Характеристики насыпных грузов 3 страница

где t=l/v — интервал времени подачи вагонеток, с.

Анализируя график зависимости производительности транспортной машины периодического действия 1 и непрерывного действия 2 от длины транспортирования (рис. 2.1, г), видно, что производительность транспортной машины периодического действия с увеличением длины транспортирования снижается, а производительность транспортной машины непрерывного действия не зависит от длины транспортирования.

2.2. Силы сопротивления движению и тяговое усилие транспортной машины

Силы, возникающие при перемещении транспортной машины и препятствующие ее движению, называются силами сопротивления движению.

Перемещение транспортной машины осуществляется под действием тягового усилия (или силы тяги), которое направлено в сторону движения и создается приводом при взаимодействии тяговых элементов (например, приводных колес с рельсами или дорогой). При движении транспортной машины сила тяги равна алгебраической сумме всех сил сопротивления.

При перемещении груза весом Gg (H) скольжением по горизонтальной плоскости (рис. 2.2, а) сила сопротивления движению равна силе трения (Н):

где fi — коэффициент трения скольжения; G — масса транспортируемого груза, кг; g — ускорение свободного падения, м/с².

Рис. 2.2 Схема к расчету сил сопротивления движению транспортных машин

При перемещении груза в грузонесущем органе, например, в кузове вагонетки или автосамосвала (рис. 2.2, б), имеющем собственный вес G₀g (H), сила сопротивления перемещению по горизонтальной плоскости

где w₀ — коэффициент ходового сопротивления движению, равный отношению сил сопротивления движению к суммарному весу груза и подвижных частей машины; G₀ — собственная масса машины, кг.

Численное значение ходового сопротивления w₀ определяют экспериментальным путем в зависимости от диаметра колеса и цапфы, коэффициента трения в подшипнике цапфы, коэффициента трения качения, характеризующегося жесткостью обода колеса (колесо вагонетки или пневмошина автомобиля), и состоянием рельсового пути или дорожного полотна.

Если силы сопротивления движению W₀ и суммарный вес транспортируемого груза и подвижных частей машины (G + Go)g выражаются в одних и тех же единицах — ньютонах, то w₀ имеет размерность Н/Н, но фактически в расчетах подставляют значение w₀ как безразмерной величины. Однако, как правило, W₀ выражается в ньютонах, a (G + G₀)g — в килоньютонах, так как (G + G₀) выражается в тоннах. В этом случае коэффициент w₀ приобретает размерность Н/кН и называется удельным сопротивлением. Коэффициентом сопротивления пользуются при расчетах конвейерного и других видов транспорта, а удельным сопротивлением — обычно при расчетах локомотивного и самоходного транспорта.

Таким образом, коэффициент сопротивления транспортной установки определяется силами трения или силами основного сопротивления W₀, поэтому w₀ называется коэффициентом основного сопротивления.

Кроме основных сопротивлений при движении транспортной машины возникают дополнительные сопротивления на уклоне, на криволинейных участках пути, от воздушной среды и от сил' инерции при переменной скорости движения.

При движении транспортной машины по наклонной плоскости с углом наклона b (рис. 2.2, в) кроме основного сопротивления (Н)

возникают дополнительные сопротивления (Н), обусловленные продольной составляющей веса груза и машины:

Знак «плюс» принимается при движении транспортной машины вверх, «минус» — вниз.

Если угол наклона b<4° (например, как при локомотивной откатке), то в этом случае cosb » l, sin b = tgb = i¢ = i/1000. Тогда коэффициент дополнительного сопротивления на уклоне равен ± i, где i — уклон пути, выраженный в тысячных долях — промилле (‰). Удельное сопротивление (Н/кН) от уклона определяется по формуле w_y = l000tgb и по абсолютной величине равно количеству промилле. Например, при уклоне i¢ = 0,003 или i = 3‰ w_у = 3 Н/кН..

