2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.18454/pmi.2016.5.717 pmi-5896 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5896 Электромеханика и машиностроение Electromechanics and mechanical engineering PNB type loader shoveling arm motion irregularity in dependence of its mass Неравномерность движения нагребающей лапы погрузочной машины типа ПНБ в зависимости от ее массы Timofeev I. P. Тимофеев И. П. Timofeev I. P. partim@mail.ru Санкт-Петербургский горный университет (Россия) (Saint-Petersburg Mining University (Russia) Kuzkin A. Yu. Кузькин А. Ю. Kuzkin A. Yu. kuskinay@bk.ru Санкт-Петербургский горный университет (Россия) (Saint-Petersburg Mining University (Russia) 24 10 2016 2016 221 717 723 18 11 2015 10 01 2016 24 10 2016 © I. P. Timofeev, A. Yu. Kuzkin 2016 И. П. Тимофеев, А. Ю. Кузькин I. P. Timofeev, A. Yu. Kuzkin CC BY 4.0 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5896

Сформулированы требования к траектории движения передней кромки лапы погрузочной машины типа ПНБ для обеспечения максимальной площади захвата насыпного груза при условии вписываемости траектории в размеры приемной плиты. Проанализированы кинематические схемы механизма нагребающих лап. Предложены рациональные параметры механизма, обеспечивающие увеличение объема единичного захвата насыпного груза в 1,5 раза и, как следствие, повышение теоретической производительности машины на 30 %. Представлена методика определения площади, заключенной в сложной траектории движения передней кромки лапы. Разработана математическая модель движения нагребающей лапы с криволинейной хвостовой частью с использованием методов векторной алгебры, центральных разностей второго порядка и триангуляции. Геометрические параметры механизма рабочего органа погрузочной машины описываются линейным уравнением, определяющим функциональную зависимость координат положения передней кромки лапы от угла поворота ведущего звена и параметров кинематической схемы. Исследовано влияние общей массы нагребающей лапы на коэффициент неравномерности хода механизма. Установлено, что перераспределение масс рабочей и хвостовой частей лапы в пределах заданной общей массы снижает коэффициент неравномерности хода.

Requirements are formulated on motion trajectory of the front edge of the arm of PNB type loader needed to provide the maximum shoveling of bulk mass under the condition of fitting that trajectory into the dimensions of reception plate. Kinematic schemes are analyzed of mechanisms of shoveling arms. Rational parameters are suggested for that mechanism, which provide a 1.5 times increase of single-time shoveling of bulk load resulting in a 30 % increase of theoretical capacity of the machine. A technique is presented of defining the area embraced by the complex motion trajectory of the front edge of the arm. A mathematical model is designed of motion of the shoveling arm with curvilinear tail part using the techniques of vector algebra, second order central differences and triangulation. Geometric parameters of the mechanism of work tool of the loader are described by a linear equation yielding the functional dependence of coordinates of the position of front edge of the arm on the turning angle of the leading joint and the parameters of kinematic scheme. The effect is studied of the total mass of shoveling arm on the irregularity factor of mechanism motion. It is found that redistribution of mass between the work tool and the tail part of the arm within the given total mass of the tool suppresses the motion irregularity factor.

