Ученые Пермского Политеха разработали модель, которая улучшит работу горного комбайна

Исследование опубликовано в журнале «Известия вузов. Горный журнал», № 2, 2024. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

В условиях сложной геологии часто происходит так, что комбайн попадает в ситуацию, когда площадь забоя оказывается меньше площади поперечного сечения исполнительного органа машины, т. е. ее резцового инструмента. Это называется «работа неполным сечением выработки». Получается, что некоторые механизмы периодически работают «вхолостую», в результате чего существенно возрастают динамические нагрузки на детали комбайна.

Для определения наиболее рациональных условий работы механизмов на калийном месторождении ученые Пермского Политеха разработали модель нагруженности приводной системы комбайна в зависимости от высоты забоя. Политехники учитывали зону разрушения горного массива, силы и момент резания исполнительного органа машины.

— Во время работы комбайна происходит так, что часть исполнительного органа не взаимодействует с горным массивом в зоне его разрушения. Учет этой области важен для определения количества резцов, которые не участвуют в отбойке руды. Это позволяет добиться большей точности расчетов, — поясняет Геннадий Трифанов, заведующий кафедрой горной электромеханики ПНИПУ, профессор, доктор технических наук.

Достоверность модели политехники подтвердили реальным экспериментом — провели испытания высокопроизводительного горного комбайна «Урал-20Р», который занимает доминирующее положение в разработке калийных руд в России.

Максимальное отклонение между значениями теоретической модели и данными измерений составляло 10%. Это можно объяснить реальными условиями эксплуатации горного комбайна, например, неоднородностью массива калийной руды, из-за чего ее сопротивление резанию может увеличиваться или уменьшаться в разное время.

Ученые Пермского Политеха также выявили зависимость эффективности работы комбайна от высоты подрубки пласта калийной руды.

— Мы учитывали колебания нагрузки, силу резания, удельные энергозатраты. Работа комбайна до 400 мм высоты подрубки оказалось малоэффективной, при этом зона 400–1300 мм показала высокую рентабельность. Самый динамический нагруженный диапазон находится в пределах 1300-1900 мм. Поэтому оптимальный диапазон высоты подрубки пласта — 400-1300 мм и 1900-2800 мм, — рассказывает Владислав Куоза, аспирант кафедры горной электромеханики ПНИПУ.

Исследование ученых Пермского Политеха позволяет оптимизировать работу горных комбайнов. Разработанная модель нагруженности приводной системы машины улучшит производительность и снизит риск аварийных ситуаций при работе неполным сечением выработки.