При движении транспортной машины на криволинейных: участках пути возникают дополнительные сопротивления (например, вследствие проскальзывания колес автомобиля yа поворотах, дополнительного трения реборд колес вагонеток о головки рельсов, гибкового тягового органа конвейера при прохождении направляющих роликов и барабанов и т. д.). В каждом конкретном случае удельное сопротивление на криволинейных участках пути w_кр (Н/кН) определяется расчетным путем или при экспериментальных замерах.

Сопротивление воздушной среды прямо пропорционально квадрату скорости движения v (км/ч) транспортной машины и площади W_л (м²) ее лобового сечения, приближенно равной произведению ширины колеи транспортной машины на ее., высоту. Таким образом, сопротивление воздушной среды (Н)

где р = 6÷7,5 — коэффициент обтекаемости (для автосамосвалов).

Сопротивления воздушной среды учитывают только при скорости транспортной машины ν>20 км/ч.

Сопротивление от сил инерции или от динамической нагрузки возникает при неустановившемся движении с ускорением или замедлением а (м/с²) транспортной машины приведенной массой М (кг), т. е. массой системы вращающихся и поступательно движущихся частей транспортной машины и груза, приведенной к точке приложения силы тяги. Таким образом,

где k_ин — коэффициент учета инерции вращающихся масс транспортной машины, например, для локомотивного транспорта k_ин= 1,075.

Удельное динамическое сопротивление (Н/кН)

Сила тяги F (Н), развиваемая приводом транспортной машины, должна преодолевать суммарное сопротивление движению W_с (H), т. е.

где z — число транспортных сосудов.

Зависимость тягового усилия транспортной машины от суммарных статических ∑W_ст и динамических W_д сил сопротивления называется уравнением движения транспортной машины:

При расчете транспортных установок с гибким тяговым органом (например, конвейеров с ленточным, цепным и канатным тяговым органом, подвесных канатных дорог) силы сопротивления определяют методом обхода контура по точкам: находят натяжение в любой точке гибкого тягового контура, натяжение в набегающей и сбегающей ветвях контура у привода, а по ним —общее сопротивление и тяговое усилие привода.

Метод расчета обхода контура по точкам заключается в следующем: вычерчивают контур тягового органа и разбивают его на прямолинейные и криволинейные участки, нумеруя точки сопряжения этих участков (рис. 2.3, а). Нумерацию обычно начинают с точки сбегания тягового органа с приводного барабана, шкива или звездочки. Далее характерные точки нумеруют последовательно по ходу движения тягового органа.

Рис. 2.3. Схемы к расчету сил сопротивления движению транспортных машин с гибким тяговым органом

Расчет начинают с точки 1, натяжение в которой равно S₁. Натяжение тягового органа в каждой последующей по ходу его движения точке равно натяжению в предыдущей точке плюс сила сопротивления на участке между этими точками. Таким образом,

где L_1-2 — длина участка тягового органа между расчетными точками, м; w₀ — коэффициент основного сопротивления перемещению тягового органа по опорам; q_т и q_н— линейные массы соответственно тягового и грузонесущего органа и вращающихся частей стационарных поддерживающих роликоопор холостой, (нижней) ветви, кг/м.

Сопротивление перемещению тягового органа на криволинейных участках или отклоняющих барабанах определяется коэффициентом трения |я между тяговым органом и барабаном иуглом обхвата α(рис. 2.3, б):

где е — основание натурального логарифма; k_y — коэффициент, характеризующий увеличение натяжения тягового органа на криволинейном участке. При α = 90÷180° для ленточного или канатного тягового органа k_y= 1,02÷1,06, для цепного тягового органа k_y= 1,05÷1,1.

При проведении дальнейшего расчета получим:

где q — масса транспортируемого груза, находящегося на 1 мдлины грузонесущего органа грузовой ветви, кг/м; q_в — масса вращающихся частей стационарных роликоопор, приходящаяся на 1 м длины грузовой ветви, кг/м.

Суммарное сопротивление W_c (Н) итяговое усилие F (Н) на валу приводного барабана

По натяжениям, найденным в точках контура, можно построить эпюры натяжения тяговых органов на самом контуре (рис. 2.3, в, д) или диаграммы натяжений тягового органа (рис. 2.3, г, е). Для примера на рис. 2.3, д, е приведены эпюра и диаграмма натяжения тягового органа горизонтального конвейера, а на рис. 2.3, ж, з — бремсбергового конвейера, транспортирующего груз вниз.

