Использование балансовых соотношений в расчетах горных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© Н.В. Кислов, Г.В. Казачснко, Г.А. Басалай, 2013

УДК 622.26

Н.В. Кислов, Г.В. Казаченко, Г.А. Басалай

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БАЛАНСОВЫХ СООТНОШЕНИЙ В РАСЧЕТАХ ГОРНЫХ МАШИН

Исследуются возможность и некоторые способы применения балансовых соотношений для рационального определения параметров конструкции и режимных характеристик рабочего процесса горных машин непрерывного действия. Ключевые слова: комбайн, балансовые соотношения, мощность, производительность, скорость подачи.

Существует большой класс технологических машин, выполняющих свои производственные функции при одновременном перемещении в пространстве. В устойчивых режимах работы подобных машин выполняется ряд балансовых соотношений, которые могут быть использованы для решения задач как проектного, так и эксплуатационного характера. В настоящей статье рассматриваются некоторые из таких задач и приводятся примеры их решения.

Постановка задач

К мобильным технологическим машинам относятся, прежде всего, все горные машины непрерывного действия (проходческие и очистные комбайны, ще-ленарезные машины, почвоподдирочные машины и т.д.). Для этих машин [1] известны балансовые соотношения по мощности, производительности, теплу и т.п. Некоторые из этих соотношений, особенно энергетические, успешно используются для выбора рабочих скоростей, определения производительности и мощности энергетических установок машин для открытой разработки полезных ископаемых [2].

Уравнения баланса мощности могут быть записаны в виде системы [3]

N (, х ) = о, (1)

7=1

где 1 = 1...Я, п — число двигателей привода механизмов комбайна; ] = 1...т, т — число механизмов, приводимых от ¡-го двигателя; N — мощность двигателя с номером ¡; х, х, — параметры и скорости, определяющие затраты мощности 7-го механизма.

Эти уравнения можно использовать, например, для определения рабочей скорости горной машины в конкретных условиях эксплуатации. Подобные уравнения можно записать для других балансовых соотношений, в частности, по производительности.

Результаты исследования

Общие уравнения (1) баланса мощности рассмотрим на конкретных примерах расчета поступательной скорости очистного комбайна.

/У/ /// /// /У/

я

/У ///-777-777-777"

Рис. 1. Принципиальная схема к составлению баланса мощности при работе очистного комбайна

Пример 1. Найти теоретическую рабочую скорость очистного комбайна при следующих исходных данных (рис. 1):

1. Ширина захвата В = 0,8 м.

2. Диаметр шнек-фрезы Б = 1,3 м.

3. Толщина разрабатываемого слоя Н = 1,3 м.

4. Угловая скорость шнек-фрезы ю = 5 рад/с.

5. Масса комбайна тк = 32000 кг.

6. Комбайн однодвигательный. Установленная мощность N = 330 кВт.

7. Плотность породы р = 2000 кг/м3.

В уравнение баланса мощности введем следующие составляющие затрат мощности:

N2 — мощность для разрушения породы исполнительным органом;

N2 — мощность на преодоление сопротивления подаче исполнительного органа и сопротивления самопередвижению комбайна;

N3 — мощность для погрузки породы на забойный конвейер.

Выразив перечисленные мощности через скорость Vп подачи комбайна [3] получим уравнение баланса мощности в виде квадратного уравнения относительно поступательной скорости комбайна

а^ + + с = 0, (2)

где коэффициенты а, Ь, с зависят от удельных затрат ер мощности на разрушение, ширины захвата, толщины разрабатываемого слоя, мощности двигателя, коэффициентов полезного действия приводов и ряда других параметров [3].

Для его решения воспользуемся данными по измерению затрат мощности, имеющимися в источнике [4]. Подставив данные и решив квадратное уравнение (2), получаем значение поступательной скорости комбайна vn = 0,0287 м/с = = 1,72 м/мин. При этом расчетные составляющие общих затрат мощности на работу однодвигательного очистного комбайна имеют следующие значения: N2 = 321,4 кВт; N2 = 7,24 кВт; N3 = 0,71 кВт. Мощность N3 для погрузки породы на забойный конвейер значительно меньше суммы мощностей N2+N2.

Сравнение полученной расчетным путем поступательной скорости комбайна vn = =1,72 м/мин с рабочими скоростями очистных комбайнов, эксплуатируемых в РУП «ПО «Беларуськалий», свидетельствует об их удовлетворительной сходимости.

