CC BY
41
УДК 622.23.05
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОТКАЗОВ РЕЗЦОВ И РЕЗЦЕДЕРЖАТЕЛЕЙ НА ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ
КОМБАЙНОВ
Ю.Н. Линник, А.Б. Жабин, В.Ю. Линник, А.В. Поляков
Опыт эксплуатации угледобывающих комбайнов показал, что надежность их исполнительных органов в подавляющем большинстве случаев определяется наработками на отказ их резцедержателей (разрыв и износ гнезд). В этой связи, в статье рассмотрена взаимосвязь отказов резцедержателей и таких показателей эффективности эксплуатации угледобывающих комбайнов как их теоретическая и техническая производительность, энергоемкость и сортность угля при добыче, потребляемая комбайном мощность.
Ключевые слова: отказ резцедержателей, угледобывающие комбайны, теоретическая производительность, техническая производительность, энергоемкость, сортность угля, мощность угледобывающего комбайна.
Как показывает опыт, эффективность работы угледобывающих комбайнов, помимо их энерговооруженности и условий эксплуатации, во многом зависит от надежности их исполнительных органов, уровень которой в основном определяется наработками на отказ резцедержателей и резцов [1 - 3]. Рассмотрим каким образом эти отказы влияют на такие показатели эффективности эксплуатации комбайнов как их теоретическая и техническая производительность, потребляемая мощность, неравномерность нагруженности шнеков, энергоемкость и сортность угля при выемке.
Теоретическая производительность. По мере увеличения числа отказавших резцедержателей и уменьшения остаточного ресурса шнека возрастает потребляемая мощность Рм и уменьшается скорость подачи
комбайна Vu, определяющая теоретическую производительность комбайна [4,
5].
Средняя теоретическая производительность комбайна за время его работы с момента установки исполнительного органа с полным комплектом резцедержателей до отказа i -го числа
^т.от.рд _ qт — ^^т.от.рд, т/ч , (1)
где дт - теоретическая производительность комбайна с полным комплектом резцедержателей; Адтотрд - потеря производительности при отказах резцедержателей.
Величина q т при постепенной подмене инструмента определяется по выражению
qт = 60 • Вз • Нпл -Гуг • , т/ч, (2)
где Вз - ширина захвата исполнительного органа, м; Hпл - вынимаемая
3
мощность пласта, м; ууг. - плотность угля, т/м ; Уп - скорость подачи
комбайна при среднестатистическом износе резцов, м/мин. Потери добычи AQот рд можно определить как
Лбот.рд = Ят .от.рд ' , (3)
где - машинное время работы комбайна со среднезатупленным
комплектом инструмента, ч.
Техническая производительность. Техническая производитель-ность очистного комбайна дтех. определяется временем, затрачиваемым на выполнение цикла по выемке угля с учетом потерь Тн, обусловленных конструкцией и надежностью комбайна. Влияние Тн на производительность Ятех, определяется коэффициентом прогрессивности конструкции Ктех, с учетом которого
Я тех = 60 К тех • Ят . (4)
Величина коэффициента Ктех определяется по выражению
Ктех _ /тт- \ , (5)
1 +
Уп
V Ь у
• Т
где Ь - длина лавы, м; Тн - суммарное время непроизводительной работы
лавы за цикл, обусловленное конструкцией и надежностью комбайна, мин. Тогда, учитывая выражения (2) и (5), имеем
60 • Вз • Н пл •Гуг • Уп
Ятех =--, т/ч. (6)
1 +
У
При определении технической производительности, величина Тн наряду с затратами времени на концевые операции и отказами комбайна зависит от времени на замену отказавших резцов Тз р и шнеков Тз ш, не
совмещенных с другими операциями по выемке,
Тз.р = К с • Nу.р • tр • Qц = К с • tу.р • Qц, ч , (7)
где Nур - удельный расход резцов в данных условиях, штук/100 т; tр -
время замены одного резца, Кс - коэффициент, учитывающий часть времени на замену резцов не совмещенного с другими операциями по выемке угля (обычно Кс= 0,7...0,8); Qц - добыча за цикл выемки угля, т; tур - удельное
время на замену резцов, ч/1000 т.
Время на замену шнека (исполнительного органа)
^з.ш = Гш • 1-ш • ^в • Qц = 1-у.ш • Qц • ^в , ч, (8)
где гш -частота замены (параметр потока отказов) шнеков (отк./1000 т); tш -
длительность замены шнеков, ч; йв - коэффициент, учитывающий
вынужденные простои комбайна, связанные с отказом шнеков; ш -
удельные затраты времени на замену шнеков, ч/1000 т.
