Все статьи

25.12.2021

Створення та освоєння серійного виробництва очисних комбайнів нового покоління для гірничодобувної промисловості України

УДК 621.9

У АТ «ХАРКІВЬКИЙ МАШИНОБУДІВНИЙ ЗАВОД «СВІТЛО ШАХТАРЯ» успішно вирішена важлива науково-технічна проблема – створення та освоєння серійного виробництва обладнання нового покоління для гірничодобувної промисловості України. Конструкторські, технічні та експлуатаційні характеристики створеного очисного комбайну УКД200-500 на рівні із світовими аналогами. Для забезпечення завдань по впровадженню в конструкцію очисних комбайнів нового покоління ріжучих частин із редукторами з зубчатими передачами, яки дозволяють суттєво підвищити ефективність, довговічність та економічність, необхідно підвищення технічного рівня їх виробництва. Удосконалення технології виготовлення деталей та вузлів очисного комбайну, пошук нових більш досконалих методів обробки та складання, забезпечення високих норм точності виготовлення зубчатих передач, а також зниження трудомісткості є дуже актуальними завданнями як з точки зору підвищення надійності і економічності комбайну, так і з точки зору зниження їх собівартості у виробництві. Розглянуто технологічні можливості заводу з серійного випуску очисного комбайну нового покоління .

Постановка проблеми. Виробництво обладнання для гірничодобувної промисловості – це складний наукомісткий та комплексний технологічний процес. Для цього необхідно мати сильний науково-інженерний потенціал та потужну інтелектуальну та виробничу базу. Все це є в АТ «ХАРКІВЬКИЙ МАШИНОБУДІВНИЙ ЗАВОД «СВІТЛО ШАХТАРЯ».

Мета роботи. Створення очисних комбайнів нового покоління для гірничодобувної промисловості України та освоєння серійного наукомісткого виробництва для виготовлення продукції світового рівня.

Основний матеріал. Діяльність підприємства здійснюється за замкненим циклом: від дослідження, проектування, підготовки виробництва, виробництва до шефмонтажу та техобслуговування поставленого обладнання.

Зупинимося на конструкторських, технічних та експлуатаційних особливостях створеного очисного комбайну УКД200-500 нового покоління та технологічних особливостях його серійного виробництва.

Комбайн очисний УКД200-500 (рис. 1) призначений для механізованого вилучення вугілля у складі очисних комплексів, в очисних вибоях пологих і похилих пластів потужністю 0,85-1,5м, що рухаються по простяганню з кутами нахилу до 35°, а також по повстанню та падінню з кута 10°, при опірності вугілля різанню до 480 кН/м.

Комбайн УКД 200-500 є машиною різальної дії, оснащеною шнековими виконавчими органами для руйнування і навантаження вугілля на конвеєр. Переміщення комбайна скребковим конвеєром здійснюється за допомогою винесеної системи подачі.

Очисний комбайн УКД200-500 забезпечує:

  • механізовану виїмку вугілля по всій потужності пласта та довжині вибою без попередньої підготовки ніш при розташуванні приводів забійного конвеєра на штреку або з мінімальними розмірами ніш у лаві на довжину приводів (рис.2);
  • виїмку пласта із включеннями породних прошарків та напливів міцністю до 5 одиниць за шкалою проф. Протодияконова сумарною площею до 12 % потужності пласта, що виймається;
  • човникову виїмку або виїмку за односторонньою схемою із зворотним зачисним ходом комбайна;
  • механізоване навантаження вугілля спільно із зачисним лемешем вибійного конвеєра, що виключає ручне зачищення ґрунту пласта.

Основні технічні та експлуатаційні особливості комбайна УКД200-500:

  • підвищення енергоозброєності приводу різання до 500 кВт;
  • повна уніфікація редукторів різання (без лівого/правого виконання);
  • можливість демонтажу електродвигунів без розстикування комбайна;
  • полегшено складання/розбирання основних вузлів комбайна;
  • забезпечена вписуваність комбайна при потужності пласта 0,85 м на пластах з неспокійною гіпсометрією;
  • застосування комбайна на вугіллі з опірністю різання до 480 кН/м;
  • можливість відпрацювання лав довжиною до 300 м;

Основні конструктивні особливості комбайна УКД200-500:

  • розташування корпусу комбайна в уступі забою;
  • адаптована до верхняків кріплення конструкція порталу;
  • розрахункова довговічність силових елементів редукторної групи 15000 годин;
  • можливість застосування винесеної системи подачі з тяговим зусиллям 300 кН;
  • ріжучі частини комбайна обладнані індикаторами рівня мастила, розташовані із завального боку;
  • застосована вдосконалена система заправки комбайна мастильними матеріалами, що виключає попадання в редуктори абразивних частинок;
  • оснащення шнеків системою пилоподавлення із захистом від фрикційного іскріння.
  • гідросистема з водяним охолодженням та можливістю встановлення різних типів насосів за бажанням замовника.