Пример 2. В вышепривенном примере удельные затраты ер мощности на разрушение породы приняты постоянными в соответствие с их усредненными значениями по РУП «ПО «Беларуськалий» [4]. Вместе с тем, как в общей теории разрушения горных пород [1, 2], так и по данным исследований [5] эти затраты существенно зависят от толщины стружки. В общем виде эту зависимость обычно представляют выражением

ер = с1 Лс2, Втс/кг (3)

где И — толщина снимаемой стружки, м; с2 и с2 — параметры, определяемые по результатам экспериментальных данных.

Параметр с2 представляет собой удельные затраты ер2 мощности при условии, что толщина стружки И = 1 м, показатель степени с2 характеризует интенсивность убывания ер по мере увеличения И. Поэтому для соблюдения размерностей в левой и правой частях формулы (3) ее целесообразно представлять в виде

ер = ер1 (И / И1 )2. (4)

Уравнение баланса мощностей в рассматриваемом случае принимает вид: а^ + - N = 0, (5)

где коэффициенты а1, Ь1 определяются также как и в первом примере.

Это уравнение в общем случае может быть решено численно только после определения параметров с! и с2.

В результате обработки опытных данных из работы [5] и с учетом значений величин, принятых в примере 1, уравнение баланса мощности комбайна СЛ 300/400, для которого выполнены расчеты, приводится к виду 132616 -щ 1,59 + 209280 • vn + 1989248 • щ°'59—330000 = 0. (6)

Решение этого уравнения дает поступательную скорость комбайна vn = 0,045 м/с = 2,7 м/мин. Расчетные затраты мощности в этом случае N2 = 319 кВт, N2 = 10,5 кВт и N3 = 1,0 кВт, что в сумме соответствует мощности электродвигателя N = 330 кВт.

Применительно к комбайну СЛ 300/400 уравнение (5) баланса мощности имеет вид: 27358 • Vп + 2218919 •цп°'59—400000 = 0. В результате приближенного решения этого уравнения поступательная скорость комбайна vn= 0,054 м/с = 3,24 м/мин. При это расчетные значения затрат мощности N2 = 396,5 кВт и N3 = 1,5 кВт. Заметим, что согласно технической характеристике очистного комбайна СЛ 300/400 наибольшая длительная рабочая скорость подачи vn = 3 м/мин при установленной мощности электропривода одной шнек-фрезы N = 400 кВт.

Пример 3. Анализ результатов расчета, приведенных в примерах 1—2, показывает, что в ряде случаев вычисленные поступательные скорости передвижения комбайнов со шнековыми органами превышают рабочие скорости при эксплуатации машин. С одной стороны это указывает на наличие возможности повышения рабочих скоростей очистных комбайнов. Однако при больших рабочих скоростях меняются условия работы резцов, что потребует дополнительных исследований по определению удельных затрат мощности. Кроме того,

решение уравнения (1) не гарантирует обеспечение других балансовых соотношений. Важную роль здесь имеет балансовое соотношение по производительности, невыполнение которого не только делает невозможной эксплуатацию машины, но может создавать аварийные ситуации. Поэтому представляется целесообразным совместное использование и исследование балансовых соотношений по мощности и производительности. Балансовое соотношение по производительности органа разрушения, как известно, может быть записано в виде

где Q — производительность по ходу машины; Qp — производительность органа разрушения; к3 — коэффициент запаса производительности.

Очевидно, что совместное решение уравнений (1) и (7) предполагает выражение Q и Qp через те же параметры, что и мощность N. При этом необходимо принимать во внимание то, что совместное использование балансовых соотношений по производительности и мощности позволяет решать те же задачи, что и при использовании одного баланса мощности. Вместе с тем совместное решение этих уравнений позволяет определить рациональные значения двух параметров - скорости подачи и угловой скорости рабочего органа.

Продемонстрируем это на уже рассмотренном примере 1 очистного комбайна. Нам остается вычислить производительность режущего шнека, как транспортирующего органа. Она может быть определена по формуле

где ф — коэффициент заполнения породой рабочего пространства шнека; кр — коэффициент разрыхления породы; у — коэффициент циркуляции; ё — внутренний диаметр шнека; Ив — шаг витков шнека; Б — наружный диаметр шнек-фрезы.