Причины вынужденных простоев комбайнов, как правило, связаны с внезапными отказами шнеков из-за отказов их элементов (узлов), требующих немедленной замены (например, отказы элементов крепления корпуса шнека на валу привода). Поэтому в расчетах величина йв численно равна доле внезапных отказов шнеков в общем потоке отказов. Другие отказы шнеков (постепенные) проявляются в постепенном накоплении повреждений элементов (износ лопастей, отрыв и поломка резцедержателя и др.), поэтому устранение их возможно планировать и совмещать с технологическими перерывами в работе лавы без ощутимого ущерба для добычи [6, 7].
Снижение технической производительности, связанное с заменой инструмента и шнеков, определяется по формуле
' 60• ' ' Датех = Ч--ц-= Ч - Ч , (9)
лех ± тех Т + Т + Т тех тех.ш у 7
1 м ~1 з.р ~1 з.ш
где а , а - теоретическая производительность соответственно без учета
тех тех.ш
и с учетом продолжительности замены резцов и шнеков в целом, т,ч; Тм -продолжительность работы комбайна по выемке (добыче) объема угля Qц с
производительностью а е , ч.
Снижение добычи, связанное с заменой инструмента и шнеков за рассматриваемый период времени, определяется по выражению
.ш ^атех (Тз.р + Тз.ш ). (10)
Исследования показали, что длительность простоев комбайнов (время восстановления), , связанная с заменой вышедших из строя шнеков зависит от многих факторов и изменяется в широких пределах. Основными факторами, влияющими на , являются масса шнека, горно-геологические
условия в очистном забое и местонахождение запасного шнека на момент отказа [8, 9].
Режимные параметры комбайнов. Для оценки влияния отказов резцедержателей на режимные параметры комбайнов были выполнены шахтные экспериментальные исследования, в ходе которых при помощи самопишущих киловаттметров производилось измерение потребляемой комбайном мощности Рм с записью ее мгновенных значений Рмна диаграммную ленту. Параллельно с записью Рм регистрировалось время и
местоположение комбайна по длине лавы. Исследования проводились на семи шахтах, угольные пласты которых отличались по своим горнотехническим характеристикам. Очистные забои были оборудованы механизированными комплексами с узкозахватными комбайнами. Сопротивляе-
мость резанию пластов изменялась от 135 до 276 Н/мм. При отказах резцедержателей шаг резания увеличивался с 50 мм (шнек полностью оснащен резцедержателями) до 100 и 150 мм - при отказах 2 и 4 соседних резцедержателей соответственно.
Обработка полученных экспериментальных данных показала, что предельная скорость подачи Упр по нагруженности двигателя, либо по устойчивости комбайна на конвейере зависит не только от характеристик раз-рушаемости угольных пластов, но и от числа отказавших резцедержателей на исполнительном органе пот. По мере увеличения пот и нарушения тем самым схемы резания Упр во всех случаях уменьшается. При одинаковой средней скорости подачи комбайна отказы резцедержателей влекут за собой увеличение потребляемой мощности Рм. При выемке пластов сложного
строения, где имело место высокое удельное содержание крепких неодно-родностей в виде валунов или прослойков, нарастание мощности по мере увеличения пот сохраняется даже при снижении Упр .
На рис. 1 приведены зависимости Рм = /(Уп,пот), построенные по экспериментальным данным, полученным в шахтных условиях эксплуатации, которые наглядно демонстрируют существенное влияние нарушения схемы резания из-за отказов резцедержателей на потребляемую комбайном мощность. Так, например, отказ резцедержателей в одной и двух соседних линиях резания на опережающем шнеке явился причиной увеличения Рм при Уп = 2,5 м/мин в 1,5 и 1,7 раза.
Обращает на себя внимание также то обстоятельство, что в каждом из рассматриваемых случаев, приведенных на рисунке, в определенных областях значений скоростей подачи (Уп1, Уп2 , Упз), смещающихся в сторону
уменьшения с увеличением числа отказавших резцедержателей, нарушается прямолинейность зависимости Рм = /(Уп), что связано с увеличением интенсивности роста мощности, потребляемой с дальнейшим нарастанием скорости подачи.
■IV , V , л V , ; ^ 1.ц/м&1
.1 пл п2 Ч ■'< Э п
Рис.1. Зависимости мощности Рм, потребляемой
электродвигателями комбайна, работающего без отказа резцедержателей (кривая 1), при отказе резцедержателей в одной и двух соседних линиях резания (кривые 2 и 3) от скорости подачи УП
Аналогичный характер изменения зависимости Рм = / (Уп) при отказах резцедержателей был отмечен и для других типов комбайнов [10].
