатор, выполненный в виде коромысла 10, шарнирно посредством оси 11 связанного с корпусом 6 механизма зацепления, при этом один конец 12 коромысла 10 связан с корпусом 6 посредством гидроцилиндра 7, а другой конец 13 выполнен со скошенными краями для размещения в пазах 9 направляющей 8, которые выполнены с наклонными краями (рис. 2.2.4.11). Каждое шарнирное соединение (рис.2.2.4.12) гидродомкратов подачи 1 и 2 с выемочной машиной 3 и корпусом механизма 4, 5 зацепления выполнено в виде втулки 14 с шаровой наружной поверхностью, размещенной в гнезде 15 одного сопрягаемого элемента (на рис.2.2.4.12 гидродомкрат подачи 1), при этом внутри втулки 14 расположена ось 16, связанная с проушинами 17 другого сопрягаемого элемента (на рис.2.2.4.12 выемочная машина). Механизм подачи выемочной машины работает следующим образом. При опускании коромысла 10 в паз 9 направляющей 8 (рис.2.2.4.11) создается упор для силового перемещения гидродомкратом подачи 1 выемочной машины 3. Коромысла 10 в фиксированном положении удерживается гидроцилиндром 7. В момент перемещения выемочной машины 3 механизм 5 зацепления гидродомкрата 2 подготовляется к подаче и при окончании хода гидродомкрата подачи 1 подается импульс, срабатывает 79 коромысло 10 и гидродомкрат 2 становится рабочим, а гидродомкрат 1 подготавливается к следующему циклу и т.д. При прохождении изгибных частей конвейера 18 (см рис.2.2.4.13) ось 16 может повернутся в любой плоскости относительно гидродомкрата 1 из – за шарнирного соединения. При продолжении перемещения выемочной машины 3 гидродомкрат 1 может повернуться относительно механизма зацепления. При взаимодействии конца 13 коромысла 10 с пазами 9 направляющей 8 отсутствует зазор между ними в осевом направлении благодаря скошенным краям и соответствующим наклонным краям паза 9, что исключает взаимное перемещение (рис.2.2.4.11). Предлагаемая конструкция соединения гидродомкратов 1 и 2 подачи повышает связь системы «механизм подачи – выемочная машина очистной забой», что обеспечивает Обеспечивается стабильность прохождение выемочной нагрузок на рабочем машиной изгибных органе. частей транспортирующего става в любой плоскости, а также в случаях перекоса секции транспортирующего става одной относительно другой. Рисунок 2.2.4.9 80 Рисунок 2.2.4.10 Рисунок 2.2.4.11 81 Рисунок 2.2.4.12 Рисунок 2.2.4.13 Поворот рабочего органа (стрелы манипулятора) в вертикальной плоскости осуществляется вертикальными гидродомкратами 60, 61 (рисунок 2.2.2.10). 82 Рисунок 2.2.2.10 – Кинематическая схема горного автоматического выемочного манипулятора Разработка автоматизированного ада птивно-программного управления манипуляционных систем, в которых важным фактором повышения эффективности является взаимодействие человека оператора и диагностической технической системы с учетом опасности и сложности рабочих процессов, расширяет об ласть применения комплекса КРС [89, 90]. 2.3 Выбор элементов и технических средств автоматизации селективной выемки Датчики для проектирования КРС можно разделить на два вида: датчики внешней информации и датчики внутренней информации. Первые предназначены для контроля над состоянием объектов, с которыми работает робот, вторые – для функционирования самих роботов. Датчики внутренней информации устанавливаются в приводах исполнительных механизмов. Учитывая погрешность датчиков внутренней информации, внешние помехи, пределы точности механизмов, манипулирующих с объектом, желательно иметь датчики, предназначенные для определения расстояния до объекта или сигнализирующие о прикосновении к ним. Такие датчики, помимо высокой надежности, точности, большого ресурса, должны обладать также: 83 1) малыми габаритами, т. к. они не должны повреждаться в процессе работы при установке на исполнительном механизме манипулятора; 2) малым весом, т. к. установка датчиков оказывает влияние на динамические приводы манипулятора; 3) большой жесткостью, что необходимо для определения положений с высокой точностью. Известные в настоящее время датчики во многих случаях невозможно приспособить к сложным горно-геологическим условиям и трудным условиям эксплуатации в подземных выработках. Кроме того, благодаря продвинувшейся в последнее время разработке систем с искусственным интеллектом, так называемых систем-экспертов, имеется возможность наделять эти датчики функциями обработки информации, чтобы использовать их выходные сигналы непосредственно для управления манипуляторами. В качестве примера можно назвать многофункциональный датчик распознавания границы раздела между углем и породой, который разрабатывается для полной автоматизации работы шнекового комбайна. Датчики третьего поколения будут необходимы на многих участках шахты, так как простых средств образования пороговых или определения максимальных значений недостаточно: они не учитывают более полной информации, содержащейся во временных характеристиках измеряемых величин. Предстоит разработка оптических и акустических систем датчиков, в частности, для электроприводов с искробезопасным питанием и контроль пространственного положения машин и установок, а также для определения проходного сечения подземных выработок. Сюда же относятся датчики диагностики машин. Основные функции датчиков, применяемых для выемочных работ комплексов: 1) комбайн-манипулятор: стабилизация нагрузки, скорости движения, движение в заданном направлении относительно вмещающих пород. Информация для управления: нагрузка для привода, скорость перемещения 84 комбайна, положение границы «уголь – порода». Применяемые датчики и устройства: датчик типа электродвигателя, датчик скорости движения комбайна, датчик контроля границы «уголь – порода»; 2) крепь – основные функции: защита от превышения усилий положения секционном крепи. Информация для управления: давление в гидросистеме, перемещение элементов секции крепи. Применяемые датчики и устройства: датчик давления, предохранительный клапан, датчик положения; 3) конвейер – основные функции: защита от перегрузок привода конвейера. Информация для управления: нагрузка привода. Применяемый датчик тока электродвигателя. Метрологические требования к датчикам определяются технологией процессов и вопросами безопасности обслуживающего персонала. Основными метрологическими характеристиками датчиков являются точность измерения контролируемого параметра, чувствительность и быстродействие. При контроле безопасных условий работы (концентрация газов, ведущих к взрыву или воспламенению) аварии не должны допускаться, поэтому предельные значения должны быть с достаточным запасом. Для шахт применяют датчики контроля положения подвижных объектов, обладающих ферромагнитными свойствами или имеющих магнит. Наиболее приемлемыми для выемочного КРС являются магнитогерконовые датчики, контролирующие положение объектов управления манипулятора. Это устройства, в которых управление состоянием геркона осуществляется изменением магнитного поля постоянного магнита, связанного с перемещением контролируемого объекта. Для определения местонахождения комбайна и для контроля конечных положений манипулятора и агрегатов применяются датчики положения унифицированного ряда. Датчики конечных положений секций крепи на шаге передвижки выполнены в виде совмещенных конструкций – навесные датчики типов ДП-6, ДП-7. 85 Датчик ДП-6 предназначен для контроля одного из крайних положений секций крепи и состоит из пластмассового корпуса, основного и подстроечного постоянных магнитов и геркона с концентраторами. При подходе к датчику гидроцилиндров секций крепи магнитный поток основного магнита шунтируется цилиндром, разность между напряженностью полей основного и подстрочного магнитов уменьшается, и при достижении величины напряженности поля отпускания геркона последний срабатывает. Зона срабатывания и отпускания геркона отсчитывается от переднего торца датчика. Датчик ДП-7 предназначен для контроля переднего положения секции крепи и зоны неподвижки, равной 60мм. Отличие датчика ДП-7 от ДП-6 в том, что в первом имеется два геркона, отстоящих друг от друга на расстоянии 60мм, два подстроечных магнита и все элементы датчика размещены в корпусе из немагнитной стали. При подходе гидроцилиндра к датчику в переднее положение вначале срабатывает геркон, а затем, через 60 мм пути цилиндра, срабатывает геркон переднего положения. При выдвижке цилиндра возврат герконов в первоначальное положение происходит в обратном порядке. Зона срабатывания и отпускания геркона отсчитывается от переднего торца датчика. Для контроля положения перемещающихся отдельных частей и механизмов в целом при работе манипулятора проектируется применение разобщенного исполнения ДПУ2-40, имеющего двухблочную конструкцию. Датчик состоит из блока с герконом и блока, содержащего постоянный магнит. Блок с герконом является единым для двух типов датчика, а магниты отличаются габаритами. Блок с герконом относительно блока с постоянным магнитом устанавливается неподвижно. В отсутствие блока с постоянным магнитом у блока с герконом последний разомкнут. При приближении блока с постоянным магнитом к блоку с герконом напряженность магнитного поля в зоне размещения геркона увеличивается. По достижении напряженности поля постоянного магнита в зоне размещения напряженности поля срабатывания, замыкается. 86 геркона значение, равное Выводы 1. Произведен анализ по созданию роботизированных комплексов угольной промышленности известных в странах СНГ и за рубежом. 2. Выполнена технологическая схема роботизированного комплекса, учитывающая сложность горно-геологических и техногенных положений при разработке угольных пластов. 3. Разработана конструктивная схема выемочного горного манипулятора с учетом эффективности и надежности при разработке угольных пластов, а также учитываются как случайные величины различной встречи нарушений угольного пласта. 4. Установлена конструктивная схема как функционального элемента роботизированного комплекса. 5. Разработаны и установлены конструктивные параметры базовых элементов горного выемочного манипулятора для разработки угольных целиков различного назначения с учетом горно-геологических и технологических условий. 6. Оформлено и отправлено 10 заявлений на получение патента РК на изобретение. 87 3 ВЫБОР АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ Обоснование 3.1 системы управления робототехнологического комплекса в горнодобывающей отрасли Для создания робототехнологического комплекса для селективной выемки угольных пластов с оставлением породы в шахте разработана микропроцессорная система управления, предназначенная для автоматического и дистанционного манипуляторами управления горными автоматическими ВМФ-5 и механизированными выемочными крепями 2М81, 2ОКП70К (М130). Микропроцессорная система может рассматриваться как частный случай электронной системы, предназначенной для обработки входных сигналов и выдачи выходных сигналов. В качестве входных и выходных сигналов могут использоваться аналоговые сигналы, одиночные цифровые сигналы, цифровые коды, последовательности цифровых кодов. Внутри системы может производиться хранение, накопление сигналов (или информация), но суть от этого не меняется. Микропроцессор (обработчик) - это тот узел, блок, который производит всю обработку информации внутри микропроцессорной системы. Основные функции микропроцессора следующие: – выборка (чтение) выполняемых команд; – ввод (чтение) данных из памяти или устройства ввода / вывода; – вывод (запись) данных в память или устройства ввода / вывода; – обработка данных (операндов), в том числе арифметические операции над ними; – адресация памяти, то есть задание адреса памяти, с которым будет производиться обмен; – обработка прерываний и режима прямого доступа. Разработанная микропроцессорная система управления комплексом КРС предназначена для автоматического и программного управления выемочным манипулятором, механизированной крепью и лавным конвейером при ведении 88 селективной выемки. Выемочные манипуляторы с пятью степенями подвижности позволяют избирательно обрабатывать угольный массив, на чем и основывается селективная технология выемки. Выдаваемая из лавы порода закладывается в выработанное пространство закладываемой части лавы [76]. Разработанная технология выемки пластов предполагает использование специальных горных выемочных автоматических манипуляторов типа ВМФ-5, имеющих