Согласно выражению (7) условие достаточности производительности можно представить в виде Qp ^ Q, то есть производительность рабочего органа как транспортирующего шнека должна быть больше производительности по ходу комбайна. Во время работы комбайна эти производительности равны между собой, т.е. Qp = Q. Исходя из этого условия, уравнения балансов мощности и производительности запишем в виде системы

Эта система решена по исходным данным из примера 1 и значениях коэффициентов ф = 0,3; kp = 1,2; у = 0,5. Оказалось, что в рассматриваемом случае vn = 0,0287 м/с = 1,72 м/мин, а угловая скорость шнек-фрезы ю = 5,18 рад/с. При решении уравнения (2) было принято, что ю = 5,0 рад/с. Следовательно, коэффициент запаса производительности шнек-фрезы как транспортирующего органа в данном случае равен 1,57.

Ранее было отмечено, что удельные энергозатраты на резание породы являются функцией толщины И стружки, которая в свою очередь зависит от

к3р = Q1

(7)

(8)

(9)

Q - Qp = 0

поступательной vn и угловой ю скоростей шнек-фрезы. Поэтому представляется целесообразным в первом уравнении системы (9) использовать вместо усредненного значения удельных энергозатрат их зависимость от режимных параметров работы шнек-фрезы. В этом случае рабочая поступательная скорость комбайна vn = 0,045 м/с = 2,70 м/мин и угловая скорость фрезы ю = 5,0 рад/с. Это значит, что основные режимные параметры очистных комбайнов выбраны рационально. Однако этих данных недостаточно, чтобы выбрать их оптимальные значения, которые лежат в области более высоких скоростей подачи.

Аналогичная методика использована при составлении и применении балансовых уравнений для проходческих комбайнов серии ПК [6, 7]. При этом вначале получены выражения, позволяющие определить затраты мощности для всех элементов исполнительного органа сложной структуры [6, 10] и далее произведены расчеты для условий работы комбайна ПКС-8 в условиях ПО «Беларуськалий».

Проходческий комбайн ПКС-8 представляет собой машину с гусеничным движителем. Суммарная мощность электродвигателей комбайна 385 кВт. Исполнительный орган состоит из внутреннего и наружного буров, обрабатывающих до 90% забоя, двух отрезных коронок и двух шнековых бермовых фрез, которые оформляют вертикальные стенки забоя арочной формы и его почву.

В статьях [8, 9] приведены результаты исследования режимов работы приводов исполнительных органов комбайна ПК-8 в условиях эксплуатации на рудниках Первого и Второго рудоуправлений РУП «ПО «Беларуськалий». Замеры мощности проводились на зажимах электродвигателей привода исполнительного органа (внутренний и внешний буры) от поступательной скорости комбайна. Оказалось, что номинальная потребляющая мощность Nд = 200 кВт для исполнительного органа комбайна ПК-8 соответствует поступательной скорости vn = 7,5 м/ч, при этом удельная энергоемкость ер составила 3,7 кВт-ч/м3. Основываясь на этих данных, нами получены приближенные формулы для оценки удельных энергозатрат ер в кВт-ч/м3 от поступательной скорости vn комбайна в м/ч. Из общей установленной мощности электродвигателей Nд = 200 кВт была исключена мощность, потребляемая зачерпывающе-погрузочным ковшовым устройством.

Исходя из выполненных расчетов мощность на резание породы должна составлять 162 кВт при удельных энергозатратах ерр = 3,05 кВт-ч/м3. Тогда общие удельные энергозатраты ер = ерр+ерц+ерг = 3,05+0,57+0,13 = 3,75 кВт -ч/м3, что на 1,35% больше экспериментального значения ер = 3,7 кВт-ч/м3 (здесь ерц — удельные энергозатраты при разрушении целиков; ерГ — то же при работе погрузочного устройства.

Уравнение баланса мощности привода буров в этом случае принимает вид [3, 6]

Nд = (ерр + ерЦ) • 5x2 • Vn • 5 • Vn = (ерр + ерЦ) П • И^2 • Vn + ерг • 5 • Vn, (10)

где 522 — площадь забоя, разрабатываемая бурами; И2 — наружный радиус внешнего бура; 5 — общая площадь забоя; Nд = 200 кВт — установленная мощность электродвигателей привода комбинированного исполнительного органа.