Увеличение потребляемой комбайном мощности при отказах резцедержателей объясняется следующим. Для правильно спроектированной схемы расстановки резцов нарушение прямолинейности зависимости Рм = / (^п) следует ожидать [5] при значениях скорости подачи
V -/р • тР • По6 (11)
'пр.дот - 100 • К} ' ^
где /р - радиальный вылет резца, см; тр число резцов в линии резания; поб - частота вращения шнекового исполнительного органа, об/мин; К/ - коэффициент вылета резца.
Для исполнительного органа с двумя радиальными резцами в линии резания значение ^прдоп находится в пределах 4,0...4,5 м/мин, что подтверждается экспериментальными данными (кривая 1 на рис. 1). При нарушении схемы расстановки за счет отказов резцедержателей (кривые 2 и 3) значения Упр доп уменьшаются, поскольку имеет место увеличение (вдвое-втрое) расстояния между линиями резания и соответствующий рост межрезцового целика, о который трется лопасть. Установленные значения скоростей подачи
Упр доп являются предельно допустимыми для данного типа комбайна при
конкретном числе отказавших резцедержателей в определенных условиях эксплуатации. Понятие величины Упр доп не следует смешивать с предельной
скоростью подачи Упр, которая является предельной в конкретных условиях
эксплуатации по установленной мощности электродвигателя комбайна или устойчивости комбайна на конвейере. Следует отметить, что в тех условиях, где установленная мощность комбайна не позволяла достичь предельных по вылету резцов скоростей подачи (Упр > Упрдоп) излом кривой Рм = /(Уп)
при пот = 0 не отмечался. Как правило, это имеет место при выемке крепких угольных пластов, содержащих крепкие породные прослойки и крупные твердые включения.
В общем случае согласно рис. 1 уравнение, описывающее зависимость Рм = / (Уп), имеет вид
при % £ Упр.доп : Рм = а + Ь • Ьот • Уп; (12)
при Упр > Упр.доп : Рм = а + Ь • Ьот • + сот (- Упр.доп ) , (13)
где а - величина, определяющая затраты мощности, когда комбайн стоит (Уп = 0), кВт; Ь - коэффициент, зависящий от сопротивляемости и режимов резания [5]; Ьот - коэффициент, учитывающий влияние на Рм прерывисто установившегося режима резания при отказах резцедержателей; сот - коэффициент, учитывающий влияние на Рм контактирования лопасти шнека с не разрушенным целиком массива; Упр доп - предельно допустимая скорость
подачи (м/мин), при большем значении которой разрушение пласта сопровождается контактированием лопасти о целик.
В табл. 1 приведены экспериментальные данные о влиянии числа отказавших резцедержателей на значения Ьот, полученные в результате измерения Рм при выемке пласта, имеющего различную сопротивляемость резанию.
Значения коэффициента сот определяются по формуле
с0т = -Упр.доп) . (14)
Упр.доп
Для установления предельно допустимых значений скорости подачи при эксплуатации комбайнов в различных условиях по сопротивляемости пластов резанию были использованы экспериментально установленные зависимости Рм = / (Уп), строившиеся для каждого из чисел отказавших резцедержателей.
Было установлено, что с ростом показателя сопротивляемости пласта резанию для всех типов комбайнов отмечается тенденция к снижению
¥пр доп, как для случаев с двумя, так и четырьмя отказавшими резцедержателями.
Таблица 1
Значения коэффициента в зависимости Рм при отказах
резцедержателей
Сопротивляемость пласта Значение коэффициента Ь при числе от-
резанию в зоне работы казавших резцедержателей
исполнительного органа, Н/мм 0 2 3
70-100 1,0 1,41 1,82
100-130 1,0 1,35 1,75
130-160 1,0 1,30 1,70
160-190 1,0 1,23 1,61
В примерно одинаковых условиях эксплуатации уровень предельно допустимых скоростей подачи высоко энерговооруженных комбайнов при отказах резцедержателей заметно выше, чем для маломощных комбайнов. Связано это с тем, что преодоление образовавшихся в результате отказов межрезцовых целиков угля мощными комбайнами меньше сказывается на устойчивости комбайна и общих затратах мощности, нежели на маломощных.
Неравномерность нагруженности исполнительного органа. Увеличение неравномерности нагрузок на исполнительном органе, вызываемое нарушением схемы расстановки резцов из-за отказов резцедержателей в процессе разрушения угольного массива, можно косвенно оценить, используя данные об изменении размаха варьирования мощности АГ = Pnlax - Pnlin (кВт) или относительного размаха варьирования KИр = (Pmax - Pmln) / Pм определяемые на
основе результатов обработки записи мгновенной мощности потребляемой электродвигателями комбайна Рм (кВт), оснащенного шнеками со средне затупленными резцами.