исполнительные органы избирательного действия [77]. Основные требования к системе управления с использованием микропроцессорной техники даны в таблице 4. Таблица 4 – Основные требования к системе управления с использованием микропроцессорной техники Требования к системе управления Требования к программному о б е с п е чению Обеспечение достоверности сигналов управ- Работа с энергонезависимой ления на уровне защитного отказа системой встроенного контроля-ЭСВК Диагностирование внешних цепей и датчиков и Выполнение защитного отказа и (или) контрольных точек горных машин выдача на цифровые индикаторы номера неисправности Автоматическое восстановление работы, прог- Использование ЭСВК в качестве энеррамм управления после перерыва в энер- гонезависимой памяти госнабжении Продолжение нормальной работы при Повторение циклов опроса и сравнения случайных сбоях до заданного числа раз Привязка системы к конкретному объекту без Применение программных модулей, свеиспользования языков программирования дение привязки к подготовке данных автоматизации подготовки данных Программирование на рабочем месте путем Применение программы «Обучение» обучения в технологическом процессе или на его модели Основные функции управления КРС: 89 1) автоматическое управление горным выемочным автоматическим манипулятором ВМФ-5 по заданной программе с учетом совмещения скоростей; 2) автоматическое управление крепью 2М81, 2ОКП70К (М130) по заданной программе; 3) автоматическое управление реверсивным конвейером СП-87П на штреке; 4) управление забойным конвейером типа СКУ-45; 5) управление закладочным комплексом «Старт»; 6) автоматическое регулирование нагрузки ВМФ-5; 7) изменение программы работы комплекса КPC в зависимости от горногеологических условий и способов обработки забоя; 8) автоматическое управление реверсивным конвейером на штреке; 9) дистанционное управление горным выемочным автоматическим манипулятором; 10) дистанционное управление крепью; 11) автоматическое регулирование нагрузки при различных диаметрах резцовых коронок ВМФ-5; 12) обеспечение необходимых видов защит блокировок; 13) обеспечение контроля параметров и диагностики. Система автоматизации механизированной крепи должна включать следующие подсистемы: –дистанционное и автоматизированное управление гидрораспределителями; – дистанционный контроль работы за полнотой передвижки секций и их распором, номером управляемой секции; – автоматический контроль работы за прямолинейностью базы (конвейера и крепи); – контроль над состоянием гидросистемы, регулирования сопротивления крепи и средств, для передвижки секций с подпором. 90 Конструкция секций крепи и электрогидравлическая система управления должны позволять управление на запрограммированном расстоянии от выемочного манипулятора по сигналам датчиков или командам оператора. Автоматическая передвижка секций крепи и согласованность её с процессом выемки обеспечивается за счет применения электрогидроклапанов ЭКУ, датчиков положения и контроля секций крепи, давления и управляющих сигналов от микропроцессоров. Перемещение забойного конвейера в зависимости от кривизны и положения секций крепи осуществляется применением датчиков прямолинейности конвейера и получаемых сигналов управления микропроцессора. Конструирование аппаратуры управления комплекса основывается на принципах функциональной организации [78, 79]. Система управления комплексом должна обеспечивать работу комплекса и его составных частей в автоматическом режиме для различных режимов обработки забоя и изменяться в зависимости от горно-геологических условий сменой ячеек перепрограммируемого запоминающего устройства (ППЗУ). Система управления конструктивно представляет собой стальной прямоугольной корпус в пылебрызгозащищенном исполнении. На лицевой панели установлены приборы индикации, переключатели команд, клавиатура ввода информации, контрольные клеммы. В корпусе блока предусматриваются два разъемных и два неразъемных кабельных ввода. Несущими конструкциями являются монтажные выдвижные печатные платы, предназначенные для размещения конструктивного и электрического объединения. Локальные системы управления строятся на основе применения микропроцессоров серий РМ-4, РМ-32. Пульт управления манипулятором и аппаратура управления манипулятора должны размещаться в одном корпусе. В аппаратуре должна обеспечиваться диагностика неисправностей. Пульт управления должен соединяться в лаве проходной линией связи. Подключение датчиков и исполнительных механизмов к каналам сигнализации и управления должно осуществляться 91 коммутирующими элементами ячеек, которые образуют унифицированный распределительный переключатель (двухтактный теристорный распределитель для выбора объекта и включения цепей дискретных двухпозиционных датчиков и цепей двухпозиционных исполнительных элементов-электрогидроклапанов), выпускаемый серийно НПО «Автоматгормаш» для аппаратуры автоматизации комплекса КМ87А. Пульт управления, устанавливаемый на горном автоматическом выемочном манипуляторе, должен обеспечивать выполнение следующих операций: 1) дистанционное отключение и включение пускателя двигателя исполнительного органа манипулятора; 2) дистанционное включение и отключение пускателя конвейера; 3) дистанционное отключение автоматического фидерного выключателя; 4) установка верхнего и нижнего значений угла качания исполнительного органа; 5) дистанционное управление предохранительной лебедкой; 6) установка угла поворота исполнительного органа в горизонтальной плоскости; 7) управление скоростью подачи; 8) ручное и автоматическое управление исполнительным органом выемочного манипулятора. Нa лицевой информация о передвигающейся панели пульта местонахождении секции крепи, управления должна выемочного величине регистрироваться манипулятора, обнажения номере кровли. При минимальном – обнажении кровли передвижка крепи должна прекратиться, а при максимальном – отключиться выемочный манипулятор. В случае поступления аварийных сигналов происходит сбой системы передачи и приема информации, сброс управления при обрывах в линии связи, ложное включение секции при коротких замыканиях, должен обеспечиваться защитный отказ от ложного выбора и управления секциями крепи. 92 Система передачи и приема информации должна обеспечивать передачу управляющих сигналов к микропроцессорной системе управления выемочным манипулятором и к микропроцессорной системе управления крепью. Эта же система должна обеспечивать передачу информации о результатах управления на центральное управляющее устройство. Система передачи и приема информации должна иметь минимальное число жил, связывающих между собой локальные системы управления и центральное управляющее устройство. Центральное управляющее устройство должно обеспечивать выполнение следующих операций: 1) автоматические программное управление локальной системой управления выемочным манипулятором; 2) автоматическое программное управление системой управления крепью; 3) ручной ввод в память МПСУ программы обработки забоя; 4) расчет управляющих воздействий для выполнения заданной программы; 5) непрерывный контроль местоположения выемочного манипулятора и секций крепи; 6) контроль границы «уголь – порода». Центральное управляющее устройство, расположенное на штреке, должно быть снабжено пультом, обеспечивающим ввод программы обработки забоя в память МПСУ. Центральный пульт управления выемочным манипулятором, расположенный на штреке, должен состоять из следующих блоков: 1) в комплект микропроцессорной системы управления входят: центральный микропроцессор; устройство ввода-вывода данных (ПИ); блок индикации (БИ); пульт управления (ПУ); постоянное (ПЗУ) и оперативное (ОЗУ) запоминающее устройство; схема ручного ввода команд (РВК); 2) интерфейсная магистраль (АЦП – аналого-цифровой преобразователь; ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь); 93 3) цепь развязки схемы сопряжения с исполнительными механизмами (ССИМ); схема сопряжения и согласования с аналоговыми и дискретными сигналами датчиков (СОА, ССД); 4) блок логических схем управления (СХУ); распределитель сигналов управления крепью (РУКР); 5) коммутатор сигналов датчиков крепи (КДКР); 6) дешифратор выбора секции крепи (ДШКР); 7) устройство выборки и хранения контрольной информации о состоянии секций крепи (УВХ); 8) блок синхронизации и обработки информации (БОИ). Система управления должна осуществлять: 1) сочетание программного и ручного дистанционного управления при работе КРС для различных режимов обработки забоя без изменения схемных решений системы управления: 2) корректировку и изменение программы обработки забоя без отключения узлов и механизмов манипулятора и останова работы, а также без отключения питающего напряжения в лаве; 3) возможность наращивания секций крепи и изменения количества секций крепи в группе для различных условий выемки без изменения схемных решений и программ обработки. Время изменения программы обработки забоя – не более 5 минут. Потребляемая мощность микропроцессорной системы управления комплексом КРС составляет не более 25 Вт. Габаритные размеры и масса аппаратуры управления комплекса КРС определяются и уточняются на этапе разработки рабочей документации. В аппаратуре должно быть предусмотрено питание запоминающих устройств от автономных источников питания. Допустимые колебания напряжения в сети должны быть от +10 до –13% от номинального напряжения. Источники питания постоянного тока с искробезопасным выходом, разработанные НПО «Автоматгормаш», во взрывобезопасном исполнении на 94 номинальные напряжения питания от сети переменного тока частотой 50±1 Гц, 127, 380, 660, 1140В, ИП5 В с номинальным выходным напряжением источника питания 5 В при токе нагрузки 2,4 А для дискретных и аналоговых устройств на интегральных микросхемах и ИП24-1В с номинальным током 800 mA служат для питания реле – и электрогидроклапанов. 3.1.1 Разработка схемы гидравлического управления выемочного манипулятора роботизированного комплекса Целью предложенной конструкции является повышение эффективности работы путем обеспечения регулирования скорости подачи машины от нагрузки двигателя исполнительного органа. Для достижения поставленной цели в устройстве для управления горным комбайном со стреловидным исполнительным органом, включающем двигатель исполнительного органа, регулируемый рабочий насос, гидрораспределители стрелы с элементами управления соединенные с регулируемым рабочим насосом, гидрораспределители механизма подачи, имеющие элементы управления и устройство регулирования, связанное с механизмом подачи, устройство регулирования выполнено в виде электрического регулятора нагрузки, электромагнитного распределителя и насоса управления, при этом электрический регулятор нагрузки соединен с двигателем исполнительного органа и через электромагнитный распределитель и насос управления – рабочим регулируемым насосом, элементы управления гидрораспределителями механизма подачи и стрелы выполнены в виде дополнительных распределителей с электромагнитами, соединенных с насосом управления, а гидрораспределитель стрелы соединен с регулируемым рабочим насосом. На рисунке 3.1.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства. Комбайн содержит поворотный в вертикальной плоскости исполнительный орган 1 с гидроцилиндром 2 его вертикального перемещения, механизм подачи комбайна гидроцилиндрами 3, 4 и механизмами 5, 6 рабочий 95 гидронасос 7, гидронасос 8 управления, распределители 9 и 10 с гидравлическим управлением и распределители 11 и 12 с управлением от двух электромагнитов, служащие для управления гидроцилиндрами 3 и 4 и гидрозажимами 5 и 6 распределитель 13 с управлением от двух электромагнитов, служащий для регулирования производительности насоса, т.