Решение уравнения (10) дает поступательную скорость комбайна vn = 7,5 м/ч. В результате математической обработки опытных данных из [8, 9] нами получена эмпирическая зависимость для определения удельных энергозатрат ер с учетом потерь энергии в приводе комбинированного исполнительного органа комбайна ПК-8

ер = с1 ■ v-c2, кВт-ч/м3 (11)

где с2 = 10,1 кВт •ч/м3 — удельные энергозатраты при поступательной скорости vn = 1 м/ч; с2 = 0,5 — параметр, характеризующий интенсивность убывания ер по мере увеличения скорости vn в пределах от 3 до 11 м/ч.

Полученные результаты дают основание записать формулы для определения удельных энергозатрат составных элементов исполнительного органа комбайна ПК-8 в виде (11). Параметр с\, принимает следующие значения: при резании калийной руды с2 = 8,35 кВт-ч/м , при скалывании целиков = 1,56 и при погрузке измельченной породы с2 = 0,36 кВт-ч/м3. Параметр с2 = 0,5. Суммарное значение параметра с2 при разрушении породы составляет

9,91 кВт-ч/м3, а формула (11) принимает вид ер = 9,91 ■ и при погрузке

породы ерГ = 0,36 ■ vn0'5 . Значения приведенных параметров получены с учетом потерь энергии в приводе буров.

Формула (11) получена для оценки удельных энергозатрат при добыче калийной руды комбайном ПК-8, исполнительный орган которого был оборудован резцами типа ШБМ. Трехлучевой центральный и четырехлучевой внешний буры комбайна ПКС-8 снабжены резцами Д6—20, для которых, к сожалению, отсутствуют экспериментальные данные по определению удельных энергозатрат при резании калийной руды. Параметры формулы (11) с1= 8,35 и с2 = 0,5 в случае применения резцов Д6—20 будут несколько иными, однако порядок их сохранится. Поэтому для приближенной оценки затрат мощности на работу элементов комбинированного исполнительного органа комбайна ПКС-8 и определения его поступательной скорости при условии использования установленной мощности Nд двух электродвигателей по 110 кВт воспользуемся в общих балансовых уравнениях из [3, 6] формулой (11), с параметрами = 8,35 и с2 = 0,5.

Тогда уравнение баланса мощности для исполнительного органа комбайна ПКС-8

Nд = N + N2 + N. = ^ ■ ^ (5! + 52) + (ерГ + ^^^, кВт, (12)

3,6 ■ 106 ЦГ

где Nд = 220 кВт — номинальная мощность электродвигателей привода исполнительного органа комбайна; N2 — мощность привода центрального бура; N2 —то же привода внешнего бура; N. - то же привода погрузочного устройства; vn — скорость подачи комбайна, м/ч; 5\ — часть площади забоя, формируемая центральным буром; Я1 — радиус центрального бура; 52 — часть площади забоя, формируемая внешним буром; И.2 — радиус внешнего бура; 5 — общая площадь забоя; цГ — КПД привода погрузочного устройства; рн — насыпная плотность измельченной калийной руды; Н — высота подъема руды загрузочным устройством; кр — коэффициент разрыхления породы; = 8,35 и с2 = 0,5 — параметры формулы (11).

В результате подстановки приведенных данных в зависимость (12) и преобразований получается квадратное уравнение, решение которого дает поступательную скорость комбайна vn = 12,3 м/ч в случае полного использования номинальной мощности электродвигателей привода рабочего органа. Тогда расчетные затраты мощности на работу центрального бура N1 = 139,4 кВт, внешнего бура N2 = 74,5 кВт и погрузочного устройства Nг = 13,1 кВт.

При выполнении расчетов на прочность элементов исполнительного органа необходимо располагать сведениями о потребляемой мощности каждой из его составных частей, приводы которых постоянно совершенствуются [10]. Поэтому целесообразно оценить величны энергозатрат на работу буров в зоне резания и погрузочного устройства комбайна ПКС-8. КПД привода внутреннего бура П1 = 0,81, внешнего бура и погрузочного усройства = ПГ = 0,78. Тогда затраты мощности непосредственно на соосных устройствах исполнительного органа соответственно будут N1 = 107,2 кВт, N2 = 58,1 и N1- = 10,2 кВт.