На рис. 2 в качестве примера приведены зависимости размаха варьирования в функции от скорости подачи комбайна ¥п, откуда видно, что с увеличением скорости подачи комбайна имеет место нарастание размахов варьирования мощности. По мере отказов резцедержателей неравномерность нагружения двигателя комбайна, характеризуемая в данном случае величиной №, возрастает. При отказе двух и более резцедержателей практически во всем диапазоне изменения ¥п имеет место значимое превышение значений AP относительно их уровня при разрушении пласта новыми исполнительными органами. Возрастание № при увеличении числа отказов резцедержателей пот происходит подобно тому, как это имеет место в зависимостях приведенных на рисунке 1, что свидетельствует о взаимосвязи роста Рм с нарастанием
АР при увеличении пот.
Аналогичные зависимости были получены и при проведении экспериментов с комбайнами, оснащенными различными типами шнеков и резцов. Во всех случаях характер зависимостей АР = / (Уп, пот) был аналогичен, приведенным на рис. 2. Отличия составляли только уровни значений АР при одинаковых значениях У^ и п
п
от
лР,кВт
50
40
30
20
10
3 ] 2
/
V , м 'ман
Рис. 2. Зависимости размаха варьирования мощности АР от скорости подачи УП комбайна при работе с полным комплектом резцедержателей, при отказе резцедержателей в одной и двух линиях резания (кривые 1, 2 и 3 соответственно)
Расчет устойчивой мощности двигателей комбайнов при отказах резцедержателей. Известно [5], что неравномерность потребляемой мощности влияет на уровень устойчивой мощности электродвигателей комбайна, определяемой по выражению
Р
уст
= М устПдв
9750
(15)
где пдв - частота вращения двигателя, об/мин; М уст - устойчивый момент
электродвигателя, Н • м.
Поскольку на неравномерность потребляемой мощности, как показано выше, помимо других факторов, связанных с характеристиками разрушаемого угольного массива, влияют и отказы резцедержателей, то необходимо учитывать это влияние в расчетах, связанных с определением потребной мощности электродвигателя, а, следовательно, и возможной производительности ком-
байна.
Согласно [5] устойчивый момент двигателя рассчитывается по формуле
M уст = с ■ Mmax - Кн О - Ку Оу , (16)
где с - коэффициент, учитывающий снижение максимального момента в условиях реальной шахтной сети; Mmax - максимальный стендовый момент принимаемый по паспортным данным электродвигателя, Н-м; Кн и Ку - относительные отклонения, принимаемые в зависимости от требуемой вероятности работы без опрокидывания двигателей комбайна; он и о у - средние квадра-
тические отклонения электромагнитного момента, обусловленные изменчивостью внешней нагрузки и неточностью управления. Значения коэффициента с определяются по выражению
с =-1-. (17)
(1 + 0,000266 ■ MmaX)
Исходя из предположения о нормальном распределении мощности, значение коэффициента Кн = 3, а Ку принимается равным 1,3 при ручном
управлении комбайном и 1,8 при автоматизированном.
Величина он при нормальном распределении мощности Pм определяется по формуле
9750 ■ДРф
Он =—:-ф. (18)
6 ■ пдв
Принимая во внимание, что
о у = п у ■ Муст, (19)
и, подставив его в выражение (16), имеем
муст = с ■ ^ ~Кн - Он , (20)
У 1 + Ку ■П у
где V у - коэффициент вариации момента, определяемый неточностью управления комбайном. Его значения принимаются равными 0,08...0,1 при ручном управлении и 0,03... 0,05 - при автоматизированном.
Расчеты, выполненные по вышеприведенным формулам для различных типов комбайнов с различным числом отказавших резцедержателей, при применении их в различных условиях по разрушаемости пластов, показали, что во всех случаях по мере отказов резцедержателей, наряду с увеличением общей мощности Рм и размаха варьирования ЛРф, наблюдается существенное возрастание среднего квадратического отклонения потребляемой мощности (в 1,2 - 1,5 раза при отказе двух резцедержателей, в 1,4 - 1,7 раза - четырех резцедержателей и в 2.2 - 2,5 раза - шести резцедержателей в зависимости от типа комбайна и характеристик разрушаемости угольного пласта), повлекшего за
собой уменьшение устойчивого момента двигателя Муст и устойчивой мощности Руст комбайна.
