Наивыгоднейшая емкость скипа Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 78 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1955 г.

НАИВЫГОДНЕЙШАЯ ЕМКОСТЬ СКИПА

И. К. ХРУСТАЛЕВ

Вопросу выбора наивыгоднейшего поднимаемого груза посвящено много трудов наших советских ученых. Впервые глубокое исследование этого вопроса было проведено выдающимся ученым в области горной механики—академиком М. М. Федоровым в 1926 г. Положив в основу наименьшую сумму расходов по эксплуатации и погашению оборудования, М. М. Федоров получил сложное выражение для определения наивыгоднейшей емкости сосуда. Менее сложную зависимость получили в дальнейшем проф. В. И. Белов, а затем проф. Г. М. Еланчик и доц. В. Н. Киселев.

Член-корр. АН СССР проф. А. С. Ильичев разработал метод технико-экономического расчета подъемной установки по параметрам. Пользуясь этим методом, облегчается сравнение отдельных вариантов. Для сравнения вариантов при заданных высоте подъема и производительности шахты принимаются различные емкости сосудов и принимается такая наивыгоднейшая емкость, при которой имеет место наибольший к.п.д. установки и наименьший расход энергии [5].

Вопросу проектирования рационального ряда скипов для глубоких шахт посвящена работа доц. 3. М. Федоровой [1]. Наибольшим применением при проектировании скиповых подъемных установок в настоящее время пользуются зависимости, полученные проф. Г. М. Еланчиком [2] и доц. В. Н. Киселевым [3; 4].

Проф. Г. М. Еланчик дает следующую формулу для определения наивыгоднейшего поднимаемого груза (наивыгоднейшей вместимости скипа):

л 2,05]/7А-17 <а 41///+9 Пч

Аш* -3600----< Цн -"3600-"'

где Лчас—часовая производительность подъема в т, Н — высота подъема в ж,

0_н —наивыгоднейшая вместимость скипа в т, В =9Сек — пауза между подъемами.

Правая часть этого неравенства получена проф. Еланчиком из условия минимальных годовых расходов на энергию и минимальной мощности подъемного двигателя. Этому наивыгоднейшему полезному весу соответствует наивыгоднейшее время движения подъемных сосудов Тн = 4 УН, при котором эксплуатационные расходы и стоимость привода будут минимальными. По мнению проф. Г. М. Еланчика, это наивыгоднейшее время соответствует точке перегиба р =/(£), характеристики динамического режима в функции продолжительности подъема.

Левая часть неравенства, определяющая наименьший допустимый груз, получена исходя из максимально допустимых правилами безопасности скоростей сосудов. Обоснованность формулы проф. Г. М. Еланчика не вызывает сомнений, так как на рентабельность работы подъемной уста-

новки главным образом влияют эксплуатационные расходы, из которых решающим фактором является стоимость энергии. Но здесь необходимо сделать два замечания: 1) проф. Г. М. Еланчик не исследует зависимости к,п.д. установки в зависимости от емкости скипа; 2) вместимость скипа, полученная по формуле (1), не увязывается с номинальными скоростями отечественных подъемных машин. В результате этих упущений при выборе емкости сосудов по формуле (1) к.п.д. подъемной установки часто опускается ниже 50%, а скорость сосудов выходит за пределы номинальных скоростей, развиваемых нашими подъемными машинами.

Доц. В. Н. Киселев, исходя только из наименьшей мощности привода, получил следующую зависимость для определения наивыгоднейшей вместимости скипа

Значения, полученные по формуле (2), близки таковым, полученным по формуле (1). Здесь также не учитываются к.п.д. установки и скорости,, развиваемые отечественными машинами.

Доцент Харьковского горного института 3. М. Федорова решает вопрос выбора наивыгоднейшей емкости скипов для глубоких шахт [1] с учетом скорости подъема, типа органа навивки и его параметров, мощности двигателя, эксплуатационных и амортизационных затрат и диаметра каната. На основании анализа этих факторов она устанавливает ряд скипов для глубоких шахт (до 1300 м) с производительностью 1 млн. т и 800 тыс. т в год. К недостаткам способа определения наивыгоднейшей вмести-мости скипа, предложенного доц. 3. М. Федоровой, следует отнести, во-первых, то, что она затронула узкий круг производительностей шахт, а значит, и предлагаемый ею ряд скипов можно применять в определенных конкретных условиях, во-вторых, она не дает обобщенной зависимости между наивыгоднейшим полезным весом скипа, производительностью и глубиной шахты, что затрудняет производить выбор скипа для различных условий, и, в-третьих, здесь также не учитываются номинальные скорости органов навивки отечественных подъемных машин.

