Исполнительного органа комбайна
При расчете производительности комплекса (агрегата) основным параметром, который определяется условиями эксплуатации оборудования, является скорость подачи исполнительного органа на забой. Скорость подачи формирует глубину и сечение стружки, а следовательно, и загрузку привода комбайна (струга, конвейероструга). Вероятен случай, когда скорость подачи исполнительного органа, принятая при расчете производительности комплекса, не может быть обеспечена установленной мощностью привода комбайна. Возможен и другой вариант, когда привод исполнительного органа работает с недогрузкой. Поэтому возникает вопрос проверочного расчета мощности привода комбайна, определяемой условиями эксплуатации оборудования и, в первую очередь, сопротивляемостью угля резанию.
Методика расчета предполагает заданными следующие параметры: мощность разрабатываемого пласта (m); угол падения (a); сопротивляемость угля резанию (А); вязкость, марка, плотность, абразивность угля; основные конструктивные параметры комбайна (диаметры шнеков, скорости резания и другие параметры, согласно примеру расчета).
Расчет основывается на определении условия, действующего на один резец, по величине которого в зависимости от количества резцов, находящихся в контакте с забоем, вычисляется мощность, расходуемая на разрушение угля раздельно для каждого исполнительного органа комбайна. Затем рассчитываются затраты мощности на погрузку и подачу комбайна. По величине суммарной мощности судят о загрузке привода комбайна (струга).
Усилие на резце в равноценных условиях определяется глубиной стружки, которая формируется в зависимости от скорости подачи комбайна.
2.1. Средняя глубина стружки может быть определена по эмпирической зависимости [4], м:
,
где D – диаметр исполнительного органа комбайна, м; Vn – скорость подачи комбайна, м/с; Vр – скорость резания, м/с Vр = pDn, где n – скорость вращения, с-1; mз – число резцов в линии резания.
Число резцов в линии резания в зависимости от вязкости угля принимается от 1 до 3, большее количество соответствует вязким углям. Скорость резания принимается по данным технической характеристики конкретного комбайна.
Скорость подачи комбайна, исходя из удельных энергозатрат на выемку угля и величины устойчивой мощности привода, м/с:
,
где Руст – величина устойчивой мощности привода комбайна, кВт; Нw – средние удельные энергозатраты, МДж/т. Устойчивая мощность привода берется для электродвигателей с наружным обдувом типа ЭДКО: Руст = (0,7…0,9)Рч; для электродвигателей с водяным охлаждением типа ЭКВ Руст = (0,9…1,1)Рдл, где Рч, Рдл – часовая и длительная мощность, кВт.
Средние значения удельных энергозатрат для основных типов комбайнов в зависимости от сопротивляемости угля резанию приведены в табл. 3.
2.2. Средняя ширина среза (tср) может быть принята из соотношения tу=tср/hср, равного: 1…2 – для вязких углей; 2…3 – для хрупких углей,
где tу – удельная ширина среза. Отсюда tср = tу hср.
Зная tср и hср можно определить число линий резания и количество резцов на каждом исполнительном органе.
Таблица3-Удельные энергозатраты на разрушение угля
Комбайны | Установленная мощность привода, кВт | Мощность пласта, м | Ширина захвата, м | Средние удельные энергозатраты | |||
тип | Типоразмер по ГОСТ 11986-83 | Нw (МДж/т) | при | кН/м | |||
2 УК | ПУ5 | 2х75 | 0,65 | 0,8 | 1,19 | 1,98 | 2,78 |
К-102 | ПУ6 | 2х75 | 0,82 | 0,63 | 1,30 | 2,63 | 5,30 |
1К-101 | ПУ8 | 1,05 | 0,8 | 1,12 | 3,53 | - | |
МК-67 | ПУ8 | 1,05 | 0,8 | 1,08 | 2,13 | 3,46 | |
2К-52 | ПУ10 | 1,3 | 0,8 | 0,94 | 2,02 | 3,68 | |
2К-52 | ПУ13 | 1,62 | 0,8 | 0,87 | 1,95 | 4,04 | |
1ГШ-68 | ПУ10 | 132х2 | 1,3 | 0,63 | 1,08 | 1,91 | 3,14 |
1ГШ-68 | ПУ13 | 160х2 | 1,62 | 0,63 | 0,83 | 1,48 | 2,24 |
1ГШ-68 | ПУ16 | 160х2 | 2,05 | 0,63 | 0,83 | 1,59 | 3,32 |
КШ-3М | ПУ16 | 2,05 | 0,63 | 0,80 | 1,52 | 2,99 | |
КШ-3М | ПУ20 | 2,6 | 0,63 | 0,69 | 1,44 | 2,85 | |
К-120 | ПУ35 | 4,25 | 0,5 | 0,69 | 1,12 | 1,55 |
2.3. Количество линий резания определяется зависимостью и округляется до ближайшего целого числа
nл = В/tср; nлз = nл – nлк; nлк = 1,
где В – ширина захвата комбайна, м (принимается по технической характеристике машин).