2.3. Мощность привода и расход энергии

Мощность привода определяют в зависимости от режима работы транспортной машины — длительный с постоянной нагрузкой или длительный с переменной нагрузкой.

При работе привода в длительном двигательном режиме с постоянной нагрузкой, характерном для транспортных машин непрерывного действия, установленная мощность двигателя (кВт)

а мощность привода при работе в тормозном режиме

где k_зап = 1,1÷1,2— коэффициент запаса мощности; η — КПД(коэффициент полезного действия) передаточного механизма привода.

Для транспортных машин периодического действия, работа которых характеризуется переменной нагрузкой в течение цикла, мощность привода определяют по нагреву, соответствующему эквивалентному тяговому усилию F_э (Н) (его среднеквадратичному значению за цикл работы):

где F₁, F₂, F_n — тяговые усилия двигателя в различные периоды: работы, Н; t₁, t₂, ..., t_n — время действия этих усилий за цикл: нагрузки, мин; с₁ = 0,25÷0,35 — коэффициент, учитывающий условия охлаждения при остановке двигателя (для двигателей с принудительной вентиляцией с₁ = l); θ — суммарная продолжительность остановок двигателя за цикл, мин.

Мощность двигателя (кВт) транспортных машин с переменной нагрузкой

По рассчитанной мощности в соответствии с каталогом выбирают двигатель и проверяют его по перегрузочной способности. Например, кратность момента асинхронного двигателя (отношение мгновенного максимального тягового усилия двигателя к номинальному тяговому усилию) составляет 1,8÷2,2.

Расход энергии (МДж) транспортной машины определяют за фактическое время ее работы в смену t (ч):

Удельный расход энергии [МДж/(т·км)]

где Q_см — сменная производительность машины, т; L_т — суммарная длина транспортирования, км.

Технико-экономические показатели работы рудничного транспорта во многом зависят от экономного расходования энергии, что достигается, прежде всего, правильным выбором транспортных машин с оптимальной мощностью привода, использованием электропривода с тиристорным управлением, поддержанием оптимальных режимов работы привода с помощью ЭВМ, сокращением неоправданных холостых пробегов, уменьшением сопротивлений перемещению (например, содержанием в надлежащем состоянии дорог для самоходных машин, рельсовых путей при локомотивной откатке, роликоопор ленточных конвейеров и др.).

2.4. Использование ЭВМ при проектировании транспортных машин

Использование ЭВМ при проектировании и расчетах рудничного транспорта позволяет сократить время на их выполнение и автоматизировать сложные расчеты. Уровень автоматизации расчетов зависит от поставленной задачи, сложности составляемых алгоритмов, допустимых возможностей применяемой ЭВМ, объема памяти и т. д. Для решения задачи по эксплуатационному расчету практически любой транспортной системы горнорудного предприятия разрабатывают алгоритмы, построенные по принципу диалога «ЭВМ — человек», когда все расчеты выполняет ЭВМ, а принятие решения о переходе на ту или иную ветвь программы осуществляет проектировщик.

В научно-исследовательских и проектно-конструкторских институтах и вузах горного профиля разработаны как алгоритмы, так и отдельные программы по расчету локомотивной откатки,, конвейерного транспорта, концевой канатной откатки, самоходного транспорта, а также системы автоматического проектирования (САПР) подземного транспорта, используемые при проектировании новых шахт, реконструкции и подготовки новых: горизонтов действующих шахт. Разработанные пакеты программ для персональных ЭВМ позволяют определять параметры схем; транспорта полезного ископаемого и породы и средств вспомогательного транспорта, вид основного транспорта (локомотивного или конвейерного) и его типоразмеры. Критерием оптимальности выбранного оборудования является минимум приведенных затрат. Широкое использование САПР подземного шахтного транспорта позволяет в 2—3 раза сократить сроки разработки и реализации новых проектных решений и в 1,5 раза снизить затраты на проектирование.