На рис.3 показаний очисний комплекс 09МДН у складі кріпи 09ДТ, комбайну УКД200-500, конвеєра СП251.
У табл.1 наведені технічні характеристики комбайна УКД200-500 у порівнянні із зарубіжними комбайнами, яки свідчать про його велику конкурентоспроможність.
Компоновка комбайна УКД200-500 наведена на рис.4
Ріжуча частина очисного комбайна УКД200-500 (рис. 5) є уніфікованою, що дозволяє встановлювати її як з лівого, так і з правого боку рами. Ріжуча частина є триступінчастим редуктором з електродвигуном. Кожен ступінь редуктора розташований в окремій герметичній камері, захищеній від проникнення абразивних частинок.
У кожній камері є масляна ванна для змащування підшипників та зубчастих передач. Контроль рівня мастильного матеріалу в масляних камерах проводиться за індикаторами рівня мастила, розташованим із завальної сторони редуктора.
У корпус редуктора вбудована триконтурна система охолодження із розділеними паралельними потоками. Охолодження швидкохідного ступеня циліндричної прямозубої передачі здійснюється шляхом вбудованого радіатора, планетарного ступеня за допомогою одноконтурної сорочки охолодження, тихохідного ступеня прямозубої циліндричної передачі через виконані в корпусі канали охолодження.
Між другим і третім щаблем редуктора розташований зрізний елемент, у вигляді шліцевого валу, що виключає аварійний вихід з ладу елементів редукторної групи. Згладжування динамічних пікових навантажень здійснюється торсіонним валом, розташованим усередині валу ротора електродвигуна фірми DAMEL. У двигун також вбудований механізм вимкнення різальної частини.
Маса ріжучої частини із двигуном – 4700 кг.
У рамі очисного комбайна УКД200-500 (рис.6) розташовані: електроблок, два гідродомкрати підйому (опускання) ріжучих частин, маслобак та насосна установка. Насосна установка за бажанням замовника може бути оснащена насосом як українського, так і імпортного виробництва (Parker, BoschRexroth, Bieri, Caproni та ін.).
Маса: рама – 2700 кг; насосна установка – 195 кг; маслобак - 105 кг; гідродомкрат – 165 кг; електроблок – 208 кг.
За допомогою горизонтальних осей до рами кріпляться дві ріжучі частини та портал (рис. 7).
У порталі очисного комбайна УКД200-500 симетрично розташовані два пульти управління та два гідроблоки з розподільниками, метан-реле (ТМРК), пристрій контролю системи охолодження та пилоподавлення, реле тиску, механізм включення короткозамикача та два захоплення. У бічних частинах порталу розташовані знімні вуха, призначені для кріплення запобіжної лебідки, у разі використання комбайна на пластах з кутами падіння простяганням понад 90.
Тягова гілка ланцюга винесеної системи подачі кріпитися до випереджального (по ходу машини) захоплення, до відстаючого захоплення кріпиться холостий гілок тягового ланцюга. Захоплення своєю чергою кріпляться до порталу горизонтально розташованими осями.

Маса порталу – 1420 кг.
Перший зразок випущено у серпні 2012р., проходив експлуатаційні випробування на шахті Тернівська з травня по серпень 2013р. За період 2012- 2021 р.р. випущено 16 одиниць очисних комбайнів УКД200-500. Основне застосування комбайни цієї моделі знайшли на шахтах АТ «ДТЕК Павлоградвугілля».
Середньодобовий видобуток комбайнів УКД200-500 становить 2000-2500 тонн.
У жовтні 2021р. на шахті Дніпровська за допомогою комбайна УКД200-500 з однієї лави було видобуто 127 тис. т вугілля (середньодобовий видобуток 4100 т/с) – це рекордний видобуток з потужності пласта, що виймається, до 1,05 м.
У процесі розробки комбайну було виконано великий обсяг розрахунків його основних деталей на міцність та витривалість, а саме:

  • розрахунки на контактну і згинну міцність та витривалість зубчастих зачеплень;
  • розрахунки валів та статичну та втомну міцність;
  • розрахунки терміну служби та статичної міцності підшипників;
  • розрахунки шлицевих, штифтових та шарнирних з’єднань;
  • моделювання напружено-деформованого стану (НДС) основних деталей та вузлів методом скінченних елементів (МСЕ). На рис.8 представлено результати розрахунку деяких деталей за допомогою МСЕ.