Аргументом формулы (11) является поступательная скорость vn комбайна, которая не отражает функционального влияния режимов и условий резания на удельные энергозатраты ер при измельчении калийной руды. Из общих положений теории резания горных пород [1, 2] и ее применения в горном деле [3] удельные энергозатраты являются функцией толщины И снимаемой стружки, величина которой в свою очередь зависит от конструктивных параметров органа разрушения и режимов резания. В общем случае при работе буров проходческого комбайна толщина стружки

= 2л--^-, м (13)

' г,- 3600-ю,

где г^ — число резцов в линии резания; vn — рабочая поступательная скорость комбайна, м/ч; ю,- — угловая скорость вращения буров, рад/с.

При этом удельные энергозатраты характеризуются зависимостью

,2л__^

г '3600-ю,

ер! = с1; • И2' = с1;(— - ^-)-^, кВт-ч/м3 (14)

где И,- в м, vn в м/ч, ю,- в рад/с.

Число г! резцов в линии резания в общем случае записывается в виде [2] г, = Ь1 - к3/Б1,

где Ь — ширина захвата одного резца с учетом поперечного размера образуемой бороздки; к3 — общее количество резцов, участвующих в разрушении породы; Б,- — ширина захвата режущего инструмента.

Ширина Ь развала бороздки при использовании резцов Д6-20 в качестве режущих элементов исполнительных органов комбайна ПКС-8 составляет 60^65 мм. Общее количество резцов на трех лучах центрального бура к3 = 18. Эти резцы измельчают горную породу на ширине В1 захвата, равной радиусу внутреннего бура (И1 = 1200 мм). Тогда число резцов в линии резания г! = Ь-к3/И1 ~ 1. На четырех лучах внешнего бура установлено 10 резцов. В это случае ширина захвата Б2 = - И1, где = 1500 мм — радиус внешнего бура. Отсюда число резцов в линии резания г2 = 2. Четыре резца на внешнем контуре наружного бура служат для зачистки забоя и в формировании толщины стружки не участвуют.

Таблица 1

Формулы для оценки удельных энергозатрат в кВт-ч/м3 по толщине снимаемой стружки А в м при работе исполнительных органов проходческих комбайнов ПКС-8 и ПК-8

Проходческий комбайн Внутренний бур Внешний бур Погрузочное устройство

ПКС-8 ер1 = 0,297 • И-0,5 ер2 = 0,289 • И-0,5 ерГ = 1,0645 • V,

ПК-8 ер1 = 0,300 • И-0,5 ер2 = 0,295 • И2°,5

Затраты мощности при работе этих резцов малы и косвенно учитываются в эмпирической зависимости удельных энергозатрат ер2 от толщины И2 стружки.

Модификации эмпирической формулы (14), полученные для исполнительного органа комбайнов ПКС-8 и ПК-8, сведены в табл. 1.

С учетом изложенного уравнение баланса мощности из [6, 7] в рассматриваемом случае для комбинированного исполнительного органа комбайна ПКС-8 примет вид:

П Г 2п ^ Г Г

С

N. = N1 + N2 + Мг = ^

-11

ч 3600г1 •ю1 у

51 + Сгг

3600г9•ю

5,

г у

еРг +

9 •Рь

•Н} К • 5• Vп

(15)

3,6 • 106

Пг

Решение этого уравнения, которое учитывает конструктивные и режимные параметры комбинированного исполнительного органа комбайна ПКС-8, дает поступательную скорость машины vn = 12,2 м/ч, т.е. практически ту же, что и уравнение (12). Примем эту скорость подачи комбайна в дальнейших расчетах при оценке затрат мощности на работу бермовых фрез, отрезных коронок и перемещение комбайна.

Результаты расчетов по уравнению (15) затрат мощности на работу внутреннего бура N1, внешнего бура N2 и зачерпывающе-погрузочного устройства N1- в функции производительности Q комбайна ПКС-8 представлены на рисунке 2. Анализ этих графических зависимостей свидетельствует о том, что по мере увеличения поступательной скорости комбайна интенсивность нарастания затрат мощности на работу буров постоянно снижается, что является следствием уменьшения удельных энергозатрат ер при увеличении толщины И снимаемой стружки.

Заметим, что эмпирические коэффициенты сц и с12 (табл. 1) учитывают влияние конструктивных и режимных параметров внутреннего и внешнего буров комбайна ПКС-8 на величину удельных энергозатрат ер/. Значения с11 в этом случае близки к 0,3. Если принять в уравнении (15) с11 = с12 = 0,3, то расчетное значение поступательной скорости vn комбайна ПКС-8 составит 11,8 м/ч.