Расчет локомотивной откатки контактными и аккумуляторными электровозами разработан институтом Центрогипрошахт и представлен в виде пакета прикладных программ, состоящих из отдельных программных модулей с единой информационной базой. Пакет прикладных программ позволяет определить: условия обслуживания локомотивной откаткой нескольких подготовительных и очистных забоев с различными маршрутами, движения, профилем пути и коэффициентом сцепления колес локомотива с рельсами; число вагонеток в составе; потребное число рабочих и инвентарных электровозов; скорость движения груженого и порожнего составов; время рейса; сменную производительность каждого локомотивосостава и расход электроэнергии за один рейс или смену.

Время выполнения расчетов в зависимости от числа маршрутов составляет 5—10 мин.

В институте ДонУГИ разработаны программы технического развития подземного локомотивного транспорта с использованием ЭВМ на любой стадии процесса эксплуатации шахты и развития горных работ. Исходными данными при расчете являются сведения о схеме транспорта горной массы, параметрах очистных и подготовительных забоев, а также узлов и элементов системы транспорта. Кроме этого вводят характеристики транспортного оборудования, технологические особенности электровозного транспорта. Пакет программ обеспечивает расчет параметров грузопотока во всех звеньях транспортной системы, позволяет определить ее технологические параметры, а также показатели функционирования транспортной системы: простои погрузочных пунктов, коэффициент использования электровозов, пропускную способность транспортных маршрутов и др. На основании анализа расчетов на ЭВМ принимаются технические решения, направленные на ликвидацию узких мест и совершенствование эксплуатации рудничного транспорта.

Выбор типов и расчет параметров ленточных конвейеров можно производить по методике имитационного моделирования и программе «Конвейерный транспорт», разработанной ИГД им. А. А. Скочинского. Программа состоит из подпрограмм, имитирующих процесс поступления грузопотоков из подготовительных и очистных забоев, и позволяет определять нагрузки; на транспортные конвейерные линии, вместимость бункеров (осредняющих или аккумулирующих), размещаемых, например, вблизи сопряжения проводимой и оборудованной конвейерами существующих горных выработок или между отдельными конвейерами, установленными в линию.

С помощью специальной программы «К.ОНВЕ», разработанной институтами Центрогипрошахт и ИГД им. А. А. Скочинского, для конкретной конвейерной линии можно определить длину каждого конвейера, ширину ленты и скорость ее движения, мощность привода, техническую производительность. Исходными данными для выбора параметров ленточных конвейеров являются значения максимальных минутных грузопотоков, определяемых путем имитационного моделирования по программе «Конвейерный транспорт».

Для расчета параметров и пропускной способности одноконцевой грузовой и пассажирской канатной откатки разработана программа, с помощью которой по заданным производительности, длине откатки и углу наклона выработки можно определить диаметр тягового каната и его параметры, тип подъемной машины и мощность привода.

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение производительности транспортной машины. Сформулируйте понятия теоретической, технической и эксплуатационной производительностей.

2. Напишите формулы для определения технической производительности транспортных машин непрерывного и периодического действия.

3. Что называется коэффициентом сопротивления движению? Что такое удельное сопротивление?

4. Назовите составляющие суммарного сопротивления движению транспортной машины.

5. Объясните способ определения сил сопротивления на транспортной установке с гибким тяговым органом методом обхода контура по точкам.

6. Как определить мощность двигателя транспортной машины по эквивалентной нагрузке?

Задачи и упражнения

1. Определите техническую производительность транспортной машины непрерывного действия при линейной массе груза q = 40 кг/м и скорости грузонесущего органа v = 2,5 м/с.

2. Определите мощность привода при работе транспортной машины в длительном двигательном режиме с постоянной тяговой силой F = 3500 H прискорости перемещения ν = 3 м/с и КПД передаточного механизма η = 0,85.

3. Определите расход энергии транспортной машины с приводом мощностью N = 32кВт за время работы t = 5 ч.

3. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА МАШИН РУДНИЧНОГО ТРАНСПОРТА

3.1. Условия эксплуатации транспортных машин на горно-рудных предприятиях

Средства рудничного транспорта горно-рудных предприятий эксплуатируются в тяжелых условиях, наиболее характерными из которых являются: большая кусковатость, высокие абразив-ность и плотность перемещаемой горной массы, обусловливающие значительные ударные нагрузки при погрузке горной массы и быстрый износ средств транспорта; нестационарность пунктов погрузки, что требует периодического перемещения транспортных средств по мере продвигания фронта работ; разветвленность и сложность профиля транспортных коммуникаций; наличие в одной транспортной магистрали нескольких видов транспорта, что вызывает необходимость перегрузок в узлах сопряжения транспортных звеньев и др. Кроме того, для шахтного транспорта характерными условиями эксплуатации являются стесненность рабочего пространства, повышенные влажность и запыленность, химическая активность шахтных вод, иногда взрывоопасность рудничной атмосферы, повышенная температура на больших глубинах разработки, а для карьерного транспорта — более жесткая связь между выемочно-погру-зочными и транспортными средствами, работа при низких температурах, большой уклон трассы транспортирования из карьера, значительно большие грузопотоки, чем на шахтном транспорте.

В зависимости от условий эксплуатации к рудничному подземному транспорту предъявляются основные требования:

- технические — повышенные прочность и износостойкость, высокие качество и надежность транспортных машин; обеспечение бесперебойной выдачи горной массы из очистных и подготовительных забоев; правильный выбор и минимальное число видов транспорта, используемых на одном горно-добывающем предприятии; бесперебойное обеспечение производственных звеньев вспомогательными материалами;

- горно-технические — взаимоувязка технологических схем рудничного транспорта с горно-геологическими условиями разработки месторождения, параметрами вскрытия и системамиразработки;

- экономические — обеспечение высоких технико-экономических показателей за счет минимального числа обслуживающего персонала, снижения капитальных и эксплуатационных затрат, дистанционного и автоматизированного управления транспортными машинами.

Кроме того, к средствам рудничного транспорта предъявляются повышенные требования безопасности его эксплуатации.

3.2. Технологические схемы рудничного транспорта

Технологические схемы рудничного транспорта, в соответствии с которыми осуществляется перемещение основных грузопотоков руды из очистных и породы из подготовительных забоев, а также вспомогательных грузопотоков материалов, оборудования и людей, включают отдельные транспортные звенья, соединенные между собой узлами перегрузки. Таким образом, технологической схемой рудничного транспорта называется графическое изображение взаимоувязанных в пространственном: расположении доставочных и транспортных выработок или трассы транспортирования с указанием в этих выработках или по трассе видов и типов транспортного оборудования, узлов перегрузки, длины транспортирования и направления грузопотоков.

Схемы рудничного транспорта горно-рудных предприятий постоянно изменяются в связи спеременой расположения очистных и подготовительных забоев. Для каждой рудной шахты или карьера выбирают наиболее рациональную схему транспорта, которая должна включать прогрессивные средства транспорта, обеспечивающие необходимую пропускную способность, высокие экономические показатели и безопасность условий труда. Кроме того, схема транспорта должна обеспечивать взаимную увязку отдельных видов и звеньев транспорта, наиболее полную автоматизацию процессов транспортирования и высокую надежность транспортной системы. По возможности необходимо принимать транспортные комплексы, позволяющие доставлять и транспортировать как основные, так и вспомогательные грузы.

Выбор схемы подземного транспорта определяется схемой вскрытия месторождения, способом подготовки и технологией очистной выемки руды. В связи с большим разнообразием горно-геологических и горно-технических условий разработки рудных месторождений применяются различные схемы и комплексы машин для доставки и транспортирования руды.

Выбор комплексов транспортных машин при формировании технологических схем доставки и транспорта руды определяется: углом наклона очистного забоя и расстоянием перемещения-руды; размерами погрузочных, доставочных и транспортных; выработок; условиями погрузки; гранулометрическим составом горной массы и абразивностью руды; условиями разгрузки (непосредственно в вагонетку или автосамосвал, в рудоспуск и т. д.).

По условиям эксплуатации транспортных машин системы подземной разработки крепких руд разделяются на системы с донным (площадным) или торцовым выпуском руды и системы разработки с открытым выработанным пространством.