е. скорости подачи машины и скорости перемещения исполнительного органа в зависимости от тока нагрузки электродвигателя рабочего органа, распределитель 14 с управлением от двух электромагнитов и распределитель 15 с гидравлическим управлением, служащие для управления гидроцилиндром 2, пульт управления, блок управления, регулятор нагрузки. Устройство работает следующим образом. С пульте управления через блок управления включаются гидронасосы 7, 8, электродвигатель исполнительного органа 1, включаются распределители 11 – 14 с управлением от двух электромагнитов (все в левое положение λ), благодаря давлению гидронасоса 8 и распределителей 12, 13 и 14 включаются соответственно распределители 9, 10 и 15 с гидравлическим управлением (вес в правое положение). От гидронасоса 7 жидкость под давлением по напорной магистрали 16 через распределитель 9 (включенный в правое положение) по магистрали 17 подается в штоковые полости гидрозажима 6 и он входит в зацепление с направляющей конвейера 18, одновременно через распределитель 9 жидкость подается в поршневую полость гидрозажима 5 и он выходит из зацепления с направляющей 18. От гидронасоса 7 жидкость под давлением по напорной магистрали 16 через распределитель 10 (включенный в правое положение) по магистрали 19 подается в поршневую полость 7 гидроцилиндра 4. Происходит подача комбайна на забой и одновременно жидкость перегоняется из штоковой полости гидроцилиндра 4 в штоковую полость гидроцилиндра 3, что обеспечивает подготовку гидроцилиндров 3 и гидрозажима 5 к работе в следующем цикле. Датчики положения гидроцилиндров 3, 4 при полном 96 втягивании штока гидроцилиндра 3 производят переключение распределителей 11 и 12, которые в свою очередь соответственно переключают распределители 9 и 10. Гидрозажим 5 входит в зацепление с направляющей 18, а гидроцилиндр 3 подает комбайн на забой. Жидкость из штоковой полости гидроцилиндра 3 перегоняется в гидроцилиндр 4, что обеспечивает подготовку гидрозажима 6 и гидроцилиндра 4 к работе в следующем цикле. Затем процесс переключения повторяется и происходит непрерывная подача комбайна на забой. Одновременно от гидронасоса 7 жидкость по магистрали 20 через распределитель 15 (он в правом положении) подается в поршневую полость гидроцилиндра 2, что обеспечивает перемещение рабочего органа вниз. При достижении рабочим органом крайнего нижнего положения при помощи датчиков положения домкратов через блок управления переключателя распределитель с управлением от двух электромагнитов 14 переключается в правое положение, что вызывает в свою очередь переключение распределителя 15 в левое положение. Жидкость от гидронасоса 7 подается через распределитель 15 в штоковую полость гидроцилиндра 2, в результате чего рабочий орган перемещается снизу вверх. Цикл повторяется. С пульта управления через регулятор нагрузки по кабелю 21 распределитель 13 включается в левое положение. От гидронасоса 8 жидкость по магистрали 22 через распределитель 13 (он в левом положении), по каналу 23, через гидрозамок 24 подается под цапфу 25, что вызывает перемещение статора регулируемого гидронасоса 7. Перемещение статора обеспечит задание определенной производительности насоса 7, а следовательно задание скорости подачи комбайна на забой и скорости перемещения рабочего органа в вертикальной плоскости. При технологических перегрузках электродвигателя исполнительный орган 1 с помощью датчиков тока сигнал по кабелю 26 подается на распределитель 13. От данного сигнала распределитель 13 включается в правое положение, следовательно, от гидронасос 8 жидкость по магистрали 22 через распределитель 13 по правому положению, по каналу 27 под поршневую полость гидрозамка 24, что вызовет его открывание. Благодаря 97 давлению жидкости от гидронасоса 8, по каналу 28 на цапфу 29 и кратковременный слив жидкости из под цапфы 25 через гидрозамок 24, по каналу 23 и через распределитель 13 происходит перемещение статора гидронасос 7, что вызовет уменьшение его производительности, скорости подачи комбайна и перемещения исполнительного органа соответственно току нагрузки его электродвигателя. Таким образом, данное устройство позволяет обеспечить автоматическое регулирование производительности регулируемого рабочего насоса, а следовательно, автоматическое регулирование скорости подачи машины и скорости качания стрелы в зависимости от тока нагрузки электродвигателя исполнительного органа. Рис. 3.1.1 Принципиальная схема гидравлического управления 98 3.2 Разработка средства управления механизированными крепями очистных работ с использованием микропроцессорной техники Создание эффективных средств управления очистными комплексами с целью обеспечения безопасных условий труда предполагает переход к использованию средств микропроцессорной техники. Аппаратура управления автоматизированным комплексом для селективной выемки угольных пластов должна обеспечивать сочетание ручного, управления механизированными крепями местного, автоматического и, выемочными манипуляторами, конвейерами по заданной программе. Дистанционное и автоматическое управление комплексом для селективной выемки позволяет вывести людей из забоя, повысить при этом производительность работы комплекса, так и обслуживающего персонала [89-92]. На этапе подготовки интерфейса к работе драйвер загружает в оперативную память интерфейса микропрограмму (коммуникационный модуль), которая и управляет преобразованием данных из формата работы в формат для передачи в программный модуль. Пример подключения ВМФ-5 по шине CAN приведен на рисунке 3.2.1. Аппаратура управления и гидравлические приводы должны обеспечивать эффективную работу комплекса КPC с помощью: 1) датчика контроля границы «уголь-порода», согласно рисункам 3.2.1, 3.2.2 (разработчик – кафедра физики КарГТУ); 2) датчик ДМКК – датчик местонахождения манипуляторов, разрабатывающих пласты крутого падения (при разработке пластов с особо сложными условиями выемки); 99 Рисунок 3.2.1 – Подключение к ВМФ-5 по шине CAN через интерфейс «HS+Interface» 3) датчики конечных положений комбайнов (манипуляторов) – датчики положения унифицированного ряда ДПУ. Унифицированный ряд магнитогерконовых датчиков положения серии ДПУ (ДПУ1-40, ДПУ2-40, ДПУ1-100, ДПУ2-100) предназначен для контроля положения перемещающихся отдельных частей и механизмов в целом при выполнении различных технологических процессов; 4) модернизированные датчики серии ДПУ (ДПГ1-40, ДПМГ2-40, ДПМГ2100, ДПМГ1-100, ДПМГ1-200, ДПМГ2-200) предназначен для контроля перемещения контролируемого объекта (экрана) перпендикулярно к рабочей стороне или параллельно ей; 5) датчики конечных положений секций крепи ДП на шаге передвижки. Датчик ДП-6 для контроля одного из крайних положений секций крепи; датчик ДП-7 для контроля переднего положения секций крепи и зоны неподвижки. 100 Рисунок 3.2.2 – Блок управления КРС 1– исполнительный орган избирательного действия; 2 – опорноповоротное устройство избирательного действия; 3 – гидродомкратный механизм подачи ВМФ (с зажимным устройством); 4 – пульт управления; 5 – маслобак с гидронасосом; 6 – забойный конвейер СКУ-45; 7 – блок датчика границы «уголь – порода» Аппаратура передачи и приема информации предназначена для приема информации от управляющего устройства, установленного на штреке; хранения информации; передачи информации к управляющему устройству. В аппаратуру микропроцессорной системы управления входят: – выдвижные платы; – генератор тактовых импульсов; – логика управления; – плата 1: процессорный блок, буферы шины данных и адреса, контроллеры прямого доступа к памяти, прерываний, таймер; – плата 2: оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, параллельные программируемые интерфейсы ввода и вывода информации, схемы клавиатуры и индикации; 101 – плата 3: схемы сопряжения системы исполнительными механизмами и устройствами; – плата 4: блоки гальванической развязки с датчиками, коммутационные ключи, логические схемы согласования, блок питания. Д-электрометрический высокочастотный датчик инфракрасный границы влагомер; уголь – порода; КИ-канал В- измерений (автоматический мост типов Р5010, Р5028, импедансеметр ВМ-507); ССД – схема сопряжения с исполнительными механизмами; ГДИО – гидродомкраты исполнительного органа; ГДПВ – гидродомкраты подачи манипулятора ВМФ5; ГДПС – гидродомкраты поворота исполнительного органа; СУ – сигнал управления каналом измерения. Рисунок 3.2.3 – Пояснения к позиции 7- блока датчика границы уголь порода Управляющее устройство предназначено для выработки сигналов управления выемочным манипулятором приема информации, задающей работу выемочному манипулятору и крепи по программе. Конструирование аппаратуры управления выемочным манипулятором должно основываться на принципах функциональной организации. Система управления должна обеспечивать работу манипулятора в автоматическом 102 режиме для всех способов обработки забоя и изменяться в зависимости от горно-геологических условий сменой ячеек ПЗУ. Система управления конструктивно представляет собой стальной прямоугольный корпус в искровзрывобезопасном исполнении. На лицевой панели установлены приборы индикации, переключатели команд, клавиатура ввода информации, контрольные клеммы. В корпусе блока предусмотрены разъемный и два неразъемных кабельных ввода. Несущими конструкциями являются монтажные выдвижные печатные платы, предназначенные для размещения, конструктивного и электрического объединения, в герметичном корпусе системы управления размещаются четыре платы, источник питания, имеющий уровень взрывозащиты и искробезопасной электрической цепи узлов, монтажных проводов с фторопластовой изоляцией. Платы выдвижные имеют 96 контактов. Для аппаратуры управления коэффициент применяемости должен быть не менее 75 %. Аппаратура управления состоит из составных частей, данных в таблице 5. Таблица 5 – Составные части аппаратуры управления Наименование Коли- Назначение чество 1 Аппаратура 2 управления 1 3 Автоматическое и дистанционное управление выемочным механизмом перемещения исполнительного органа манипулятором и механизмом перемещения Автоматическое манипулятора. забойными манипулятора. регулирование нагрузки Дистанционное механизмами, громкоговорящей связи предупредительной управление обеспечение по сигнализации лаве и перед включением забойных механизмов Аппаратура крепью управления 1 Автоматическое секциями крепи 103 и дистанционное управление Продолжение таблицы 5 Аппаратура передачи и 1 Прием информации от управляющего устройства, приема информации установленного на штреке. Хранение информации. Передача информации управляющему устройству Управляющее устройство Выработка 1 сигналов управления выемочным манипулятором и крепью. Прием информации, задающей работу выемочной машине- манипулятору и крепи по программе. Аппаратура управления 1 Автоматическое и дистанционное управление в реверсивным штрековым зависимости от технологического режима работы конвейером и закладочнодробильным хозяйством Аппаратура управления должна размещаться во взрывобезопасных корпусах. Аппаратура управления крепью выполняется в виде блоков, размещаемых на секциях крепи. Управляющее устройство размещается во взрывобезопасном корпусе, который устанавливается на штреке. Материалы, применяемые в манипуляторе, а также гибкие трубопроводы должны выдерживать нагрев до 55° и быть антикоррозионными и устойчивыми по отношению к рабочей жидкости. Аппаратура передачи и приема информации размещается во взрывобезопасных корпусах совместно с аппаратурой управления, вся аппаратура должна быть выполнена на основе блоков с печатным монтажом и разъемами для оперативной замены в случае неисправности. Способ герметизации системы управления должен быть следующий. Кожух прибора уплотняется эластичными упругими прокладками. Заливка релейных контактов производится эпоксидным компаундом. Весь объем с избытком заполняется водостойкой закрывании смазкой крышки (солидолом кожуха или излишки техническим смазки вазелином). выдавливают При наружу. Конструкция пультов управления манипуляторов и управляющего устройства должна обеспечивать надежную защиту органов управления от загрязнения. В 104 аппаратуре управления узлы управления гидрораспределителями должны быть взаимозаменяемыми. Аппаратура должна быть унифицирована по составным частям с аппаратурой, серийно выпускаемой и вновь разрабатываемой заводами. Пульты управления должны быть спроектированы с учетом расстояния от оператора до приборов на лицевой панели, которое не должно превышать 1,52,0м. Конструкция аппаратуры должна обеспечивать удобство доступа к её элементам при монтаже, наладке и профилактических осмотрах. На лицевых панелях пультов управления не должно быть излишне блестящих деталей, затрудняющих работу машиниста. Элементы отображения контролируемых параметров должны быть выполнены по цвету и яркости свечения, размерам и расположению с учетом разрешающей способности и цветовой чувствительности глаз при считывании информации. Электрооборудование выемочного