Бермовые фрезы и отрезные коронки разрушают только часть забоя. Основываясь на формуле (12) для оценки удельных энергозатрат ер1 в функции поступательной скорости vn комбайна зависимости для определения мощности на резание породы бермовыми фрезами и отрезными коронками принимают соответственно вид:

N = ер1

Qз = 8,35 • V-0,5 • 5б • V, = 8,35 • 5б • , кВт;

.0,5

(16)

N4 = ер104 = 8,355^'5, кВт,

(17)

где 5б и 5о — площади, обрабатываемые двумя бермо-выми фрезами и двумя отрезными коронками соответственно, м2; г3 и г4 — число зубков в линии резания бермовых фрез и отрезных коронок; ю3 и г4 — угловые скорости бермовых фрез и отрезных коронок, рад/с.Если выразить вр1 в функции толщины И стружки, то эти формулы запишутся следующим образом [6, 7]:

250 220

200

150

4 --

Про,

75

Ь& М.

Рис. 2. Характер изменения затрат мощности при работе комбинированного исполнительного органа комбайна ПКС-8: 1 - общие затраты; 2 - внутренний бур; 3 - внешний бур; 4 - зачерпывающее-погрузочное устройство

N3 = ерц - И"0,5 - 5б - V, = 0,157

4п

ч-0,5

3 - г3

N4 = ер12 - И

-0,5

- 50 - Vn = 0,107

•3600-ю3 4п

- 5б

-0,5

3 - г4 - 3600 - ю4

- 5,

0,5

0,5

кВт;

кВт.

(18)

(19)

Расчеты были выполнены для поступательной скорости комбайна ПКС-8 vn = 12,2 м/ч, при которой используется вся установленная мощность Nд = 220 кВт привода соосных буров. При этом N3 = 24,1 кВт и N4, = 4,1 кВт.

Бермовые фрезы помимо резания и повторного измельчения породы выполняют функцию перемещения части отбитой руды к месту ее зачерпывания погрузочным устройством внешнего бура.

Для определения затрат мощности на рабочее передвижение комбайна необходимы сведения об усилии подачи РП комбинированного исполнительного органа. По данным [5,6] усилие подачи РП пропорционально усилию резания Рр, т.е. РП = кп-Рр, где кп = 0,1*1,0 — коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от конструктивных особенностей резцов и параметров резания. С учетом этого в настоящей работе определены затраты мощности для работы каждого из узлов комбинированного исполнительного органа комбайна, расчет величины усилия подачи при поступательной скорости vП = 12,2 м/ч, которая соответствует полному использованию мощности привода Nд = 220 кВт, представим следующим образом:

Рп = 1000 - к

л/2 - N1 л/2 - ^

N

N

И1 -ю1 ю2-у! И| + И2 И3 -ю3 И0 -ю4

, Н.

(20)

Кроме усилия подачи механизм передвижения комбайна преодолевает сопротивления передвижению самого комбайна и бункера-перегружателя. С учетом угла наклона выработки сопротивление движению заполненного бункера-перегружателя при движении в гору

Ркр =цй • (тб + шп )• g• cos а+ (шб + mn )• g• sin а , Н (21)

где ¡к — коэффициент сопротивления движению бункера-перегружателя; шб — масса бункера-перегружателя; шп — масса руды в бункере; а — угол подъема выработки.

Сила сопротивления движению самого комбайна

Рк = (ц + k) •шк •g • cos а + шк -g - sin а + (ц + k) • P,, (22)

где ¡ — коэффициент сопротивления деформированию почвы выработки гусеничным ходом; k — коэффициент внутреннего сопротивления в гусеничном

движителе; шк — масса комбайна; Pz — вертикальная составляющая реакций

породы на исполнительные органы.

При уравновешивании внешнего и внутреннего буров составляющая Pz в соответствии с [4] определится выражением

P, = 1000

Г Nз , N4 ^

R3 • ю3 R0

Н. (23)

Как и для шнековых фрез очистного комбайна принимаем, что в наихудшем случае вертикальная составляющая реакций породы равна приведенной силе резания и прижимает комбайн к почве выработки.

Тогда общая сила сопротивления движению

Рс = Рп+Ркр+Рк, (24)

где Рп, Ркр и Рк определяются формулами (20—23).