Изложенные выше результаты исследований о влиянии отказов резцедержателей на режимные параметры угледобывающих комбайнов позволили дать физическое толкование установленным закономерностям, которое заключается в следующем. При отказах резцедержателей происходит перераспределение нагрузок на исполнительном органе, вследствие чего нарушается его силовая уравновешенность. Вместе с тем отказы резцедержателей и увеличение из-за этого шага резания приводят к образованию межрезцовых целиков угля, вынужденное разрушение которых лопастями шнека вызывает повышение динамичности процесса резания, характеризуемой показателями неравномерности АР, он и общих затрат мощности на процесс добычи угля. При малых скоростях подачи комбайна ¥п < 2,0...2,5 м/мин на увеличение динамичности процесса резания в основном влияют прерывисто-установившийся режим резания угля и нарушение силовой уравновешенности исполнительного органа. При дальнейшем увеличении возрастает вероятность контактирования лопастей шнека с неразрушенными межрезцовыми целиками угля, что вызывает дополнительный расход энергии и в итоге резкое увеличение потребляемой мощности и ее неравномерности. Чем больше при этом количество отказавших резцедержателей, тем выше вероятность появления межрезцовых целиков и контактирования о них лопастей при меньших скоростях подачи (по сравнению с работой комбайнов с новыми шнеками).
Энергоемкость и сортность угля при выемке. На рис. 3 приведены зависимости энергоемкости выемки угля Нм/ от скорости подачи комбайна
¥п и числа отказавших резцедержателей «от построенные по результатам исследований, выполненных при работе узкозахватного комбайна на шахте Комсомольская (Кузнецкий бассейн), откуда видно, что при отказе двух и четырех резцедержателей уровень удельных энергозатрат на выемку во всем диапазоне изменения скоростей подачи комбайна выше, чем при отсутствии отказов. Причем, с ростом скорости подачи происходит сначала постепенное снижение энергозатрат, а затем, после некоторого выполаживания кривой Hw = / (¥п) их резкое возрастание. Аналогичные по характеру зависимости были получены и при проведении экспериментов на других шахтах.
Таким образом, для каждого из числа отказавших резцедержателей имеет место оптимальная область значений скорости подачи ¥п опт., вне которой работа комбайна нерациональна. Причем, как видно из рис. 3, при увеличении «от происходит смещение оптимума в сторону меньших значений
¥п.
Физическая сущность установленных закономерностей изменения Hw = / (¥п, «от), состоит в следующем. С увеличением скорости подачи комбайна нарастание объема разрушенной горной массы опережает рост потреб-
ляемой электродвигателями комбайна мощности, в результате чего удельные энергозатраты на выемку угля уменьшаются (левая часть кривых на рисунке 3). С другой стороны, при увеличении ¥п уменьшается расстояние между забоем и торцем лопасти шнека 1з, влияющее на дополнительное передрабли-вание отбитых от массива кусков угля. При определенных значениях скоростей подачи, являющихся предельно-допустимыми для конкретной конструкции очистного комбайна, величина 1з становится соизмеримой с отбитыми кусками угля, и они, попадая между торцем лопасти и забоем, начинают передрабливаться. Процесс дробления угля сопровождается потреблением части дополнительной энергии. Чем меньше величина 1з, тем больше дополнительной энергии требуется на процесс дробления уже отделенных от массива кусков угля. При этом энергоемкость выемки, стабилизируясь в зоне оптимальных скоростей подачи затем начинает интенсивно возрастать (правая часть кривых на рис. 3).
Рис. 3. Зависимости удельных энергозатрат на выемку угля Н от скорости подачи комбайна при работе опережающего шнека с полным комплектом резцедержателей (1), без двух (2) и без четырех (3) резцедержателей
Для правильно спроектированной схемы расстановки резцов (резцедержателей) возрастание следует ожидать при предельном значении скорости подачи Кпр доп, определяемом по формуле (11).
Расчеты, выполненные по формуле (11), показали, что предельно допустимые значения скоростей подачи для комбайнов, имеющих частоту вра-
щения исполнительных органов 40...44 об/мин, лежат в области значений 4...5 м/мин. Напротив, для комбайнов, работающих с частотой вращения шнеков 80...85 об/мин, предельно допустимые значения скорости подачи находятся в области 7...8 м/мин.
При работе исполнительного органа с отказавшими резцедержателями на забое в местах отсутствия их появляются межрезцовые целики не разрушенного угля, вынужденное разрушение которых лопастями шнека приводит к возрастанию общей нагруженности исполнительного органа, а, следовательно, и к росту удельных энергозатрат на выемку. Причем, чем больше число отказавших резцедержателей, тем больше объем не разрушенных целиков угля, и тем, соответственно выше нагруженность исполнительного органа и энергозатраты на выемку. Рост энергозатрат на выемку при вынужденном разрушении целиков лопастями шнека приводит к смещению оптимумов ¥пр оптв область меньших значений скоростей подачи. Из приведенных на рис. 3 графиков видно, что при отказе двух и четырех резцедержателей (кривые 2 и 3 соответственно) возрастание явилось причиной уменьшения ¥пр опт до 4,0 и 3,0 м/мин.