манипулятора должно быть выполнено на рабочее напряжение 660 или 1140В с частотой сети 50Гц. Аппаратура управления должна работать в следующих условиях эксплуатации: 1) допустимое воздействие климатических условий: температура окружающей среды от +1 до +40°С. Относительная влажность 80% при 25°С; атмосферное давление 88-121кПа (660-900 мм. рт. ст.); запыленность 50 мг/м3 (OCT 12.48.118-79); 2) допустимое воздействие механических нагрузок: вибрация 5-30Гц с амплитудой 0,1мм; 3) вид обслуживания – периодические осмотры; 4) необходимое количество и квалификация обслуживающего персонала устанавливаются, согласно существующим нормам для ручных аппаратов, напряжением до 1000В. Входные цепи источников питания должны иметь токовую защиту плавкие вставки. При эксплуатации должны сохраняться все параметры безопасности источников питания, входные и выходные цепи монтируются на лицевой 105 панели. Монтаж входных цепей источников питания выполняется проводом, рассчитанным на напряжение 660В. Входные и выходные цепи блоков питания монтируются в эксплуатационных условиях шахтными гибкими или бронированными кабелями с диаметром кабеля не более 25мм. Подключение потребителей к источнику осуществляется кабелем КПП. Горные автоматические выемочные манипуляторы с другими элементами комплекса должны иметь совокупное дистанционное управление с выносного пульта с возможностью единого программного управления с использованием персонального компьютера. Для предохранения от самопроизвольного движения при обрыве тягового органа выемочные манипуляторы на углах падения свыше 9° должны иметь исполнение с автоматическими тормозными гидроцилиндрами. Конструирование аппаратуры, управление комплекса КРС должно основываться на принципах функциональной организации. Система управления комплексом должна обеспечивать работу всего комплекса и его составных частей в автоматическом режиме для всех, режимов обработки забоя и изменяться в зависимости от горно - геологических условий сменой ячеек ПЗУ. Для управления скоростью подачи и режущими органами горного автоматического манипулятора используется электрогидрораспределитель РП-2, представляющий собой гидравлический золотниковый распределитель с электромагнитным приводом тянущего типа. Нулевая цепь подключена к общей точке распределителя, а цепь управления блокируется контактами реле выходных усилителей электронного блока микропроцессорной системы управления. Питание электрогидрораспределителей и электрогидравлических клапанов управления осуществляют от искробезопасных источников питания регуляторы нагрузки ИПИР-ЗМ. Связующим звеном между электрической и гидравлической частями комплекса являются электрогидравлические клапаны управления ЭКУ-2, расположенные на электрогидравлических блоках секций крепи, электрогидрораспределитель управления с 28 позициями (рисунок 3.2.4). 106 Рисунок – 3.2.4 Электрогидрораспределитель управления с 28 позициями КРС Системная магистраль позволяет подключать устройства сопряжения для автоматического управления комплексом. Набор таких устройств и соответствующая различным схемам обработки забоя программа управления, помещаемая в модуле программируемого запоминающего устройства, служат для проведения работы комплекса в различных режимах выемки угля с учетом гипсометрии пласта. В качестве таких сменных наборов проектируется применение однократно программируемых устройств записи и перепрограммируемых подпрограмм управления постоянных режимами запоминающих работы всех составляющих комплекса. Система управления комплексом должна включать в себя следующие локальные системы: 1) локальная система управления выемочным манипулятором; 2) локальная система управления крепью; 3) система передачи и приема информации. 107 Локальная система управления выемочным манипулятором должна обеспечивать выполнение следующих операций: – автоматическое управление манипулятором по сигналам управляющего устройства, установленного на штреке. Управляющее устройство выполняется на базе персонального компьютера; – автоматическое управление исполнительным органом манипулятора по мощности пласта в соответствии с заданной программой; – автоматическое управление движением исполнительного органа в горизонтальной плоскости по заданной программе; – автоматическое управление перемещением манипулятора по направляющей; – контроль границы «уголь – порода» и передача информации на центральное управляющее устройство; – стабилизация заданного значения тока электродвигателя манипулятора путем автоматического изменения скорости перемещения исполнительного органа и манипулятора в целом. Точность поддержания заданного тока должна быть не менее ±12 %; – стабилизация заданной скорости перемещения исполнительного органа при недогруженности электродвигателя; – контроль над перемещением манипулятора и передача информации на центральное управляющее устройство; – уменьшение скорости перемещения исполнительного органа до нуля при длительных перегрузках электродвигателя; – фиксация нулевой скорости подачи манипулятора и нулевой скорости перемещения исполнительного органа; – автоматическое отключение через 2,2с (±0,3) пускателя манипулятора после «опрокидывания» или несостоявшегося запуска электродвигателя; – дистанционное включение и выключение пускателя манипулятора; – дистанционное включение и выключение пускателя конвейера; 108 двигателя – дистанционное отключение автоматического фидерного выключателя; – дистанционное управление предохранительной лебедкой; – ограничение заданного угла качания исполнительного органа манипулятора в вертикальной и горизонтальной плоскостях; – автоматическая подача предупредительного сигнала перед включением пускателя манипулятора или забойного конвейера; – двухсторонняя, симплексная, громкоговорящая связь в лаве как при наличии напряжения на участке, так и при его отсутствии; – автоматический контроль прохождения предупредительного сигнала и состояния цепей предупредительной сигнализации; – нулевая защита манипулятора; – защита от замыкания в цепях управления; – искробезопасность цепей управления предупредительной сигнализации и громкоговорящей связи; – блокировка, исключающая возможность одновременного включения конвейера с разных пультов управления; – блокировка, позволяющая при необходимости включать конвейер. Локальная система управления крепью должна обеспечивать выполнение следующих операций: 1) автоматическое управление операциями секций крепи по заданной программе; 2) получение информации о состоянии секций крепи; 3 ) дистанционное и ручное управление перемещением секций крепи. Управление манипулятора движением должно исполнительного осуществляться по органа и перемещение управляющим сигналам, вырабатываемым микропроцессором на основе информации, полученной от следующих датчиков: 1) датчиков положения исполнительного плоскости; 109 органа в вертикальной 2) датчиков, контролирующих положение исполнительного органа манипулятора в горизонтальной плоскости; 3) датчиков давления жидкости в гидросистеме; 4) датчиков, контролирующих конечные состояния узлов механизма перемещения манипулятора; 5) датчика перемещения манипулятора. Современные датчики иностранных фирм с оптоволоконным кабелем SOEG-L, SOEG-E/S и др. очень дорогими, в связи с этим используем потенциометрические датчики и др. российского производства. Центральное управляющее устройство, расположенное на штреке, должно быть снабжено пультом, обеспечивающим ввод программы обработки забоя в память микропроцессорной системы управления. Гидравлическая система комплекса должна обеспечивать выполнение всех операций: – по управлению выемочным манипулятором: 1) перемещение вдоль очистного забоя; 2) качание стрелы в вертикальной плоскости; 3) поворот стрелы в горизонтальной плоскости; – лавной крепью; 1) передвижка к груди очистного забоя; 2) распор и опускание перекрытия секций; 3) передвижка забойного конвейера; 4) выправление секций и ограждений; 5) передвижка крепей сопряжений; 6) управление устройством для удержания верхней пачки угля, а для крепи нижней части лавы и обнаженной кровли вслед за выемкой манипулятором; 7) включение трамбовочного устройства; – по управлению забойным конвейером: 1) передвижка линейных секций; 2) передвижка концевой части; 110 3) передвижка головной части; – по управлению закладочным оборудованием: 1) трамбовка породной массы в выработанном пространстве; 2) перемещение закладочного комплекса по штреку. Конструкция секций крепи и электрогидравлическая система управления должны позволять осуществление на запрограммированном расстоянии от выемочного манипулятора по сигналам датчиков или командам оператора автоматическое управление электроблоков, расположенных на секциях крепи. Разгрузка стоек, подача рабочей жидкости в гидродомкрат, передвижка секций должны осуществляться блоком устройств управления секцией крепи. С пульта управления оператор комплекса должен иметь возможность устанавливать режим управления комплексом: – ремонтный; – дистанционный; – автоматический. Выбор средств управления механизированными крепями очистных работ с использованием микропроцессорной техники Крепь основной части лавы 2ОКП70 предназначена для поддержания кровли в призабойном пространстве, защиты рабочей зоны от обрушения кровли и управления кровлей основной части лавы. Крепление очистного забоя является одним из основных процессов при подземной добыче угля. От качественного и своевременного и своевременного крепления очистного забоя зависит не только производительная работа всего комплекса и безопасность работ [89,90]. Процесс крепления лавы с помощью индивидуальных крепей состоит из следующих операций: возведение за комплексом КРС временной крепи, крепление очистной выработки металлическими (деревянными) стойками под верхняк затяжки кровли. Процесс крепления при механизированных крепях разделяются на две операции зачистку и передвижку секций крепи. Зачистка крепи осуществляется впереди выемочной машины и является подготовкой к передвижке крепи. 111 Закладочное устройство осуществляет транспортировку, дробление и пневматическую закладку породы в выработанное пространство лавы за секциями крепи M130 и включает в себя приемный бункер, дробильную закладочную машину, шнековое транспортирующее закладочное устройство, воздуходувку и шнековый и закладочный трубопровод. Информация о состоянии секции крепи от датчиков переднего, заднего положений, предварительного распора через устройства выборки и хранения информации должна поступать на микропроцессорное устройство управления, которое в виде команд управления через блок обработки информации и распределитель сигналов управления крепью должно управлять электрогидравлическим клапаном управления (ЭКУ) секций крепи. 3.3 Разработка горных автоматических выемочных манипуляторов ВМФ-5 Горные автоматические выемочные манипуляторы ВМФ-5, ВМФ-6 предназначены для выемки и породы в очистном забое в заданном режиме, частичной погрузки отбитой массы на забойный конвейер СП87М. Эти манипуляторы состоит из стреловидного исполнительного органа с резцовой коронкой от проходческого комбайна типа ПК3р и К56М. А также опорноповоротного устройства, рамы, маслостанции, магнитной станции от комбайна КШ-3М, опорных лыж, бесцепного гидродомкратного механизма подачи, оборудованием ручного, автоматического и программного управления и средства пылепоглощения. Важным достоинством выемочного манипулятора ВМФ-5, наряду с маневренностью, наличием прогрессивной бесцепной подачи, небольшой массой, является обеспечивается способность вести манипулированием избирательную стрелы выемку. исполнительного Это органа. Реализация избирательной выемки осуществима за счет снабжения ВМФ-5 механизмами перемещения (система подачи) и подъема- опускания и поворота стрелы. 