2.4. Количество резцов на исполнительном органе
n = nлз m3 + nл3 mк,
где m3 – число резцов в одной линии резания. Принимается равным m3 = 1…3 – для забойных резцов, mк = m3 + (2…4) – для кутковых.
2.5. Количество резцов, находящихся в контакте с забоем:
для опережающего исполнительного органа:
nР = 0,5n;
для отстающего исполнительного органа принимается пропорционально мощности пласта, приходящейся на исполнительный орган:
,
где D, D¢ - диаметры опережающего и отстающего исполнительных органов.
2.6. По эмпирической зависимости определяется среднее значение усилия резания на передней грани резца (кН)
,
где - сопротивляемость угля резанию*, кН/м (определяется по прибору ДСК-2); в – ширина режущей кромки резца, м; y - угол бокового развала борозды резания, …о. Для вязких углей и антрацитов ; для хрупких ;
Кψ – коэффициент, учитывающий влияние хрупко-пластичных свойств угля; Кз – коэффициент обнажения забоя; Ку – коэффициент, учитывающий влияние угля резания; Кот – коэффициент учитывающий степень отжима угля; Кф – коэффициент, учитывающий влияние формы передней грани резца; β – угол наклона резца к направлению подачи, …о.
Ширина режущей кромки (в) в зависимости от типа резца может быть равной 0,3-1,4 см. Меньшие значения соответствуют резцам широкозахватных комбайнов. Рекомендуется принимать ширину режущей кромки резца по табл. 4.
__________________________________
* Принято считать, что для вязких углей для хрупких - для весьма хрупких - А<180.
Таблица 4-Основные параметры резцов
Типы зубцов | Применяемость | Параметры, мм | ||
ширина режущей кромки | вылет | длина | ||
ЭКЗ | ВНК, «Кировец», «Комсомолец», «Урал-33» | 9,5 | ||
И90В | 11Ш-68, 2К-52, БКТ, ВНК | 12,5 | ||
БК-01 | 1К-58М, БК-52 | 9,0 | ||
И-79Б | КШ-1КГ, 1К-58М, 1ГШ-68, «Темп-1» | 11,0 | ||
УМК-90 | МК-67 | 8,0 | ||
М К1-1-4-14А | МК-67 | 8,0 | ||
3Р1.80 | 2К-52, К-101, 1ГШ-68 | 11,0 | ||
3Р2.80 | МК-67 | 20,0 | ||
ИТ-2С (танген-циальный) | 1ГШ-68, 2К-52, 1КГ-101 | 22,0 | ||
ШБМ2с-1-1-04 | ШБМ-2, ПК-8, К-7/15М | 10,0 | 33,5 | |
БВУ-3 | Буровые коронки | 9,0 | 32,0 | |
РПП | Прох. комбайны | 12,0 | 70,0 |
Коэффициент обнажения забоя определяется
.
Эмпирические коэффициенты р, q, r вычисляются
р = 126 hср + 2,26;
q = 1,36 – 22 hср;
r = 0,33 + 0,0019/hср.
Коэффициент Ку, учитывающий влияние угла резания на формирование усилий на переднию грань резца, определяется по данным табл. 5.
При применении механизированных крепей расчетную величину коэффициента отжима следует увеличивать на 10-15%, но принимать не более единицы.
Таблица5-Значение коэффициента Ку
Характеристика углей | Значения коэффициента Ку в зависимости от угла резания α (…о) | |||||
Вязкие | 0,98 | 1,0 | 0,9 | 0,93 | 1,08 | 1,24 |
Хрупкие | 0,96 | 1,0 | 0,92 | 1,06 | 1,26 | 1,34 |
Коэффициент отжима Кот угля вычисляется по эмпирическим зависимостям, приведенным в табл. 6.
Таблица 6- Значение коэффициента отжима Кот
Характеристика углей | Вязкие марок Г и Ж (Карагандинский, Кизиловский бассейны) | Вязкие марок Г и Д (Донецкий, Кузнецкий бассейны) | Хрупкие марок К, Т и Ж (Кузнецкий, Донецкий бассейны) |
Формулы вычисления коэффициента отжима |
Коэффициент формы передней грани резца (Кф) принимается:
для резцов с плоской передней гранью … 1;
для резцов с выпуклой передней гранью … 0,90-0,95;
для резцов с клиновидной гранью … 0,85-0,90.
Угол наклона оси резца к направлению подачи комбайна (β) определяется конструкцией исполнительного органа и принимается в пределах от 0о до 45о. Основная часть резцов на исполнительном органе, исключая боковые, имеет β = 0о.
2.7. По величине усилия на передней грани резца рассчитывается суммарное значение силы резания (кН)
Zср = Zn +f΄(у1 – у0),
где у1 – сила, отжимающая резец от забоя, кН; f΄ - коэффициент сопротивления резанию (принимается в пределах 0,38-0,44, причем меньшие значения соответствуют углям с высокой сопротивляемостью резанию); у0 – средняя сила подачи на остром резце, кН. Определяется
у0 = Кп Zn.