 Ключевые слова погрузочная машина механизм нагребающая лапа параметр производительность траектория коэффициент масса Keywords loader mechanism shoveling arm parameters capacity trajectory factor mass Афонина Н.Б. К разработке методики исследования погрузочных органов проходческих комбайнов с нагребающими звездами // Горное оборудование и электромеханика. 2013. № 2. С.25-30. Afonina N.B. On developing a technique to study loading tools of headers with shoveling stars. Gornoe oborudovanie i jelektromehanika. 2013. N 2, p.25-30 [in Russian]. Васильева М.А. Повышение производительности погрузочной машины совершенствованием механизма нагребаю- щих лап: Автореф. дис…канд. техн. наук / Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». СПб, 2012. 21 с. Vasil'eva M.A. Increasing the capacity of loader via upgrades to its shoveling arm mechanism: Avtoref. dis…kand. tehn. nauk. Nacional'nyj mineral'no-syr'evoj universitet «Gornyj». St. Petersburg, 2012, p.21 [in Russian]. Вержбицкий В.М. Основы численных методов: М.: Высшая школа, 2002. 840 с. Verzhbickij V.M. Foundations of Numerical Techniques: Moscow: Vysshaja shkola, 2002, p.840 [in Russian]. Волков Е.А. Численные методы. М.: Наука, 1987. 248 с. Volkov E.A. Numerical techniques. Moscow: Nauka, 1987, p.248 [in Russian]. Евграфов А.Н. Расчет и проектирование механизмов и машин с помощью ЭВМ / СПбГТУ. СПб, 1992. 80 с. Evgrafov A.N. Computer aided computing and designing machine mechanisms. SPbGTU. St. Petersburg, 1992, p.80 [in Russian]. К вопросу систематизации конструкции и кинематических схем погрузочных органов непрерывного действия / А.В.Отроков, Г.Ш.Хазанович, И.Е.Колесниченко, В.Г.Хазанович // Современные проблемы науки и образования. 2014 № 4. URL: www.science-education.ru/118-13857. Otrokov A.V., Hazanovich G.Sh., Kolesnichenko I.E., Hazanovich V.G. On the issue of systematizing design and kinematic schemes of continuous operation loading tools. Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. 2014. N 4. URL: www.science-education.ru/118-13857 [in Russian]. Кравченко П.Д. Влияние неравномерности перемещения нагребающих лап на производительность и энергоемкость погрузки / П.Д.Кравченко, И.Ф.Рюмин // Труды Новочеркасского политехнического ин-та. 1970. Т.218. С.119-125. Kravchenko P.D., Rjumin I.F. Effect of irregularity of motion of the shoveling arm on loading capacity and power consumption. Trudy Novocherkasskogo politehnicheskogo in-ta. 1970. Vol.218, p.119-125 [in Russian]. Крисаченко Е.А. Исследование процесса взаимодействия рабочего органа погрузочных машин с парными нагребающими лапами со штабелем насыпного крупнокускового материала: Автореф…канд. техн. наук / ЮРГПУ. Новочеркасск. 1971. 21 с. Krisachenko E.A. Studying the process of interaction of work tools of loaders featuring paired shoveling arms with piled lumpy bulk substance: Avtoref…kand. tehn. nauk. JuRGPU. Novocherkassk. 1971, p.21 [in Russian]. Лойцянский Л.Г. Курс теоретической механики / Л.Г.Лойцянский, А.И.Лурье. В 2-х т. Т.2. М.: Наука, 1983. 640 с. Lojcjanskij L.G., Lur'e A.I. A Course of Theoretical Mechanics. V 2-h tomah. Vol.2. Moscow: Nauka, 1983, p.640 [in Russian]. Малевич Н.А. Горнопроходческие машины и комплексы. М.: Недра, 1980. 384 c. Malevich N.A. Mining heading machines and complexes. Moscow: Nedra, 1980, p.384 [in Russian]. Машины и оборудование для проведения горизонтальных и наклонных горных выработок / Под общей ред. Б.Ф.Братченко. М.: Недра, 1975. 416 с. Machines and equipment for horizontal and tilt mining excavation. Pod obshhej red. B.F.Bratchenko. Moscow: Nedra, 1975, p.416 [in Russian]. Обоснование рациональных параметров механизма нагребающих лап шахтной погрузочной машины / Н.А.Белоус, А.Ю.Кузькин, Г.В.Соколова, И.П.Тимофеев // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 4. URL: www.science-education.ru/118-13901. Belous N.A., Kuz'kin A.Ju., Sokolova G.V., Timofeev I.P. Substantiating rational parameters of mechanisms for shoveling arms of underground mine loader. Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. 2014. N 4. URL: www.science-education.ru/118-13901 [in Russian]. Патент № 2560013 РФ. Погрузочная машина / И.П.Тимофеев, Г.В.Соколова, Н.А.Белоус, А.Ю.Кузькин, Г.А.Колтон. Опубл.20.08.15. Бюл. № 23. Timofeev I.P., Sokolova G.V., Belous N.A., Kuz'kin A.Ju., Kolton G.A. Patent N 2560013 RF. Loader. Opubl.20.08.15. Bul. N 23 [in Russian]. Тимофеев И.П. Влияние геометрических параметров механизма нагребающих лап шахтной погрузочной машины на ее производительность / И.П.Тимофеев, М.А.Васильева, А.Ю.Кузькин // Материалы Международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого – взгляд в будущее»; ТулГУ. Тула, 2011. C.56-58. Timofeev I.P., Vasil'eva M.A., Kuz'kin A.Ju. Effect of geometric parameters of the mechanism of shoveling arms of mine loaders on their capacity. Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii molodyh uchenyh i studentov «Opyt proshlogo – vzgljad v budushhee»; TulGU. Tula, 2011, p.56-58 [in Russian]. Тимофеев И.П. Оптимизация параметров механизма нагребающей лапы погрузочной машины типа ПНБ / И.П.Тимофеев, Н.А.Белоус, А.Ю.Кузькин // Записки Горного института. 2014. Т.209. C.13-17. Timofeev I.P., Belous N.A., Kuz'kin A.Ju. Optimization of kinematic parameters of shoveling arm mechanism for PNB type loaders. Zapiski Gornogo instituta. 2014. Vol.209, p.13-17 [in Russian]. Филд А. Функциональное программирование / А.Филд, П.Харрисон. М.: Мир, 1993. 637 с. Fild A., Harrison P. Functional Programming. Moscow: Mir, 199, p.637 [in Russian]. Хазанович Г.Ш. Теоретические исследования формирования нагрузок в клиновом тягово-транспортирующем органе проходческого перегружателя / Г.Ш.Хазанович, Р.В.Каргин, А.С.Носенко // Научно-технические и социально-экономические проблемы Российского Донбасса: Материалы 49-й научно-производственной региональной конференции; СКНЦ ВШ. Рос- тов-на-Дону. 2000. С.109-114. Hazanovich G.Sh., Kargin R.V., Nosenko A.S. Theoretical studies of load formation in the cline pulling transportation tool of the digger off-loader. Nauchno-tehnicheskie i social'no-jekonomicheskie problemy Rossijskogo Donbassa: Materialy 49-j nauchno- proizvodstvennoj regional'noj konferencii; SKNC VSh. Rostov-na-Donu. 2000, p.109-114 [in Russian].