112 Главной целью совершенствования манипуляторов типа ВМФ является обеспечение выемки месторождений на пластах с различной мощностью. Для достижения цели машина снабжена телескопической опорой для стрелы с исполнительным органом, установленной на распорной стойке. Телескопическая опора может быть выполнена из подвижной и неподвижной частей, соединенных между собой гидродомкратами, при этом в неподвижной части целесообразно выполнить пазы, а в подвижной – выступы [81]. Неподвижная часть опоры может быть жестко закреплена на распорной стойке, нижняя часть которой снабжена амортизатором, а верхняя – диском. На рисунке 3.3.1 изображена горная машина (вид сбоку и разрез А-А). Горная машина содержит телескопический рабочий орган 1 с отбойной коронкой 2 для разрушения горной массы, турель 3, гидродомкрат 4 подъема и опускания рабочего органа 4, гидродомкрат 5 поворота подвижной и неподвижной части 6 и 7 телескопическую опору с гидроцилиндрами 8,раздвижки, основание с направляющими лыжами 9; наружную трубу 10, распорную стойку 11 с самоустанавливающимся диском 12, упор 13, пружину 14, основание 15, направляющую балку 16, забойный 17 конвейер с домкратом 18 передвижки. Телескопическая опора имеет направляющие пазы 19. Рисунок 3.3.1 – Горный автоматический выемочный манипулятор ВМФ-5 для выемки пластовых месторождений 113 Горный автоматический выемочный манипулятор ВМФ-5 работает следующим образом. Перед пуском рабочего органа 1 производится распор стойки 11, после этого в зависимости от мощности пласта раздвигается часть опоры 6, затем производится отбойка полезного ископаемого коронкой 2 рабочего органа 1. Раздвижка осуществляется усилиями гидроцилиндров 8, вмонтированных в неподвижной части 7 опоры. Штоки гидроцилиндров шарнирно прикреплены к подвижной части опоры 6. Наружная труба 10, жестко прикрепленная к неподвижной части опоры 7, служит направляющей для подвижной части опоры, которая, уменьшая вибрацию, способствует надежности работы распорной стойки 11. Вибрация частично погашается также пружиной 14, служащей амортизатором, так как при распоре стойки 11 пружина 14 зажимается не до конца, а направляющая балка 16 распирается под усилием распорной стойки 11. Для улучшения устойчивости высота забойных и завальных опор уменьшена на 140мм, а в завальной стороне применены опорные лыжи от комбайна КШ-ЗМ для круглых направляющих. Это привело к уменьшению высоты манипулятора и позволило его применение в комплексе секций крепи 1MKM. Кроме того, дополнительно установлена опорная лыжа под опорно-поворотным устройством, где рама подвергается наибольшей нагрузке при отбойке угольного массива исполнительным органом снизу вверх. К средней части стрелы и турели прикреплены домкраты подъема и опускания исполнительного органа. Поворотное устройство, состоящее из домкратов, поворота и зажимов, кинематически связано с поворотным диском, шарнирно прикрепленным к турели. Снижение динамических нагрузок на исполнительном органе осуществляется за счет применения укороченной стрелы и оптимального варианта расположения гидродомкратов подъема и опускания. С уменьшением длины стрелы уменьшается вынимаемая мощность манипулятора (m=2,2м), но этой высоты достаточно для работы совместно с крепью 1МКМ. 114 Общие габаритные размеры выемочного манипулятора не должны превышать по длине 3,5, по ширине 1,5 и по высоте 1,8м. Масса – не более 6,0т, ширина захвата 0,63м. Нерационально увеличивать ширину захвата более 0,63м, так как это даст возможность привязать выемочного манипулятора ВМФ-5 к серийным механизированным крепям. Опорно-поворотное устройство выемочного манипулятора должно обеспечивать плавный поворот стреловидного исполнительного органа в горизонтальных и вертикальных плоскостях, опускание резцовой коронки на 200 мм ниже уровня транспортирующего органа. Поворот стреловидного исполнительного органа в горизонтальной плоскости на 360° должен обеспечиваться двумя устройства периодическим с дискообразным горизонтальными кольцом гидродомкратами зацеплением турели зажимного поворотного устройства опорно-поворотного с устройства. Гидроцилиндры шарнирно крепятся с одной стороны к гидрозажимам, а с другой – к раме манипулятора. 3.3.1 Разработка адаптивно- программного управления роботизированного горно-технологического комплекса Современный подход решения задачи системы микропроцессорного управления всех функциональных элементов роботизированного комплекса, должны разрабатываться с существующим горно-шахтным оборудованием, также механизмов действия. Составных элементов, например, автоматизированный выемочный манипулятор с механизированной крепью и скрепковым конвейером с автоматизированным управлением. Условия работы робототехнологического комплекса должны обеспечить условия горно- геологических и горно-технических условий, а также учитывать различные случайные величины, такие как встреча горно - геологических нарушений, внезапные выбросы забойной части лава, нарушение кровли и почвы, появление внезапного проявления газов метана и т.д. 115 Режим работы роботизированного комплекса проводится в трехсменный режим работы и одна смена- ремонтная работа. При рабочих сменах в лаве не должны находиться рабочие, все процессы (отбойка, навалка, погрузка, управление кровли, крепление призабойного производства и т.д.) должны находиться в автоматизированном режиме роботизированного комплекса. Режим работы роботизированного комплекса должен учитывать отказы и восстановление всех функциональных элементов с учетом диагностических показателей для получения операторами установленные штреки запоминающего устройства. Получив информацию оператора, систематехники и слесари в ремонтной смене обеспечивают ремонт отказавших элементов, аварий, нарушения гидравлической и электрической систем и т.д. Рисунок 3.3.1.1 Задачи и система микропроцессорной системы управления выемочного манипулятора типа ВМФ-4НА. 116 Рисунок 3.3.1.2- Предлагаемая микропроцессорная система управления робототехнологическим комплексом. Рисунок 3.3.1.3- Архитектура микроконтроллера. 117 Рисунок 3.3.1.4- Структурная схема предлагаемой микропроцессорной системы управления выемочного манипулятора ВМВ- 4НА. Рисунок 3.3.1.5- Технические характеристики микроконтроллера. Технические характеристики микроконтроллера включают в себя: -разрядность АЛУ -32; - ОЗУ – 64 кБайт; - объем внешней памяти- 64МГц; - тактовая частота – до 20Мгц; - 2 режима уменьшенного энергопотребления; 118 - трехуровневая система защиты памяти; - Flash-память до 1024 Кбайт; - 8- канальный 16-битный таймер, таймер реального времени; - 10-битный 12-канальный АЦП 2-канальный 8-битный ЦАП; - 64 цифровых канала ввода-вывода; - 24 аналоговых канала ввода – вывода; - встроенные функции энергосбережения. Новые микроконтроллеры достигают потребления 0,9мВт на 1 MIPS, при рабочей частоте 20МГц. Кроме того, не смотря на включение в состав микроконтроллеров дополнительной периферии и функциональности, потребляемый ток составляет 0,7мкА при работающем таймере реального времени в режиме Standby, и устройства сохраняют работоспособность при напряжении питания 2,0В (рабочая частота 2,5МГц). Эти преимущества дают возможность применять микроконтроллеры в устройствах с резервным батарейным питанием, значительно повышая надежность работы. Входные и выходные сигналы микроконтроллера. 1. Датчики: Датчики температуры и давления с токовым унифицированным выходным сигналом Датчики положения Дополнительные датчики (влажности, метана – до 32 датчика на одном двухпроводном шлейфе) 2. Исполнительные механизмы: Гидродомкраты -256 устройств на каждом порте 3. Напряжение питания: 5 Вольт на микропроцессорной стороне 4. Исполнение: Искровзрывобезопасное. 119 Выводы: 1 Разработана технология, основанная на принципе селективной выемки пластов с применением робототехнологического комплекса. 2 На основе моделирования структуры выбраны и обоснованы составляющие строения КРС, включая манипуляторы ВМФ-5 используемые для создания робототехнологического комплекса селективной выемки пологих, наклонных и крутонаклонных угольных пластов мощностью 2,5-7,0м с оставлением породы в шахте. 3 Проведено усовершенствование конструкции и исследование параметров горного автоматического выемочного манипулятора ВМФ-5 в составе КРС. 4 Разработана электрогидравлическая схема гидроблока ВМФ, позволяющая автоматизировать процессы выемки в очистных забоях при фронтальной выемке. 5 Разработана специальная конструктивная схема регулирования энергозатрат на резанье при совмещении различной степени подвижности ВМФ. 6 Оформлены патенты 6 заявлений для получения изобретения. 7 Предложены схемы микропроцессорной системы с использованием адаптированного программного управления для диагностирования состояния всех функциональных элементов роботизированного комплекса, 120 4 ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ И ИЗЫСКАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗАКЛАДОЧНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВЕДЕНИЯ СЕЛЕКТИВНОЙ ВЫЕМКИ 4.1 Разработка флангово- фронтальной технологии безцеликовой выемки пластов Применение бесцеликовой выемки пластов со сложными горногеологическими условиями на базе применения выемочных машин флангово-фронтально-избирательного действия позволяет значительно снизить трудоемкость, эксплуатационные потери угля в целиках [5, 26, 27, 79]. Сущность ее заключается в последовательном использовании стреловидной выемочной машины для проведения оконтуривающих выработок и отработки выемочного поля [5, 7]. На рисунке 4.1.1а показан общий вид выемочной машины 3, установленной на ставе консольного скребкового конвейера 5 типа СКУ45, оснащенной распирающими и передвигающими гидродомкратами 4 и на концевой головке – специальным погрузочным устройством 2. Вся эта установка расположена на исходной горной выработке 1. Рисунок 4.1.1 – Проходческо-очистные работы горного автоматического выемочного манипулятора ВМФ-5: 121 а) исходное положение манипулятора ВМФ-5 перед производством проходческих работ; б) начало производства проходческих работ горного автоматического выемочного манипулятора ВМФ-5 С помощью гидродомкратов 4 выемочная машина 3 вместе с конвейером 5 подается на забой, и вся установка работает по принципу проходческого комбайна (рисунок 4.1.1б). Отбитая масса грузится с помощью погрузочного устройства 2 на консольный 5, а затем на транспортный конвейеры 6. В дальнейшем вслед за подвиганием выемочной машины и конвейера СКУ по выработке 7 (рисунок 4.1.2) настилается скребковый конвейер 8. Рисунок 4.1.2 – Проходка горной выработки манипулятором ВМФ-5 с настилкой конвейерной линии Так же осуществляется проходка остальных оконтуривающих выработок 9, 11 с настилкой конвейеров 10, 12 (рисунок 4.1.3). 122 Рисунок 4.1.3 – Последовательность проведения оконтуривающих выработок выемочного поля I с горным автоматическим выемочным манипулятором ВМФ-5 Конструкция забойного конвейера, позволяющая производить боковую зачистку вплотную к груди очистного забоя, должна обеспечивать эффективную его работу при погрузке и транспортировке угля и породы, не должна допускать заштыбовку тягового органа (рисунки 4.1.4, 4.1.5). В качестве тягового органа в конвейере использованы две горизонтально замкнутые цепи типа 24х86Д, оснащенные консольными скребками, складывающимися на холостой ветви. Нагрузка на тяговую цепь при транспортировке угля и породы не должна превышать 843кН. Для удержания консольных скребков в рабочем положении на завальном борте грузового желоба конвейера должна быть установлена направляющая балка Г-образного сечения, а сам конвейер на головной и концевой части должен быть оснащен специальным устройством, служащим для перевода скребков в рабочее и нерабочее состояние. 123 Рисунок 4.1.4 – Забойный конвейер с консольными скребками СКУ-45 Для обеспечения надежной работы бесцепного механизма подачи и устойчивости выемочного манипулятора забойный конвейер имеет круглую направляющую с пазами, расположенную по оси конвейера и две Г-образные направляющие для захватов манипулятора. Рисунок 4.1.5 – Общий вид забойного конвейера Закончив проходческие работы, горный автоматический выемочный манипулятор с конвейером СКУ 124 на выработке 1 с помощью гидродомкратов 4 и подтягивающих лебедок 13 разворачивается (рисунок 4.1.6а). Рисунок 4.1.6 – Подготовка выемочного поля и горного автоматического выемочного манипулятора ВМФ-5 к очистным работам а – концевые операции манипулятора для разворота; б – положение горного автоматического выемочного манипулятора у будущей линии очистного забоя; в – общая длина очистного забоя с конвейером При снятии первой полосы угля вслед за продвиганием выемочной машины осуществляется индивидуальное крепление (рисунок 4.1.7а). Секция механизированной крепи 14 устанавливается при снятии второй полосы угля вслед за продвиганием выемочной машины и передвижкой забойного конвейера СКУ-45 (рис. 4.1.7б). На рисунке 4.1.7в показан общий вид очистного забоя при отходе лавы от выработки I на большое расстояние. Выработка I поддерживается постоянно до полной отработки выемочных столбов I, II, III, IV и т.