Здесь Кп – коэффициент влияния пластичных свойств угля на усилие подачи, равный для вязких углей 0,7; для хрупких – 0,6; весьма хрупких – 0,5.
Сила, отжимающая резец от забоя у1, вычисляется
у1 = Коб RсжSз + Кп Zn,
где Rсж – временное сопротивление угля одноосному сжатию, кН/м2; Коб – коэффициент влияния объемного состояния угля под задней гранью резца на величину усилия подачи, вычисляемый:
,
где а΄ - коэффициент, учитывающий влияние хрупко-пластичных свойств на объемное состояние угля (принимается равным для вязких углей 0,35; хрупких 0,30; весьма хрупких 0,25).
Временное сопротивление одноосному сжатию определяется в зависимости от сопротивления резанию по следующим выражениям:
для Ā > 240 для 240 ≥ Ā > 180 для Ā ≤ 180 | Rсж = 11772 + 26,5 Ā Rсж = 6867 + 26,5 Ā Rсж = 4513 + 26,5 Ā |
Проекция площадки затупления резца Sз на плоскость резания определяется
Sз = Кфр Δи в,
где Δи – линейный износ по задней грани резца, м;
в – ширина режущей кромки резца, м;
Кфр – коэффициент влияния формы режущей кромки резца на величину проекции площадки затупления резца, равный для резцов с плоской режущей кромкой 1,0, с овальной – 0,8, с клиновидной – 0,65.
Для резцов стругов величина S3, принимается в пределах (2…4) 10-4 м2.
Коэффициент влияния толщины среза на усилие подачи Кп может также определяться по эмпирической зависимости
.
2.8. Зная усилие резания на одном резце и количество резцов, находящихся в контакте с забоем, можно рассчитывать мощность привода, затрачиваемую на разрушение угля каждым исполнительным органом комбайна, кВт:
для опережающего органа
Рр = ZсрnpVh;
для отстающего
Р΄р = Z΄срn΄pV΄h,
где Zср, Z΄ср – усилия резания соответственно опережающего и отстающего исполнительного органа, ккН;
Vср, V΄ср – скорости резания опережающего и отстающего исполнительного органа, м/с.
2.9. Суммарная мощность, расходуемая на резание (кВт)
Ррж = Рр + Р΄р.
2.10. Усилие подачи комбайна определяется с учетом всех сопротивлений перемещению машины вдоль забоя (кН)
Уп = Кс[G(Sinα +f΄΄Cosα) + УΣi],
где G – сила тяжести комбайна, кН; α – угол падения пласта …о; Кс – коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления перемещению комбайна (1,3-1,5); f΄΄ - коэффициент трения (при перемещении комбайна по почве принимается равным 0,3-0,4; по конвейеру – 0,18-0,25); УΣi – суммарная сила внедрения резцов в направлении подачи.
Сила внедрения резцов определяется, кН:
для опережающего исполнительного органа
;
для отстающего
,
где У1, У1΄ - силы, отжимающие резец от забоя соответственно опережающего и отстающего исполнительного органа; nр, n΄р – количество резцов, находящихся в постоянном контакте с забоем опережающего и отстающего исполнительных органов.
Суммарная сила внедрения резцов
УΣi = У = У΄.
2.11. Мощность, расходуемая на подачу комбайна (кВт)
Рn = УnVp .
2.12. Мощность, расходуемая на погрузку угля
опережающим исполнительным органом, кВт:
Рпог = FпогVp;
отстающим исполнительным органом
Р΄пог = F΄погV΄p,
где Fпог, F΄пог – сила сопротивления погрузке угля, кН:
Fпог = (С + D2hоб) 10-3,
где С и D2 – постоянные, принимаются в зависимости от схемы работы комбайна; hоб – величина подачи за один оборот исполнительного органа, м.
Для шнекового исполнительного органа при работе комбайна без погрузочного щитка, С = 0, Д2 = 10000 Н/м.
Для шнекового комбайна при работе со щитком, расположенным на расстоянии 80-300 мм от исполнительного органа С = 0, Д2 = 35000 Н/м.
Для барабанного исполнительного органа при погрузке угля со щитком, С = 250 Н, Д2 = 12000 Н/м.
Подача за один оборот (м)
,
где nоб – скорость вращения исполнительного органа комбайна, с-1.
Суммарная мощность на погрузку (кВт)
Рпог.Σ = Рпог + Р΄пог.
2.13. Суммарная мощность привода комбайна
Р = Рр + Рпог + Рп .
Сравнивая суммарную мощность привода с установленной на комбайне, судят о возможности устойчивой работы машины. Суммарная мощность привода должна быть меньше или равна устойчивой, определяемой по выражениям, приведенным в п. 2.1. Далее необходимо не менее чем по пяти точкам построить график изменения расходуемой мощности в зависимости от скорости подачи и выделить зону рациональныхскоростей подачи
В конце расчета, беря за основу максимальную скорость подачи при условии устойчивой работы двигателя, необходимо определить производительность комбайна в соответствии с п. 1.