Розрахунки довели, що запаси втомної та статичної міцності для основних деталей та вузлів забезпечені. Це підтверджує доцільність обраних при проектуванні конструктивних параметрів комбайну.
Технологічне забезпечення серійного виробництва комбайну.
В заготівельному виробництві для відливки великогабаритних конструкцій був впроваджений нова ділянка ХТС, в якій міститься формувальна лінія «Омега» з вибивним комплексом GAMMA 9LL (Великобританія) та ділянка регенерації, індукційно-плавильний комплекс INDEMAX (Туреччина). Це дозволило суттєво зменшити металомісткість виробів, забезпечити стабільну якість та створити безвідходну технологію яка виключає відходи допоміжних матеріалів. На рис.9 показано заготовки, яки отримані за новою технологією.
В механоскладальному виробництві при виготовленні вузлів комбайну було проведена модернізація та переоснащення шляхом впровадження сучасних верстатів з ЧПКTOS Varndorf (Чехія) та DOOSAN DBC160 (Південна Корея). Це дозволило підвисити продуктивність обробки, забезпечити якість, технологічну гнучкість та стабільність отримання результату. На рис.10 показано обробку корпусу різання комбайну на верстаті з ЧПК TOS Varndorf.
Для обробки зубчатих коліс впроваджено інноваційні технології з використанням прогресивного металорізального інструменту. На рис.11 наведені приклади обробки зубчатих коліс черв’ячними фрезами нової конструкції та зубошліфування високопористими шліфувальними кругами на верстаті HOFLER RAPID 1250 (Швейцарія).
Контроль деталей після механічної обробки виконується на 3-х координатній вимірювальній машині GLOBAL12.22.10 італійсько-швейцарського виробництва (рис.12).
Висновки
Таким чином, проведені в АТ «ХАРКІВЬКИЙ МАШИНОБУДІВНИЙ ЗАВОД «СВІТЛО ШАХТАРЯ» дослідно-конструкторські роботи дозволили створити високоефективну конструкцію очисного комбайна для гірничодобувної промисловості України з технічними та експлуатаційними характеристиками на рівні світових аналогів.
Ці нові рішення і технології дозволили значно підвищити якість виготовлення продукції, продуктивність виробництва,технологічну гнучкість та стабільність отримання результату.
Вирішені важливі технічні та соціально-економічні задачі:

  • наповнення внутрішнього ринку сучасними високоефективними конкурентоспроможними очисними комбайнами нового покоління замість імпортних аналогів;
  • створення можливостей розвитку гірничодобувної промисловості та важкого машинобудування України, що забезпечує суттєве збільшення нових робочих місць;
  • забезпечення розвитку теплової електроенергетики, що дає можливість суттєвого зменшення імпорту газу;
  • підвищення продуктивності, надійності, довговічності та безпеки праці у гірничодобувної промисловості України

КОВАЛЬЧУК Олександр Миколайович — генеральний директор АТ «ХАРКІВСЬКИЙ МАШИНОБУДІВНИЙ ЗАВОД «СВІТЛО ШАХТАРЯ», к. т. н.
БЕРЕЖНИЙ Роман Анатолійович — головний конструктор — начальник СКБ АТ «ХАРКІВСЬКИЙ МАШИНОБУДІВНИЙ ЗАВОД «СВІТЛО ШАХТАРЯ», к. т. н.
КЛОЧКО Олександр Олександрович — професор кафедри технології машинобудування та металорізальних верстатів НТУ «ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ», д. т. н., проф.
НЕЖЕБОВСЬКИЙ Володимир Вікторович — заступник головного інженера АТ «ХАРКІВСЬКИЙ МАШИНОБУДІВНИЙ ЗАВОД «СВІТЛО ШАХТАРЯ», к. т. н.
ПЕРМЯКОВ Олександр Анатолійович — завідувач кафедри технології машинобудування та металорізальних верстатів НТУ «ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ», д. т. н., проф.
РЯБЧЕНКО Сергій Васильович — старший науковий співробітник ІНСТИТУТУ НАДТВЕРДИХ МАТЕРІАЛІВ ІМ. В. М. БАКУЛЯ НАН УКРАЇНИ, к. т. н., с. н. с.
УСТИНЕНКО Олександр Віталійович — професор кафедри теорії і систем автоматизованого проектування механізмів і машин НТУ «ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ», к. т. н., с. н. с.