д., выработка 7- до полной отработки выемочного столба II (рисунок 4. 8). Затем он доставляется на поворотный участок конвейера, который расположен на ходке. Это позволяет ограничиваться только удлинением конвейерной линии в конвейерном ходке, не производя демонтаж при отработке блока. Зачистка почвы 125 производится на забойной изгибающейся части конвейера с помощью специальных зубчатых ползунков. Рисунок 4.1.7 – Завершение подготовки очистного забоя автоматическим выемочным манипуляторов ВМФ-5 Таким образом, строгое соответствие направления выемки угля направлению подвигания забоя, а также полное исключение монтажадемонтажа конвейера обеспечивают надежную транспортировку и технологию фронтальной выемки угля с применением фронтального агрегата по принципу непрерывного потока. После отработки выемочного столба I на выработке 7 производится демонтаж оборудования очистного забоя. Секции механизированной крепи и лишние секции от конвейера СКУ-45 убираются вниз на выработку 1 в район будущего очистного забоя. Конвейер СКУ-45 укорачивается и подготавливается вместе с выемочной машиной для проходки оконтуривающих выработок выемочного столба. После отработки выемочного столба II осуществляется проходка оконтуривающих выработок выемочного столба III и т. д. 126 Рисунок 4.1.8 – Последовательность выполнения проходческих и очистных работ в выемочных столбах При данной технологической схеме длина лавы составляет 60-100м, а длина выемочного столба – 150-200м. В качестве выемочной машины применимы выемочные манипуляторы ВМФ-5 фронтально-фланговоизбирательного действия. 4.2 Создание агрегата по принципу непрерывного потока для разработки пластов Надежность технологических процессов при фронтальной выемке по принципу непрерывного потока, при котором устраняется многоцикличность операций в очистном забое, обусловливают фронтально действующие стационарные исполнительные органы. Выемка угля полосами по спирали обеспечивает непрерывность ведения очистных работ в пределах шахтного поля пласта или блока, поскольку отпадает необходимость в демонтаже и монтаже фронтального агрегата и забойного конвейера после отработки очередной полосы. Фронтальный агрегат без прекращения очередной выемки постепенно разворачивается на 90° и вновь готов к выемке очередной полосы. 127 На рисунке 4.2.1 изображена принципиальная схема фронтального агрегата, а на рисунке 4.2.2 показан способ выемки угольного пласта при фронтальной поточной схеме. Фронтальный агрегат (рисунок 4.2.1) включает механизированную крепь, стреловидные телескопические исполнительные органы с резцовой головкой со встроенным в нее высокомоментным гидродвигателем, которые установлены стационарно. При этом все исполнительные органы и механизированные крепи питаются от общей гидросистемы, которая вынесена из очистного забоя на свежую струю воздуха. Стреловидный телескопический рабочий орган состоит из вращательной коронки со встроенным в нее высокомоментным электро - или гидромотором 14, закрепленным на выдвижной внутренней трубе 15 через ось 16 с направляющей трубой 17. В свою очередь, направляющая труба 17 с двумя боковыми гидродомкратами двойного действия 18, 20 соосно-шарнирно через упорный вал 21 соединена с двумя параллельными плитами 13. Конвейер СКУ45 на рисунке 4.2.1 не указан. Конструкция опорно-несущего узла посредством двух опорных плит 13 и силового механизма 12 шарнирно соединена с перекрытием и основанием 2 секции крепи. Она служит для создания усилия распора между кровлей и почвой пласта и обеспечивает устойчивость. Опорные плиты 13 дополнительно шарнирно соединены через шаровые пяты 22 двухзвенником 24 посредством силовых гидродомкратов 23, 25 через ось 26. Они служат для обеспечения угла поворота а=175° в горизонтальной плоскости стреловидному телескопическому выемочному органу 14, 15, 16, 17, 18. Каждая секция крепи состоит из перекрытия 1 и основания 2, двух спаренных четырехзвенников 3, шарнирно соединенных между перекрытием и основанием осями. 128 Рисунок 4.2.1 – Принципиальная схема фронтального агрегата Раздвижной щит имеет верхнюю стенку 9 с ползунком 6 и нижнюю стенку 7, соединенную с основанием крепи укосиной 8. Верхняя и нижняя стенки шарнирно соединены осью 10, соответственно, с перекрытием и основанием. Гидродомкрат 4, является силовым механизмом и создает заданное усилие распора посредством тяг 5 между почвой и кровлей. Через тяги 3 гидродомкрат соединен двумя спаренными четырехзвенниками, которые одновременно осуществляют распор гидростойкой 12. При раздвижении домкрата 4 усилия распора через шарниры 5 тяги 3 и шарниры 11 передаются к перекрытию и основанию. Причем усилие домкрата 4 в шарнире 5 от распора с силой Р будет равно: всего устройства будет: Так как , а усилие распора при малых величинах составляет десятые доли единицы, то усилие распора S значительно превышает усилие Р домкрата 4. Очистная выемка угля в лаве состоит из следующих операций. Выемка угля производится вдоль линии очистного забоя телескопическими стреловидными исполнительными органами фрезерующего или дискового типа, установленными через каждые 10-12 секций механизированной крепи. 129 Перемещение резцовой коронки в горизонтальной плоскости осуществляется соответственно гидродомкратами 18 и 25. При подаче боковыми гидродомкратами 18 подвижная телескопическая стрела 15 с резцовой коронкой 14 из направляющей трубы 17 выдвигается и врезается в массив угля на глубину 300-600мм, образуя врубовую щель по длине до 10-12м у кровли пласта. В образовавшуюся щель задвигают выдвижной козырек крепи, затем делают врубовую щель у почвы пласта. Таким образом, телескопические исполнительные органы в любой последовательности непрерывно производят врубовую щель у кровли и почвы пласта, после чего задвигают в щель забойный конвейер. Оставшаяся часть забоя под действием отжима и собственного веса разрушается при незначительных энергозатратах. В этом случае отжим угля (падение раскоски) даже полезен, так как за счет этого практически ликвидируется процесс погрузки отбитого угля на забойный конвейер, который постоянно находится непосредственно у груди забоя. Ликвидируются также технологически неизбежные при обычных способах выемки операции по оформлению забоя после отбойки. Разработанный способ позволяет обходиться конвейером СКУ-45 для транспортировки угля по очистному забою длиной 1м по конвейерному ходку 2 (рисунок 4.2.2), так как отпадает необходимость располагать выемочные средства ВМФ-5 на раме забойного конвейера. Общий конвейер можно условно разделить на три части: головную 1, нагибающуюся 4 (с примыканием к очистному забою) и хвостовую 5 (в вентиляционном ходке). Исполнительные органы рассредоточены вдоль забоя так, что каждая последовательно идущая резцовая коронка перекрывает наполовину фронт зарубки предыдущей резцовой коронки, обеспечивая, таким образом, дублирование исполнительных органов. Отбитый уголь под собственным грузом падает на изгибающуюся часть забойного конвейера, которая передвигается с помощью специальных гидродомкратов одновременно с передвижением секций крепи. Затем уголь 130 доставляется на поворотный участок конвейера, который расположен на ходке. Эта позволяет ограничиваться только удлинением конвейерной линии в конвейерном ходке, не производя демонтаж при отработке блока. Зачистка почвы производится на забойной изгибающейся части конвейера с помощью специальных зубчатых ползунков. Рисунок 4.2.2 – Флангово-фронтальная разработка пластовых месторождений «по спирали» Опорно-распорные элементы секции механизированных крепей посредством тяг шарнирно соединены с концами силового механизма двухстороннего действия, служащего для создания усилия распора между почвой и кровлей четырехзвенника. Общей стороной этих четырехзвенников является силовой механизм. Опорные элементы дополнительно соединены шарнирно связями, которые имеют возможность ограниченного перемещения относительно указанных опорных элементов и служат для обеспечения синхронности раздвижения их силовым механизмом. За счет применения опорно-распорных устройств достигаются распорные усилия при малом усилии гидродомкратов и минимальном количестве каждой секции крепи. 131 4.2.1 Устройство для закладки породы при селективной выемке полезного ископаемого Устройство относится к горной промышленности и может быть использовано для подачи породы выработанное пространство для ведения селективной выемки пластов с породными прослойками при легко образующихся кровлях. Цель устройства- повышение устойчивости закладочного массива за счет увеличения его плотности. На рисунке 4.2.1.1 показано устройство, общий вид; на рисунке 4.2.1.2 – вид А на рисунке 4.2.1.1; на рисунке 4.2.1.3 – вид Б на рис. 4.2.1.1; на рисунке 4.2.1.4 – сечение В-В на рис. 4.2.1.3; на рисунке 4.2.1.5- общая схема закладки. Устройство состоит из секции механизированной крепи 1, закладочного трубопровода 2 с патрубком 3, выведенном через щит ограждения 4, к которому с завальной стороны посредством шарнира 5 прикреплены козырьки 6, опирающиеся на упоры 7, которые штырями 8 крепят к проушинам 9, установленным с забойной стороны ограждения. Выемочная машина 10 с отбойным органом 11 перемещается по конвейеру 12, на конце которого установлена закладочная машина 13. Закладку производят следующим образом. Перемещая упор 7, козырьки 6 устанавливают под углом β к щиту ограждения 4, после чего до обрушенных пород кровли 14. Упор 7 фиксируют штырями 8 к проушине 9. Таким образом, между щитом ограждения и козырьками образуются полости. Обрушенная порода кровли не может проникнуть в образованное пространство полостей, чему препятствуют козырьки. Закладываемая масса через окно в щитоограждения подается в полость под верхним козырьком. Поступление закладочной массы в другие полости под другие козырьки осуществляется через вырезы в них. Объем полостей позволяет разместить весь объем породы, вынутой за цикл, образуя насыпь 15 впереди обрушенных пород кровли 14. 132 Рисунок 4.2.1.1- Общий вид устройства для закладки породы при селективной выемке полезного ископаемого. Рисунок 4.2.1.2- вид А на рисунке 4.2.1.1 Рисунок 4.2.1.3- вид Б на рис. 4.2.1.1 133 Рисунок 4.2.1.4- сечение В-В на рис. 4.2.1.3 Рисунок 4.2.1.5- Общая схема закладки породы при селективной выемке полезного ископаемого. 134 4.3 Разработка устройства для уплотнения породы при селективной выемке полезного ископаемого Поставленная цель достигается следующим образом. Устройство для уплотнения породы при селективной выемке полезного ископаемого содержит закладочный трубопровод с боковым патрубком, щитовое ограждение, соединенное с поддерживающей крепью, козырьки с окнами, прикрепленные к щитовому ограждению; с завальной стороны они дополнительно снабжены боковыми ограждениями, отвалами и гидроцилиндрами с кожухами. При этом боковые ограждения соединены с щитовым ограждением и козырьками, кожух и прикреплены к щитовому ограждению, а штоки гидроцилиндров соединены с отвалами посредством проушин и пальцев с возможностью перемещения в ячейках, образованных боковыми и щитовыми ограждениями и козырьками с окнами. Таким образом, гидроцилиндров, предложенное корпуса которых устройство отличается установлены в кожухах, наличием а штоки гидроцилиндров соединены с отвалами с возможностью перемещения внутри ячеек, сторонами которых служат боковые и щитовые ограждения поддерживающей крепи и козырьки с окнами. На рисунке 4.3.1 показан общий вид устройства; на рисунке.4.3.2 – вид А на рис. 4.3.1; на рис. 4.3.2 – сечение А-А, на рисунке 4.3.3; на рисунке 4.3.4 - вид Б на рис. 4.3.1; на рисунке 4.3.5а, б, в, г - схема закладки породы при выемке полезного ископаемого. Устройство состоит из секций механизированной крепи поддерживающего типа 1, закладочного трубопровода с боковым патрубком 2, выведенным под обратным козырьком 3 за щитовое ограждение 4, к которому с забойной стороны посредством болтового соединения крепится кожух с проушиной 5, в которую вставляется гидроцилиндр 6. Затем производится передвижка перекрытия механизированной крепи 1 за счет наклона (рисунок 4.3.1) при отжатом положении гидроцилиндра 6 с отвалом 13. 