Учитывая сказанное, нами сделана попытка определения наивыгоднейшего зараз поднимаемого груза скиповой подъемной установкой. Для различных шахт Сибири и Дальнего Востока методом вариантов нами произведены многочисленные расчеты по определению наивыгоднейшей емкости скипов. В каждом случае проектировалась работа подъема с, выполнением теоретически возможной диаграммы скорости и максимальным к.п.д. подъемной установки, т. е. проводился полный расчет кинематики и динамики подъема. Результаты этих подсчетов сведены в табл. 1 и 2.

Ввиду того, что нами произведено определение наивыгоднейшего полезного веса скипа для конкретных условий, т. е. для определенных производительности и глубины шахт и конкретных типов подъемных машин, можно полагать, что учтены как экономические факторы (к.п.д. подъемной установки), так и технические (типы подъемных машин, выпускаемых в СССР, и их номинальные скорости).

На основании таблицы 2 нами и была выведена обобщающая формула для определения наивыгоднейшей емкости скипа.

Предположим, что эта наивыгоднейшая емкость скипа С}н в т связана с производительностью и высотой подъема следующей зависимостью:

(2)

()н — аАЧаСНп>

где а —неизвестный коэффициент,

Ачас—часовая производительность в т, Н —высота подъема в м.

Таблица 1

Наивыгоднейшая емкость скипа в тоннах

<2- Зт А нас^т 123 123,2 143 117 85 137 165 197 205 260 165 165 Производительность подъема

Нм 293 407 192,7 540 497 300 152 192,7 169 228 193 295 Высота подъема

Ъ.пу°! о 56.0 60,1 | 56,2 — 58,7 50,0 | " 63 51 60,5 60 58,7 К.п.д. установки

<?=4|я Ачас\т 150 172 1 206 280 218 ! 123,2^ 328 211 304 153,5 | 260 274 1

Нм ЬЛ 138 259 93 260 407 109 462 228 114

г(пу% 59,5 325 57,0 59,0 60,0 50,6 60,1 50,1 61,0 62,0 69

С?=6 т Ачаст 330 246 300 246 274 164 180 410 310 123 550 421 376

нм 283 154 305 470 305 270 170 151 193 251 521 123 190 392

МУ* 0 — — 50 56 58 6-8 58 — 53 — 59,5 1 — 1

Ачас\т 330 391 410 410 410 329 . 318 357 404 670 330 380 —

Им 454 396 503 296 193 444 295 546,2 1 ; 444 ! 127 246,2 446,2 |

— 67 66,5 52 57 I 56,8 63 61,4 1 1 | 54, — 53

Таблица 2

Наивыгоднейшая емкость скипа по средним значениям

<3 = 3 т 1 <3 = А тп 1 0 = 6 т (2 = 8 т

Агчтс Т Им Агчас Т Нм ! Щу °|о Л г час т| Нм *}лу°!о 1 \ Агчас! Нм 1 гту%

157,5 297 1 57,1 1 216 I 1 262 59,15 304 270 1 57,3 398 1 366 59,4 •

п — неизвестный показатель степени, — наивыгоднейшая емкость в т.

Для определения а и п воспользуемся данными табл. 2. Для скипа <3 = 3 т имеем: 3-я. 157,5.297",

<2 = 8'т „ 8 = а. 398.366*. (е)

Разделив уравнение (е) на (с), получим:

8 398 / 366

= 157,5~ \~297~/ ' 0ТКУДа

л = 0,237. Подставив это значение в уравнение (с), получим 3 = «. !57,5.2970'237 , откуда а =0,005. Таким образом:

<3* = 0,005 т]. (4)

Для проверки правильности полученной зависимости проделаем несколько примеров, взяв данные о производительности и высоте подъема из выше приведенных таблиц.

1) Аще — 216 т\ Я = 262 ж,

дя = 0;005.216.2620,237 = 4,03 т.

Из таблицы видим, что для этого случая (2 = 4 т9

• 2) А/ш? = 304 т\ И = 270 ж,

= 0,005.304.2700'237 = 5,79 т.

Для этого случая имели Р = 6 т,

3) Ачас = 380 т\ Я =446,2 м,

= 0,005.380. (446,2)0,237 = 8,05 т.

Для этого случая имели (2 = 8 т.

Из этих и других аналогичных расчетов можно сделать заключение, что полученную по формуле (4) наивыгоднейшую вместимость скипа в тоннах надо округлить до ближайшей стандартной.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федорова 3. М. Основы проектирования рационального ряда скипов для глубоких шахг. Научные труды Харьковского горного института, т. I, 1952.

2. Еланчик Г. М. Рудничные подъемные установки, Гостоптехиздат, 1941.

3. Киселев В. И. Горная механика, Металлургиздат, 1952.

4. Киселев В. И. Определение наивыгоднейшего полезного груза опрокидного скипа. „Цветные металлы", № 7, 1939.

5. Ильичев А. С. Рудничные подъемные машины, ОНТИ—НКТП—СССР, 1933.