В этой связи в расчетах по определению нагруженности и возможной производительности комбайнов необходимо учитывать поправки на рост , связанный с отказами резцедержателей.
Известно [5], что
р
=-—-, (21)
у 60-В -И -V -У
^з ^пл уп ¡¡уг
где Вз - фактическая ширина захвата исполнительного органа, м; Ипл - вынимаемая мощность пласта, м; Ууг - плотность горной массы, т/м .
Подставляя в последнюю формулу полученные выражения (12) и (13) для Рм, имеем
при ^р £ ^р.доп : И„ = 60- Г. И ^ ^ у ; (22)
Вз ^пл уп ¡¡уг „ а + Ь-Ьот + сот<7п - ^р.доп) _
при Vпр > Vпр доп: =-^-. (23)
к пр пр.доп у 60 - В -И V -у
Вз "пл 'п /уг
Последние выражения позволяют прогнозировать удельные энергозатраты на выемку угля при различном числе отказавших резцедержателей при работе комбайнов в различных условиях эксплуатации.
Известно, что степень измельчения угля при резании уменьшается с увеличением скорости подачи комбайна [5, 10]. Выше нами было показано, что ¥п и являются функцией числа отказавших резцедержателей пот. А поскольку это так, то сортность угля также должна зависеть от пот. Покажем это.
Энергозатраты на выемку и сортность угля связаны выражением [10]
Н^ = (^м - 0,01)Я, (24)
откуда показатель приведенной степени измельчения угля
Км = , (25)
Я
где Я - показатель разрушаемости угля, рассчитываемый по формуле
0,8 • т
2
Я =-в пл •--, кВт ч см/м3. (26)
ехр(2,3 • т) - 4,4 - т
Показатель способности угля к измельчению, входящий в последнее выражение, определяется согласно известной методике, изложенной в [5].
Подставляя в (25) вместо Нполученные для него выражения (22) и (23), после несложных преобразований имеем
т/ „ а + Ь • - 0,6 Н ИД ^ К •Ууг ^ Я „„
при ¥пр £ ¥пр доп : Км =-^-, (27)
^ пр пр.доп м 60• В • Н • V •У
Вз 11 пл уп ¡¡уг при Vир > Vир .доп
К = а + Ь • Ьот • ^ + Сот (Уп - ^пр.доп ) - 0,6 • Вз •Н пл • К •Ууг • Я (28) м 60 • Вз • Нпл • Vп • Ууг . ( )
Выход класса крупности угля Ж - (%) менее й (мм)
Ж - = 100 1 - ехр(-Ктйт /т2) , (29)
а выход 1-х классов крупности Ж (%), по значениям которого собственно и рассчитывается сортность угля, равен
Жг = Ж - - Ж - (7-1), (30)
где й - максимальный размер куска угля, мм.
Таким образом, полученные выражения позволяют рассчитать гранулометрический состав (сортность) угля с учетом изменяющихся режимов работы комбайнов при отказах резцедержателей.
По предложенной методике были выполнены расчеты сортности угля при работе комбайна с новым исполнительным органом (пот = 0), без двух и
четырех отказавших резцедержателей в линейной части опережающего шнека. Определялся выход угля по классам крупности для оптимальных значений скорости подачи, соответствующих работе комбайна. По результатам расчета на рис. 4 приведены зависимости выхода угля классов +13, +25 и -6 мм в функции от числа отказавших резцедержателей.
Из рис. 4 видно, что по мере увеличения числа отказавших резцедержателей выход крупносредних сортов угля падает, а мелких классов, наоборот, увеличивается.
Таким образом, на основании изложенных в статье результатов
исследований можно сделать следующие выводы.
1. По мере исчерпания ресурса исполнительного органа комбайна, происходящего, главным образом, вследствие отказов резцедержателей, изменяются параметры схем расстановки резцов на шнеке, которые в свою очередь влияют на режимные параметры комбайна. С увеличением числа отказавших резцедержателей потребляемая мощность возрастает, а скорость подачи комбайна при этом снижается.
IV,%
0 2 4 Поп,
Рис. 4. Зависимости выхода угля Ж классов крупности -6 мм, +13 мм и +25 мм от числа отказавших резцедержателей
Из рис. 4 видно, что по мере увеличения числа отказавших резцедержателей выход крупносредних сортов угля падает, а мелких классов, наоборот, увеличивается.