При системах разработки с донным (площадным) выпуском руды доставка ее под действием силы веса осуществляется через комплекс выпускных выработок днища блока, а при системах с торцовым выпуском руды ее выпуск производится под обрушенными породами слоями ограниченных размеров при постоянном погашении выпускной выработки в процессе добычи руды.

Все технологические схемы рудных шахт по доставке и транспортированию руды можно разделить на две группы: схема доставки и транспортирования транспортными машинами одного вида; комбинированная схема, включающая два или более вида транспортных машин. В связи с большим разнообразием горно-геологических и горно-технических условий на большинстве рудных шахт в основном применяют комбинированные схемы транспорта.

При системах разработки с площадным выпуском руды на отечественных рудных шахтах широко применяют вибровыпуск руды с последующей доставкой скреперными установками и конвейерами (в небольшом объеме), но перспективным видом доставочного оборудования являются самоходные погрузочно-транспортные машины и автосамосвалы.

При системах разработки с торцовым выпуском крепких руд основное средство доставки-—самоходные погрузочно-транспортные машины. Ведутся экспериментальные работы по доставке руды при таком выпуске с применением вибропитателей и конвейеров.

При системах разработки крепких руд с открытым выработанным пространством используют погрузочно-транспортные комплексы самоходного оборудования.

Рассмотрим технологические схемы выпуска, доставки, погрузки и транспортирования руды на примере разработки полиметаллических месторождений Рудного Алтая.

При площадном выпуске (рис. 3.1, а — в) руда из воронок выпускается под действием силы веса через односторонние или .двусторонние дучки (выпускные выработки) на почву доставочной выработки, предназначенной для приема руды с определенной площади блока. Руда из образуемой насыпки по почве выработки доставляется до рудоспуска скреперной установкой 1, погрузочно-транспортной машиной 5 или автосамосвалом 7. Для лучшего истечения руды в дучках устанавливают вибрационные питатели 6, из которых руда поступает на почву доставочной выработки в автосамосвал 7 (см. рис. 3.1, в) или в рудоспуск (рис. 3.1, д). Доставленная руда скреперной установкой или погрузочно-транспортной машиной (см. рис. 3.1, а и б) через виброгрохот 2 перегружается в рудоспуск, из которого с помощью вибролюка 3 загружается в вагонетки локомотивного транспорта 4.

При торцовом слоевом выпуске (рис. 3.1, г и е) руда выпускается на вибропитатель 6, из которого затем перегружается на виброконвейер 8 или в автосамосвалы 7 и транспортируется по штольне или наклонному стволу на поверхность рудной шахты. При такой системе разработки место выпуска и погрузки руды непрерывно перемещается, а интенсивность истечения руды, как и при площадном выпуске, зависит от производительности погрузочно-доставочного комплекса.

Рис. 3.1. Технологические схемы выпуска, доставки, погрузки и транспортирования руды

При торцовом выпуске руды с использованием на доставке самоходных погрузочно-транспортных машин (рис. 3.2) руда перегружается в рудоспуск, из которого затем с помощью люковых затворов или вибролюков загружается в вагонетки электровозной откатки, являющейся в настоящее время основным видом магистрального транспорта в рудных шахтах. По основным откаточным выработкам руда электровозной откаткой перемещается до руддвора, разгружается из вагонеток в бункер, поступает далее в дробилку, а из дробилки — в скип (при вскрытии месторождения вертикальными стволами) или на подъемный конвейер (при вскрытии наклонными стволами). Спуск и подъем людей, вспомогательных грузов и различного оборудования производят по вспомогательным вертикальным стволам.

При вскрытии рудного месторождения штольней в гористой местности перепуск руды с верхних горизонтов на нижние осуществляют по рудоспускам, транспортирование руды по штольне— электровозной откаткой, а от штольни до обогатительной фабрики — иногда подвесными канатными дорогами. Подъем и спуск людей, различных вспомогательных грузов и оборудования производят по слепому стволу.

Рис. 3.2. Технологическая схема торцового выпуска, доставки, транспортирования и подъема руды: