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:

Исполнительного органа комбайна - student2.ru ,

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:

Исполнительного органа комбайна - student2.ru ,

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 Исполнительного органа комбайна - student2.ru 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:

Исполнительного органа комбайна - student2.ru ,

где D, D¢ - диаметры опережающего и отстающего исполнительных органов.

2.6. По эмпирической зависимости определяется среднее значение усилия резания на передней грани резца (кН)

Исполнительного органа комбайна - student2.ru ,

где Исполнительного органа комбайна - student2.ru - 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 Исполнительного органа комбайна - student2.ru ; для хрупких Исполнительного органа комбайна - student2.ru ;

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 Исполнительного органа комбайна - student2.ru для хрупких - Исполнительного органа комбайна - student2.ru 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

Исполнительного органа комбайна - student2.ru .

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 Исполнительного органа комбайна - student2.ru Исполнительного органа комбайна - student2.ru Исполнительного органа комбайна - student2.ru

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:

Исполнительного органа комбайна - student2.ru ,

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

Исполнительного органа комбайна - student2.ru .

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΄срph,

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

Исполнительного органа комбайна - student2.ru ;

для отстающего

Исполнительного органа комбайна - student2.ru ,

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΄погp,

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)

Исполнительного органа комбайна - student2.ru ,

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.

Наши рекомендации