2. По мере исчерпания ресурса исполнительного органа комбайна, происходящего, главным образом, вследствие отказов резцедержателей, изменяются параметры схем расстановки резцов на шнеке, которые в свою очередь влияют на режимные параметры комбайна. С увеличением числа отказавших резцедержателей потребляемая мощность возрастает, а скорость подачи комбайна при этом снижается.
3. Отказы резцедержателей оказывают существенное влияние на неравномерность нагруженности и скорость подачи комбайна. Установлено, что уменьшение скорости подачи по мере исчерпания ресурса исполнительного органа связано с уменьшением устойчивой мощности комбайна, обусловленным наряду с общим ростом потребляемой мощности, увеличением размаха варьирования мощности и конструктивного коэффициента вариации нагрузки на исполнительном органе.
4. Рост нагруженности исполнительного органа и уменьшение скорости
подачи комбайна по мере исчерпания ресурса шнека увеличивают энергозатраты и ухудшают сортность угля при выемке. При этом для каждого из числа отказавших резцедержателей имеет место оптимум значений скорости подачи, при которых удельные энергозатраты минимальны.
Список литературы
1. Отраслевая инструкция по выбору шнековых исполнительных органов очистных комбайнов. М.: Ин-т горного дела им. А. А. Скочинского, 1997. 33 с.
2. Линник Ю.Н., Рязанцев С.Н. Исследование влияния величины износа гнезд резцедержателей на нагруженность инструмента при резании // Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского. М.: 2004. Вып. 326. С. 199 - 206.
3. Меламед В.З., Круглов Н.Т. Влияние точности соединения "резец-резцедержатель" на нагруженность резцов в процессе резания// Разрушение горных углей и горных пород. М.: Ин-т горн. дела им. А.А. Скочинского, 1988. С. 40 - 43.
4. Линник Ю. Н., Рязанцев С. Н., Линник В.Ю. Методика расчета основных параметров шнеков очистных комбайнов на основе интегральной оценки характеристик разрушаемости угольных пластов // Горные машины и автоматика. 2003. № 7. С.20 - 27.
5. Позин Е.З., Меламед В.З., Тон В.В. Разрушение углей выемочными машинами. М.: Недра, 1984. 288 с.
6. Мышляев Б.К. О направлениях развития техники и технологии очистных работ на шахтах РФ // Уголь. 1999. №4. С. 39 - 43.
7. Zich A., Linnik Yu. N., Linnik V. Yu. Verlängerung der Betriebsdauer von Meiselhalterungen an schneidenden Kohlegewinnugsmaschinen. MINING REPORT 5. Gluckauf. No 153: Germany, Jahrgang, Oktober, 2017. С. 474 - 479.
8. Штенмапс К.Х. Техническое оснащение и достигнутая производительность 430 метровой лавы // Глюкауф. 2000. №2 (3). С. 7 - 14.
9. Гридин В.Г. Обоснование эффективного уровня развития угольного производства // Сб. науч. тр. «Экономика и экология». М.: МГО АГН, 2007. С. 37 - 42.
10. Позин Е.З., Меламед В.З., Азовцева С.М. Измельчение углей при резании. М.: Наука, 1977. 138 с.
Линник Юрий Николаевич, д-р техн. наук, проф., ylinnik@rambler.ru, Россия, Москва, Государственный университет управления,
Жабин Александр Борисович, д-р техн. наук, проф., zhabin.tula@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Линник Владимир Юрьевич, д-р. экон. наук, доц., d0c3n7@gmail.com, Россия, Москва, Государственный университет управления,
Поляков Андрей Вячеславович, д-р техн. наук, проф., Polyakoff-an@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
NOTES ABOUT HOW CUTTERS AND CUTTERHOLDERS MALFUNCTIONS AFFECT TO INDICATORS OF COAL-PLOW MACHINES WORK EFFICIENCY
Yu. N. Linnik, A.B. Zhabin, V.Yu, Linnik
The experience of operating coal-mining combines showed that the reliability of their executive bodies in the vast majority of cases is determined by the development of the failure of their tool holders (rupture and wear of the nests). In this connection, the article discusses the relationship between tool holders failures and such indicators of coal mining combine operation efficiency as their theoretical and technical performance, energy intensity and coal grade during production, and the power consumed by the combine.
Key words: refusal of tool holders, coal mining combines, theoretical productivity, technical productivity, energy intensity, coal grade, power of coal mining combine.