В результате расчетов получены следующие значения сил: Рп = 227810 Н, Ркр = 99770 Н, Рк = 209670 Н. Общая сила сопротивления может достигать, таким образом, величины порядка 537250 Н, что совпадает с данными [3]. Это значение является, конечно, экстремальным. При средних значениях коэффициента кп пропорциональности и других коэффициентов сила сопротивления составляет примерно 470000 Н. Тогда мощность на передвижение в рабочем режиме при полностью загруженном бункере Nn = 375 кВт.

При передвижении комбайна ПКС-8 с порожним бункером-перегружателем в прицепе на маневренной скорости V = 320 м/ч затраты мощности составляют 46,3 кВт и 40 кВт без бункера.

Заключение

Предлагаются общие принципы подхода к использованию балансовых соотношений для мощности и производительности с целью однозначного определения предельных режимов работы исполнительных органов мобильных горных машин. Приведенные примеры использования балансовых уравнений в расчетах горных машин не исчерпывают всех задач, для решения которых они могут эффективно применяться. Например, определение мощностей для при-

вода отдельных механизмов и соответственно — расчета этих приводов, определение ширины захвата комбайна при известных мощности пласта и двигателя, используемого для привода органа разрушения и т.п. Эти соотношения могут быть положены в основу математических моделей оптимизации как конструктивных, так и режимных параметров машин. Выполненные расчеты дали хорошее совпадение как с результатами экспериментов, проведенных в РУП «ПО «Беларуськалий», так и с опытом эксплуатации подобных комбайнов.

1. Солод В.И. Горные машины и автоматизированные комплексы / В.И. Солод,

B.И. Зайков, К.М. Первов. — М.: Недра, 1981.— 503 с.

2. Опейко Ф.А. Торфяные машины. — Мн.: Вышэйшая школа, 1968. — 408 с.

3. Казаченко Г.В. Использование балансовых соотношений для выбора параметров мобильных технологических машин / Г.В. Казаченко, Н.В. Кислов, Г.А. Басалай // Горная механика. — 2008.— № 4. — С. 59—68.

4. Смычник А.Д. Технология и механизация разработки калийных месторождений / А.Д. Смычник, Б.А. Богатов, С.Ф. Шемет. — Мн.: Юнипак, 2004. — 324 с.

5. Шаповалов В.И. Выбор основных параметров шнекового исполнительного органа очистного комбайна / В.И. Шаповалов, Е.П. Ёембович // Проблемы технологии механизации разработки месторождений полезных ископаемых: сб. научн. тр. Международной НПК в 2 ч. / Мн.: БНТУ. — Ч. 1. — С. 155—157.

6. Казаченко Г.В. Особенности мощностного расчета горных машин с комбинированными исполнительными органами. Часть 1. Баланс мощности проходческого комбайна с соос-ными роторами / Г.В. Казаченко, Н.В. Кислов, Г.А. Басалай // Горная механика. — 2009. — № 2. — С. 77—88.

7. Кислов Н.В. Обоснование мощностного расчета горных машин с комбинированными исполнительными органами. Часть 2. Численное исследование балансовых соотношений по мощности для комбайнов серии ПК / Н.В. Кислов, Г.В. Казаченко, Г.А. Басалай // Горная механика. — 2009.— № 4. — С. 60—73.

8. Зайков В.И. Эффективное применение комбайновых исполнительных органов различных типов при разработке калийных полей / В.И. Зайков. — Сб. научн. тр. // Расчет и конструирование горных машин и комплексов / ред. А.В. Топчиев — М.: Недра, 1971. —

C. 56—66.

9. Зайков В.И. Исследование режимов работы приводов исполнительных органов и подачи комбайнов ПК-8 и ПК-10 / В.И. Зайков, В.В. Солодухин // Расчет и конструирование горных машин и комплексов / ред. А.В. Топчиев — М.: Недра, 1971. — С. 185—194.

10. Басалай Г.А. Приводы соосных роторов исполнительного органа проходческого комбайна / Г.А. Басалай, М.И. Зубрицкий, И.А. Конопляник. // Горная механика. — 2007,—№4. С. 7—13. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Кислов Н.В., Казаченко Г.В., Басалай Г.А. - Белорусский национальный технический университет, г. Минск, bntu@bntu.by.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