135 Рисунок 4.3.1 – Общий вид устройства для уплотнения породы при селективной выемке полезного ископаемого Гидроцилиндр 6 с отвалом 13 возвращается в исходное положение (рисунок 4.3.2) производится досыпка породы, которая трамбуется по аналогии свыше описанной. Рисунок 4.3.2-Флангово-фронтальная разработка пластовых месторождений по «спирали». К штоку гидроцилиндра посредством проушин и пальца присоединяется отвал 7 с ножом 8, который перемещается внутри ячейки 9. Сторонами ячейки служат щитовое ограждение, козырек 10 с окном 11 и боковое ограждение 12. 136 Рисунок 4.3.3 – Сечение устройства для уплотнения породы при селективной выемке полезного ископаемого а) вид А на рисунке 4.3.1; б) сечение А-А на рисунке 4.3.3; в) 1 вид Б на рисунке 4.3.1. Отвал 13 состоит из плиты 14 и вставки 15, которые раздвигаются и сдвигаются при передвижке и имеет паз 16, который скользит по направляющей 17, приваренной к козырьку. Закладочный трубопровод подвешивается к рейке 18 обратного козырька посредством кольца 19. Устройство для уплотнения закладываемой породы при селективной выемке полезного ископаемого работает следующим образом. Селективно извлекаемая породная прослойка из очистного забоя поступает по закладочному трубопроводу с боковым патрубком 2 (рисунок 4.3.4) и заполняет полости ячеек 9 через окно 11 в козырьке 10. Затем в порядке сверху вниз (рисунке 4.3.2) производится выдвижение гидроцилиндра 6 с отвалом 13 поочередно в каждой ячейке. На рисунке 4.3.4 ножки гидростоек механизированной крепи 1 перемещаются, а гидроцилиндр 6 с отвалом 13 возвращается в исходное положение. Предложенное устройство обеспечивает заполнение и уплотнение выработанного пространства породой с подпором на полную вынимаемую мощность пласта и предотвращает проникновение обрушенных пород кровли 137 Рисунок 4.3.4 – Схема закладки породы при выемке полезного ископаемого под козырек при передвижке секций механизированной крепи за счет применения гидроцилиндра с отвалом с возможностью перемещения в ячейке, причем может быть реализовано с существующими серийно выпускаемыми механизированными крепями поддерживающего и поддерживающе- оградительного типов при ведении безотходной, селективной технологии добычи полезного ископаемого при кровле любой устойчивости Выводы 1 Разработана технология, основанная на принципе селективной выемки пластов с применением робототехнологического комплекса. 2 На основе моделирования структуры выбраны и обоснованы составляющие строения КРС, включая манипуляторы ВМФ-5 используемые для создания робототехнологического комплекса селективной выемки пологих, наклонных и крутонаклонных угольных пластов мощностью 2,5-7,0м с оставлением породы в шахте. 3 Проведено усовершенствование конструкции и исследование параметров горных автоматических выемочных манипуляторов типа ВМФ-5, ВМФ-6 в составе КРС. 4 Разработана специальная концепция уплотнения нефти в зональной части очистного забоя. 5 Оформлены патенты и заявка для получения изобретения. 138 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Научный проект посвящен исследованию и разработке горных робототехнологических комплексов для селективной выемки угольных пластов с адаптивно-программным управлением, имеющих в своем составе горного выемочного автоматического манипулятора ВМФ-5. В ходе выполнения работы получены следующие основные научные и практические результаты: 1 Развиты теоретические основы горношахтной роботизации, обоснованы параметры горного робототехнологического комплекса селективной выемкой пологих, наклонных и крутонаклонных угольных пластов мощностью 2,5-7,0м с оставлением породы в шахте. 2 Разработаны и исследованы параметры горного выемочного манипулятора типа ВМФ-5, установлена техническая производительность выемочных манипуляторов ВМФ, позволяющая обосновать нагрузки на очистной забой с учетом влияния горно-технических факторов: для ВМФ-5 – до 3,5 т/мин., при щелевом способе отбойки горных пород. 3 Общим недостатком всех применяемых выемочных агрегатов и комплексов является то, что человек (оператор-машинист) не освобождается от процесса управления, т.е. требуется постоянное присутствие операторамашиниста в зоне выполнения технологического процесса (очистном забое) в условиях с неблагоприятными и опасными для здоровья (запыленность, загазованность, травмоопасность) условиями имеет глубокие социальные последствия. 4 Впервые в мировой практике предлагается инновационный способ резанья угольного пласта стреловидным исполнительным органом горного выемочного манипулятора, который резко снижает удельную энергоемкость резанья на 10 раз по сравнению с существующими очистными комбайнами, предложено заявление на изобретение. 5 Разработана конструктивная схема выемочного горного манипулятора с учетом эффективности и надежности при разработке 139 угольных пластов, а также учитываются как случайные величины различной встречи нарушений угольного пласта. 6 Установлена конструктивная схема как функционального элемента роботизированного комплекса. 7 Разработаны и установлены конструктивные параметры базовых элементов горного выемочного манипулятора для разработки угольных целиков различного назначения с учетом горно-геологических и технологических условий. 8 Разработана технология, основанная на принципе селективной выемки пластов с применением робототехнологического комплекса. 9 На основе моделирования структуры выбраны и обоснованы составляющие строения КРС, включая манипуляторы ВМФ-5, используемые для создания робототехнологического комплекса селективной выемки пологих, наклонных и крутонаклонных угольных пластов мощностью 2,5-7,0м с оставлением породы в шахте. 10 Проведено усовершенствование конструкции и исследование параметров горных автоматических выемочных манипуляторов типа ВМФ-5, ВМФ-6 в составе КРС. 11 Оформлены патенты и 21 заявка для получения изобретения. 140 Список использованных источников 1 Казахстан - 2030. – Алматы: Изд-во Юрист, 2008. – 88с. 2 Концепция перехода Республики Казахстан к устойчивому развитию на 2007-2024 годы. – Астана: 2006. – 22с. 3 Концепция развития угольной промышленности Республики Казахстан на период до 2020 года: одобрена постановлением Правительства Республики Казахстан от 28 июня 2008 года, № 644.– Астана, 2008. – 23с. 4 Сагинов А.С., Квон С.С., Лазуткин А.Г., Ермеков Т.Е. Фланговофронтальная выемка пластовых месторождений. – Алматы: Наука,1983. – 280с. 5 Ермеков Т.Е. Научные основы создания очистных комплексов на базе автоматизированных выемочных манипуляторов для отработки локальных участков и угольных пластов со сложными условиями: дис. ... докт. техн. наук: 05.05.06. – Караганда: КарГТУ, 1996. – 376 с. 6 Лазуткин А.Г., Иваненко П.Т., Ермеков Т.Е. Исследование параметров безредукторных исполнительных органов горной машины // Изв. вузов. Горный журнал. – Алматы, 1983. – № 9. – С. 86-89. 7 Возлюбленная Л.П. Оптимизация режимных параметров исполнительного органа выемочной машины избирательного действия при выборе способа обработки забоя: дис. ... канд. техн. наук: 05.05.06. – Караганда: КарГТУ, 1987. – С. 111. 8 Сарсембаев Т.У.Исследование и обоснование параметров выемочной машины с бесприводной транспортирующей системой: дис… . канд. техн. наук: 05.05.06 – Караганда: КарГТУ, 2004. – 127с. 9 Тазабеков И.И. Основы расчета и компенсация деформации грузонесущего органа многоприводного пластинчатого конвейера: дис….. докт. техн. наук: – Караганда: КарГТУ, 2005. – 274с. 10 Исабеков Т.К. Совершенствование технологии отработки локальных участков платов со сложными горно-теологическими условиями и определение 141 параметров очистной выемки (на примере шахт Карагандинского бассейна): дис. канд. техн.наук: 05.15.02. – Караганда, 1985. – 142с. 11 Исабек Т.К. Создание технологии отработки локальных участков короткими очистными забоями без проведения нарезных выработок: дис. докт. техн. наук: 05.15.02 – Караганда: КарГТУ, 1997. – 415 с. 12 Разработать и создать горную технику для поточного производства при отработке пологих и наклонных целиков угля мощностью 2,0-6.0м с геологическими нарушениями. Отчет НИР (промежут.) /КарПТИ; Руководитель А.С.Сагинов. - №ГР 81061440; Инв.№02829050766. - Караганда, 1981. - 154с. 13 Ермеков Т.Е. Диагностика технических средств и сложных систем: учебное пособие / КарГТУ. – Караганда, 2007. – 69с. 14 Боднер В.А., Рязанов Ю.А., Шаймерденов Ф.А. Основы автоматического управления двигателями летательных аппаратов – М.: Машиностроение, 1973. –246с. 15 Бойцов А.А., Левитес И.А., Лейко Л.Л., Шумейко С.В.. Диагностирование забойного оборудования. – К.: Техніка, 1984. – С. 3-5. 16 Ютт В.Е., Рузавин Г.Е. Электронные системы управления ДВС и методы их диагностирования. – М.: Изд-во Горячая линия – Телеком, 2007. – 104с. 17 Les methods d, exploitation des Houilleres francaises.// «Industie minerale les Texnigues», 1993.№ 2.P.54-62 18 Ли Т.Г., Адамс Г.Э., Гейнз У.М. Управление процессами с помощью ЭВМ моделирование и оптимизация / перевод с англ.; под редакцией В.И. Мудрова). – М.: Советское радио, 1972. – 311с. 19 Юрьевич Е.И. Основы робототехники. – 2-е издание / учебное пособие. – Санкт-Петербург: Изд-во БХВ-Петербург, 2005. – 394с. 20 Макаров И.М., Топчеев Ю.И. Робототехника: История и перспективы. – М.: Наука: Изд-во МАИ, 2003. – С. 349. 21 Gosselin Cm. Parallel computational algorithms for the kinematics and dynamics of planar and spatial parallel manipulators//Journal of dynamic systems 142 measurement and control-transactions of the asme. – 1996. – Vol. 118, № I. – Р.2228. 22 Gosselin Cm., Jean M. Determination of the workspace of planar parallel manipulators with joint limits // Robotics and autonomous systems. – 1996. – Vol. 17, № 3. – Р.129-138. 23 Gosselin Cm., Perreault l., Vaillancourt C. Simulation and computer-aided kinematic design of 3-degree-of-freedom spherical parallel manipulators // Journal of robotic systems. – 1995. – Vol.l2, № l2. – P.857-869. 24 Han K., Chung W., Youm Y. New resolution scheme of the forward kinematics of parallel manipulators using extra sensors // Journal of mechanical design. – 1996. – Vol. 118, № 2. – P.214-219. 25 Hunt K., Primrose E. Assembly configurations of some in-parallel-actuated manipulators // Mechanism and machine theory. – 1993. – Vol.28, N. 1. – P.31-42. 26 Boudreau R., Turkkan N. Solving the forward kinematics of parallel manipulators with a genetic algorithm // Journal of robotic systems. – 1996. – Vol. 3, № 2. – P. 111-125. 27 Ceccarelli M. A synthesis algorithm for three-revolute manipulators by using an algebraic formulation of workspace boundary // Trans. ASME J. Mech. Des. – 1995. – № 2A. – P. 298-302. 28 Медведев В.С., Лесков А.Г., Ющенко А.С. Системы управления манипуляционных роботов. – М.: Наука, 1978. – 416с. 29 Конюх В.Л., Тайлаков О. В. Предпроектный анализ шахтных робототехнических систем. – Новосибирск: Наука. Сиб.отд-ие, 1991. – 182с. 30 Бурдаков С.Ф., Дьяченко В.А., Тимофеев А.Н. Проектирование манипуляторов промышленных роботов и роботизированных комплексов. – М.: Высшая школа, 1986. – 68с. 31 Тайманова Г.К. Синтез безударного движения при программном управлении исполнительным органом проходческого комбайна: дис. канд. техн. наук: – Караганда: КарГТУ, 2002. – 117с. 143 32 Методические рекомендации по повышению эффективности применения выемочных машин-манипуляторов фронтально-избирательного действия ВМФ. – Караганда, КарПТИ, 1986. – 23с. 33 Сапожников В.В., Сапожников Вл. В. Основы технической диагностики. – М.: Изд-во Маршрут, 2004. – 316с. 34 Ермеков Т.Е., Исабеков Т.К. Создание очистного комплекса для селективной выемки угольных пластов//Механизация работ на угольных шахтах: межвузовский сборник ТПИ. – Тула, 1988. С.30-31. 35 Лазуткин А.Г., управление выемочной Аркенов О.Ж., Ермеков Т.Е. Автоматическое машиной ВМФ-4Н // Изв.вузов. Горный журнал. – 1981. – № 10. – С. 78-81. 36 Лазуткин А.Г., Иваненко П.Т., Ермеков Т.Е. Исследование параметров безредукторных исполнительных органов горной машины // Изв. вузов. Горный журнал. – 1983. – № 9. – С. 86-89. 37 Лазуткин А.Г., Ермеков Т.Е., Возлюбленная Л.П. Имитационная модель стружкообразования горнодобывающего автоматического манипулятора // Изв. вузов. Горный журнал. – 1985. – № 2. – С. 63-68. 38 Ермеков Т.Е. Технологические схемы разработки пластов со сложными горно-геологическими условиями выемочными машинами фронтально- флангово-избирательного действия ВМФ // Информационный листок о научнотехническом достижении КазНИИНТИ при Госплане КазССР. Серия 07-06. – 1982. – № 82-26. – 5с. 39 Ермеков Т.