Linnik Yuri Nikolaevitch, doctor of technical sciences, professor, ylinnik@,rambler. ru, Russia, Moscow, State University of Management,
Zhabin Aleksandr Borisovich, doctor of technical sciences, professor, zha-bin. tula@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Linnik Vladimir Yurievitch, doctor of economic sciences, docent, d0c3n 7@gmail. com, Russia, Moscow, State University of Management,
Polyakov Andrey Vyacheslavovich, doctor of technical science, docent, Polyakoff-an@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
Reference
1. Otraslevaya instrukciya po vyboru shnekovyh ispolnitel'nyh organov ochistnyh kom-bajnov. M.: In-t gornogo dela im. A.A. Skochinskogo, 1997. 33 s.
2. Linnik YU.N., Ryazancev S.N. Issledovanie vliyaniya velichiny iznosa gnezd rezce-derzhatelej na nagruzhennost' instrumenta pri rezanii // Nauchnye soobshcheniya IGD im. A.A. Skochinskogo. Vyp. 326. M.: 2004. S. 199 - 206.
3. Melamed V.Z., Kruglov N.T. Vliyanie tochnosti soedineniya "re-zec-rezcederzhatel'" na nagruzhennost' rezcov v processe rezaniya// Razru-shenie gornyh uglej i gornyh porod. M.: In-t gorn. dela im. A.A. Skochinskogo. 1988, S. 40 - 43.
4. Linnik YU. N., Ryazancev S. N., Linnik V.YU. Metodika rascheta osnovnyh parame-trov shnekov ochistnyh kombajnov na osnove integral'-noj ocenki harakteristik razrushaemosti ugol'nyh plastov / Gornye ma-shiny i avtomatika, M.: 2003. № 7. S.20 - 27.
5. Pozin E.Z., Melamed V.Z., Ton V.V. Razrushenie uglej vye-mochnymi mashinami. M.: Nedra, 1984. 288 s.
6. Myshlyaev B.K. O napravleniyah razvitiya tekhniki i tekhnologii ochistnyh rabot na shahtah RF// Ugol', 1999. №4. S. 39-43.
7. Zich A., Linnik Yu. N., Linnik V. Yu. Verlangerung der Betriebsdauer von Meisel-
halterungen an schneidenden Kohlegewinnugsmaschinen. MINING REPORT 5. Gluckauf. No 153: Germany, Jahrgang, Oktober, 2017. S. 474 - 479.
8. SHtenmaps K.H. Tekhnicheskoe osnashchenie i dostignutaya proizvo-ditel'nost' 430 metrovoj lavy// Glyukauf, 2000. №2 (3). S. 7-14.
9. Gridin V.G. Obosnovanie ehffektivnogo urovnya razvitiya ugol'-nogo proiz-vodstva // Sb. nauch. tr. EHkonomika i ehkologiya. M., MGO AGN, 2007. S. 37-42.
10. Pozin E.Z., Melamed V.Z., Azovceva S.M. Izmel'chenie uglej pri rezanii. M.: Nau-ka, 1977. 138 s.
УДК 622.232.83
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕЖУЩЕГО ДИСКА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА
В. Д. Кухарь, А. А. Маликов, А.Б. Рогов
Обоснованы рациональные параметры режущего диска исполнительного органа проходческого комбайна. Установлено, что для снижения динамичности процесса разрушения горного массива следует устанавливать на рабочем органе нечетное количество инструмента, так как при этом удается разделить во времени процесс накатывания очередной шарошки на забой и выхода инструмента из контакта с массивом. Показано, что проходческие комбайны избирательного действия должны оснащаться шарошками минимального диаметра, который выбирается исходя из возможностей опорного узла инструмента и прочности шарошек. Рекомендовано для обеспечения эффективной работы исполнительного органа устанавливать на режущем диске максимально возможное нечетное количество шарошек.
Ключевые слова: проходческий комбайн, дисковый исполнительный орган, шарошка, горный массив, забой.
Создание работоспособного проходческого комбайна невозможно без тщательного анализа конструкции исполнительного органа и комплексной оценки его параметров с помощью качественных характеристик.
Для того чтобы получить все характеристики, необходимо использование сложного и дорогостоящего оборудования (физический эксперимент).
Если параметры исследуются непосредственно в шахте, где специфика условий не позволяет получить данные в нужном объеме, то существует большая вероятность получения необъективных оценок,
В любом случае испытания возможны только по окончании проектирования и изготовления опытного образца в металле. Причем для получения работоспособного и эффективного исполнительного органа, как правило, процесс «проектирование - изготовление - испытания - доводка» приходится неоднократно повторять, что приводит к увеличению сроков создания и удорожанию проходческого комбайна.