Е. Выемочные машины для разработки пластов со сложными горно-геологическими условиями // Информационный листок о научно-техническом достижении КазНИИНТИ при Госплане КазССР. Серия 07-06. – 1982. – № 82-26. – 6с. 40 Ермеков Т.Е., Лагай В.А. Создание роботизированного агрегата на базе микропроцессорной техники // Доклады Всесоюзной научно-технической конференции «Создание технологии безлюдной выемки угля с применением средств роботизации производственных процессов». – М., 1986. – С. 46-57. 144 41 Ермеков Т.Е. Научные основы проектирования роботизированного комплекса для селективной безотходной выемки угольных пластов // Тезисы докладов международной вузовской научно-практической конференции «Надежность и качество горных машин». – М., 1992. – С. 4-9. 42 Ельчанинов Е.А. Рациональные технологические схемы отработки целиков на угольных шахтах и эффективность их применения // Материалы научно-технического совещания: «Разработка технико-экономического обоснования рациональной технологии выемки полезных ископаемых из целиков на действующих горных предприятиях». – Фрунзе, 1988. – С. 10-11. 43 Шулятьиева Л.И. Технолого-экономическое обоснование вариантов развития угледобывающих предприятий в условиях рынка // Труды научнопрактической конференции «Актуальные проблемы горно-металлургического комплекса Казахстана» посв. 50-летию КарГТУ. –Караганда, 2003. – С. 65-67. 44 Thring М. UK Study: Remote - Controlled Miner // Coal age. – 1977. – № 6. – P. 16-22. 45 Tregelles P. G. An apprecation of the potential for robots and telehirs in the mining industry // Mining Technology. – 1982. – Vol. 64, № 742. – P. 359-363. 46 Foster J. Can the robot be the miner's friend? / Industrial Robot.- 1983.-Vol. 4. – P. 102-103. 47 Барац Ю.M. и др. О создании базового мобильного промышленного робота для угольных шахт // Механизация и автоматизация пр-ва. – 1980. – №1. 1980. – С. 12-14. 48 Робототехника и гибкие автоматизированные производства. – М.: Системные принципы создания гибких автоматизированных производств; М.: Высш. шк., 1986. – Кн. 1. – 175с. 49 Бубликов В. М., Иванов А. А. О создании роботов для угольной промышленности // Уголь. – 1983. – №6. – С. 42-44. 50 Цейтлин Ю. А., Кухарев Е. В. Технологический аспект создания роботизированного комплекса для проведения горных выработок // Тез. докл. 4145 ого Всесоюз. совещания по робототехническим системам. – Киев, 1987. – Ч. 2. – С. 271-273. 51 Робототехника/под ред. Е. П. Попова, Е. И. Юревича. – М.: Машиностроение, 1984. – 288с. 52 Малахов Г. М., Малахов И. П. Основы роботизации процессов добычи железных руд. – Киев: Наука думка, 1988. – 180с. 53 Сагинов А.С., Ермеков Т.Е., Лагай В.А. Применение средств микропроцессорной техники при создании роботизированного фронтального агрегата//Материалы Всесоюзной научно-технической конференции «Конструирование и технология микропроцессорных устройств». – Рига, 1986. – С. 9-16. 54 Авт. св. № 212922, КЛ, 5в, 40. Машины фронтального действия для безлюдной выемки угля // Бюллетень изобретений. – 1968. – № 10. 55 Ермеков Т.Е., Бекенов Т.Н., Арпабеков М.И. «Горные машины»: учебное пособие / ЕНУ им. Гумилева, КарГТУ, – Астана: Изд-во Фолиант, 2005. – 280с. 56 Инновационный патент № 23537 от 5 .11.2010г. «Устройство для управления горного выемочного манипулятора» (авторы: Ермеков Т.Е., Шоланов К.С., Арпабеков М.И.), ЕНУ им. Л.Н. Гумилева. Заявка №2009/1447.1 от 08.06.2009. Опубл. 15.12.2010. бюллетень № 12. 57 Инновационный патент «Устройство для уплотнения породы при селективной выемке полезного ископаемого». (Ермеков Т.Е., Шоланов К.С., Арпабеков М.И.), Заявка № 2010 /0306.1 Опубл. 15.12.2011. бюллетень №8. 58 Баранов В.В., Третьяков З.Д. Технико-экономический анализ роботизированных технологических комплексов и перспективы повышения эффективности робототехники. – М., I987. – 48с. 59 Графов Л.Л. и др. Перспективы безлюдней выемки угля роботизации. – М.: ЦНИИЭИуголъ, 1986. – 65с. 146 на основе 60 Системы и устройства автоматики для горных предприятий на основе микроэлектроники и микропроцессорной техники / под ред. Ю.Н. Камышина и Л.Г. Мелькумова. – М.: Недра, 1992. – 363с. 61 Автоматизация подземных горных работ / под ред. проф. Иванова А.А. – Киев: Вища школа, 1987. – 328с. 62 Романенко В.Д., Игнатенко Б.В. Адаптивное управление технологическими процессами на базе микроЭВМ. – Киев: Вища школа, 1990. – 334с. 63 ГОСТ 26.002-81. ЕССП. Комплексы средств измерений и автоматизации агрегатные. Общие положения, классификация и принципы построения. – М.: Изд-во стандартов, 1981. 64 Воробьев Е.И., Бабич А.В., Жуков К.П. и др. Механика промышленных роботов / под. ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева. Кн.3: Основы конструирования / – М: Высш. Шк., 1989. 383с. 65 А.Г.Лесков, А.С. Ющенко. Моделирование и анализ робототехнологических систем с помощью ЭВМ. – М.: Мащшиностроение, 1992. 66 А.с. 1479690 СССР. Опорно-поворотное устройство / Ермеков Т.Е. и др.: // опубл. Бюл. №32. Е 21 F 15/04 – 1989. – 4с. 67 А. с. 210787 СССР. Щитовой агрегат / Ермеков Т.Е. и др.// опубл. Бюл. №32. Е 21 F 15/0 – 1968. – № 7.– 4с. 68 Ютт В.Е., Рузавин Г.Е. Электронные системы управления ДВС и методы их диагностирования: учебное пособие. – М.: Горячая линия - Телеком, 2007. – 104с. 69 Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных пластах – М.: Изд-во стандартов, 1981. 70 Ермеков Т.Е. Научные основы проектирования роботизированного комплекса для селективной безотходной выемки угольных пластов // Тезисы докладов международной научно-практической конференции «Надежность и качество горных машин» / М.: МГИ. – 1992. – С. 4-9. 147 71 Ермеков Т.Е., робототехнологических Арпабеков комплексов геотехнических ситуации // М.И. для Разработка сложных и горных чрезвычайных Труды межд. научно-практ-конф. «Актуальные проблемы горно-металлургического комплекса Казахстана». – Караганда: КарГТУ, 2005. – С. 37-39. 72 Ермеков Т.Е., Арпабеков М.И. Создание робототехнологических комплексов селективной выемки угольных пластов в сложных геотехнических ситуациях // Материалы III Межд. научная-практ. конф. «Научно-технический прогресс в металлургии» посв. 60-летию АО Кар.Мет. институт. – Темиртау, 2005. – С. 27-29. 73 Инновационный патент № 23535 от 5 .11.2010г. «Устройство горного выемочного манипулятора» (авторы: Ермеков Т.Е., Шоланов К.С., Арпабеков М.И.), ЕНУ им. Л.Н. Гумилева. Заявка № 2009/1446.1 от 08.12.2009. Опубл. 15.12.2010. бюллетень № 12. 74 Ермеков Т.Е., Арпабеков М.И. Характерные геометрические характеристики исполнительного органа и возможные его варианты его управления // Материалы межд. научно-практ. конф. посв. 45-летию ЦИСИ «Современная архитектура, строительство и транспорт: состояние и перспективы и развития» / Астана– ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2009. – С. 99-102. 75 Ермеков Т.Е., Арпабеков М.И. Горные и строительные робототехнологические комплексы: учебник. – Астана: ТОО изд. Фолиант», 2008. – 332с. 76 А.С. 817251 СССР. Опорно-поворотное устройство / Ермеков Т.Е. и др.; опубл. 30.03.81., Бюл №7.- 4с. 77 Ермеков Т.Е., Арпабеков М.И. Изыскание конструкции закладочного устройства для селективной выемки // Научный журнал «Хабаршы- Вестник» ЕНУ им. Гумилева. – Астана, 2009. – № 6 (73). – С. 2834. 78 Ермеков Т.Е., М.И. Арпабеков Выбор эффективного способа обработки угольного пласта выемо чными манипуляторами // Вестник 148 ВКГТУ им. Д. Серикбаева. Научный журнал. – Усть-Каменогорск: Изд-во ВКГТУ, 2009. – № 4. – С. 31-38. 79 Чипулис В.П., Шаршунов С.Г. Анализ и построение тестов цифровых програмно-управляемых устройств.– М.: Энергоатомиздат, 1992. – С. 224. 80 Климов Ю.И., Дрижд Н.А., Климов А.Ю. Моделирование насосноаккумуляторного привода передвижки крепи механизированного комплекса // Труды третьего межд. науч. симп. «Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия» Орел: ОрелГТУ, 2006. – С. 250255. 81 Брусленко Н.П. Моделирование сложных систем.– М., 1978. – 399с. 82 Ермеков Т.Е., Арпабеков М.И. Выбор оптимальной организации рабочего процесса выемочных манипуляторов // Вестник Жезказганского университета им. О.А. Байконурова. – Жезказган, 2009. – № 2. –С. 87-93. 83 Ермеков Т.Е., Арпабеков М.И. Изыскания и создание средства управления роботизированного комплекса для селективной выемки угольных пластов // Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С.Сейфуллина. Серия экономических, технических, гуманитарных наук и архитектуры. – Астана, 2009. –№ 4 (55). – С. 336-339. 84 Ермеков Т.Е., Арпабеков М.И. Совершенствование конструкции и исследование параметров горного выемочного манипулятора типа ВМФ // Вестник Кыргызского аграрного университета. – Бишкек, 2009. – № 1 (12). – С. 103-108. 85 Шахинпур М. Основы робототехники / перевод с английского С.С. Дмитриева. – М:. Мир, 1990. – 527с. 86 Джолдасбеков У.А. Преобразование пространственной ортогональной системы координат при одновременных независимых поворотах вокруг её трех осей // Вестник АН КазССР . – 1972. – № 4. 87 Зенков Р.П., Ивашков И.И., Колобов Л.Н транспорта. – М.: Машиностроение, 1987. – 431с. 149 Машины непрерывного 88 Хаяси Т. Нелинейные колебания механических систем. – М.: Мир, 1973. 89 Ермеков Т.Е., Арпабеков характеристики исполнительного М.И. Характерные геометрические органа и возможные его варианты управления. // Материалы межд. Научно-практ. конф., посв. 45-летию ЦИСИ «Современная архитектура, строительство и транспорт: состояние и перспективы и развития» / ЕНУ им. Л.Н.Гумилева. – Астана, 2009. – С. 99 – 102. 90 Ермеков Т.Е., Арпабеков М.И.. Определение зоны резания для различных режимов работы манипулятора // Журнал Вестник КазАТК им. М.Тынышбаева. – Алматы, 2009. – № 4 (59). – С. 118 -123. 91 Ермеков Т.Е., Арпабеков М.И.. Горные машины. По рекомендацию Министерства образования и науки Республики Казахстан для организаций начального и среднего профессионального образования: учебник. – Астана: «Фолиант», 2009. – 372с. 92 Ермеков Т.Е., Шоланов К.С., Арпабеков М.И. Научные основы решения, а также обоснование параметров горных и строительных робототехнологических комплекесов. – Алматы: Изд-во Эверо, 2009. – 272с. 93 Ермеков Т.Е., Исмагамбетов М.У., Арпабеков М.И. Технологиялық машиналар динамикасы: оқу құралы / ЕНУ им. Л.Н.Гумилева. – Астана, 2007. – 128с. 94 Лазарев В.Г., Пийль Е.И. Синтез управлюящих автоматов. – М.: Энергия, 1987. – 408с. 95 Дейч А.М. Методы идентификации динамических объектов. – М.: Энергия, 1979. – 240с. 96 Ермеков Т.Е. Адаптивно – программное управление диагностическом состоянии горного оборудования Наука и образования ведущий фактор стратегии «Казахстан 2030» // Труды межд. науч. конф. МОН РК / КарГТУ. – Караганда, 2006. – Вып. 2. – С. 21-24. 150 97 Ермеков Т.Е., Шоланов К.С., Арпабеков М.И. Технологические схемы роботизированного комплекса для безотходной экологически чистой селективной выемки // Научно-технический и производственный Горный журнал Казахстана. – Алматы, 2010. – № 2. – С.30-33. 98 Ермеков Т.Е., Тазабеков И.И., Арпабеков М.И. Методика расчета определения эксплуатационных параметров транспортирующего става в составе роботизированного комплекса КРС // Вестник Кыргызского аграрного университета. – Бишкек, 2009. – № 1 (12). – С.98-103. 99 Ермеков Т.Е., Тазабеков И.И., Арпабеков М.И. Задачи технической диагностики для селективной выемки роботизированного комплекса КРС // Научные труды межд. научно-практ. конф. «Актуальные проблемы горно металлургического комплекса Казахстана» (Сагиновские чтения 1) / КарГТУ. – Караганда 2009. – Ч. 1. – С.192-195. 100 Ермеков Т.Е., Мухатчина Ф.У. Разработка программы управления твердо-бытовыми отходами в условиях г. Астаны // Матер. межд. .науч.-практ. .конф. «Экол. безопасность убранизированных территории в условиях устойчивого развития». – Астана, 2006. – С. 225-233. 101 Ермеков Т.Е., Арпабеков М.И. Определение нагрузок и удельной энергоемкости на рабочем органе манипулятора // Вестник Жезказганского университета им. О.А. Байконурова. – Жезказган, 2009. – № 2. – С.83-87. 102 Инновационный патент на изобретение № 24908. «Противоотжимное устройство механизированной крепи». (авторы: Т.Е. Ермеков, М.И.Арпабеков), ЕНУ им. Л.Н. Гумилева. Заявка № 2010/0309.1 от 17.03.2010. Опубл. 15.11. 2011. бюллетень №11. 151